JP2012095522A - 整流回路及びこれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トランジスタのゲート電極を、容量素子を介して該トランジスタの第2の電極の後段に接続し、ゲート電極の電位を第2の電極の電位に比べて高く、且つその差が閾値電圧以上となるように保って整流素子として用いればよい。
【選択図】図4
Description
まず、第2の端子52に0から最大値が+Vinとなる電圧を印加し、第1の端子51に0から最小値が−Vinとなる電圧を印加する第1の期間T1の動作を説明する(図2(A)参照)。
次いで、第2の端子52に0から最小値が−Vinとなる電圧を印加し、第1の端子51に0から最大値が+Vinとなる電圧を印加する第2の期間T2の動作を説明する(図2(B)参照)。
次いで、交流電位の位相が反転し、第2の端子52に再度0から最大値が+Vinとなる電圧を印加し、第1の端子51に0から最小値が−Vinとなる電圧を印加する第3の期間T3の動作を説明する(図3(A)参照)。
次いで、交流電位の位相が反転し、第2の端子52に0から最小値が−Vinとなる電圧を印加し、第1の端子51に0から最大値が+Vinとなる電圧を印加する第4の期間T4の動作を説明する(図3(B)参照)。
本実施の形態では、トランジスタのゲート電極を、容量素子を介して該トランジスタの第2の電極の後段に接続して整流素子を構成する整流回路の一例を図4に示し、その動作を図5及至図7を用いて説明する。
まず、第2の端子62に0から最大値が+Vinとなる電圧を印加し、第1の端子61に0から最小値が−Vinとなる電圧を印加する第1の期間T1の動作を説明する(図5(A)参照)。
次いで、交流電位の位相が反転し、第2の端子62に0から最小値が−Vinとなる電圧を印加し、第1の端子61に0から最大値が+Vinとなる電圧を印加する第2の期間T2の動作を説明する(図5(B)参照)。
次いで、交流電位の位相が反転し、第2の端子62に再度0から最大値が+Vinとなる電圧を印加し、第1の端子61に0から最小値が−Vinとなる電圧を印加する第3の期間T3の動作を説明する(図6(A)参照)。
次いで、交流電位の位相が反転し、第2の端子62に0から最小値が−Vinとなる電圧を印加し、第1の端子61に0から最大値が+Vinとなる電圧を印加する第4の期間T4の動作を説明する(図6(B)参照)。
次いで、交流電位の位相が反転し、第2の端子62に再度0から最大値が+Vinとなる電圧を印加し、第1の端子61に0から最小値が−Vinとなる電圧を印加する第5の期間T5の動作を説明する(図7参照)。
本実施の形態では、トランジスタのゲート電極を、容量素子を介して該トランジスタの第2の電極の後段に接続して整流素子を構成する整流回路において、該トランジスタのゲート電極の電位が第2の電極の電位より高く成りすぎないよう制限回路を設けた整流回路の一例を図8に示す。
本実施の形態では、トランジスタのゲート電極を、容量素子を介して該トランジスタの第2の電極の後段に接続して整流素子を構成する整流回路において、実施の形態2とは異なる位置にトランジスタを設けて、出力電圧を制限した整流回路の一例を図9に示す。
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態3において説明したトランジスタのゲート電極を、容量素子を介して該トランジスタの第2の電極の後段に接続して整流素子を構成する整流回路を適用した、パッシブ型のRFID(Radio Frequency Identification)タグについて図12を用いて説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態1乃至実施の形態3に説明した整流回路に用いることができるトランジスタについて説明する。
図13(E)に酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたボトムゲート構造の逆スタガ型トランジスタ510の構成を示す。
まず、絶縁表面を有する基板505上に導電膜を形成した後、第1のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極層511を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
