JP6274813B2 - 集中管理システム - Google Patents

集中管理システム

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Description

本発明は、電気機器及びセンサ機器の集中管理に関する。また、電気機器及びセンサ機器の低消費電力化に関する。
近年のエネルギーコストの上昇により、電気機器やセンサ機器の省エネルギー化への要望が増している。また、近年の防災や防犯に対する意識の高まりから、電気機器及びセンサ機器の集中管理による災害発生の防止や、災害発生時の早期対応への要望が増している。
特に災害発生時においては、災害を知らせる警告がどの場所に設置された電気機器やセンサ機器から発せられたのかを、居住者が迅速に認識する必要がある。
また、携帯電話やスマートホン等に代表される携帯情報端末を用いて、電気機器を遠隔操作する要望が増している。例えば、特許文献１では、制御装置により照明やシャッターなどの設備機器の稼動情報を取得する方法が示されている。
特開２００２−３００６６８号公報
特許文献１では制御装置により照明やシャッターなどの設備機器の稼動情報を取得する方法が示されているが、消費電力を低減するための具体的な方法は開示されていない。
本発明の一態様は、電気機器及びセンサ機器を集中管理し、また、電力消費を低減することが可能な構成を提案する。
本発明の一態様は、災害発生時に、災害発生場所を迅速に把握し、被害を最低限に抑えることが可能な構成を提案する。
本発明の一態様は、集中管理装置と、センサ機器と、出力手段を有し、センサ機器と出力手段は集中管理装置に接続し、集中管理装置は、センサ機器の設置場所の特定とセンサ機器の動作が正常か異常かを判断するための機器情報を記憶した記憶手段を有し、集中管理装置は、センサ機器から送信された情報と機器情報を比較する演算処理を行い、演算処理の結果に応じた情報を出力手段から出力することを特徴とする。
本発明の一態様は、集中管理装置と、電気機器と、出力手段を有し、電気機器と出力手段は集中管理装置に接続し、集中管理装置は、電気機器の設置場所の特定と電気機器の動作が正常か異常かを判断するための機器情報を記憶した記憶手段を有し、集中管理装置は、電気機器から送信された情報と機器情報を比較する演算処理を行い、演算処理の結果に応じた情報を出力手段から出力することを特徴とする。
本発明の一態様は、集中管理装置と、複数のセンサ機器と、出力手段を有し、複数のセンサ機器と出力手段は集中管理装置に接続し、複数のセンサ機器は、それぞれが識別子を有し、集中管理装置は、複数のセンサ機器の設置場所の特定と複数のセンサ機器の動作が正常か異常かを判断するための機器情報を記憶した記憶手段を有し、複数のセンサ機器から識別子とともに送信された情報と機器情報を比較する演算処理を行い、演算処理の結果に応じた情報を出力手段から出力することを特徴とする。
本発明の一態様は、集中管理装置と、複数の電気機器と、出力手段を有し、複数の電気機器と出力手段は集中管理装置に接続し、複数の電気機器は、それぞれが識別子を有し、集中管理装置は、複数の電気機器の設置場所の特定と複数の電気機器の動作が正常か異常かを判断するための機器情報を記憶した記憶手段を有し、集中管理装置は、複数の電気機器から識別子とともに送信された情報と機器情報を比較する演算処理を行い、演算処理の結果に応じた情報を出力手段から出力することを特徴とする。
集中管理装置は、識別子により電気機器やセンサ機器の種類や設置場所を特定することができる。
集中管理装置と電気機器、集中管理装置とセンサ機器、または集中管理装置と出力手段は、有線通信または無線通信により接続する。
電気機器としては、空調装置、オーディオ、洗濯機、浴室制御装置、冷蔵庫、食器洗浄機、電子レンジ、インターホン、炊飯器、電気ポットなどの、電子的な制御が可能な機器を挙げることができる。
センサ機器としては、例えば、火災報知機、人感センサ、近接スイッチ、振動センサ、放射線センサ、監視カメラ、電力メーター、水道メーター、ガスメーターなどを挙げることができる。
例えば、センサ機器として火災報知機を用い、火災報知機を家屋の各部屋に設置する。火災報知機はそれぞれが固有の識別子を有し、火災を検知した火災報知機は、識別子とともに火災を検知したという情報を集中管理装置に送信する。集中管理装置は、記憶手段に記憶されている機器情報と識別子を比較する演算処理を行い、どの部屋に配置した火災報知機が火災を検知したかを特定し、警告とともに火災の発生場所の情報を出力手段から出力させる。
出力手段としては、映像により情報を出力する表示装置、音声や警報音などの音響により情報を出力する音響装置、光の点灯または点滅により情報を出力する発光装置、振動により情報を出力する振動装置、香りにより情報を出力する芳香装置などを用いることができる。また、出力手段として一種類の出力装置だけでなく、複数種類の出力装置を併用してもよい。たとえば、音響装置と発光装置を併用してもよい。
このように、様々な出力手段により情報を出力するため、居住者は火災の発生及び発生場所が認識しやすく、迅速な初期消火が可能であり、また、避難経路の選定もしやすい。よって、本発明の一態様によれば、災害による被害を最低限に抑えることが可能となる。
センサ機器として家屋の窓に近接スイッチを設置してもよい。例えば、居住者の就寝中に、近接スイッチが窓の開放を検知すると、近接スイッチは、固有の識別子とともに集中管理装置に窓が開放されたという情報を送信する。集中管理装置は情報を受け取ると記憶手段に記憶されている機器情報と識別子を比較する演算処理を行い、受信した識別子から窓が開放された場所を特定し、警告とともに窓が開放された場所の情報を出力手段から出力させる。また、人感センサを配置することで、侵入者の有無を判断することもできる。本発明の一態様によれば、窓の開放や侵入者の存在位置を迅速に把握することが可能となる。
なお、電気機器やセンサ機器に直接出力手段を付加し、集中管理装置を介さずに警告を出力することも可能である。しかしながら、電気機器やセンサ機器に出力手段を付加すると、電気機器やセンサ機器の小型化が難しく、消費電力も大きくなってしまう。また、居住者が電気機器やセンサ機器から離れた場所にいる場合は、電気機器やセンサ機器が発する警告など気づかないことも多い。よって、電気機器やセンサ機器と、出力手段は、分離して設けることが好ましい。
また、集中管理装置により、電気機器及びセンサ機器の電力供給の開始及び停止を制御することができる。集中管理装置は、動作が不要な電気機器やセンサ機器への電力供給を停止させることで、家屋全体の消費電力を低減することができる。
また、集中管理装置、センサ機器、または出力手段の電力供給源として商用電源を用いずに、例えば太陽電池を用いた光発電装置から電力供給を受けることで、エネルギーコストを下げることができる。また、光発電装置から得られた電力を蓄電装置に蓄電しておき、蓄電装置から電力供給を受けてもよい。また、光発電装置から、集中管理装置、センサ機器、または出力手段に供給される電力の一部を蓄電装置に蓄電してもよい。
また、集中管理装置、電気機器、及びセンサ機器などを構成するトランジスタに、チャネルが形成される半導体層（活性層）にバンドギャップが単結晶シリコンより広い半導体を用いることが好ましい。特に、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を含むトランジスタは、トランジスタのオン抵抗に起因する電力損失を小さく抑えることができる。また、酸化物半導体を活性層に用いたトランジスタは、オフ電流が著しく小さい。よって、電気機器及びセンサ機器の消費電力を低減することが可能となる。
本発明の一態様は、一般家庭への適用に限らず、店舗や工場等に適用することができる。
本発明の一態様によれば、電気機器及びセンサ機器を集中管理し、電力消費を低減することができる。
本発明の一態様によれば、災害発生時に、災害発生場所を迅速に把握し、被害を最低限に抑えることができる。
集中管理システムの構成例を説明する図。 電力供給源の構成例を説明する図。 電源選択装置の構成例を説明する図。 電気機器の構成例を説明する図。 センサ機器の構成例を説明する図。 センサ機器の構成例を説明する図。 センサ機器の構成例を説明する図。 センサ機器の構成例を説明する図。 光センサの構成例を説明する回路図。 ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の構成例を説明するブロック図。 シリコン基板を用いて作製したＭＣＵの光学式顕微鏡写真。 図１１に示したＭＣＵの動作を説明するタイミングチャート。 図１１に示したＭＣＵの動作を説明するタイミングチャート。 不揮発性記憶部を有するレジスタの一例を説明する回路図。 半導体装置の構成例を説明する図。 半導体装置の構成例を説明する図。 半導体装置の構成例を説明する図。 半導体装置の構成例を説明する図。 半導体装置の構成例を説明する図。 集中管理システムの適用例を説明する図。 集中管理システムの動作例を説明する図。 集中管理システムの適用例を説明する図。 集中管理システムの動作例を説明する図。 集中管理システムの適用例を説明する図。 集中管理システムの動作例を説明する図。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
また、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの序数は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。
また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解しやすくするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
また、トランジスタの「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
なお、ＸとＹとが接続されている、と明示的に記載する場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合と、ＸとＹとが直接接続されている場合とを含むものとする。ここで、Ｘ、Ｙは、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電層、絶縁層、など）であるとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも含むものとする。
なお、本明細書における回路記号において、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いるトランジスタと明確に判明できるように、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いるトランジスタの回路記号には「ＯＳ」と記載している。
また、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」および「直交」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。
（実施の形態１）
本発明の一形態について、図１乃至図１４を用いて説明する。図１に電気機器及びセンサ機器の集中管理システムの構成例を示す。集中管理装置１２０は、通信手段１２１、ＭＣＵ１２２、インターフェイス１２３、記憶手段１２４を有する。集中管理装置１２０は、通信手段１２１を介して携帯情報端末１３０と接続される。また、集中管理装置１２０は、集中管理装置１２０内のインターフェイス１２３を介して、出力手段５００と、ｎ個（ｎは自然数）の電気機器２００と、ｍ個（ｍは自然数）のセンサ機器６１０が接続される。なお、電気機器２００とセンサ機器６１０のうち、どちらか一方のみが集中管理装置１２０に接続する構成としてもよい。図１では、複数個の電気機器２００と、複数個のセンサ機器６１０が集中管理装置１２０に接続する構成を示している。
携帯情報端末１３０、電気機器２００、センサ機器６１０、及び出力手段５００と集中管理装置１２０は、１００ＢＡＳＥ−ＴＸや１０００ＢＡＳＥ−ＴＸ、ＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）などの通信規格を用いた有線通信により接続してもよいし、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ、ＩＥＥＥ８０２．１５．１などの通信規格を用いた無線通信により接続してもよい。また、可視光や赤外光などを用いた光通信により接続してもよい。
また、通信時の不正アクセスや、混信による動作不良を防ぐため、通信内容は暗号化することが好ましい。通信内容を暗号化するための規格として、ＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）方式、ＴＫＩＰ（Ｔｅｍｐｏｒａｌ Ｋｅｙ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）方式、ＷＥＰ（Ｗｉｒｅｄ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｐｒｉｖａｃｙ）方式などを用いることができる。
電気機器２００、センサ機器６１０、及び出力手段５００は、集中管理装置１２０のインターフェイス１２３を介して集中管理装置１２０と情報を送受信することができる。すなわち、集中管理装置１２０はインターフェイス１２３を介して電気機器２００、センサ機器６１０、及び出力手段５００の動作状況や異常の有無などの稼動情報を取得することができる。
記憶手段１２４は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの磁気記憶装置や、光ディスクなどの光学記憶装置や、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などの半導体記憶装置を用いて実現することができる。
記憶手段１２４は、電気機器２００、センサ機器６１０、及び出力手段５００の種類や設置場所を特定し、また、電気機器２００、センサ機器６１０、及び出力手段５００の動作が正常か異常かを判断するための機器情報を記憶する機能を有する。また、集中管理装置１２０が実行するプログラムや、携帯情報端末１３０から送信された命令を記憶する機能を有する。
また、ＭＣＵ１２２は、記憶手段１２４に記憶されたプログラムに従って、電気機器２００、センサ機器６１０、及び出力手段５００に動作命令などの情報を供給する。
また、携帯情報端末１３０は、集中管理装置１２０の通信手段１２１を介して集中管理装置１２０と情報を送受信することができる。集中管理装置１２０は、携帯情報端末１３０に電気機器２００の稼動情報を送信し、携帯情報端末１３０からの動作命令を受信する。携帯情報端末１３０と集中管理装置１２０は、電話回線やインターネット回線を介して接続することもできる。また、前述した有線通信、無線通信、光通信などにより接続することもできる。
また、図１では集中管理装置１２０に電力を供給するための電力供給源９００を示している。
また、図１では、出力手段５００として、表示装置５１０、音響装置５２０、発光装置５３０、振動装置５４０、芳香装置５５０を例示している。
表示装置５１０は、入力された情報を映像に変換して出力することができる。音響装置５２０は、入力された情報を音声や警報音などの音響に変換して出力することができる。発光装置５３０は、入力された情報を光の点灯または点滅に変換して出力することができる。振動装置５４０は、入力された情報を振動に変換して出力することができる。芳香装置５５０は、入力された情報を香りに変換して出力することができる。
集中管理装置１２０は、電気機器２００やセンサ機器６１０から得られた稼動情報を、演算処理により記憶手段１２４が有する機器情報と比較し、演算処理の結果に応じた情報を出力手段５００から出力させることができる。
また、集中管理装置１２０は、表示装置５１０、音響装置５２０、発光装置５３０、振動装置５４０、芳香装置５５０などの出力手段５００のうち、少なくとも１つから情報を出力させることができる。
電気機器２００、センサ機器６１０、及び出力手段５００は、通信手段１２１を介して集中管理装置１２０に接続してもよい。また、集中管理装置１２０を介さず、それぞれが直接情報の送受信をしてもよい。
次に、図２を用いて電力供給源９００の構成例について説明しておく。図２に例示する電力供給源９００は、商用電源９０１、光発電装置９０２、振動発電装置９０３、熱発電装置９０４、及び蓄電装置１２６の複数の電源と、電源選択装置１２５を有する。
商用電源９０１とは、電力会社等から有償で供給された電力を出力する電源を示す。また、光発電装置９０２とは、例えば太陽電池を用いて光を電力に変換する装置を示す。また、振動発電装置９０３とは、例えば静電誘導現象を利用して振動を電力に変換する装置を示す。また、熱発電装置９０４とは、例えばゼーベック効果を利用して熱を電力に変換する装置を示す。
なお、上記以外の電源として、風のエネルギーを電力に変換する風力発電装置や、波のエネルギーを電力に変換する波力発電装置なども用いることができる。
電源選択装置１２５は、電源選択装置１２５に接続された複数の電源の一つまたは複数を選択し、選択された電源から供給される電力を集中管理装置１２０に供給する機能を有する。また、電源選択装置１２５は、商用電源９０１、光発電装置９０２、振動発電装置９０３、及び熱発電装置９０４からの電力供給が受けられなくなった場合に、電源を蓄電装置１２６に切り替えることができる。また、例えば、１つの電源では電力供給量が不十分な場合に、複数の電源の電力を合わせて集中管理装置１２０に供給することができる。
また、電源選択装置１２５は、電力の一部を蓄電装置１２６に充電することができる。蓄電装置１２６は、二次電池や容量素子（例えば、電気二重層コンデンサ）などで構成される。なお、蓄電装置１２６は集中管理装置１２０の内部に設けることもできる。
また、本実施の形態では、電源として商用電源９０１、光発電装置９０２、振動発電装置９０３、熱発電装置９０４、及び蓄電装置１２６を例示しているが、電力の供給源として機能するものであれば、これら以外の電源を用いることも可能である。
次に、図３を用いて電源選択装置１２５の構成例を説明する。図３（Ａ）に示す電源選択装置は、少なくとも電圧調整回路１４１と、電源スイッチ制御回路１４２と、電力モニタ１４３と、パワースイッチ１５１乃至パワースイッチ１５８と、パワースイッチ１６１乃至パワースイッチ１６４を有する。
商用電源９０１から供給される電力は、パワースイッチ１５１及びパワースイッチ１５２を介して電圧調整回路１４１に供給される。また、光発電装置９０２から供給される電力は、パワースイッチ１５３及びパワースイッチ１５４を介して電圧調整回路１４１に供給される。また、振動発電装置９０３から供給される電力は、パワースイッチ１５５及びパワースイッチ１５６を介して電圧調整回路１４１に供給される。また、熱発電装置９０４から供給される電力は、パワースイッチ１５７及びパワースイッチ１５８を介して電圧調整回路１４１に供給される。また、蓄電装置１２６から供給される電力は、パワースイッチ１６１及びパワースイッチ１６２を介して電圧調整回路１４１に供給される。
電源スイッチ制御回路１４２は、パワースイッチ１５１乃至パワースイッチ１５８、及びパワースイッチ１６１乃至パワースイッチ１６４のオン状態とオフ状態を制御する機能を有する。電力モニタ１４３は、電圧調整回路１４１に入力される電力量を測定する機能を有する。
電源スイッチ制御回路１４２は電力モニタ１４３と接続され、電力モニタ１４３で測定された電力量を参考にして、どの電力供給源から電力供給を受けるかを決定することができる。例えば、商用電源９０１のみから電力供給を受ける場合、パワースイッチ１５１及びパワースイッチ１５２をオン状態とし、パワースイッチ１５３乃至パワースイッチ１５８、及びパワースイッチ１６１乃至パワースイッチ１６４をオフ状態とする。
電圧調整回路１４１は、入力された電圧の調整を行う機能を有する。電圧調整回路１４１における電圧の調整とは、交流電圧を直流電圧に変換すること、直流電圧を交流電圧に変換すること、電圧の大きさを変えること、電圧の大きさが一定となるように平滑化すること、のいずれか一つまたは複数を含む。
例えば、電圧調整回路１４１において、交流電圧を直流電圧へ変換する場合、電圧調整回路１４１に整流回路を設ければよい。電圧調整回路１４１において、直流電圧を交流電圧へ変換する場合、電圧調整回路１４１にＤＣＡＣインバーター回路を設ければよい。電圧調整回路１４１において、電圧の大きさを変える場合、電圧調整回路１４１に昇圧型コンバータまたは降圧型コンバータを設ければよい。電圧調整回路１４１において、電圧の大きさを平滑化する場合、平滑回路を電圧調整回路１４１に設ければよい。
例えば、電圧調整回路１４１に商用電源９０１より交流電圧が供給される場合、電圧調整回路１４１は、整流回路により交流電圧を直流電圧に変換し、平滑回路により直流電圧の大きさが一定となるように平滑化し、降圧型コンバータにより、必要とされる電圧に降圧すれば良い。
なお、電圧調整回路１４１は、電圧の調整を行う機能の他に、電圧調整回路１４１の入力側と出力側を絶縁分離する機能を有しても良い。例えば、トランスを用いることで、電圧調整回路１４１の入力側と出力側を絶縁分離する機能を付与することができる。
また、パワースイッチ１６１、及びパワースイッチ１６２をオフ状態とし、パワースイッチ１６３、及びパワースイッチ１６４をオン状態とすることで、蓄電装置１２６以外の電源から得られた電力を、蓄電装置１２６に充電することができる。
本実施の形態では、パワースイッチ１５１乃至パワースイッチ１５８、及びパワースイッチ１６１乃至パワースイッチ１６４として、耐電圧性が高いトランジスタを用いる。具体的には、上記トランジスタは、バンドギャップが単結晶シリコンより広い半導体を活性層に用いることが好ましい。例えば、バンドギャップが、１．１ｅＶより大きく、好ましくは２．５ｅＶ以上４ｅＶ以下、より好ましくは３ｅＶ以上３．８ｅＶ以下の半導体を活性層に用いればよい。バンドギャップが単結晶シリコンより広い半導体の一例として、酸化物半導体、窒化ガリウム、炭化珪素などを挙げることができる。このような材料を活性層に用いることで、ソースとドレイン間の電圧を１００Ｖ以上、好ましくは２００Ｖ以上、より好ましくは５００Ｖ以上としても絶縁破壊に至らない耐電圧性の高いトランジスタを実現することが可能となる。
特に、酸化物半導体を活性層に用いた電界効果トランジスタは、酸化物半導体は耐電圧性が高いだけでなく、オン状態（導通状態）時の、ソースとドレイン間の抵抗（オン抵抗）が小さい。よって、トランジスタのオン抵抗に起因する電力損失を小さく抑えることができる。
また、炭化珪素や窒化ガリウムなどを用いる場合、耐電圧性の高さとオン抵抗の低さを兼ね備えた電界効果トランジスタを作製することが難しい。よって、例えば炭化珪素を用いて４ｋＶ以上の耐電圧性を有するスイッチを形成する場合は、バイポーラトランジスタが用いられる。しかし、バイポーラトランジスタは電界効果トランジスタよりも、オンとオフ（非導通状態）の切り換えであるスイッチングが遅いため、オンからオフ、或いはオフからオンへの過渡状態にある期間が長く、スイッチングに起因する電力損失を小さく抑えることが難しい。しかし、酸化物半導体を用いる場合、耐電圧性の高さとオン抵抗の低さを兼ね備えた電界効果トランジスタを比較的容易に作製することができる。よって、酸化物半導体を活性層に用いた電界効果トランジスタを、パワースイッチ１５１及びパワースイッチ１５２に用いることで、パワースイッチ１５１及びパワースイッチ１５２のスイッチングを高速にすることができ、それにより、スイッチングに起因する電力損失を小さく抑えることができる。
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示したパワースイッチ１５１、パワースイッチ１５２、パワースイッチ１５３、パワースイッチ１５４、パワースイッチ１５５、パワースイッチ１５６、パワースイッチ１５７、パワースイッチ１５８、パワースイッチ１６１、パワースイッチ１６２、パワースイッチ１６３、及びパワースイッチ１６４を、酸化物半導体を活性層に用いる耐電圧性の高いトランジスタ１５１Ｔ、トランジスタ１５２Ｔ、トランジスタ１５３Ｔ、トランジスタ１５４Ｔ、トランジスタ１５５Ｔ、トランジスタ１５６Ｔ、トランジスタ１５７Ｔ、トランジスタ１５８Ｔ、トランジスタ１６１Ｔ、トランジスタ１６２Ｔ、トランジスタ１６３Ｔ、及びトランジスタ１６４Ｔで形成した構成例を示している。また、トランジスタ１５１Ｔ乃至トランジスタ１５８Ｔ、及びトランジスタ１６１Ｔ乃至トランジスタ１６４Ｔのゲートは、電源スイッチ制御回路１４２に接続される。
なお、単結晶シリコンのバンドギャップは１．１ｅＶ程度であり、ドナーやアクセプタによるキャリアが全く存在しない状態（真性半導体）であっても、熱励起キャリアの濃度は１×１０１１ｃｍ−３程度である。それに対して、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物半導体のバンドギャップは、３．２ｅＶ程度であり、熱励起キャリア密度は１×１０−７ｃｍ−３程度となる。トランジスタのオフ抵抗（トランジスタがオフ状態の時における、ソースとドレイン間の抵抗をいう。）は、チャネル形成領域における熱励起キャリアの濃度に反比例するので、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物半導体のオフ時の抵抗率は、単結晶シリコンと比較して１８桁も大きいことになる。
このようなバンドギャップが広い半導体をトランジスタに用いることにより、例えば、室温（２５℃）でのオフ電流（ここでは、単位チャネル幅（１μｍ）あたりの値）は１００ｚＡ（ｚｅｐｔｏ Ａｍｐｅｒｅ）以下、より好ましくは１０ｚＡ以下となる。さらには数ｙＡ（ｙｏｃｔｏ Ａｍｐｅｒｅ）にまで低減することが可能となる。
よって、活性層に酸化物半導体を適用したトランジスタ１５１Ｔ乃至トランジスタ１５８Ｔ、及びトランジスタ１６１Ｔ乃至トランジスタ１６４Ｔは、オフ電流により電力が供給されることを防ぐことが可能となる。
なお、本実施の形態では、パワースイッチ１５１乃至パワースイッチ１５８、及びパワースイッチ１６１乃至パワースイッチ１６４が、それぞれ一つのトランジスタで構成されている場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。パワースイッチ１５１乃至パワースイッチ１５８、及びパワースイッチ１６１乃至パワースイッチ１６４のいずれかまたは全てを、複数のトランジスタにより構成しても良い。
次に、図４を用いて電気機器２００の構成例を説明する。電気機器２００は、少なくともインターフェイス２１２、電力供給回路２５０を有する。また、電気機器２００を構成する他の回路を負荷２１１として示す。図４では、負荷２１１の一例としてＭＣＵ２３１を例示している。また、電力供給回路２５０は、パワースイッチ２５１、パワースイッチ２５２、電圧調整回路２５３、及び電源スイッチ制御回路２５４を有する。
図４（Ａ）において、配線２６１及び配線２６２は、電源選択装置１２５に接続され（図４に図示せず。）、電源選択装置１２５を介して電力が供給される。例えば、配線２６１に第１電位が供給され、配線２６２に第２電位が供給される。なお、配線２６１及び配線２６２は、電源選択装置１２５を介さずに、商用電源９０１、光発電装置９０２、振動発電装置９０３、熱発電装置９０４、または蓄電装置１２６などの電源と直接接続してもよい。
商用電源以外の電源を用いることで、エネルギーコストを低減することができる。
そして、配線２６１に供給された第１電位がパワースイッチ２５１を介して電圧調整回路２５３に供給され、配線２６２に供給された第２電位がパワースイッチ２５２を介して電圧調整回路２５３に供給される。パワースイッチ２５１は電圧調整回路２５３に第１電位の入力を制御する機能を有し、パワースイッチ２５２は電圧調整回路２５３に第２電位の入力を制御する機能を有する。また、パワースイッチ２５１及びパワースイッチ２５２のオン状態とオフ状態は、電源スイッチ制御回路２５４により制御される。
また、パワースイッチ２５１は、配線２６１と電圧調整回路２５３の間、もしくは電圧調整回路２５３と負荷２１１の間の、一方または両方に設けることができる。また、パワースイッチ２５２は、配線２６２と電圧調整回路２５３の間、もしくは、電圧調整回路２５３と負荷２１１の間の一方または両方に設けることができる。
また、パワースイッチ２５１又はパワースイッチ２５２の一方を省略してもよい。また、第１電位又は第２電位の一方を接地電位としてもよい。
電圧調整回路２５３は、電圧調整回路１４１と同様の機能を有する。電圧調整回路２５３において調整された電圧は、負荷２１１に供給される。
電源スイッチ制御回路２５４、負荷２１１はインターフェイス２１２に接続されている。また、インターフェイス２１２は集中管理装置１２０が有するインターフェイス１２３と接続する（図４に図示せず）。すなわち、電気機器２００と集中管理装置１２０は、インターフェイス２１２及びインターフェイス１２３を介して接続される。
電気機器２００は、電気機器２００の稼動情報を集中管理装置１２０に送信することができる。また、集中管理装置１２０は、電気機器２００に制御信号を送信することで、電気機器２００を遠隔操作することができる。例えば、集中管理装置１２０の制御信号に基づきパワースイッチ２５１及びパワースイッチ２５２のオン状態オフ状態を制御することができる。
本発明の一態様では、パワースイッチ２５１及びパワースイッチ２５２として、耐電圧性が高いトランジスタを用いる。具体的には、上述したパワースイッチ１５１乃至パワースイッチ１５８、及びパワースイッチ１６１乃至パワースイッチ１６４と同様に、バンドギャップが単結晶シリコンより広い半導体を活性層に用いることが好ましい。このような材料を活性層に用いることで、ソースとドレイン間の電圧を１００Ｖ以上、好ましくは２００Ｖ以上、より好ましくは５００Ｖ以上としても絶縁破壊に至らない耐電圧性の高いトランジスタを実現することが可能となる。
特に、酸化物半導体を活性層に用いた電界効果トランジスタは、酸化物半導体は耐電圧性が高いだけでなく、オン（導通状態）の時の抵抗（オン抵抗）が小さい。よって、トランジスタのオン抵抗に起因する電力損失を小さく抑えることができる。また、酸化物半導体を活性層に用いたトランジスタは、オフ電流が著しく小さい。よって、電気機器の非動作時の消費電力を低減することが可能となる。
また、酸化物半導体を活性層に用いたトランジスタは、電力供給用のスイッチに限らず、他のスイッチとして用いることも可能である。よって、電気機器の動作時においても消費電力を低減することが可能となる。
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示したパワースイッチ２５１及びパワースイッチ２５２を、酸化物半導体を活性層に用いる耐電圧性の高いトランジスタ２５１Ｔ及びトランジスタ２５２Ｔで形成した構成例を示している。また、トランジスタ２５１Ｔ及びトランジスタ２５２Ｔのゲートは、電源スイッチ制御回路２５４に接続される。
次に、図５及び図６を用いてセンサ機器６１０の構成例を説明する。センサ機器６１０は、少なくともインターフェイス６１２、電力供給回路６４０、ＭＣＵ６３１、検出部６２１を有する。また、電力供給回路６４０は、パワースイッチ６５１、パワースイッチ６５２、電圧調整回路６４１、及び電源スイッチ制御回路６４２を有する。また、検出部６２１は、センサ６２２、増幅回路６２３、ＡＤコンバータ６２４を有する。
インターフェイス６１２、電力供給回路６４０、配線６６１、配線６６２は、図４に例示した電気機器２００が有するインターフェイス２１２、電力供給回路２５０、配線２６１、配線２６２と同様に機能する。
また、パワースイッチ６５１、及びパワースイッチ６５２は、前述した耐電圧性が高いトランジスタを用いる。具体的には、上記トランジスタは、バンドギャップが単結晶シリコンより広い半導体を活性層に用いることが好ましい。
また、センサ機器６１０が有する負荷６１１は、検出部６２１とＭＣＵ６３１を有する。検出部６２１は、センサ６２２、増幅回路６２３、ＡＤコンバータ６２４を有する。センサ６２２は、検出した信号の強度に応じた電圧を出力する。センサ６２２が出力した電圧は増幅回路６２３に入力され、増幅回路６２３は入力された電圧を増幅して出力する。増幅回路６２３から出力された電圧は、ＡＤコンバータ６２４に入力される。ＡＤコンバータ６２４は、入力された電圧をデジタル信号へ変換し、ＭＣＵ６３１に送信する。
センサ６２２にはさまざまなセンサを用いることができる。例えば、センサ６２２として、温度センサ、光センサ、ガスセンサ、炎センサ、煙センサ、湿度センサ、圧力センサ、流量センサ、振動センサ、音声センサ、磁気センサ、放射線センサ、匂いセンサ、花粉センサ、加速度センサ、傾斜角センサ、ジャイロセンサ、方位センサ、電力センサなどを用いることができる。
例えば、センサ６２２として、温度センサを用いる場合は、サーミスタ（温度によって抵抗値の変化する抵抗体）やＩＣ化温度センサ（ＮＰＮトランジスタのベース−エミッタ間電圧の温度特性を利用）を用いることが可能である。また、温度特性の異なる２種類以上の半導体素子を用いて温度センサを形成することもできる。
また、センサ６２２として、光センサを用いる場合は、フォトダイオードやフォトトランジスタを用いることが可能である。
また、センサ６２２として、ガスセンサを用いる場合は、酸化スズなどの金属酸化物半導体にガスが吸着することによる抵抗の変化を検出する半導体式ガスセンサ、接触燃焼式ガスセンサ、固体電解質式ガスセンサなどを用いることが可能である。
また、センサ６２２として、炎センサを用いる場合は、炎に特有の赤外線を検出する赤外線検出方式や、炎に特有の紫外線を検出する紫外線検出方式の炎センサを用いることが可能である。
また、センサ６２２として、近接センサを用いることもできる。近接センサを用いることで、検出対象の有無を検出対象に接触することなく検出することができる。センサ６２２として、近接センサを用いる場合は、高周波発振型近接センサ、静電容量型近接センサ、磁気型近接センサなどを用いることができる。
また、センサ６２２に用いるセンサによっては、図５（Ｂ）のように増幅回路６２３やＡＤコンバータ６２４を省略することもできる。特に、センサ６２２として、近接センサを用いる場合は、増幅回路６２３やＡＤコンバータ６２４を省略しやすい。増幅回路６２３及びＡＤコンバータ６２４の一方または両方を省略することで、センサ機器６１０の小型化、低消費電力化、低コスト化が可能となる。
図６に、センサ機器６１０にワイヤレス給電により電力供給を行う場合の構成例を示す。図６に示すセンサ機器６１０は、少なくとも電力供給回路６４０、蓄電装置６１４、電圧検出回路６１６、インターフェイス６１２を有する。また、センサ機器６１０を構成する他の回路を負荷２１１として示す。
電力供給回路６４０は、受電アンテナ６５３、容量素子６５４、電圧調整回路６４１、電源スイッチ制御回路６４２、パワースイッチ６５１、パワースイッチ６５２を有する。
電力放射回路６６０から放射される交流電力の周波数と、受電アンテナ６５３のインダクタンスＬと、容量素子６５４のコンダクタンスＣの組み合わせにより決定される共振周波数を一致させることで、ファラデーの電磁誘導の法則により受電アンテナ６５３に誘導起電力を生じさせることができる。これにより、電力放射回路６６０から電力供給回路６４０へのワイヤレス給電を実現できる。
電力放射回路６６０から放射される交流電力の周波数は、特定の周波数に限定されず、例えばサブミリ波である３００ＧＨｚ〜３ＴＨｚ、ミリ波である３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ、マイクロ波である３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ、極超短波である３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ、超短波である３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ、短波である３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、中波である３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、長波である３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、及び超長波である３ｋＨｚ〜３０ｋＨｚのいずれかを用いることができる。
電力放射回路６６０から放射された電力は、電圧調整回路６４１、パワースイッチ６５１、パワースイッチ６５２を介して蓄電装置６１４に充電される。蓄電装置６１４の充電状況は電圧検出回路６１６により検出される。電圧検出回路６１６と電源スイッチ制御回路６４２は接続されている。電圧検出回路６１６は、蓄電装置６１４が過充電とならないように、電源スイッチ制御回路６４２を介してパワースイッチ６５１及びパワースイッチ６５２のオン状態とオフ状態を制御する。電圧検出回路６１６とインターフェイス６１２は接続されている。蓄電装置６１４は、負荷６１１、電圧検出回路６１６、インターフェイス６１２などの、センサ機器を構成する回路に電力を供給する。また、センサ機器６１０は、インターフェイス６１２を介して集中管理装置１２０と情報を送受信することができる。
また、図６を用いて説明した構成を、電気機器２００や出力手段５００に適用し、電気機器２００や出力手段５００にワイヤレス給電により電力供給を行うことも可能である。
また、ワイヤレス給電は、上述の電磁誘導現象を利用した電磁誘導方式だけでなく、電界結合方式や、共鳴方式で行うことも可能である。特に共鳴方式による給電では、電力放射回路６６０と、電気機器２００またはセンサ機器６１０が近接していなくても電力を供給することが可能となる。
また、電気機器２００、センサ機器６１０、または出力手段５００に、上述した光発電装置９０２、振動発電装置９０３、熱発電装置９０４の少なくともいずれかを付加してもよい。
図７に、センサ機器６１０に光発電装置９０２として太陽電池６４３を設ける構成例を示す。太陽電池６４３から得られた電力は、逆流防止ダイオード６４４、パワースイッチ６５１、パワースイッチ６５２を介して蓄電装置６１４に充電される。逆流防止ダイオード６４４は、太陽電池６４３の発電量が低下した時に、蓄電装置６１４から太陽電池６４３へ電力が供給されることを防ぐ機能を有する。なお、センサ機器６１０を主に屋内で用いる場合、屋内光でも十分発電が可能な光感度の高い太陽電池６４３を用いることが好ましい。
また、図８は、図７に示した太陽電池６４３を有するセンサ機器６１０に、電圧調整回路６４１を付加する構成例を示している。具体的には、電圧調整回路６４１を太陽電池６４３と蓄電装置６１４の間に設ける。電圧調整回路６４１により、蓄電装置６１４に供給する電圧や電流の大きさを変化させることができる。
電気機器２００、センサ機器６１０、または出力手段５００に電力供給源を付加することで、電源を供給するための電気工事をする必要がなくなり、設置場所の変更も容易となる。
また、電気機器２００、センサ機器６１０、または出力手段５００のうち、蓄電池により動作させている機器に電力供給源を付加することで、蓄電池の入れ替えを不要とすることができる。なお、特に火災報知機においては、家屋内のすべての部屋、廊下、階段などに設置することが好ましい。また、設置工事のための費用を削減することができる。
また、検出部６２１に用いることができる回路構成の一例として、センサ６２２に光センサを用いた検出回路３６０を図９に例示する。図９に例示する検出回路３６０は、フォトダイオード３６１、リセットトランジスタ３６２、アンプトランジスタ３６３、バイアス用トランジスタ３６４、抵抗素子３６５から構成される。
フォトダイオード３６１のカソードは、高電源電位ＶＤＤ（単に「ＶＤＤ」とも呼ぶ。）が供給されるＶＤＤ端子３７１に接続される。フォトダイオード３６１のアノードは、ノードＦＤに接続される。リセットトランジスタ３６２のソースは、ノードＦＤに接続され、ドレインは、低電源電位ＶＳＳ（単に「ＶＳＳ」とも呼ぶ。）が供給されるＶＳＳ端子３７４へ接続され、ゲートは、リセット信号端子３７５と接続される。アンプトランジスタ３６３のソースは、出力信号端子３７３に接続され、ドレインはＶＳＳ端子３７４へ接続され、ゲートは、ノードＦＤに接続される。バイアス用トランジスタ３６４のソースは、ＶＤＤ端子３７１に接続され、ドレインは、出力信号端子３７３に接続され、ゲートは、外部のバイアス電源端子３７２に接続される。抵抗素子３６５の一方の端子は、リセット信号端子３７５およびリセットトランジスタ３６２のゲートに接続され、もう他方の端子はＶＳＳ端子３７４へ接続される。抵抗素子３６５は、リセットトランジスタ３６２がオフ状態のときに、リセットトランジスタ３６２のゲートの電位を安定に保つ機能を有する（プルダウン抵抗）。また、回路構成によっては、リセットトランジスタ３６２にｐ型のトランジスタを用いる場合がある。この場合、抵抗素子３６５の他方の端子はＶＤＤ端子３７１に接続される（プルアップ抵抗）。