また、ゲート電極層511の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。なお、後の工程において行われる加熱処理の温度に耐えうるのであれば、上記金属材料としてアルミニウム、銅を用いることもできる。アルミニウムまたは銅は、耐熱性や腐食性の問題を回避するために、高融点金属材料と組み合わせて用いると良い。高融点金属材料としては、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、ネオジム、スカンジウム等を用いることができる。
次いで、ゲート電極層511上にゲート絶縁層507を形成する。ゲート絶縁層507は、プラズマCVD法又はスパッタリング法等を用いて形成することができる。またゲート絶縁層507は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化タンタル膜、または酸化ガリウム膜などから選ばれた一または複数の膜により単層、または積層して形成することができる。
次いで、ゲート絶縁層507上に、膜厚2nm以上200nm以下、好ましくは5nm以上30nm以下の酸化物半導体膜530を形成する(図13(A)参照。)。
次いで、ゲート絶縁層507、及び酸化物半導体層531上に、ソース電極層及びドレイン電極層(これと同じ層で形成される配線を含む)となる導電膜を形成する。ソース電極層、及びドレイン電極層に用いる導電膜としては、例えば、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする合金、または金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)等を用いることができる。また、Al、Cuなどの金属膜は、耐熱性や腐食性の問題を回避するために、下側又は上側の一方または双方にTi、Mo、W、Cr、Ta、Nd、Sc、Yなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)を積層させた構成としても良い。
次いで、N2O、N2、またはArなどのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。また、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。プラズマ処理を行った場合、大気に触れることなく、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁層となる第1の絶縁層516を形成する。
第1の絶縁層516(第2の絶縁層506を積層した場合は第2の絶縁層506)上に平坦化のための第3の絶縁層を設けることができる。第3の絶縁層としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の樹脂材料を用いることができる。また上記樹脂材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、第3の絶縁層を形成してもよい。第3の絶縁層の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、SOG法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法)、印刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。
整流回路1は図4(A)に示す構成を有する。
整流回路2は図8に示す構成を有する。
整流回路3は図9に示す構成を有する。
比較回路は図1(A)に示す構成を有する。
整流回路1は比較回路に比べて、入力振幅Vinが微小な範囲(具体的には、1V以上約1.8V未満)において、出力電圧が大きい。このことから、整流回路1はトランジスタの閾値電圧による出力電圧の降下が抑制された整流回路であると言える。また、入力振幅Vinが大きい領域において(具体的には約1.8V以上)、整流回路1は比較回路に比べて出力電位Vdcの上昇が抑制されている。このことから、整流回路1は出力電位Vdcが安定した整流回路であると言える。
52 端子
53 端子
54 端子
55 端子
61 端子
62 端子
63 端子
64 端子
65 端子
100 整流回路
101 トランジスタ
102 トランジスタ
103 トランジスタ
104 トランジスタ
111 容量
112 容量
113 容量
114 容量
200 整流回路
201 トランジスタ
202 トランジスタ
203 トランジスタ
204 トランジスタ
205 トランジスタ
211 容量
212 容量
213 容量
214 容量
215 容量
216 容量
225 トランジスタ
226 トランジスタ
227 トランジスタ
228 トランジスタ
229 トランジスタ
230 トランジスタ
235 トランジスタ
236 トランジスタ
241 制限回路
242 制限回路