なお、ＶＤＤは高電位側の電源電位であり、ＶＳＳは低電位側の電源電位である。また、接地電位をＶＤＤまたはＶＳＳとして用いることもできる。例えばＶＤＤが接地電位の場合には、ＶＳＳは接地電位より低い電位であり、ＶＳＳが接地電位の場合には、ＶＤＤは接地電位より高い電位である。
検出回路３６０中のフォトダイオード３６１がセンサ６２２に相当し、アンプトランジスタ３６３が増幅回路６２３に相当する。検出回路３６０では、ＡＤコンバータ６２４に相当する部分が省略されている。
リセット信号端子３７５及び出力信号端子３７３は、ＭＣＵ６３１に接続される。リセット信号端子３７５は、ＭＣＵ６３１からリセット信号が入力される。出力信号端子３７３は、検出回路３６０の検出結果をＭＣＵ６３１に出力する。出力信号端子３７３とＭＣＵ６３１の間に、ＡＤコンバータなどの回路を設けてもよい。
上記接続により、ＭＣＵ６３１が、検出回路３６０の動作を制御し、検出回路３６０の検出結果を受け取ることができる。
続いて、ＭＣＵ１２２、ＭＣＵ２３１、及びＭＣＵ６３１に適用可能なＭＣＵ７００の構成例について、図１０乃至図１３を用いて説明する。図１０は、ＭＣＵ７００のブロック図である。
ＭＣＵ７００は、ＣＰＵ７１０、バスブリッジ７１１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）７１２、メモリインターフェイス７１３、コントローラ７２０、割り込みコントローラ７２１、Ｉ／Ｏインターフェイス（入出力インターフェイス）７２２、及びパワーゲートユニット７３０を有する。
ＭＣＵ７００は、更に、水晶発振回路７４１、タイマー回路７４５、Ｉ／Ｏインターフェイス７４６、Ｉ／Ｏポート７５０、コンパレータ７５１、Ｉ／Ｏインターフェイス７５２、バスライン７６１、バスライン７６２、バスライン７６３、及びデータバスライン７６４を有する。更に、ＭＣＵ７００は、外部装置との接続部として少なくとも接続端子７７０乃至接続端子７７６を有する。なお、各接続端子７７０乃至接続端子７７６は、１つの端子または複数の端子でなる端子群を表す。また、水晶振動子７４３を有する発振子７４２が、接続端子７７２、及び接続端子７７３を介してＭＣＵ７００に接続されている。
ＣＰＵ７１０はレジスタ７８５を有し、バスブリッジ７１１を介してバスライン７６１乃至バスライン７６３、及びデータバスライン７６４に接続されている。
ＲＡＭ７１２は、ＣＰＵ７１０のメインメモリとして機能する記憶装置であり、不揮発性のランダムアクセスメモリが用いられる。ＲＡＭ７１２は、ＣＰＵ７１０が実行する命令、命令の実行に必要なデータ、及びＣＰＵ７１０の処理によるデータを記憶する装置である。ＣＰＵ７１０の命令により、ＲＡＭ７１２へのデータの書き込み、読み出しが行われる。
ＭＣＵ７００では、低消費電力モードでは、ＲＡＭ７１２の電力供給が遮断される。そのため、ＲＡＭ７１２は電源が供給されていない状態でもデータを保持できる不揮発性のメモリで構成する。
メモリインターフェイス７１３は、外部記憶装置との入出力インターフェイスである。ＣＰＵ７１０の命令により、メモリインターフェイス７１３を介して、接続端子７７６に接続される外部記憶装置へのデータの書き込み及び読み出しが行われる。
クロック生成回路７１５は、ＣＰＵ７１０で使用されるクロック信号ＭＣＬＫ（以下、単に「ＭＣＬＫ」とも呼ぶ。）を生成する回路であり、ＲＣ発振器等を有する。ＭＣＬＫはコントローラ７２０及び割り込みコントローラ７２１にも出力される。
コントローラ７２０はＭＣＵ７００全体の制御処理を行う回路であり、例えば、バス及びメモリマップなどの制御、ＭＣＵ７００の電源制御、クロック生成回路７１５、水晶発振回路７４１の制御等を行う。
接続端子７７０は、外部の割り込み信号入力用の端子であり、接続端子７７０を介してマスク不可能な割り込み信号ＮＭＩがコントローラ７２０に入力される。コントローラ７２０にマスク不可能な割り込み信号ＮＭＩが入力されると、コントローラ７２０は直ちにＣＰＵ７１０にマスク不可能な割り込み信号ＮＭＩを出力し、ＣＰＵ７１０に割り込み処理を実行させる。
また、割り込み信号ＩＮＴが、接続端子７７０を介して割り込みコントローラ７２１に入力される。割り込みコントローラ７２１には、周辺回路（７４５、７５０、７５１）からの割り込み信号（Ｔ０ＩＲＱ、Ｐ０ＩＲＱ、Ｃ０ＩＲＱ）も、バス（７６１乃至７６４）を経由せずに入力される。
割り込みコントローラ７２１は割り込み要求の優先順位を割り当てる機能を有する。割り込みコントローラ７２１は割り込み信号を検出すると、その割り込み要求が有効であるか否かを判定する。有効な割り込み要求であれば、コントローラ７２０に割り込み信号ＩＮＴを出力する。
また、割り込みコントローラ７２１はＩ／Ｏインターフェイス７２２を介して、バスライン７６１及びデータバスライン７６４に接続されている。
コントローラ７２０は、割り込み信号ＩＮＴが入力されると、ＣＰＵ７１０に割り込み信号ＩＮＴを出力し、ＣＰＵ７１０に割り込み処理を実行させる。
また、割り込み信号Ｔ０ＩＲＱが割り込みコントローラ７２１を介さず直接コントローラ７２０に入力される場合がある。コントローラ７２０は、割り込み信号Ｔ０ＩＲＱが入力されると、ＣＰＵ７１０にマスク不可能な割り込み信号ＮＭＩを出力し、ＣＰＵ７１０に割り込み処理を実行させる。
コントローラ７２０のレジスタ７８０は、コントローラ７２０内に設けられ、割り込みコントローラ７２１のレジスタ７８６は、Ｉ／Ｏインターフェイス７２２に設けられている。
続いて、ＭＣＵ７００が有する周辺回路を説明する。ＭＣＵ７００は、周辺回路として、タイマー回路７４５、Ｉ／Ｏポート７５０及びコンパレータ７５１を有する。これらの周辺回路は一例であり、ＭＣＵ７００が使用される電子機器に応じて、必要な回路を設けることができる。
タイマー回路７４５は、クロック生成回路７４０から出力されるクロック信号ＴＣＬＫ（以下、単に「ＴＣＬＫ」とも呼ぶ。）を用いて、時間を計測する機能を有する。また、クロック生成回路７１５は、決められた時間間隔で、割り込み信号Ｔ０ＩＲＱを、コントローラ７２０及び割り込みコントローラ７２１に出力する。タイマー回路７４５は、Ｉ／Ｏインターフェイス７４６を介して、バスライン７６１及びデータバスライン７６４に接続されている。
ＴＣＬＫはＭＣＬＫよりも低い周波数のクロック信号である。例えば、ＭＣＬＫの周波数を数ＭＨｚ程度（例えば、８ＭＨｚ）とし、ＴＣＬＫは、数十ｋＨｚ程度（例えば、３２ｋＨｚ）とする。クロック生成回路７４０は、ＭＣＵ７００に内蔵された水晶発振回路７４１と、接続端子７７２及び接続端子７７３に接続された発振子７４２を有する。発振子７４２の振動子として、水晶振動子７４３が用いられている。なお、ＣＲ発振器等でクロック生成回路７４０を構成することで、クロック生成回路７４０の全てのモジュールをＭＣＵ７００に内蔵することが可能である。
Ｉ／Ｏポート７５０は、接続端子７７４を介して接続された外部機器と情報の入出力を行うためのインターフェイスであり、デジタル信号の入出力インターフェイスである。Ｉ／Ｏポート７５０は、入力されたデジタル信号に応じて、割り込み信号Ｐ０ＩＲＱを割り込みコントローラ７２１に出力する。
接続端子７７５から入力されるアナログ信号を処理する周辺回路として、コンパレータ７５１が設けられている。コンパレータ７５１は、接続端子７７５から入力されるアナログ信号の電位（または電流）と基準信号の電位（または電流）との大小を比較し、値が０又は１のデジタル信号を発生する。さらに、コンパレータ７５１は、このデジタル信号の値が１のとき、割り込み信号Ｃ０ＩＲＱを発生する。割り込み信号Ｃ０ＩＲＱは割り込みコントローラ７２１に出力される。
Ｉ／Ｏポート７５０及びコンパレータ７５１は共通のＩ／Ｏインターフェイス７５２を介してバスライン７６１及びデータバスライン７６４に接続されている。ここでは、Ｉ／Ｏポート７５０、コンパレータ７５１各々のＩ／Ｏインターフェイスに共有できる回路があるため、１つのＩ／Ｏインターフェイス７５２で構成しているが、もちろんＩ／Ｏポート７５０、コンパレータ７５１のＩ／Ｏインターフェイスを別々に設けることもできる。
また、周辺回路のレジスタは、対応する入出力インターフェイスに設けられている。タイマー回路７４５のレジスタ７８７はＩ／Ｏインターフェイス７４６に設けられ、Ｉ／Ｏポート７５０のレジスタ７８３及びコンパレータ７５１のレジスタ７８４は、それぞれ、Ｉ／Ｏインターフェイス７５２に設けられている。
ＭＣＵ７００は内部回路への電力供給を遮断するためのパワーゲートユニット７３０を有する。パワーゲートユニット７３０により、動作に必要な回路のみに電力供給を行うことで、ＭＣＵ７００全体の消費電力を下げることができる。
図１０に示すように、ＭＣＵ７００内の破線で囲んだユニット７０１、ユニット７０２、ユニット７０３、ユニット７０４の回路は、パワーゲートユニット７３０を介して、接続端子７７１に接続されている。接続端子７７１は、高電源電位ＶＤＤ（以下、単に「ＶＤＤ」とも呼ぶ。）供給用の電源端子である。
本実施の形態では、ユニット７０１は、タイマー回路７４５、及びＩ／Ｏインターフェイス７４６を含み、ユニット７０２は、Ｉ／Ｏポート７５０、コンパレータ７５１、及びＩ／Ｏインターフェイス７５２を含み、ユニット７０３は、割り込みコントローラ７２１、及びＩ／Ｏインターフェイス７２２を含み、ユニット７０４は、ＣＰＵ７１０、ＲＡＭ７１２、バスブリッジ７１１、及びメモリインターフェイス７１３を含む。
パワーゲートユニット７３０は、コントローラ７２０により制御される。パワーゲートユニット７３０は、ユニット７０１乃至７０４へのＶＤＤの供給を遮断するためのスイッチ回路７３１及びスイッチ回路７３２を有する。
スイッチ回路７３１、スイッチ回路７３２のオン／オフはコントローラ７２０により制御される。具体的には、コントローラ７２０は、ＣＰＵ７１０の要求によりパワーゲートユニット７３０が有するスイッチ回路の一部または全部をオフ状態とする信号を出力する（電力供給の停止）。また、コントローラ７２０は、マスク不可能な割り込み信号ＮＭＩ、またはタイマー回路７４５からの割り込み信号Ｔ０ＩＲＱをトリガーにして、パワーゲートユニット７３０が有するスイッチ回路をオン状態とする信号を出力する（電力供給の開始）。
なお、図１０では、パワーゲートユニット７３０に、２つのスイッチ回路（スイッチ回路７３１、スイッチ回路７３２）を設ける構成を示しているが、これに限定されず、電源遮断に必要な数のスイッチ回路を設ければよい。
また、本実施の形態では、ユニット７０１に対する電力供給を独立して制御できるようにスイッチ回路７３１を設け、ユニット７０２乃至７０４に対する電力供給を独立して制御できるようにスイッチ回路７３２を設けているが、このような電力供給経路に限定されるものではない。例えば、スイッチ回路７３２とは別のスイッチ回路を設けて、ＲＡＭ７１２の電力供給を独立して制御できるようにしてもよい。また、１つの回路に対して、複数のスイッチ回路を設けてもよい。
また、コントローラ７２０には、パワーゲートユニット７３０を介さず、常時、接続端子７７１からＶＤＤが供給される。また、ノイズの影響を少なくするため、クロック生成回路７１５の発振回路、水晶発振回路７４１には、それぞれ、ＶＤＤの電源回路と異なる外部の電源回路から電源電位が供給される。
表１に、各ブロックの役割をまとめた表を示す。
コントローラ７２０及びパワーゲートユニット７３０等を備えることにより、ＭＣＵ７００を３種類の動作モードで動作させることが可能である。第１の動作モードは、通常動作モードであり、ＭＣＵ７００の全ての回路がアクティブな状態である。ここでは、第１の動作モードを「Ａｃｔｉｖｅモード」と呼ぶ。
第２、及び第３の動作モードは低消費電力モードであり、一部の回路をアクティブにするモードである。第２の動作モードでは、コントローラ７２０、並びにタイマー回路７４５とその関連回路（水晶発振回路７４１、Ｉ／Ｏインターフェイス７４６）がアクティブである。第３の動作モードでは、コントローラ７２０のみがアクティブである。ここでは、第２の動作モードを「Ｎｏｆｆ１モード」と呼び、第３の動作モードを「Ｎｏｆｆ２モード」と呼ぶことにする。
以下、表２に、各動作モードとアクティブな回路との関係を示す。表２では、アクティブにする回路に「ＯＮ」と記載している。表１に示すように、Ｎｏｆｆ１モードでは、コントローラ７２０と周辺回路の一部（タイマー動作に必要な回路）が動作し、Ｎｏｆｆ２モードでは、コントローラ７２０のみが動作している。
なお、クロック生成回路７１５の発振器、及び水晶発振回路７４１は、動作モードに関わらず、電源が常時供給される。クロック生成回路７１５及び水晶発振回路７４１を非アクティブにするには、コントローラ７２０からまたは外部からイネーブル信号を入力し、クロック生成回路７１５及び水晶発振回路７４１の発振を停止させることにより行われる。
また、Ｎｏｆｆ１、Ｎｏｆｆ２モードでは、パワーゲートユニット７３０により電力供給が遮断されるため、Ｉ／Ｏポート７５０、Ｉ／Ｏインターフェイス７５２は非Ａｃｔｉｖｅになるが、接続端子７７４に接続されている外部機器を正常に動作させるために、Ｉ／Ｏポート７５０、Ｉ／Ｏインターフェイス７５２の一部には電力が供給される。具体的には、Ｉ／Ｏポート７５０の出力バッファ、Ｉ／Ｏポート７５０用のレジスタ７８６である。Ｎｏｆｆ１、Ｎｏｆｆ２モードでは、Ｉ／Ｏポート７５０での実質的な機能である、Ｉ／Ｏインターフェイス７５２及び外部機器とのデータの伝送機能、割り込み信号生成機能は停止している。また、Ｉ／Ｏインターフェイス７５２も同様に、通信機能は停止している。
なお、本明細書では、回路が非アクティブとは、電力の供給が遮断されて回路が停止している状態の他、Ａｃｔｉｖｅモード（通常動作モード）での主要な機能が停止している状態や、Ａｃｔｉｖｅモードよりも省電力で動作している状態を含む。
また、ＭＣＵ７００では、Ｎｏｆｆ１、Ｎｏｆｆ２モードから、Ａｃｔｉｖｅモードへの復帰を高速化するため、レジスタ７８４乃至レジスタ７８７は、電源遮断時にデータを退避させるバックアップ保持部を更に有する。別言すると、レジスタ７８４乃至レジスタ７８７は、揮発性のデータ保持部（単に、「揮発性記憶部」とも言う）と、不揮発性のデータ保持部（単に、「不揮発性記憶部」とも言う）を有する。Ａｃｔｉｖｅモード中、レジスタ７８４乃至レジスタ７８７は、揮発性記憶部にアクセスして、データの書き込み、読み出しが行われる。
なお、コントローラ７２０には常に電力が供給されているため、コントローラ７２０のレジスタ７８０には、不揮発性記憶部は設けられていない。また、上述したように、Ｎｏｆｆ１／Ｎｏｆｆ２モードでも、Ｉ／Ｏポート７５０には出力バッファを機能させるためレジスタ７８３を動作させている。よって、レジスタ７８３には常に電力が供給されているため、不揮発性記憶部が設けられていない。
また、揮発性記憶部は一つまたは複数の揮発性記憶素子を有し、不揮発性記憶部は一つまたは複数の不揮発性記憶素子を有する。なお、揮発性記憶素子は、不揮発性記憶素子よりもアクセス速度が速いものとする。
上記揮発性記憶素子を構成するトランジスタに用いる半導体材料は特に限定されないが、後述する不揮発性記憶素子を構成するトランジスタに用いる半導体材料とは、異なる禁制帯幅を持つ材料とすることが好ましい。このような半導体材料としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、またはガリウムヒ素等を用いることができ、単結晶半導体を用いることが好ましい。データの処理速度を向上させるという観点からは、例えば、単結晶シリコンを用いたトランジスタなど、スイッチング速度の高いトランジスタを適用するのが好適である。
不揮発性記憶素子は、揮発性記憶素子のデータに対応する電荷が保持されたノードと電気的に接続されており、電源が遮断されている間に揮発性記憶素子のデータを退避させるために用いる。よって、不揮発性記憶素子は、少なくとも電力が供給されていないときの上記揮発性記憶素子よりデータの保持時間が長いものとする。
ＡｃｔｉｖｅモードからＮｏｆｆ１、Ｎｏｆｆ２モードへ移行する際は、電源遮断に先立って、レジスタ７８４乃至７８７の揮発性記憶部のデータは不揮発性記憶部に書き込まれ、揮発性記憶部のデータを初期値にリセットし、電源が遮断される。
Ｎｏｆｆ１、またはＮｏｆｆ２モードからＡｃｔｉｖｅモードへ復帰する場合、レジスタ７８４乃至７８７に電力供給が再開されると、まず揮発性記憶部のデータが初期値にリセットされる。そして、不揮発性記憶部のデータが揮発性記憶部に書き込まれる。
従って、低消費電力モードでも、ＭＣＵ７００の処理に必要なデータがレジスタ７８４乃至７８７で保持されているため、ＭＣＵ７００を低消費電力モードからＡｃｔｉｖｅモードへ直ちに復帰させることが可能になる。
図１１に、シリコン基板を用いて作製したＭＣＵ７９０の光学式顕微鏡写真を示す。ＭＣＵ７９０は、外形寸法が縦１１．０ｍｍ、横１２．０ｍｍであり、図１０を用いて説明したＭＣＵ７００と同等の回路ブロックの構成及び機能を有する。なお、図１１では、上記回路ブロックに対応する符号の一部を付記している。
ここで、図１１に示したＭＣＵ７９０を動作させて、Ａｃｔｉｖｅモードから、電力供給が遮断されるＮｏｆｆ２モードへ替わっても、レジスタ７８５内のデータが保持されることを確認した結果について、図１２及び図１３のタイミングチャートを用いて説明しておく。
データ保持の確認は、Ａｃｔｉｖｅモード時にレジスタ７８５の揮発性記憶部にあるＨＬレジスタにデータを記憶し、電力供給が停止されるＮｏｆｆ２モードを経て再びＡｃｔｉｖｅモードに復帰した後に、ＨＬレジスタのデータを読み出すことで行った。
図１２及び図１３は、テクトロニクス社製パターンジェネレータＴＬＡ７ＰＧ２により生成した信号をＭＣＵ７９０に入力し、ＭＣＵ７９０の入出力端子に生じる信号を同社製ロジックアナライザーＴＬＡ７ＡＡ２により測定した結果を示している。
図１２及び図１３に示す「ＡＤＤＲ」、「ＤＡＴＡ」、「ＣＰＵ＿ＶＤＤ」、「ＭＲＥＱ＿Ｂ」、「ＲＤ＿Ｂ」、「ＷＲ＿Ｂ」、及び「ＮＭＩ＿Ｂ」は、上記ロジックアナライザーにより測定した入出力端子の名称である。
「ＡＤＤＲ」端子からは、ＣＰＵが計数しているステップ数（処理数に応じて順次変化する値）、またはＣＰＵがアクセスするアドレスを検出することができる。また、「ＤＡＴＡ」端子からは、ＭＣＵ７９０内のＣＰＵ７１０が実行する命令コードや、ＭＣＵ７９０が入出力するデータを検出することができる。また、「ＣＰＵ＿ＶＤＤ」端子からは、ＣＰＵに供給されるＶＤＤの電位を検出することができる。また、「ＭＲＥＱ＿Ｂ」端子からは、外部メモリへのアクセス可否を決定する信号を検出することができ、「ＭＲＥＱ＿Ｂ」端子がＬｏｗ電位の時に外部メモリへのアクセスが許可され、「ＭＲＥＱ＿Ｂ」端子がＨｉｇｈ電位の時に外部メモリへのアクセスが拒絶される。また、「ＭＲＥＱ＿Ｂ」端子がＬｏｗ電位かつ「ＲＤ＿Ｂ」端子がＬｏｗ電位の時に外部メモリからのデータの読み出しが許可され、また、「ＭＲＥＱ＿Ｂ」端子がＬｏｗ電位かつ「ＷＲ＿Ｂ」端子がＬｏｗ電位の時に外部メモリへデータの書き込みが許可される。また、「ＮＭＩ＿Ｂ」端子からは、マスク不可能な割り込み信号を検出することができる。「ＮＭＩ＿Ｂ」端子には通常Ｈｉｇｈ電位が供給されているが、「ＮＭＩ＿Ｂ」端子にＬｏｗ電位が供給されると割り込み処理が実行される。
なお、Ｈｉｇｈ電位とは基準電位よりも高い電位であり、Ｌｏｗ電位とは基準電位よりも低い電位である。基準電位が０Ｖの場合、Ｈｉｇｈ電位をプラス電位、Ｌｏｗ電位をマイナス電位と言うことができる。また、Ｈｉｇｈ電位またはＬｏｗ電位のどちらか一方を、基準電位と同電位とすることもできる。
また、図１２に示す期間６８１及び期間６８５は、ＭＣＵ７９０がＡｃｔｉｖｅモードで動作している期間である。また、期間６８２は、ＭＣＵ７９０がＡｃｔｉｖｅモードからＮｏｆｆ２モードに移行する前に、各レジスタ内の揮発性記憶部から不揮発性記憶部にデータを移すための退避処理期間である。また、期間６８３は、ＭＣＵ７９０がＮｏｆｆ２モードで動作している期間である。また、期間６８４は、ＭＣＵ７９０がＮｏｆｆ２モードからＡｃｔｉｖｅモードに復帰する前に、各レジスタ内の不揮発性記憶部から揮発性記憶部にデータを戻すための復帰処理期間である。
また、期間６８１の一部を拡大し、期間６９１として図１３（Ａ）に示す。また、期間６８５の一部を拡大し、期間６９２として図１３（Ｂ）に示す。
期間６８１（Ａｃｔｉｖｅモード期間）において、レジスタ７８５の一部であるＨＬレジスタに、データ”ＡＡ５５”を記憶させる処理を行った（処理６９６）。処理６９６中、「ＡＤＤＲ」端子が”０００７”である時に「ＤＡＴＡ」端子で検出された”２１”が、ＨＬレジスタにデータを記憶するための命令コードである。また、それに続いて「ＤＡＴＡ」端子で検出された”５５”、”ＡＡ”が、ＨＬレジスタに記憶するデータを示している。なお、ＭＣＵ７９０は１バイト単位でデータを処理するため、先に下位１バイト分の”５５”が検出され、次に上位１バイト分の”ＡＡ”が検出されている（図１２及び図１３（Ａ）参照）。
次に、ＭＣＵ７９０をＮｏｆｆ２モードに切り替える信号をＭＣＵ７９０に入力した（図示せず）。ＭＣＵ７９０にＮｏｆｆ２モードに切り替える信号が入力されると、ＭＣＵ７９０はレジスタ内の揮発性記憶部に記憶されているデータのうち、電力供給の停止後も保持する必要があるデータを不揮発性記憶部に転送し、不揮発性記憶部に記憶する（期間６８２）。この時、揮発性記憶部であるＨＬレジスタに記憶したデータ”ＡＡ５５”も不揮発性記憶部に転送され、不揮発性記憶部に記憶される。
ＭＣＵ７９０は、不揮発性記憶部へのデータの転送及び記憶が終了すると、パワーゲートユニット７３０を動作させ、各回路ブロックへの電力供給を遮断し、Ｎｏｆｆ２モードとなる（期間６８３）。図１２中の期間６８３では、「ＣＰＵ＿ＶＤＤ」端子への電力供給が停止していることを示している。
Ｎｏｆｆ２モードからＡｃｔｉｖｅモードへの復帰は、「ＮＭＩ＿Ｂ」端子にＬｏｗ電位を供給することで開始される。「ＮＭＩ＿Ｂ」端子にＬｏｗ電位が供給されると、パワーゲートユニット７３０が動作し、各回路ブロックへの電力供給を再開する。続いて、不揮発性記憶部に記憶されていたデータを揮発性記憶部に転送し、揮発性記憶部に記憶する。この時、不揮発性記憶部に記憶したデータ”ＡＡ５５”もＨＬレジスタに転送され、ＨＬレジスタに再び記憶される（期間６８４）。
不揮発性記憶部から揮発性記憶部へのデータ復帰が終了すると、ＭＣＵ７９０は復帰したデータを基にＡｃｔｉｖｅモードの動作を再開する（期間６８５）。
続いて、期間６８５において、処理６９７及び処理６９８を行い、ＨＬレジスタに復帰したデータの確認を行った。処理６９７中、「ＡＤＤＲ」端子が”００２３”である時に「ＤＡＴＡ」端子で検出された”２２”が、ＨＬレジスタが記憶しているデータを外部メモリに転送するための命令コードである。また、それに続いて「ＤＡＴＡ」端子で検出された”ＦＤ”、”７Ｆ”が、データの転送先である外部メモリのアドレス”７ＦＦＤ”を示している。（図１２及び図１３（Ｂ）参照）。
ＭＣＵ７９０は、処理６９７に続く処理６９８で、ＨＬレジスタ内のデータを外部メモリへ転送する。なお、前述したが、ＭＣＵ７９０は１バイト単位でデータを処理する。また、外部メモリは１つのアドレスに１バイトのデータを記憶する。このため、処理６９７の命令を受けたＭＣＵ７９０は、処理６９８において、まずＨＬレジスタ内の下位１バイト分のデータを外部メモリのアドレス”７ＦＦＤ”に転送し、次に上位１バイト分のデータを外部メモリのアドレス”７ＦＦＥ”に転送する。
図１３（Ｂ）より、処理６９８において、ＭＣＵ７９０は、まず「ＡＤＤＲ」端子に”７ＦＦＤ”を出力し、「ＤＡＴＡ」端子にＨＬレジスタ内の下位１バイト分のデータとして”５５”を出力していることが分かる。この時、「ＭＲＥＱ＿Ｂ」端子と「ＷＲ＿Ｂ」端子にＬｏｗ電位を供給することで、外部メモリのアドレス”７ＦＦＤ”に”５５”が書き込まれる。
続いて、ＭＣＵ７９０は、「ＡＤＤＲ」端子に”７ＦＦＥ”を出力し、「ＤＡＴＡ」端子にＨＬレジスタ内の上位１バイト分のデータとして”ＡＡ”を出力していることが分かる。この時、「ＭＲＥＱ＿Ｂ」端子と「ＷＲ＿Ｂ」端子にＬｏｗ電位を供給することで、外部メモリのアドレス”７ＦＦＥ”に”ＡＡ”が書き込まれる。
処理６９７及び処理６９８における「ＡＤＤＲ」端子及び「ＤＡＴＡ」端子の測定結果から、期間６８５においてＨＬレジスタにデータ”ＡＡ５５”が記憶されていることがわかった。よって、ＭＣＵ７９０は、Ａｃｔｉｖｅモードから、電力供給が遮断されるＮｏｆｆ２モードへ切り替わっても、レジスタ７８５内のデータを保持していることが確認できた。また、Ｎｏｆｆ２モードからＡｃｔｉｖｅモードへ復帰した後も、ＭＣＵ７９０が正常に動作することが確認できた。
図１４に、レジスタ７８４乃至レジスタ７８７に用いることができる、１ビットのデータを保持可能な、揮発性記憶部と不揮発性記憶部を有する回路構成の一例をレジスタ１１９６として示す。
図１４に示すレジスタ１１９６は、揮発性記憶部であるフリップフロップ２４８と、不揮発性記憶部２３３と、セレクタ２４５を有する。
フリップフロップ２４８には、リセット信号ＲＳＴ、クロック信号ＣＬＫ、及びデータ信号Ｄが与えられる。フリップフロップ２４８は、クロック信号ＣＬＫに従って入力されるデータ信号Ｄのデータを保持し、データ信号Ｑとして、データ信号Ｄに対応して高電位Ｈ、または低電位Ｌを出力する機能を有する。
不揮発性記憶部２３３には、書き込み制御信号ＷＥ、読み出し制御信号ＲＤ、及びデータ信号Ｄが与えられる。
不揮発性記憶部２３３は、書き込み制御信号ＷＥに従って、入力されるデータ信号Ｄのデータを記憶し、読み出し制御信号ＲＤに従って、記憶されたデータをデータ信号Ｄとして出力する機能を有する。
セレクタ２４５は、読み出し制御信号ＲＤに従って、データ信号Ｄまたは不揮発性記憶部２３３から出力されるデータ信号を選択して、フリップフロップ２４８に入力する。
また図１４に示すように不揮発性記憶部２３３には、トランジスタ２４０及び容量素子２４１が設けられている。
トランジスタ２４０は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ２４０のソースまたはドレインの一方は、フリップフロップ２４８の出力端子に接続されている。トランジスタ２４０は、書き込み制御信号ＷＥに従ってフリップフロップ２４８から出力されるデータ信号の保持を制御する機能を有する。
トランジスタ２４０としては、オフ電流が極めて小さいトランジスタを用いることが好ましい。例えば、トランジスタ２４０として、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を含むトランジスタを用いることができる。
容量素子２４１を構成する一対の電極の一方と、トランジスタ２４０のソースまたはドレインの他方は、ノードＭ１に接続されている。また、容量素子２４１を構成する一対の電極の他方にはＶＳＳが与えられる。容量素子２４１は、記憶するデータ信号Ｄのデータに基づく電荷をノードＭ１に保持する機能を有する。トランジスタ２４０にオフ電流が極めて小さいトランジスタを用いることにより、電源電圧の供給が停止してもノードＭ１の電荷は保持され、データが保持される。また、トランジスタ２４０にオフ電流が極めて小さいトランジスタを用いることにより、容量素子２４１を小さく、または省略することができる。
トランジスタ２４４は、ｐチャネル型トランジスタである。トランジスタ２４４のソース及びドレインの一方にはＶＤＤが与えられる。また、トランジスタ２４４のゲートには読み出し制御信号ＲＤが入力される。
トランジスタ２４３は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ２４３のソース及びドレインの一方と、トランジスタ２４４のソース及びドレインの他方は、ノードＭ２に接続されている。また、トランジスタ２４３のゲートは、トランジスタ２４４のゲートに接続し、読み出し制御信号ＲＤが入力される。
トランジスタ２４２は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ２４２のソース及びドレインの一方は、トランジスタ２４３のソース及びドレインの他方に接続されており、ソース及びドレインの他方には、ＶＳＳが与えられる。なお、フリップフロップ２４８が出力する高電位Ｈはトランジスタ２４２をオン状態とする電位であり、フリップフロップ２４８が出力する低電位Ｌはトランジスタ２４２をオフ状態とする電位である。
インバーター２４６の入力端子は、ノードＭ２接続されている。また、インバーター２４６の出力端子は、セレクタ２４５の入力端子に接続される。
容量素子２４７を構成する電極の一方はノードＭ２接続され、他方にはＶＳＳが与えられる。容量素子２４７は、インバーター２４６に入力されるデータ信号のデータに基づく電荷を保持する機能を有する。
以上のような構成を有する図１４に示すレジスタ１１９６は、フリップフロップ２４８から不揮発性記憶部２３３へデータの退避を行う際は、書き込み制御信号ＷＥとしてトランジスタ２４０をオン状態とする信号を入力することにより、フリップフロップ２４８のデータ信号Ｑに対応した電荷が、ノードＭ１に与えられる。その後、書き込み制御信号ＷＥとしてトランジスタ２４０をオフ状態とする信号を入力することにより、ノードＭ１に与えられた電荷が保持される。また、読み出し制御信号ＲＤの電位としてＶＳＳが与えられている間は、トランジスタ２４３がオフ状態、トランジスタ２４４がオン状態となり、ノードＭ２の電位はＶＤＤになる。
不揮発性記憶部２３３からフリップフロップ２４８へデータの復帰を行う際は、読み出し制御信号ＲＤとしてＶＤＤを与える。すると、トランジスタ２４４がオフ状態、トランジスタ２４３がオン状態となり、ノードＭ１に保持された電荷に応じた電位がノードＭ２に与えられる。ノードＭ１にデータ信号Ｑの高電位Ｈに対応する電荷が保持されている場合、トランジスタ２４２はオン状態であり、ノードＭ２にＶＳＳが与えられ、インバーター２４６から出力されたＶＤＤが、セレクタ２４５を介してフリップフロップ２４８に入力される。また、ノードＭ１にデータ信号Ｑの低電位Ｌに対応する電荷が保持されている場合、トランジスタ２４２はオフ状態であり、読み出し制御信号ＲＤの電位としてＶＳＳが与えられていたときのノードＭ２の電位（ＶＤＤ）が保持されており、インバーター２４６から出力されたＶＳＳが、セレクタ２４５を介してフリップフロップ２４８に入力される。
上述のように、レジスタ１１９６に揮発性記憶部２３２と不揮発性記憶部２３３を設けることにより、ＣＰＵ２３０への電力供給が遮断される前に、揮発性記憶部２３２から不揮発性記憶部２３３にデータを退避させることができ、ＣＰＵ２３０への電力供給が再開されたときに、不揮発性記憶部２３３から揮発性記憶部２３２にデータを素早く復帰させることができる。
このようにデータの退避及び復帰を行うことによって、電源遮断が行われるたびに揮発性記憶部２３２が初期化された状態からＣＰＵ２３０を起動し直す必要がなくなるので、電力供給の再開後ＣＰＵ２３０は速やかに測定に係る演算処理を開始することができる。
トランジスタ２４２は、情報の読み出し速度を向上させるという観点から、上述の揮発性記憶素子に用いたトランジスタと同様のトランジスタを用いることが好ましい。
なお、レジスタ１１９６では、トランジスタ２４２のソース及びドレインの他方と容量素子２４１の他方の電極ともにＶＳＳが供給されているが、トランジスタ２４２のソース及びドレインの他方と容量素子２４１の他方の電極は、同じ電位としても良いし、異なる電位としても良い。また、容量素子２４１は必ずしも設ける必要はなく、例えば、トランジスタ２４２の寄生容量が大きい場合は、当該寄生容量で容量素子２４１の代替とすることができる。
ノードＭ１は、不揮発性メモリ素子として用いられるフローティングゲート型トランジスタのフローティングゲートと同等の作用を奏する。しかしながら、トランジスタ２４０のオンオフ動作により直接的にデータの書き換えを行うことができるので、高電圧を用いてフローティングゲート内への電荷の注入、及びフローティングゲートからの電荷の引き抜きが不要である。つまり、不揮発性記憶部２３３では、従来のフローティングゲート型トランジスタにおいて書き込みや消去の際に必要であった高電圧が不要である。よって、本実施の形態に記載の不揮発性記憶部２３３を用いることにより、データの退避の際に必要な消費電力の低減を図ることができる。
また同様の理由により、データの書き込み動作や消去動作に起因する動作速度の低下を抑制することができるので、不揮発性記憶部２３３の動作の高速化が実現される。また同様の理由により、従来のフローティングゲート型トランジスタにおいて指摘されているゲート絶縁膜（トンネル絶縁膜）の劣化という問題が存在しない。つまり、本実施の形態に記載の不揮発性記憶部２３３は、従来のフローティングゲート型トランジスタと異なり、原理的な書き込み回数の制限が存在しないことを意味する。以上により、不揮発性記憶部２３３は、レジスタなどの多くの書き換え回数や高速動作を要求される記憶装置としても十分に用いることができる。
なお、上記において不揮発性記憶部２３３は、図１４に示す構成に限られるものではない。例えば、相変化メモリ（ＰＣＭ：Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｏｒｙ）、抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ：Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ：Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどを用いることができる。
また、揮発性記憶素子は、例えばバッファレジスタや、汎用レジスタなどのレジスタを構成することができる。また、揮発性記憶部にＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などからなるキャッシュメモリを設けることもできる。これらのレジスタやキャッシュメモリは上記の不揮発性記憶部２３３にデータを退避させることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態に開示したパワースイッチや、ＭＣＵに適用可能なトランジスタの一例として、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ３００の構成及び作製方法の一例について説明する。
また、本実施の形態では、トランジスタ３００をパワースイッチ（パワーＭＯＳＦＥＴ）に用いる場合に好適な構成例について説明する。
図１５（Ａ）は、トランジスタ３００の上面図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）中にＡ１−Ａ２の一点鎖線で示した部位の積層構成を示す断面図である。また、図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）中にＢ１−Ｂ２の一点鎖線で示した部位の積層構成を示す断面図である。また、図１５（Ｄ）は、図１５（Ｂ）に示す部位３４５の拡大図である。なお、図をわかりやすくするため、図１５（Ａ）では一部の構成要素の記載を省略している。
図１５に示すトランジスタ３００は、放熱板３０１上に形成された半導体基板３０３をバックゲート電極とし、半導体基板３０３上に絶縁層３０２が設けられ、絶縁層３０２上にバッファ層３０５が設けられ、バッファ層３０５上に結晶構造を有する酸化物半導体層３０７が設けられている。なお、バックゲート電極は、ゲート電極とバックゲート電極で半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置され、ゲート電極と同様に機能させることができる。また、バックゲート電極の電位を変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
また、酸化物半導体層３０７上の一部に接して、導電性材料で形成された第１の端子３０９及び第２の端子３１１が設けられ、酸化物半導体層３０７、第１の端子３０９、及び第２の端子３１１を覆って絶縁層３１３が設けられている。また、絶縁層３１３上に、酸化物半導体層３０７、第１の端子３０９、及び第２の端子３１１それぞれの少なくとも一部に重畳して、導電性材料で形成されたゲート電極３１５が設けられている。
半導体基板３０３は、少なくとも、後の加熱処理（例えば、９００℃以上）に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。半導体基板３０３としては、単結晶シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＧａＡｓ基板などを用いることができる。また、半導体基板３０３としてシリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板を用いてもよい。本実施の形態では、半導体基板３０３として単結晶シリコン基板を用いる。
絶縁層３０２は、塩化水素などを用いた熱酸化などで得られる酸化シリコン、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタリング法などで得られる酸化シリコン、酸化窒化シリコンや酸化窒化アルミニウムなどの酸化窒化絶縁物、窒化酸化シリコンなどの窒化酸化絶縁物などを単層または積層して形成することができる。また、絶縁層３０２を上記材料の積層として形成する場合、同じの材料の積層としてもよいし、異なる材料の積層としてもよい。なお、「窒化酸化」とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものをいい、「酸化窒化」とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものをいう。
また、絶縁層３０２は、プラズマＣＶＤ法などで得られる窒化シリコンを用いて形成してもよい。ただし、窒化シリコンを用いる場合には、形成後の熱処理によって水素又は水素化合物がほとんど放出されない窒化シリコン、例えば、供給ガスをシラン（ＳｉＨ４）、窒素（Ｎ２）及びアンモニア（ＮＨ３）の混合ガスとして形成された窒化シリコンを用いることが好ましい。本実施の形態では、絶縁層３０２として熱酸化により形成する酸化シリコンを用いる。
また、酸化物半導体層３０７にシリコンや塩素が混入しない構造とするため、半導体基板３０３と酸化物半導体層３０７との間にバッファ層３０５を設ける。また、半導体基板３０３表面に形成した絶縁層３０２と酸化物半導体層３０７との間にバッファ層３０５を設ける。
バッファ層３０５は、酸化ガリウム、酸化インジウムガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウムなどを単層または積層して形成することができる。また、バッファ層３０５は、後にバッファ層３０５に接して形成される酸化物半導体層３０７と同種の成分を含む材料を用いると好ましい。このような材料は酸化物半導体との相性が良く、これを酸化物半導体と接する層に用いることで、半導体層と該層の界面状態を良好に保つことができる。ここで、「酸化物半導体と同種の成分」とは、酸化物半導体の構成元素から選択される一または複数の元素を含むことを意味する。例えば、酸化物半導体層３０７がＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系の酸化物半導体材料によって構成される場合、同種の成分を含む絶縁材料としては、例えば、酸化ガリウムや酸化ガリウム亜鉛、酸化インジウムガリウムなどがある。
また、バッファ層３０５を積層構造とする場合には、バッファ層３０５と接して形成される酸化物半導体層３０７と同種の成分でなる絶縁材料で形成された層ａと、層ａと異なる材料を含む層ｂとの積層構造としてもよい。また、バッファ層３０５の他の材料として、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の原子数比のターゲットを用いて成膜されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物膜を用いてもよい。