250 整流回路
260 整流回路
270 整流回路
280 整流回路
290 整流回路
505 基板
506 絶縁層
507 ゲート絶縁層
510 トランジスタ
511 ゲート電極層
515a ソース電極層
515b ドレイン電極層
516 絶縁層
517 絶縁層
530 酸化物半導体膜
531 酸化物半導体層
Claims (7)
- ゲート電極をノード2に、第1の電極をノード1に、第2の電極を第2の端子に接続する第1のトランジスタと、
ゲート電極をノード1に、第1の電極をノード2に、第2の電極を第1の端子に接続する第2のトランジスタと、
ゲート電極をノード1に、第1の電極をノード3に、第2の電極をノード1に接続する第3のトランジスタと、
第1の電極を第1の端子に、第2の電極を前記ノード1に接続する第1の容量と、
第1の電極を第2の端子に、第2の電極を前記ノード2に接続する第2の容量と、を備え、
前記第1のトランジスタ乃至第3のトランジスタがn型のエンハンスメント型であって、前記第1の端子と前記第2の端子に入力する交流電圧を直流電圧に整流してノード3に出力する整流回路。 - ゲート電極をノード2に、第1の電極をノード1に、第2の電極を第2の端子に接続する第1のトランジスタと、
ゲート電極をノード1に、第1の電極をノード2に、第2の電極を第1の端子に接続する第2のトランジスタと、
ゲート電極をノード1に、第1の電極をノード3に、第2の電極をノード1に接続する第3のトランジスタと、
ゲート電極をノード3に、第1の電極を第4の端子に、第2の電極をノード3に接続する第4のトランジスタと、
第1の電極を第1の端子に、第2の電極をノード1に接続する第1の容量と、
第1の電極を第2の端子に、第2の電極をノード2に接続する第2の容量と、
第1の電極をノード2に、第2の電極をノード3に接続する第4の容量と、
第1の電極を第4の端子に、第2の電極を接地する第3の容量と、を備え、
第1のトランジスタ乃至第4のトランジスタがn型のエンハンスメント型であって、前記第1の端子と前記第2の端子に入力する交流電圧を直流電圧に整流して前記第4の端子に出力する整流回路。 - 前記第1のトランジスタ乃至第3のトランジスタが、ゲート絶縁層の一方の面に接してゲート電極と、
前記ゲート絶縁層の他方の面に接して前記ゲート電極と重畳する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に接して前記ゲート電極に端部を重畳するソース電極及びドレイン電極と、
チャネル形成領域と重畳して前記酸化物半導体層に接する酸化物絶縁層を有する請求項1記載の整流回路。 - 前記第1のトランジスタ乃至第4のトランジスタが、ゲート絶縁層の一方の面に接してゲート電極と、
前記ゲート絶縁層の他方の面に接して前記ゲート電極と重畳する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に接して前記ゲート電極に端部を重畳するソース電極及びドレイン電極と、
チャネル形成領域と重畳して前記酸化物半導体層に接する酸化物絶縁層を有する請求項2記載の整流回路。 - 前記第1の端子と前記ノード1の間に第1の制限回路と、前記第2の端子と前記ノード2の間に第2の制限回路と、を有する請求項1乃至請求項3記載の整流回路。
- ゲート電極をノード2に、第1の電極をノード1に、第2の電極を第2の端子に接続する第1のトランジスタと、
ゲート電極を前記ノード1に、第1の電極を前記ノード2に、第2の電極を第1の端子に接続する第2のトランジスタと、
ゲート電極を前記ノード1に、第1の電極をノード3に、第2の電極を前記ノード1に接続する第3のトランジスタと、
ゲート電極を前記ノード3に、第1の電極を第4の端子に、第2の電極を前記ノード3に接続する第4のトランジスタと、
ゲート電極を前記ノード3に、第1の電極を前記ノード2に、第2の電極を前記第4の端子に接続する第5のトランジスタと、
第1の電極を前記第1の端子に、第2の電極を前記ノード1に接続する第1の容量と、
第1の電極を前記第2の端子に、第2の電極を前記ノード2に接続する第2の容量と、
第1の電極をノード2に、第2の電極を前記ノード3に接続する第4の容量と、
第1の電極を前記第4の端子に、第2の電極を接地する第3の容量と、を備え、
前記第1のトランジスタ乃至第5のトランジスタがn型のエンハンスメント型であって、前記第1の端子と前記第2の端子に入力する交流電圧を直流電圧に整流して前記第4の端子に出力する整流回路。 - 請求項1乃至請求項6記載の整流回路を備えるRFIDタグ用半導体装置。
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