酸化物半導体層３０７は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成することができる。また、酸化物半導体層３０７は、少なくともインジウム（Ｉｎ）もしくは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。または、ＩｎとＺｎの双方を含むことが好ましい。例えばＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する。）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物などを用いることができる。
また、酸化物半導体層３０７は、単層に限定されず、多層としてもよく、組成の異なる層の積層としてもよい。例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２の原子数比のターゲットを用いて形成されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物上にＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の原子数比のターゲットを用いて形成されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を積層する２層構造としてもよい。この２層構造に加熱処理を行うと２層ともに結晶性の高い膜となり、同一の結晶構造、即ちＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の積層となる。また、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の原子数比のターゲットを用いて形成されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物上にＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２の原子数比のターゲットを用いて成膜されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を形成し、その上にＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の原子数比のターゲットを用いて成膜されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を積層する３層構造としてもよい。
以下では、酸化物半導体層３０７に用いることができる酸化物半導体膜の構造について説明する。
酸化物半導体膜は、単結晶酸化物半導体膜と非単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非単結晶酸化物半導体膜とは、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜などをいう。
非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶成分を有さない酸化物半導体膜である。微小領域においても結晶部を有さず、膜全体が完全な非晶質構造の酸化物半導体膜が典型である。
微結晶酸化物半導体膜は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ未満の大きさの微結晶（ナノ結晶ともいう。）を含む。従って、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。以下、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について詳細な説明を行う。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略平行な方向からＴＥＭによって観察（断面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、ｃ軸に概略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが５６°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸化物半導体膜であれば、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。これに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の場合は、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は不規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面ＴＥＭ観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。
なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。
なお、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
また、酸化物半導体層３０７の厚さは、ゲート電極３１５及びバックゲート電極として機能する半導体基板３０３に負の電圧が印加されたときに、空乏層がチャネル領域に広がり、トランジスタ３００をオフ状態とすることが可能な厚さとする。
第１の端子３０９及び第２の端子３１１は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金、または上述した金属元素を組み合わせた合金などを用いて形成することができる。また、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、第１の端子３０９及び第２の端子３１１は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム層の単層構造、アルミニウム層上にチタン層を積層する二層構造、窒化チタン層上にチタン層を積層する二層構造、窒化チタン層上にタングステン層を積層する二層構造、窒化タンタル層上にタングステン層を積層する二層構造、チタン層と、そのチタン層上にアルミニウム層を積層し、さらにその上にチタン層を形成する三層構造などがある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素の層、または複数組み合わせた合金層、もしくは窒化物層を用いてもよい。
また、第１の端子３０９及び第２の端子３１１は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
絶縁層３１３は、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法などで得られる酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの酸化絶縁物、酸化窒化シリコンや酸化窒化アルミニウムなどの酸化窒化絶縁物、窒化酸化シリコンなどの窒化酸化絶縁物などを単層または積層して形成することができる。また、絶縁層３１３を上記材料の積層として形成する場合、同じの材料の積層としてもよいし、異なる材料の積層としてもよい。なお、絶縁層３１３と酸化物半導体層３０７の間に第２のバッファ層を設けてもよい。第２のバッファ層は、バッファ層３０５に用いることのできる材料を適宜用いることができる。
絶縁層３１３は、熱ＣＶＤ法により形成してもよい。熱ＣＶＤ法の例としてＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を使っても良い。
熱ＣＶＤ法は、プラズマを使わない成膜方法のため、プラズマダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
熱ＣＶＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を行ってもよい。
また、ＡＬＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスが順次にチャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい。例えば、それぞれのスイッチングバルブ（高速バルブとも呼ぶ）を切り替えて２種類以上の原料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第１の原料ガスと同時またはその後に不活性ガス（アルゴン、或いは窒素など）などを導入し、第２の原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキャリアガスとなり、また、第２の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよい。また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第１の原料ガスを排出した後、第２の原料ガスを導入してもよい。第１の原料ガスが基板の表面に吸着して第１の単原子層を成膜し、後から導入される第２の原料ガスと反応して、第２の単原子層が第１の単原子層上に積層されて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入順序を繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なＦＥＴを作製する場合に適している。
ＭＯＣＶＤ法やＡＬＤ法などの熱ＣＶＤ法で、本明細書に開示された無機絶縁層を形成することができ、例えば、ＡＬＤ法で、酸化ハフニウム膜を形成する場合には、溶媒とハフニウム前駆体化合物を含む液体（ハフニウムアルコキシド溶液、代表的にはテトラキスジメチルアミドハフニウム（ＴＤＭＡＨ））を気化させた原料ガスと、酸化剤としてオゾン（Ｏ３）の２種類のガスを用いる。なお、テトラキスジメチルアミドハフニウムの化学式はＨｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４である。また、他の材料液としては、テトラキス（エチルメチルアミド）ハフニウムなどがある。
例えば、ＡＬＤ法で、酸化アルミニウム膜を形成する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体（ＴＭＡなど）を気化させた原料ガスと、酸化剤としてＨ２Ｏの２種類のガスを用いる。なお、トリメチルアルミニウムの化学式はＡｌ（ＣＨ３）３である。また、他の材料液としては、トリス（ジメチルアミド）アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）などがある。
例えば、ＡＬＤ法で、酸化シリコン膜を形成する場合には、ヘキサジクロロジシランを被成膜面に吸着させ、吸着物に含まれる塩素を除去し、酸化性ガス（Ｏ２、一酸化二窒素）のラジカルを供給して吸着物と反応させる。
ゲート電極３１５は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）から選ばれた金属材料、上述した金属元素を成分とする合金材料、上述した金属元素の窒化物材料などを用いて形成することができる。また、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ベリリウム（Ｂｅ）のいずれか一または複数から選択された金属元素を含む材料用いてもよい。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。
また、ゲート電極３１５は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウムを用いた単層構造、アルミニウム上にチタンを積層する二層構造、窒化チタン上にチタンを積層する二層構造、窒化チタン上にタングステンを積層する二層構造、窒化タンタル上にタングステンを積層する二層構造、Ｃｕ−Ｍｇ−Ａｌ合金上に銅を積層する二層構造、窒化チタン上に銅を積層し、さらにその上にタングステンを形成する三層構造、タングステン上に銅を積層し、さらにその上に窒化タンタルを形成する三層構造などがある。ゲート電極３１５に銅を用いることにより、ゲート電極３１５及びゲート電極３１５と同じ層で形成される配線の配線抵抗を低減することができる。また、銅を、タングステン、モリブデン、タンタルなどの高融点金属や、該金属の窒化物と積層することで、銅の他の層への拡散を防止できる。
また、ゲート電極３１５は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの酸素を含む導電性材料を適用することもできる。また、上記酸素を含む導電性材料と、上記金属元素を含む材料の積層構造とすることもできる。
図１５に示すトランジスタ３００は、チャネル領域に結晶構造を有する酸化物半導体層３０７を用いるため、耐電圧性が高く、オン抵抗を低減することが可能であり、大電流を流すことが可能である。
以下に、図１５に示すトランジスタ３００の作製方法の一例について説明する。
バックゲート電極となる半導体基板３０３上に絶縁層３０２を形成する。本実施の形態では、塩化水素と酸素を用いた熱酸化により、半導体基板３０３表面を酸化させて形成する。または、μ波（例えば、周波数２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤにより、緻密で絶縁耐圧の高く、高品質な絶縁層３０２を形成してもよい。
次いで、スパッタリング法、ＣＶＤ法、塗布法、パルスレーザー蒸着法等により、バッファ層３０５を形成する。バッファ層３０５は、半導体基板３０３または絶縁層３０２に含まれる不純物の拡散をブロックできる材料、代表的にはガリウムを含む材料を用いる。
上記構成において、半導体基板３０３は単結晶シリコン基板であり、絶縁層３０２は熱酸化により形成された酸化シリコンである。本実施の形態では、絶縁層３０２と酸化物半導体層３０７の間にバッファ層３０５を設けるため、熱酸化により絶縁層３０２を形成する際に塩化水素を用いても、絶縁層３０２に含まれた塩素の拡散をバッファ層３０５によって防ぐことができる。また、酸化シリコンで形成された絶縁層３０２上に直接酸化物半導体をスパッタリング法によって形成すると、スパッタリング時に絶縁層３０２中のシリコンが酸化物半導体中に混入する恐れがあるが、バッファ層３０５により、酸化物半導体層中にシリコンが混入することを防止できる。酸化物半導体層中にシリコンなどの不純物が混入すると、結晶化が阻害されるため、できるだけ混入することを回避することが好ましい。
次いで、バッファ層３０５上に結晶構造を有する酸化物半導体層３０７を形成する。
酸化物半導体層３０７は、スパッタリング法を用い、基板を加熱しながら形成して、形成直後に結晶構造を有する酸化物半導体層３０７とすることが好ましい。具体的には、基板温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下として形成する。また、スパッタリング法としては、ＲＦスパッタリング法、ＤＣスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法等を用いることができる。特に、成膜時に発生するゴミを低減でき、かつ膜厚分布も均一とすることからＤＣスパッタリング法を用いることが好ましい。
なお、基板温度を２００℃以上とすると、スパッタリングターゲットから微小なスパッタリング粒子が飛翔して基板上にそのスパッタリング粒子がはりつくようにして形成され、且つ、基板が加熱されているため、再配列し高密度な酸化物半導体層となる。
また、酸化物半導体層の形成後に、２００℃以上の加熱処理を行い、さらに緻密な層としてもよい。ただし、酸化物半導体層中の不純物元素（水素や、水など）が低減される際に酸素欠損が生じる恐れがあるため、加熱処理を行う前に、酸化物半導体層上または酸化物半導体層下に酸素過剰の絶縁層を設けておくことが好ましく、加熱処理によって酸化物半導体層中の酸素欠損を低減することができる。
また、基板温度を４００℃以上として酸化物半導体を高密度化しておくと、後に９００℃以上の加熱を行った場合でもピーリングなどの発生を抑えることができる。なお、酸化物半導体層は形成直後に非晶質構造であっても、後に加熱処理を行って、結晶構造を有する酸化物半導体層としてもよい。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳを形成するために、以下の条件を適用することが好ましい。
形成される酸化物半導体層中の不純物濃度を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制できる。例えば、成膜室内に存在する不純物（水素、水、二酸化炭素及び窒素など）を低減すればよい。また、スパッタリングガス中の不純物を低減すればよい。具体的には、露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下であるスパッタリングガスを用いる。
また、スパッタリングガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することでスパッタリング時の被形成面へのプラズマダメージを軽減することが好ましい。スパッタリングガス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００体積％とする。
ここで、スパッタリング用ターゲットの一例として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットについて説明しておく。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットは、ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末及びＺｎＯＺ粉末を所定の比率で混合し、加圧処理後、１０００℃以上１５００℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットを作製することができる。なお、Ｘ、Ｙ及びＺは任意の正数である。ここで、所定の比率は、例えば、ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末及びＺｎＯＺ粉末が、２：２：１、８：４：３、３：１：１、１：１：１、４：２：３または３：１：２のｍｏｌ数比である。なお、粉末の種類、及びその混合する比率は、作製するスパッタリング用ターゲットによって適宜変更すればよい。
バッファ層３０５上に結晶構造を有する酸化物半導体層３０７を形成した後、真空雰囲気下、窒素雰囲気下、酸素雰囲気下、または窒素と酸素の混合雰囲気下で９００℃以上１５００℃以下の加熱処理を行ってもよい。９００℃以上１５００℃以下の加熱処理を行うことで酸化物半導体の単結晶とほぼ同じレベルの密度と結晶性を得ることが可能となる。
本実施の形態では、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の原子数比のターゲットを用いて形成されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用い、基板温度を４００℃として、ＣＡＡＣ−ＯＳを形成した後、９５０℃の加熱処理を行う。熱処理後においても、酸化物半導体層３０７は、ｃ軸が酸化物半導体層の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、かつａｂ面に垂直な方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。
なお、バッファ層３０５を形成した後、クリーンルームの大気に曝して、酸化物半導体層を形成すると、クリーンルーム雰囲気に含まれるボロンがバッファ層３０５と酸化物半導体層の界面に混入する恐れがある。従って、バッファ層３０５を形成した後、大気に触れることなく酸化物半導体層を成膜することが好ましい。どちらもスパッタリング法で形成することができ、ターゲットを変更するだけで連続的に成膜することができる。
次いで、酸化物半導体層上にフォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成し、レジストマスクをマスクとして酸化物半導体層をエッチングして、島状の酸化物半導体層３０７を形成する。その後、レジストマスクを除去する。また、島状の酸化物半導体層３０７端部の断面形状をテーパー形状とすることが好ましい。具体的には、端部のテーパー角θ（図１５（Ｄ）参照）を、８０°以下、好ましくは６０°以下、さらに好ましくは４５°以下とする。なお、テーパー角θとは、層の端部をその断面（基板の表面と直交する面）方向から観察した際に、当該層の側面と底面がなす当該層内の角度を示す。また、テーパー角が９０°未満である場合を順テーパーといい、テーパー角が９０°以上である場合を逆テーパーという。
また、島状の酸化物半導体層３０７の端部の断面形状を複数段の階段形状とすることで、その上に被覆する層の被覆性を向上させることもできる。なお、島状の酸化物半導体層３０７に限らず、各層の端部の断面形状を順テーパー形状または階段形状とすることで、その上に被覆する層が途切れてしまう現象（段切れ）を防ぎ、トランジスタの信頼性を向上させることができる。
なお、フォトリソグラフィ法を用いて導電層や絶縁層上に任意形状のレジストマスクを形成する工程をフォトリソグラフィ工程というが、一般にレジストマスク形成後には、エッチング工程とレジストマスクの剥離工程が行われることが多い。このため、本明細書等においては、特段の説明が無い限り、フォトリソグラフィ工程には、レジストマスクの形成工程と、導電層または絶縁層のエッチング工程と、レジストマスクの剥離工程が含まれているものとする。
次いで、酸化物半導体層３０７上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電層を形成し、フォトリソグラフィ工程を用いて、ソース電極として機能する第１の端子３０９、ドレイン電極として機能する第２の端子３１１、及びこれらと同じ層で形成される配線または電極を形成する。また、第１の端子３０９、及び第２の端子３１１は、印刷法、インクジェット法等を用いて形成すれば、工程数を削減することができる。
次いで、酸化物半導体層３０７、第１の端子３０９、及び第２の端子３１１上に絶縁層３１３を形成する。本実施の形態では、絶縁層３１３として酸化シリコンを用いる。
次いで、絶縁層３１３上にゲート電極３１５を形成する。絶縁層３１３上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電層を形成した後、フォトリソグラフィ工程により、ゲート電極３１５、及びこれと同じ層で形成される配線または電極を形成することができる。本実施の形態では、ゲート電極３１５を形成するための導電層として、窒化タンタルとタングステンの積層を用いる。
以上の工程により、結晶構造を有する島状の酸化物半導体層３０７をチャネル領域に有するトランジスタ３００を作製することができる。そして最後に、トランジスタ３００を放熱板３０１に固定する。
なお、放熱板３０１は、外部に延設しておくことで放熱機能をより高めることができる。例えば図１７に示す斜視図のように、複数のトランジスタ３００が設けられた放熱板３０１を筐体３３０に固定し、放熱板３０１を筐体３３０から外部に延設しておけばよい。
また、筐体３３０は、トランジスタ３００を外部の素子に接続するための、端子Ｓ、端子Ｄ、端子Ｇを有する構成にできる。例えば、端子Ｓはトランジスタ３００の第１の端子３０９に接続され、端子Ｄは第２の端子３１１に接続され、端子Ｇはゲート電極３１５に接続される。また、例えば、放熱板３０１と端子Ｓを接続し、放熱板３０１を端子Ｓとして用いることもできる。
次に、図１６（Ａ）に酸化物半導体層３０７上にｎ型領域３２１を設けたトランジスタ３２０の積層構成の一例を示す。
図１６（Ａ）に示すトランジスタ３２０において、ｎ型領域３２１は、リン、ボロン、または窒素を含み、結晶構造を有する酸化物半導体層である。第１の端子３０９と酸化物半導体層３０７の間、及び第２の端子３１１と酸化物半導体層３０７の間にｎ型領域３２１を形成することで、接触抵抗を低減している。
なお、バッファ層３０５を形成するまでの工程は同一であるため、ここではバッファ層３０５を形成した後の工程を説明する。結晶構造を有する酸化物半導体層を形成した後、プラズマ処理またはイオン注入法によりリン、ボロン、または窒素などの不純物元素を酸化物半導体層の表面近傍に添加する。上記不純物元素を添加した領域は非晶質領域となりやすい。なお、上記不純物元素を添加した領域の下方に結晶部を残存させておくことが好ましい。上記不純物元素を添加した後、真空雰囲気下、窒素雰囲気下、酸素雰囲気下、または窒素と酸素の混合雰囲気下で９００℃以上１５００℃以下の加熱処理を行う。この加熱処理によって上記不純物元素を添加した領域を結晶化させることができる。
次いで、フォトリソグラフィ工程により上記不純物元素が添加された酸化物半導体層を選択的にエッチングして、島状の酸化物半導体層を形成する。
次いで、第１の端子３０９及び第２の端子３１１を形成するための導電層を形成し、フォトリソグラフィ工程により導電層を選択的にエッチングして第１の端子３０９及び第２の端子３１１を形成する。そして、第１の端子３０９及び第２の端子３１１をマスクとして上記不純物元素を添加した領域を選択的に除去する。こうして、第１の端子３０９及び第２の端子３１１の下方にｎ型領域３２１を形成することができる。
次いで、酸化物半導体層３０７、第１の端子３０９、及び第２の端子３１１上に絶縁層３１３を形成する。
次いで、絶縁層３１３上にゲート電極３１５を形成する。以上の工程により、結晶構造を有する酸化物半導体層３０７をチャネル領域に有するトランジスタ３２０を作製することができる。
続いて、端子３０９及び端子３１１の端部を階段形状としたトランジスタ３４０を、基板３４１上に形成する例を図１６（Ｂ）に示す。図１６（Ｂ）は、トランジスタ３４０の積層構成を示す断面図である。なお、トランジスタ３００またはトランジスタ３２０と同じ部分については、その説明を省略する。
基板３４１として、ガラス基板、セラミック基板、半導体基板の他、作製工程の処理温度に耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、基板に透光性を要しない場合には、ステンレス合金等の金属の基板の表面に絶縁層を設けたものを用いてもよい。ガラス基板としては、例えば、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス若しくはアルミノケイ酸ガラス等の無アルカリガラス基板を用いるとよい。他に、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することもできる。
なお、基板３４１として、可撓性基板（フレキシブル基板）を用いてもよい。可撓性基板を用いる場合、可撓性基板上に、トランジスタや容量素子などを直接作製してもよいし、他の作製基板上にトランジスタや容量素子などを作製し、その後可撓性基板に剥離、転置してもよい。なお、作製基板から可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板とトランジスタや容量素子などとの間に、剥離層を設けるとよい。
また、基板３４１上に絶縁層３４２が形成され、絶縁層３４２上に島状の酸化物半導体層３０７が形成される。絶縁層３４２は、絶縁層３１３と同様の材料及び方法で形成することができる。
次に、第１の端子３０９及び第２の端子３１１となる導電層を形成し、レジストマスクを用いて該導電層を選択的にエッチングする。次に、レジストマスクを酸素プラズマ処理などにより後退（縮小）させた後、短時間の追加のドライエッチング処理を行うことで、端部に階段形状を有する第１の端子３０９及び第２の端子３１１を形成することができる。
トランジスタ３４０を形成後、トランジスタ３４０を覆って絶縁層３４３を形成してもよい。絶縁層３４３は、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法などで得られる酸化シリコン、酸化アルミニウムなどの酸化絶縁物、窒化シリコン、窒化アルミニウムなどの窒化絶縁物、酸化窒化シリコンや酸化窒化アルミニウムなどの酸化窒化絶縁物、窒化酸化シリコンなどの窒化酸化絶縁物などを単層または積層して形成することができる。また、絶縁層４５０を上記材料の積層として形成する場合、同じの材料の積層としてもよいし、異なる材料の積層としてもよい。例えば、絶縁層３４３として、酸化窒化シリコン上に窒化シリコンを積層した絶縁層を用いる。
トランジスタ３４０を覆って窒化絶縁物を設けることで、外部からの不純物の侵入を防ぎ、トランジスタ３４０内部からの酸素脱離を防止し、トランジスタ３４０の信頼性を向上させることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態３）
本実施の形態では、パワースイッチや、ＭＣＵに適用可能なトランジスタの一例として、実施の形態２に開示したトランジスタ３００と異なる構成を有するトランジスタ３５０の構成例について図１８を用いて説明する。
また、本実施の形態では、トランジスタ３５０をＭＣＵに用いる場合に好適な構成例について説明する。
なお、実施の形態２に開示したトランジスタの構造や作製方法を、本実施の形態に開示するトランジスタに用いることも可能である。
図１８（Ａ）は、トランジスタ３５０の上面図であり、図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）中にＸ１−Ｘ２の一点鎖線で示した部位の積層構成を示す断面図である。また、図１８（Ｃ）は、図１８（Ａ）中にＹ１−Ｙ２の一点鎖線で示した部位の積層構成を示す断面図である。なお、図をわかりやすくするため、図１８（Ａ）では一部の構成要素の記載を省略している。
図１８に示すトランジスタ３５０は、基板３５１上に設けられた絶縁層３５２上に形成されている。トランジスタ３５０は、絶縁層３５２上に形成された酸化物半導体層３５３と、酸化物半導体層３５３の一部に接して形成された第１のソース電極３５４ａおよび第１のドレイン電極３５４ｂと、第１のソース電極３５４ａ上に形成された第２のソース電極３５５ａと、第１のドレイン電極３５４ｂ上に形成された第２のドレイン電極３５５ｂと、酸化物半導体層３５３、第１のソース電極３５４ａ、第１のドレイン電極３５４ｂ、第２のソース電極３５５ａ、及び第２のドレイン電極３５５ｂの上に形成されたゲート絶縁層３５６と、ゲート絶縁層３５６上に形成されたゲート電極３５７と、ゲート電極３５７及びゲート絶縁層３５６上に形成された保護絶縁層３５８を有する。なお、保護絶縁層３５８の上に他の絶縁層または配線等を形成してもよい。
基板３５１には、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などを用いることもできる。
また、基板３５１は、単なる支持材料に限らず、他のトランジスタなどのデバイスが形成された基板であってもよい。この場合、トランジスタ３５０のゲート電極３５７、第１のソース電極３５４ａ、第１のドレイン電極３５４ｂ、第２のソース電極３５５ａおよび第２のドレイン電極３５５ｂの少なくとも一つは、上記の他のデバイスと電気的に接続されていてもよい。
絶縁層３５２は、酸素を含む絶縁層を用いて形成することが好ましい。特に、絶縁層３５２は、酸素を過剰に含む絶縁層を用いて形成することが好ましい。過剰酸素を含む酸化物絶縁層とは、加熱処理などによって酸素を放出することができる酸化物絶縁層をいう。好ましくは、昇温脱離ガス分光法分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である層とする。絶縁層３５２から放出される酸素は、酸化物半導体層３５３のチャネル形成領域に拡散させることができることから、酸化物半導体層３５３に不本意に形成された酸素欠損に酸素を補填することができる。したがって、安定したトランジスタの電気特性を得ることができる。
絶縁層３５２は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはスパッタリング法等により、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルなどの酸化物材料、またはこれらの混合材料を用いて形成することができる。
また、基板３５１と絶縁層３５２の間に、アルカリ金属や、水素及び酸素に対するバリア性の高い層を形成しても良い。基板３５１と絶縁層３５２の間にバリア性の高い層を形成することで、基板３５１側からの不純物の侵入を防ぐとともに、酸化物半導体層３５３中からの酸素脱離を防ぐことができる。よって、トランジスタの信頼性を向上させることができる。
また、絶縁層３５２は、酸化物半導体層３５３に接して設けられているため、酸化物半導体層３５３に酸素を下側から直接供給することができるとともに、ゲート絶縁層３５６と接して設けられているため、ゲート絶縁層３５６を介して酸化物半導体層３５３の上側から酸素を供給することができる。より具体的には、絶縁層３５２から放出される酸素は、第２のソース電極３５５ａの外側（図１８（Ｂ）においては、左側）および第２のドレイン電極３５５ｂの外側（図１８（Ｂ）においては、右側）からゲート絶縁層３５６を通って、酸化物半導体層３５３のチャネル形成領域に供給することができる。すなわち、トランジスタ３５０は、絶縁層３５２とゲート絶縁層３５６の一部が、第２のソース電極３５５ａおよび第２のドレイン電極３５５ｂの外周で接している構造を有する。
したがって、ゲート絶縁層３５６は、絶縁層３５２から放出される酸素が酸化物半導体層３５３のチャネルに拡散できるように、第２のソース電極３５５ａおよび第２のドレイン電極３５５ｂ、ならびに保護絶縁層３５８で挟持されている。よって、第２のソース電極３５５ａおよび第２のドレイン電極３５５ｂ、ならびに保護絶縁層３５８には、酸素の拡散が少ない材料を用いる。よって、ゲート絶縁層を介して酸化物半導体層中に酸素を拡散する際に、ソース電極およびドレイン電極中への酸素の拡散を抑制することができる。
なお、基板３５１が他のデバイスが形成された基板である場合、絶縁層３５２は、層間絶縁層としての機能も有する。その場合は、酸化物絶縁層１０４の表面が平坦になるようにＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法等で平坦化処理を行うことが好ましい。
酸化物半導体層３５３は、実施の形態２に示した酸化物半導体層３０７と同様の材料を用いて形成することができる。
なお、酸化物半導体層をチャネルとするトランジスタに安定した電気特性を付与するためには、酸化物半導体層中の不純物濃度を低減し、酸化物半導体層を真性または実質的に真性にすることが有効である。ここで、実質的に真性とは、酸化物半導体層のキャリア密度が、１×１０１７／ｃｍ３未満であること、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３未満であること、さらに好ましくは１×１０１３／ｃｍ３未満であることを指す。
また、酸化物半導体層において、水素、窒素、炭素、シリコン、および主成分以外の金属元素は不純物となる。例えば、水素および窒素は、ドナー準位を形成し、キャリア密度を増大させてしまう。また、シリコンは、酸化物半導体層中で不純物準位を形成する。当該不純物準位はトラップとなり、トランジスタの電気特性を劣化させることがある。
酸化物半導体層を真性または実質的に真性とするためには、ＳＩＭＳにおける分析において、シリコン濃度を１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。また、水素濃度は、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、窒素濃度は、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
また、酸化物半導体層が結晶を含む場合、シリコンや炭素が高濃度で含まれると、酸化物半導体層の結晶性を低下させることがある。酸化物半導体層の結晶性を低下させないためには、シリコン濃度を１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とすればよい。また、炭素濃度を１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とすればよい。
また、上述のように高純度化された酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタのオフ電流は極めて小さく、チャネル幅１μｍあたりのオフ電流を、数ｚＡ（ｚｅｐｔｏ Ａｍｐｅｒｅ）〜数ｙＡ（ｙｏｃｔｏ Ａｍｐｅｒｅ）にまで低減することが可能となる。
また、酸化物半導体層３５３として用いることのできる酸化物半導体は、酸化物半導体層３５３中の局在準位を低減することで、酸化物半導体層３５３を用いたトランジスタに安定した電気特性を付与することができる。なお、トランジスタに安定した電気特性を付与するためには、酸化物半導体層３５３中のＣＰＭ測定（ＣＰＭ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）で得られる局在準位による吸収係数は、１×１０−３ｃｍ−１未満、好ましくは３×１０−４ｃｍ−１未満とすればよい。
第１のソース電極３５４ａおよび第１のドレイン電極３５４ｂには、酸素と反応し易い導電材料を用いることができる。例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどを用いることができる。後のプロセス温度が比較的高くできることなどから、融点の高いＷを用いることが特に好ましい。なお、酸素と結合し易い導電材料には、酸素が拡散し易い材料も含まれる。
酸素と結合し易い導電材料と酸化物半導体層を接触させると、酸化物半導体層中の酸素が、酸素と結合し易い導電材料側に拡散する現象が起こる。上記現象により、酸化物半導体層のソース電極およびドレイン電極と接触した近傍の領域に酸素欠損が発生し、当該領域はｎ型化する。したがって、ｎ型化した当該領域はトランジスタのソースまたはドレインとして作用させることができる。
しかしながら、チャネル長が極短いトランジスタを形成する場合、上記酸素欠損の発生によってｎ型化した領域がトランジスタのチャネル長方向に延在してしまうことがある。この場合、トランジスタの電気特性には、しきい値電圧のシフトやゲート電圧でオンオフの制御ができない状態（導通状態）が現れる。そのため、チャネル長が極短いトランジスタを形成する場合は、ソース電極およびドレイン電極に酸素と結合し易い導電材料を用いることは好ましくない。
したがって、図１８（Ｂ）にＬ１として示す第１のソース電極３５４ａと第１のドレイン電極３５４ｂとの間隔は、０．８μｍ以上、好ましくは１．０μｍ以上とする。Ｌ１が０．８μｍより小さいと、チャネル形成領域において発生する酸素欠損の影響を排除できなくなり、トランジスタの電気特性が低下する可能性がある。
そこで、本発明の一態様では、酸素と結合しにくい導電材料を用いて、第１のソース電極３５４ａと酸化物半導体層３５３に接して第２のソース電極３５５ａを形成する。また、酸素と結合しにくい導電材料を用いて、第１のドレイン電極３５４ｂと酸化物半導体層３５３に接して第２のドレイン電極３５５ｂを形成する。
第２のソース電極３５５ａは、酸化物半導体層３５３と接する第１のソース電極３５４ａの端部を越えてＬ１の方向に延伸し、第２のドレイン電極３５５ｂは、酸化物半導体層３５３と接する第１のドレイン電極３５４ｂの端部を越えてＬ１の方向に延伸する。
第２のソース電極３５５ａの上記延伸部分と、第２のドレイン電極３５５ｂの上記延伸部分は酸化物半導体層３５３と接している。また、図１８に示すトランジスタ３５０において、第２のソース電極３５５ａの上記延伸部分の酸化物半導体層３５３と接する先端部分から、第２のドレイン電極３５５ｂの上記延伸部分の酸化物半導体層３５３と接する先端部分までの間隔がチャネル長であり、図１８（Ｂ）にＬ２として示す。
第２のソース電極３５５ａ及び第２のドレイン電極３５５ｂを形成するための酸素と結合しにくい導電材料としては、例えば、窒化タンタル、窒化チタンなどの導電性窒化物、またはルテニウムなどを用いることが好ましい。なお、酸素と結合しにくい導電材料には、酸素が拡散しにくい材料も含まれる。
上記酸素と結合しにくい導電材料を第２のソース電極３５５ａおよび第２のドレイン電極３５５ｂに用いることによって、酸化物半導体層３５３に形成されるチャネル形成領域に酸素欠損が形成されることを抑制することができ、チャネルのｎ型化を抑えることができる。したがって、チャネル長が極短いトランジスタであっても良好な電気特性を得ることができる。すなわち、Ｌ２をＬ１より小さい値とすることが可能となり、例えば、Ｌ２を３０ｎｍ以下としても良好なトランジスタの電気特性を得ることが可能となる。
なお、上記酸素と結合しにくい導電材料のみでソース電極およびドレイン電極を形成すると、酸化物半導体層３５３とのコンタクト抵抗が高くなりすぎることから、図１８に示すように、第１のソース電極３５４ａおよび第１のドレイン電極３５４ｂを酸化物半導体層３５３上に形成し、第１のソース電極３５４ａおよび第１のドレイン電極３５４ｂを覆うように第２のソース電極３５５ａおよび第２のドレイン電極３５５ｂを形成することが好ましい。
このとき、第１のソース電極３５４ａおよび第１のドレイン電極３５４ｂと酸化物半導体層３５３との接触面積を大として酸素欠損生成によってｎ型化した領域によりコンタクト抵抗を下げ、第２のソース電極３５５ａおよび第２のドレイン電極３５５ｂと酸化物半導体層３５３との接触面積は小とすることが好ましい。第２のソース電極３５５ａおよび第２のドレイン電極３５５ｂと酸化物半導体層３５３とのコンタクト抵抗が大きいとトランジスタの電気特性を低下させる場合がある。
また、第２のソース電極３５５ａおよび第２のドレイン電極３５５ｂに酸素と結合しにくい導電材料を用いることによって、絶縁層３５２からゲート絶縁層３５６を介して、酸化物半導体層３５３の上側から酸素を供給する際に、第２のソース電極３５５ａおよび第２のドレイン電極３５５ｂに酸素が拡散することが少ないため、好適に酸化物半導体層３５３に酸素を供給することができる。
ゲート絶縁層３５６は、実施の形態２に示した絶縁層３１３と同様の材料を用いて形成することができる。
ゲート電極３５７は、実施の形態２に示したゲート電極３１５と同様の材料を用いて形成することができる。
保護絶縁層３５８には、酸素の拡散が少ない材料を用いることが好ましい。また、保護絶縁層３５８は、層中に水素の含有量が少ない材料を用いることが好ましい。保護絶縁層３５８中の水素の含有量としては、好ましくは５×１０１９ｃｍ−３未満、さらに好ましくは５×１０１８ｃｍ−３未満とする。保護絶縁層３５８中の水素の含有量を上記数値とすることによって、トランジスタのオフ電流を低くすることができる。例えば、保護絶縁層３５８として、窒化シリコンや、窒化酸化シリコンを用いることができる。保護絶縁層３５８は、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＡＬＤ法またはＰＬＤ法を用いて形成することができる。特に、スパッタリング法を用いて形成する窒化シリコンは、水、水素の含有量が少ないため、保護絶縁層３５８として用いることが好ましい。
本実施の形態に示すトランジスタ３５０は、酸化物半導体層３５３中の酸素欠損の増加を抑制することができる。特に、トランジスタ３５０は、酸化物半導体層３５３に接する絶縁層３５２、およびゲート絶縁層３５６から酸化物半導体層３５３中に酸素を供給することができる。したがって、良好な電気特性を示すとともに長期信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
以下に、図１８に示すトランジスタ３５０の作製方法の一例について説明する。
まず、基板３５１上に絶縁層３５２としてプラズマＣＶＤ法により酸化窒化シリコンを形成する。なお、絶縁層３５２に、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法などを用いて酸素を添加してもよい。酸素を添加することによって、絶縁層３５２にさらに過剰な酸素を含有させることができる。
次に、絶縁層３５２上に酸化物半導体層３５３を形成する。本実施の形態では、まず絶縁層３５２上にスパッタリング法を用いてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の原子数比のターゲットを用いて形成されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を形成し、その上にＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の原子数比のターゲットを用いて形成されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を積層し、その上にＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の原子数比のターゲットを用いて形成されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を積層する３層積層構造の酸化物半導体層を形成する。続いて、フォトリソグラフィ工程により該酸化物半導体層を選択的にエッチングして島状の酸化物半導体層３５３を形成する。
次に、第１の加熱処理を行うこがと好ましい。第１の加熱処理は、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下の温度で、不活性ガス雰囲気、酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上含む雰囲気、または減圧状態で行えばよい。また、第１の加熱処理の雰囲気は、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上含む雰囲気で行ってもよい。第１の加熱処理によって、酸化物半導体層３５３の結晶性を高め、さらに酸化物絶縁層１０４、および酸化物半導体層３５３から水素や水などの不純物を除去することができる。なお、第１の加熱処理は、酸化物半導体を島状の酸化物半導体層３５３に加工する前に行ってもよい。
次に、酸化物半導体層３５３上にスパッタリング法により厚さ１００ｎｍのタングステンを形成し、フォトリソグラフィ工程を用いて第１のソース電極３５４ａ、第１のドレイン電極３５４ｂを形成する。
次に、厚さ２０ｎｍの窒化タンタルを形成し、フォトリソグラフィ工程を用いて第２のソース電極３５５ａ、第２のドレイン電極３５５ｂを形成する。
なお、チャネル長が極めて短いトランジスタを形成する場合は、電子ビーム露光などの細線加工に適した方法を用いてレジストマスクを形成し、エッチング処理を行うことによって、第２のソース電極３５５ａおよび第２のドレイン電極３５５ｂを形成すればよい。なお、当該レジストマスクとしては、ポジ型レジストを用いれば、露光領域を最小限にすることができ、スループットを向上させることができる。このような方法を用いれば、チャネル長を３０ｎｍ以下とするトランジスタを形成することができる。
次に、第２の加熱処理を行うことが好ましい。第２の加熱処理は、第１の加熱処理と同様の条件で行うことができる。第２の加熱処理により、酸化物半導体層３５３から、さらに水素や水などの不純物を除去することができる。
次に、絶縁層３５２、酸化物半導体層３５３、第２のソース電極３５５ａおよび第２のドレイン電極３５５ｂ上にゲート絶縁層３５６を形成する。本実施の形態では、ゲート絶縁層３５６として、プラズマＣＶＤ法により、酸化窒化シリコンを形成する。
また、ゲート絶縁層３５６は、形成後に連続して加熱処理を行うと好ましい。例えば、ゲート絶縁層３５６をプラズマＣＶＤ装置で形成し、真空中で連続して加熱処理を行う。該加熱処理は、ゲート絶縁層３５６中から、水素、水分等を除去することができる。該加熱処理を行うことによって、脱水または脱水素化された緻密なゲート絶縁層３５６を形成することができる。
次に、ゲート絶縁層３５６上にゲート電極３５７となる導電層を形成し、フォトリソグラフィ工程を用いてゲート電極３５７を形成する。本実施の形態では、ゲート電極３５７となる導電層として、スパッタリング法により成膜されたタングステンを用いる。
次に、ゲート絶縁層３５６、およびゲート電極３５７上に保護絶縁層３５８を形成する。本実施の形態では、保護絶縁層３５８として、スパッタリング法を用いて窒化シリコンを形成する。
次に、第３の加熱処理を行うことが好ましい。第３の加熱処理は、第１の加熱処理と同様の条件で行うことができる。第３の加熱処理により、絶縁層３５２、ゲート絶縁層３５６から酸素が放出されやすくなり、酸化物半導体層３５３の酸素欠損を低減することができる。
以上の工程で、トランジスタ３５０を作製することができる。なお、実施の形態２に開示したトランジスタの構造や作製方法を、本実施の形態に開示するトランジスタに用いることも可能である。
なお、トランジスタ３５０をパワーＭＯＳＦＥＴに用いる場合は、トランジスタ３５０に生じる熱を外部に逃がすための放熱機能を高める必要がある。トランジスタ３５０をパワーＭＯＳＦＥＴに用いるための構成は、図１７に示したトランジスタ３００をトランジスタ３５０に置き換えて実現することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態４）
本実施の形態では、不揮発性記憶部を有するＭＣＵに適用可能な半導体装置の構成例について、図１９の断面図を用いて説明する。
図１９に示す半導体装置は、ｐ型の半導体基板４０１に形成された素子分離層４０３を有し、ゲート絶縁層４０７、ゲート電極４０９、ｎ型の不純物領域４１１ａ、ｎ型の不純物領域４１１ｂ、を有するｎ型のトランジスタ４５１を有し、トランジスタ４５１上に絶縁層４１５および絶縁層４１７が形成されている。
半導体基板４０１において、トランジスタ４５１は素子分離層４０３により他の半導体素子（図示せず）と分離されている。素子分離層４０３は、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ）法またはＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法等を用いて形成することができる。
なお、トランジスタ４５１において、ゲート電極４０９の側面に側壁絶縁層（サイドウォール絶縁層）を設け、ｎ型の不純物領域４１１ａ、およびｎ型の不純物領域４１１ｂに不純物濃度が異なる領域を設けてもよい。
また、絶縁層４１５および絶縁層４１７の一部を選択的にエッチングした開口部には、コンタクトプラグ４１９ａおよびコンタクトプラグ４１９ｂが形成されている。絶縁層４１７、コンタクトプラグ４１９ａおよびコンタクトプラグ４１９ｂ上に、絶縁層４２１が設けられている。絶縁層４２１は、少なくとも一部がコンタクトプラグ４１９ａと重畳する溝部と、少なくとも一部がコンタクトプラグ４１９ｂと重畳する溝部を有する。
また、少なくとも一部がコンタクトプラグ４１９ａと重畳する溝部に配線４２３ａが形成され、少なくとも一部がコンタクトプラグ４１９ｂと重畳する溝部に配線４２３ｂが形成されている。配線４２３ａはコンタクトプラグ４１９ａに接続し、配線４２３ｂはコンタクトプラグ４１９ｂに接続されている。
また、絶縁層４２１、配線４２３ａおよび配線４２３ｂ上に、スパッタリング法またはＣＶＤ法等によって形成された絶縁層４２０が設けられている。また、絶縁層４２０上に絶縁層４２２が形成され、絶縁層４２２は、少なくとも一部が酸化物半導体層４０６と重畳する溝部と、少なくとも一部が第１のドレイン電極４１６ｂまたは第２のドレイン電極４２６ｂと重畳する溝部を有する。
絶縁層４２２が有する少なくとも一部が酸化物半導体層４０６と重畳する溝部には、トランジスタ４５２のバックゲート電極として機能する電極４２４が形成されている。このような電極４２４を設けることにより、トランジスタ４５２のしきい値電圧の制御を行うことができる。
また、絶縁層４２２が有する少なくとも一部が第１のドレイン電極４１６ｂまたは第２のドレイン電極４２６ｂと重畳する溝部には、電極４６０が形成されている。
絶縁層４２２、電極４２４、および電極４６０上には、スパッタリング法またはＣＶＤ法等により形成された酸化物絶縁層４２５が設けられており、酸化物絶縁層４２５上には、トランジスタ４５２が設けられている。
本実施の形態では、トランジスタ４５２として、上記実施の形態に示したトランジスタ３５０と同様の構造を有するトランジスタを用いる場合について例示する。
トランジスタ４５２は、酸化物絶縁層４２５上に形成された酸化物半導体層４０６と、酸化物半導体層４０６に接する第１のソース電極４１６ａおよび第１のドレイン電極４１６ｂと、第１のソース電極４１６ａおよび第１のドレイン電極４１６ｂの上部に接する第２のソース電極４２６ａおよび第２のドレイン電極４２６ｂと、ゲート絶縁層４１２と、ゲート電極４０４と、保護絶縁層４１８を設ける。また、トランジスタ４５２を覆う絶縁層４４５、および絶縁層４４６が設けられ、絶縁層４４６上に、第１のドレイン電極４１６ｂに接続する配線４４９と、第１のソース電極４１６ａに接続する配線４５６を有する。配線４４９は、トランジスタ４５２のドレイン電極とｎ型のトランジスタ４５１のゲート電極４０９とを電気的に接続するノードとして機能する。
また、本実施の形態においては、配線４４９が第１のドレイン電極４１６ｂに接続する構成について例示したが、これに限定されず、例えば、第２のドレイン電極４２６ｂに接続する構成としてもよい。また、配線４５６が第１のソース電極４１６ａに接続する構成について例示したが、これに限定されず、例えば、第２のソース電極４２６ａに接続する構成としてもよい。
第１のドレイン電極４１６ｂまたは第２のドレイン電極４２６ｂと電極４６０が、酸化物絶縁層４２５を介して重畳する部分が容量素子７１４として機能する。電極４６０には、例えばＶＳＳが供給される。
なお、容量素子７１４は必ずしも設ける必要はなく、例えば、ｎ型のトランジスタ４５１などの寄生容量が十分大きい場合、容量素子７１４を設けない構成としても良い。
トランジスタ４５２は、例えば、図１４に示したトランジスタ２４０に相当する。また、トランジスタ４５１は、例えば、図１４に示したトランジスタ２４２に相当する。また、容量素子７１４は、例えば、図１４に示した容量素子２４１に相当する。また、配線４４９は、例えば、図１４に示したノードＭ１に相当する。
トランジスタ４５１は、単結晶シリコンなど、酸化物半導体とは異なる半導体を用いて形成されるため、十分な高速動作が可能となる。このため、当該トランジスタを読み出し用のトランジスタとして用いることで、情報の読み出しを高速に行うことができる。
本実施の形態に示すように、トランジスタ４５２には、極めてオフ電流の低いトランジスタを用いることが好ましい。本実施の形態では、極めてオフ電流の低いトランジスタとして、酸化物半導体を含むトランジスタを例示した。このような構成とすることによりノードＭ１の電位を長時間保持することが可能となる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態に開示した集中管理システムの適用例について説明する。図２０（Ａ）は、本発明の一態様の集中管理システムを適用した家屋８００の間取り図である。図２０（Ａ）に示す家屋８００は、寝室８０１、洋室８０２、洗面所８０３、浴室８０４、トイレ８０５、玄関８０６、廊下８０７、和室８０８、リビング８０９、及びキッチン８１０を有する。また、洗面所８０３は洗面台８３９を有し、キッチン８１０はコンロ８３８を有する。
また、図２０（Ａ）では、電気機器２００として、空調装置８３１、オーディオ８３２、洗濯機８３４、浴室制御装置８３５、冷蔵庫８３６、食器洗浄機８３７を例示している。上記の他にも、電気機器２００として、電子レンジ、インターホン、炊飯器、電気ポットなどの、電子的な制御が可能な機器を挙げることができる。
また、図２０（Ａ）では、センサ機器６１０として、火災報知機８４１、人感センサ８４２、近接スイッチ８４３、振動センサ８４４、放射線センサ８４５、監視カメラ８４６、電力メーター８５１、水道メーター８５２、ガスメーター８５３を例示している。放射線センサ８４５により、屋外の放射線量を測定することができる。
電気機器２００及びセンサ機器６１０は、それぞれに固有の識別子（ＩＰアドレスなど）が付与され、有線通信もしくは無線通信により集中管理装置１２０に接続する。集中管理装置１２０は、電気機器２００及びセンサ機器６１０を常時または定期的に監視し、それぞれの稼動情報を把握する機能を有する。また、集中管理装置１２０は、電気機器２００及びセンサ機器６１０と通信することにより、それぞれの動作を制御することができる。また、集中管理装置１２０は、電気機器２００及びセンサ機器６１０と通信することにより、電気機器２００及びセンサ機器６１０の電源スイッチを制御し、電気機器２００及びセンサ機器６１０の動作または非動作を選択することができる。
また、電気機器２００及びセンサ機器６１０に、上記実施の形態で開示した活性層にバンドギャップが広い半導体を用いたトランジスタを用いることで、消費電力が少ない電気機器２００及びセンサ機器６１０を実現することができる。よって、家屋８００全体の消費電力を低減することができる。
また、集中管理装置１２０は、電話回線やインターネット回線を介して携帯情報端末８３０に接続し、集中管理装置１２０と携帯情報端末８３０間で情報の送受信を行うことができる。例えば、外出先から照明器具（図２０（Ａ）に図示せず）の点灯または消灯を制御することができる。また、屋外に設置した人感センサ８４２に反応があった場合、監視カメラ８４６で撮影された映像を表示装置８２１や携帯情報端末８３０に出力し、表示することができる。
例えば、洗濯機８３４は、洗濯が終了すると集中管理装置１２０に洗濯が終了した情報を送信する。また、集中管理装置１２０は洗濯機８３４から送信された稼動情報を演算処理し、その結果に応じた情報を、携帯情報端末８３０に送信することができる（図２０（Ｂ）参照）。また、集中管理装置１２０は演算処理の結果に応じた情報を出力手段の一つである表示装置８２１に送信し、表示装置８２１から出力させることができる（図２０（Ｃ）参照）。また、集中管理装置１２０は携帯情報端末８３０から命令を受け、洗濯機８３４を動作させることができる。すなわち、携帯情報端末８３０を用いて、電気機器２００を遠隔操作することができる。
このように、集中管理装置１２０は、電気機器２００及びセンサ機器６１０を監視し、電気機器２００及びセンサ機器６１０から得られた情報を演算処理し、演算処理の結果に応じた情報を出力手段の一つである表示装置８２１から出力させることができる。また、表示装置８２１に限らず、集中管理装置１２０は演算処理の結果に応じた情報を、音響装置８２２、発光装置８２３、振動装置８２４、または芳香装置８２５などの出力手段に出力することができる。
なお、本実施の形態では、集中管理装置１２０と、表示装置８２１、音響装置８２２、発光装置８２３、振動装置８２４、及び芳香装置８２５を、それぞれ独立して配置する構成例を示しているが、集中管理装置１２０に、表示装置８２１、音響装置８２２、発光装置８２３、振動装置８２４、及び芳香装置８２５のいずれかまたは全ての機能を付加してもよい。
また、例えば、テレビを表示装置８２１として併用してもよいし、オーディオ８３２を音響装置８２２として併用してもよいし、室内灯を発光装置８２３として併用してもよい。本実施の形態では、テレビを表示装置８２１として併用する例を示している。
また、集中管理装置１２０に上記実施の形態に開示した不揮発性記憶部を有するＭＣＵを用いることで、一定時間毎に動作と停止を行う間欠動作を容易に実現することが可能となり、集中管理装置１２０の消費電力を低減することができる。
また、センサ機器６１０に上記実施の形態に開示した不揮発性記憶部を有するＭＣＵを用いることで、一定時間毎に動作と停止を行う間欠動作を容易に実現することが可能となり、センサ機器６１０の消費電力を低減することができる。
次に、本発明の一態様の集中管理システムの一例として、家屋８００の消費電力を低減するための集中管理装置１２０の使用例を図２１（Ａ）のフローチャートを用いて説明する。家屋８００が有する電力メーター８５１は、家屋８００全体の消費電力を計測する。集中管理装置１２０は、常時または定期的に電力メーター８５１と通信し、電力メーター８５１により計測された家屋８００の消費電力データを受信する（ステップＳ１７０１）。次に、集中管理装置１２０は、演算処理により家屋８００の消費電力データ（消費電力値）と、基準となる消費電力値を比較し、家屋８００の消費電力データが基準となる消費電力値より多いか調べる（ステップＳ１７０２）。
演算処理の結果、家屋８００の消費電力値が基準となる消費電力値より多かった場合、集中管理装置１２０は、節電を促す警告を表示装置８２１に表示させる（ステップＳ１７０３）。図２１（Ｂ）に、表示装置８２１に表示させる警告表示の一例を示す。図２１（Ｂ）では、警告表示とともに稼働中の電気機器を表示している（ステップＳ１７０４）。なお、稼働中の電気機器を表示する場合は、実際の消費電力値とともに表示するとよい。
集中管理装置１２０の警告をもとに、例えば空調装置８３１の温度設定の調節や、動作不要な電気機器２００及びセンサ機器６１０の停止などを行うことで、家屋８００全体の消費電力を低減することができる。
また、上述中の電力メーター８５１を、水道メーター８５２やガスメーター８５３に置き換えて考えることで、水道やガスの使用量を低減することも可能である。
続いて、本発明の一態様である集中管理システムの他の適用例を、図２２を用いて説明する。トイレ８０５の火災報知機８４１が火災を検知すると、火災報知機８４１は集中管理装置１２０にＩＰアドレスとともに火災発生の情報を送信する（図２２（Ａ）参照）。集中管理装置１２０は情報を受け取ると、記憶手段１２４が有する機器情報とＩＰアドレスを比較する演算処理を行って火災発生場所を特定し、表示装置８２１に火災の発生と火災発生場所を知らせる情報を表示する（図２２（Ｃ）参照）。また、携帯情報端末８３０に火災の発生と火災発生場所を知らせる情報を送信し、表示させることができる（図２２（Ｂ）参照）。また、集中管理装置１２０は携帯情報端末８３０の命令を受けて、消防署に通報することもできる。
なお、一般に、火災報知機は、熱感知式の火災報知機と煙感知式の火災報知機がある。火災の多くは、はじめに煙が発生するため、煙感知式の火災報知機が火災の早期発見に適しており好ましい。ただし、例えばキッチン８１０への設置など、大量の煙や水蒸気がかかる可能性がある場所では、熱感知式の火災報知機を設置することが好ましい。
また、集中管理装置１２０は音響装置８２２を用いて音声や警報音により火災の発生を知らせることができる。また、発光装置を用いて、光の点灯もしくは点滅により火災の発生を知らせることができる。また、例えばベッド８３３に設けた振動装置８２４により、居住者が就寝中であってもベッド８３３を振動させて火災の発生を知らせることができる。
上記の集中管理装置１２０の動作例を、図２３のフローチャートを用いて説明する。集中管理装置１２０は常時または定期的に火災報知機８４１が火災の発生を検知したか確認する（ステップＳ１７１１）。火災報知機８４１から集中管理装置１２０へ火災を検知したことを示す信号が送信された場合、集中管理装置１２０は火災を検知した火災報知機８４１のＩＰアドレスから火災発生場所を特定する（ステップＳ１７１２）。次に、出力手段である表示装置、音響装置、発光装置、振動装置、芳香装置のうち少なくとも一つを動作させ、動作させた出力手段から火災警報と火災発生場所の情報を出力させる（ステップＳ１７１３）。
また、集中管理装置１２０がなんらかの異常を検知した場合、集中管理装置１２０は携帯情報端末８３０にその情報を送信することができる（ステップＳ１７１４）。ここでは、火災警報と火災発生場所の情報を携帯情報端末８３０に送信する（ステップＳ１７１５）。
また、集中管理装置１２０は、携帯情報端末８３０から、火災の発生を消防署に通報する命令を受けることで、消防署に通報することができる（ステップＳ１７１６、ステップＳ１７１７）。なお、携帯情報端末８３０からの命令を待たず、火災を検知したら即座に消防署に通報することも可能である。
このように、居住者は火災の発生場所が認識しやすく、迅速な初期消火が可能であり、また、避難経路の選定もしやすい。よって、本発明の一態様によれば、災害による被害を最低限に抑えることが可能となる。
また、火災報知機８４１による火災の検知は、火災報知機８４１を常に動作させて行う必要はなく、数秒乃至数分毎に動作させて行えばよい。例えば、火災報知機８４１を１０秒毎に１秒間動作させることで、火災報知機８４１の消費電力をおおよそ１０分の１に低減することが可能となる。火災報知機８４１に上記実施の形態に開示した不揮発性記憶部を有するＭＣＵを、用いることで、一定時間毎に動作と停止を繰り返す間欠動作を容易に実現することが可能となり、火災報知機８４１の消費電力を低減することができる。
続いて、本発明の一態様である集中管理システムの他の適用例を、図２４を用いて説明する。集中管理装置１２０は、窓に設置した近接スイッチ８４３を監視することで、窓の開閉を検知することができる。また、集中管理装置１２０は、窓に設置した振動センサ８４４を監視することで、窓の異常振動や、窓の破壊を検知することができる。
例えば、居住者の就寝中に近接スイッチ８４３が窓の開放を検知すると、近接スイッチ８４３は集中管理装置１２０にＩＰアドレスとともに窓が開放されたという情報を送信する（図２４（Ａ）参照）。集中管理装置１２０は情報を受け取ると、記憶手段１２４が有する機器情報とＩＰアドレスを比較する演算処理を行って窓が開放された場所を特定し、表示装置８２１、音響装置８２２、発光装置８２３、振動装置８２４、芳香装置８２５を介して居住者に知らせることができる（図２４（Ｃ）参照）。また、携帯情報端末８３０に上記情報を送信し、表示させることができる（図２４（Ｂ）参照）。
また、各部屋に人感センサ８４２を配置することで、侵入者の有無を判断することもできる。また、侵入者ありと判断した場合に、直ちに警察に連絡することもできる。
上記の集中管理装置１２０の動作例を、図２５のフローチャートを用いて説明する。集中管理装置１２０は常時または定期的に近接スイッチ８４３の状態を確認する（ステップＳ１７２１）。近接スイッチ８４３から集中管理装置１２０へ窓が開放されたことを検知した信号が送信された場合、集中管理装置１２０は当該近接スイッチ８４３のＩＰアドレスから開放された場所を特定する（ステップＳ１７２２）。次に、出力手段である表示装置、音響装置、発光装置、振動装置、芳香装置のうち少なくとも一つを動作させ、窓が開放されたことと、その場所を示す情報を出力させる（ステップＳ１７２３）。
次に、集中管理装置１２０は、窓の開放を検知した場所に配置された人感センサ８４２の情報を確認し、侵入者の有無を調べる（ステップＳ１７２４）。侵入者ありと判断された場合、出力手段である表示装置８２１、音響装置８２２、発光装置８２３、振動装置８２４、芳香装置８２５などの出力手段のうち少なくとも一つを動作させ、侵入者が居ることを居住者に知らせる（ステップＳ１７２５）。
また、集中管理装置１２０は、携帯情報端末８３０に窓が開放されたことを示す情報を侵入者の有無とともに送信することができる（ステップＳ１７２８）。ここでは、窓が開放された場所と侵入者の有無を示す情報を携帯情報端末８３０に送信する（ステップＳ１７２９）。
また、集中管理装置１２０は、携帯情報端末８３０から警察に通報する命令を受けることで、警察に通報することができる（ステップＳ１７３０、ステップＳ１７３１）。
また、集中管理装置１２０は、携帯情報端末８３０からの通報命令を待たずに直ちに警察に通報することも可能である（ステップＳ１７２６、ステップＳ１７２７）。
また、集中管理装置１２０は音響装置８２２を用いて音声や警報音により異常を知らせることができる。また、発光装置を用いて、光の点灯もしくは点滅により異常を知らせることができる。また、例えばベッド８３３に設けた振動装置８２４により、居住者が就寝中であってもベッド８３３を振動させて異常の発生を知らせることができる。
本発明の一態様によれば、窓の開放や侵入者の存在位置を迅速に把握することが可能となる。
また、近接スイッチ８４３や、人感センサ８４２は常に動作させておく必要はなく、数秒乃至数分毎に動作させて行えばよい。例えば、近接スイッチ８４３や、人感センサ８４２を１０秒毎に１秒間動作させることで、近接スイッチ８４３や、人感センサ８４２の消費電力をおおよそ１０分の１に低減することが可能となる。近接スイッチ８４３や、人感センサ８４２に上記実施の形態に開示した不揮発性記憶部を有するＭＣＵを用いることで、一定時間毎に動作と停止を繰り返す間欠動作を容易に実現することが可能となり、消費電力を低減することができる。
また、集中管理装置１２０により、電気機器２００及びセンサ機器６１０の電力供給の開始及び停止を制御することができる。集中管理装置１２０は、動作が不要な電気機器やセンサ機器への電力供給を停止させることで、家屋全体の消費電力を低減することができる。
また、集中管理装置１２０、電気機器２００、及びセンサ機器６１０などを構成するトランジスタに、チャネルが形成される半導体層にバンドギャップが単結晶シリコンより広い半導体を用いることが好ましい。特に、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を含むトランジスタは、トランジスタのオン抵抗に起因する電力損失を小さく抑えることができる。また、酸化物半導体を活性層に用いたトランジスタは、オフ電流が著しく小さい。よって、電気機器及びセンサ機器の消費電力を低減することが可能となる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
１０４ 酸化物絶縁層
１２０ 集中管理装置
１２１ 通信手段
１２２ ＭＣＵ
１２３ インターフェイス
１２４ 記憶手段
１２５ 電源選択装置
１２６ 蓄電装置
１３０ 携帯情報端末
１４１ 電圧調整回路
１４２ 電源スイッチ制御回路
１４３ 電力モニタ
１５１ パワースイッチ
１５２ パワースイッチ
１５３ パワースイッチ
１５４ パワースイッチ
１５５ パワースイッチ
１５６ パワースイッチ
１５７ パワースイッチ
１５８ パワースイッチ
１６１ パワースイッチ
１６２ パワースイッチ
１６３ パワースイッチ
１６４ パワースイッチ
２００ 電気機器
２１１ 負荷
２１２ インターフェイス
２３０ ＣＰＵ
２３１ ＭＣＵ
２３２ 揮発性記憶部
２３３ 不揮発性記憶部
２４０ トランジスタ
２４１ 容量素子
２４２ トランジスタ
２４３ トランジスタ
２４４ トランジスタ
２４５ セレクタ
２４６ インバーター
２４７ 容量素子
２４８ フリップフロップ
２５０ 電力供給回路
２５１ パワースイッチ
２５２ パワースイッチ
２５３ 電圧調整回路
２５４ 電源スイッチ制御回路
２６１ 配線
２６２ 配線
３００ トランジスタ
３０１ 放熱板
３０２ 絶縁層
３０３ 半導体基板
３０５ バッファ層
３０７ 酸化物半導体層
３０９ 端子
３１１ 端子
３１３ 絶縁層
３１５ ゲート電極
３２０ トランジスタ
３２１ ｎ型領域
３３０ 筐体
３４０ トランジスタ
３４１ 基板
３４２ 絶縁層
３４３ 絶縁層
３４５ 部位
３５０ トランジスタ
３５１ 基板
３５２ 絶縁層
３５３ 酸化物半導体層
３５６ ゲート絶縁層
３５８ 保護絶縁層
３６０ 検出回路
３６１ フォトダイオード
３６２ リセットトランジスタ
３６３ アンプトランジスタ
３６４ バイアス用トランジスタ
３６５ 抵抗素子
３７１ ＶＤＤ端子
３７２ バイアス電源端子
３７３ 出力信号端子
３７４ ＶＳＳ端子
３７５ リセット信号端子
４０１ 半導体基板
４０３ 素子分離層
４０４ ゲート電極
４０６ 酸化物半導体層
４０７ ゲート絶縁層
４０９ ゲート電極
４１２ ゲート絶縁層
４１５ 絶縁層
４１７ 絶縁層
４１８ 保護絶縁層
４２０ 絶縁層
４２１ 絶縁層
４２２ 絶縁層
４２４ 電極
４２５ 酸化物絶縁層
４４５ 絶縁層
４４６ 絶縁層
４４９ 配線
４５０ 絶縁層
４５１ トランジスタ
４５２ トランジスタ
７１４ 容量素子
４５６ 配線
４６０ 電極
５００ 出力手段
５１０ 表示装置
５２０ 音響装置
５３０ 発光装置
５４０ 振動装置
５５０ 芳香装置
６１０ センサ機器
６１１ 負荷
６１２ インターフェイス
６１４ 蓄電装置
６１６ 電圧検出回路
６２１ 検出部
６２２ センサ
６２３ 増幅回路
６２４ ＡＤコンバータ
６３１ ＭＣＵ
６４０ 電力供給回路
６４１ 電圧調整回路
６４２ 電源スイッチ制御回路
６４３ 太陽電池
６４４ 逆流防止ダイオード
６５１ パワースイッチ
６５２ パワースイッチ
６５３ 受電アンテナ
６５４ 容量素子
６６０ 電力放射回路
６６１ 配線
６６２ 配線
６８１ 期間
６８２ 期間
６８３ 期間
６８４ 期間
６８５ 期間
６９１ 期間
６９２ 期間
６９６ 処理
６９７ 処理
６９８ 処理
７００ ＭＣＵ
７０１ ユニット
７０２ ユニット
７０３ ユニット
７０４ ユニット
７１０ ＣＰＵ
７１１ バスブリッジ
７１２ ＲＡＭ
７１３ メモリインターフェイス
７１５ クロック生成回路
７２０ コントローラ
７２１ コントローラ
７２２ Ｉ／Ｏインターフェイス
７３０ パワーゲートユニット
７３１ スイッチ回路
７３２ スイッチ回路
７４０ クロック生成回路
７４１ 水晶発振回路
７４２ 発振子
７４３ 水晶振動子
７４５ タイマー回路
７４６ Ｉ／Ｏインターフェイス
７５０ Ｉ／Ｏポート
７５１ コンパレータ
７５２ Ｉ／Ｏインターフェイス
７６１ バスライン
７６２ バスライン
７６３ バスライン
７６４ データバスライン
７７０ 接続端子
７７１ 接続端子
７７２ 接続端子
７７３ 接続端子
７７４ 接続端子
７７５ 接続端子
７７６ 接続端子
７８０ レジスタ
７８３ レジスタ
７８４ レジスタ
７８５ レジスタ
７８６ レジスタ
７８７ レジスタ
７９０ ＭＣＵ
８００ 家屋
８０１ 寝室
８０２ 洋室
８０３ 洗面所
８０４ 浴室
８０５ トイレ
８０６ 玄関
８０７ 廊下
８０８ 和室
８０９ リビング
８１０ キッチン
８２１ 表示装置
８２２ 音響装置
８２３ 発光装置
８２４ 振動装置
８２５ 芳香装置
８３０ 携帯情報端末
８３１ 空調装置
８３２ オーディオ
８３３ ベッド
８３４ 洗濯機
８３５ 浴室制御装置
８３６ 冷蔵庫
８３７ 食器洗浄機
８３８ コンロ
８３９ 洗面台
８４１ 火災報知機
８４２ 人感センサ
８４３ 近接スイッチ
８４４ 振動センサ
８４５ 放射線センサ
８４６ 監視カメラ
８５１ 電力メーター
８５２ 水道メーター
８５３ ガスメーター
９００ 電力供給源
９０１ 商用電源
９０２ 光発電装置
９０３ 振動発電装置
９０４ 熱発電装置
１１９６ レジスタ
１５１Ｔ トランジスタ
１５２Ｔ トランジスタ
１５３Ｔ トランジスタ
１５４Ｔ トランジスタ
１５５Ｔ トランジスタ
１５６Ｔ トランジスタ
１５７Ｔ トランジスタ
１５８Ｔ トランジスタ
１６１Ｔ トランジスタ
１６２Ｔ トランジスタ
１６３Ｔ トランジスタ
１６４Ｔ トランジスタ
２５１Ｔ トランジスタ
２５２Ｔ トランジスタ
３５４ａ ソース電極
３５４ｂ ドレイン電極
３５５ａ ソース電極
３５５ｂ ドレイン電極
４１１ａ 不純物領域
４１１ｂ 不純物領域
４１６ａ ソース電極
４１６ｂ ドレイン電極
４１９ａ コンタクトプラグ
４１９ｂ コンタクトプラグ
４２３ａ 配線
４２３ｂ 配線
４２６ａ ソース電極
４２６ｂ ドレイン電極
Ｓ１７０１ ステップ
Ｓ１７０２ ステップ
Ｓ１７０３ ステップ
Ｓ１７０４ ステップ
Ｓ１７１１ ステップ
Ｓ１７１２ ステップ
Ｓ１７１３ ステップ
Ｓ１７１４ ステップ
Ｓ１７１５ ステップ
Ｓ１７１６ ステップ
Ｓ１７１７ ステップ
Ｓ１７２１ ステップ
Ｓ１７２２ ステップ
Ｓ１７２３ ステップ
Ｓ１７２４ ステップ
Ｓ１７２５ ステップ
Ｓ１７２６ ステップ
Ｓ１７２７ ステップ
Ｓ１７２８ ステップ
Ｓ１７２９ ステップ
Ｓ１７３０ ステップ
Ｓ１７３１ ステップ

Claims (7)

  1. 集中管理装置と、センサ機器と、出力手段と、を有し、
    前記センサ機器と前記出力手段は前記集中管理装置に接続し、
    前記集中管理装置は、前記センサ機器の設置場所の特定と前記センサ機器の動作が正常か異常かを判断するための機器情報を記憶した記憶手段を有し、
    前記集中管理装置は、前記センサ機器から送信された情報と前記機器情報を比較する演算処理を行い、前記演算処理の結果に応じた情報を前記出力手段から出力する集中管理システムであって、
    前記センサ機器は、スイッチと、検出部と、マイクロコントロールユニットと、を有し、
    前記スイッチは、前記検出部及び前記マイクロコントロールユニットへの電力の供給を制御する機能を有し、
    前記検出部は、前記情報を取得する機能を有し、
    前記マイクロコントロールユニットは、前記検出部の動作を制御する機能を有し、
    前記スイッチは、トランジスタを有し、
    前記トランジスタは、酸化物半導体層と、ソース電極及びドレイン電極と、ゲート電極と、を有し、
    前記ソース電極は、前記酸化物半導体層上の第１の導電層と、前記第１の導電層上の第２の導電層と、を有し、
    前記ドレイン電極は、前記酸化物半導体層上の第３の導電層と、前記第３の導電層上の第４の導電層と、を有し、
    前記第２の導電層は、前記酸化物半導体層と前記ゲート電極とが重なる領域において、前記酸化物半導体層と接する領域を有し、
    前記第４の導電層は、前記酸化物半導体層と前記ゲート電極とが重なる領域において、前記酸化物半導体層と接する領域を有し、
    前記第１の導電層及び前記第３の導電層は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、またはＷを含み、
    前記第２の導電層及び前記第４の導電層は、窒化タンタル、窒化チタン、またはルテニウムを含むことを特徴とする集中管理システム。
  2. 集中管理装置と、複数のセンサ機器と、出力手段と、を有し、
    前記複数のセンサ機器と前記出力手段は前記集中管理装置に接続し、
    前記複数のセンサ機器は、それぞれが識別子を有し、
    前記集中管理装置は、前記複数のセンサ機器の設置場所の特定と前記複数のセンサ機器の動作が正常か異常かを判断するための機器情報を記憶した記憶手段を有し、
    前記複数のセンサ機器から前記識別子とともに送信された情報と前記機器情報を比較する演算処理を行い、前記演算処理の結果に応じた情報を前記出力手段から出力する集中管理システムであって、
    前記センサ機器は、スイッチと、検出部と、マイクロコントロールユニットと、を有し、
    前記スイッチは、前記検出部及び前記マイクロコントロールユニットへの電力の供給を制御する機能を有し、
    前記検出部は、前記情報を取得する機能を有し、
    前記マイクロコントロールユニットは、前記検出部の動作を制御する機能を有し、
    前記スイッチは、トランジスタを有し、
    前記トランジスタは、酸化物半導体層と、ソース電極及びドレイン電極と、ゲート電極と、を有し、
    前記ソース電極は、前記酸化物半導体層上の第１の導電層と、前記第１の導電層上の第２の導電層と、を有し、
    前記ドレイン電極は、前記酸化物半導体層上の第３の導電層と、前記第３の導電層上の第４の導電層と、を有し、
    前記第２の導電層は、前記酸化物半導体層と前記ゲート電極とが重なる領域において、前記酸化物半導体層と接する領域を有し、
    前記第４の導電層は、前記酸化物半導体層と前記ゲート電極とが重なる領域において、前記酸化物半導体層と接する領域を有し、
    前記第１の導電層及び前記第３の導電層は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、またはＷを含み、
    前記第２の導電層及び前記第４の導電層は、窒化タンタル、窒化チタン、またはルテニウムを含むことを特徴とする集中管理システム。
  3. 請求項２において、
    前記集中管理装置は、前記識別子により前記センサ機器の設置場所を特定することを特徴とする集中管理システム。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    前記集中管理装置、前記センサ機器、または前記出力手段は、光発電装置により電源が供給されることを特徴とする集中管理システム。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
    前記センサ機器と前記出力手段は、前記集中管理装置と無線通信により接続することを特徴とする集中管理システム。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
    前記センサ機器は、火災報知機であることを特徴とする集中管理システム。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
    前記出力手段は、表示装置、音響装置、発光装置、振動装置、または芳香装置であることを特徴とする集中管理システム。
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