JP7374917B2 - 運転者警告システム - Google Patents

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Description

本発明の一態様は、運転者警告システムに関する。
自転車の運転者警告システムの研究開発が検討されている（例えば特許文献１）。特許文献１の自転車では近接センサとしてマイクロ波超音波レーダを取り付け、エコーロケーション（反響定位）によって前方および後方を監視する構成について開示している。また特許文献１では近接センサで検知した情報をもとにハンドルに取り付けた振動モータを振動させることで、運転者に警告を発する構成について開示している。
特開２０１７－２０６２４２号公報
運転者は、センサ等で得た情報を基にした警告を認知する。運転者がより警告を認知しやすくするためには、警告を発する機器が身体に装着可能、すなわちウエアラブル機器であることが好ましい。しかしながらウエアラブル機器がプロセッサやＡ／Ｄ変換回路などの消費電力および回路面積の大きい構成を有すると、ウエアラブル機器が大型化してしまうといった虞がある。
本発明の一態様は、機器の小型化を実現できる、新規な構成の運転者警告システムを提供することを課題の一とする。または本発明の一態様は、機器の低消費電力化を実現できる、新規な構成の運転者警告システムを提供することを課題の一とする。または本発明の一態様は、安全性を高めることができる、新規な構成の運転者警告システムを提供することを課題の一とする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、第１の超音波を発信する第１の発信回路と、第２の超音波を受信する第１の受信回路と、第２の超音波から物体の有無を検知する演算回路と、演算回路で得られる信号を基に第３の超音波を発信する第２の発信回路と、を有する第１の筐体と、第３の超音波を受信する第２の受信回路を有する第２の筐体と、を有し、演算回路は、第２の超音波に応じた電位を異なるタイミングで選択する第１選択回路と、第２の超音波に応じた電位を保持する複数の信号保持回路と、複数の信号保持回路のいずれか一を選択する第２選択回路と、第２選択回路で選択されて出力される信号が入力される信号処理回路と、を有し、複数の信号保持回路は、それぞれ、第１トランジスタを有し、第２の超音波は、第１の超音波が反射して得られる超音波であり、第１トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する半導体層を有し、第２選択回路は、複数の信号保持回路をそれぞれ異なるタイミングで選択することで、第２の超音波を遅延した信号を生成し、信号をもとに生成された第３の超音波を第２の筐体に送信する、運転者警告システムである。
本発明の一態様は、第１の超音波を発信する第１の発信回路と、第２の超音波を受信する第１の受信回路と、第３の超音波を発信する第２の発信回路と、第４の超音波を受信する第２の受信回路と、第２の超音波および第４の超音波から物体の有無を検知する演算回路と、演算回路で得られる信号を基に第５の超音波を発信する第３の発信回路と、を有する第１の筐体と、第５の超音波を受信する第３の受信回路を有する第２の筐体と、を有し、演算回路は、第２の超音波または第４の超音波に応じた電位を異なるタイミングで選択する第１選択回路と、第２の超音波または第４の超音波に応じた電位を保持する複数の信号保持回路と、複数の信号保持回路のいずれか一を選択する第２選択回路と、第２選択回路で選択されて出力される信号が入力される信号処理回路と、を有し、第２の超音波は、第１の超音波が反射して得られる超音波であり、第４の超音波は、第３の超音波が反射して得られる超音波であり、複数の信号保持回路は、それぞれ、第１トランジスタを有し、第１トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する半導体層を有し、第２選択回路は、複数の信号保持回路をそれぞれ異なるタイミングで選択することで、第２の超音波または第４の超音波を遅延した信号を生成し、信号をもとに生成された第５の超音波を第２の筐体に送信する、運転者警告システムである。
本発明の一態様において、第１トランジスタは、第１選択回路における選択スイッチとして機能する運転者警告システムが好ましい。
本発明の一態様において、複数の信号保持回路はそれぞれ、第２トランジスタを有する増幅回路を有し、第２トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する半導体層を有する運転者警告システムが好ましい。
本発明の一態様において、第２選択回路は、第３トランジスタを有し、第３トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する半導体層を有する運転者警告システムが好ましい。
本発明の一態様において、信号処理回路は、差動回路と、積分回路と、コンパレータと、三角波生成回路と、を有し、差動回路は、第１電圧および第２電圧が入力され、積分回路は、差動回路の出力信号が入力され、コンパレータは、積分回路の出力信号および三角波生成回路の出力信号が入力される運転者警告システムが好ましい。
なおその他の本発明の一態様については、以下で述べる実施の形態における説明、および図面に記載されている。
本発明の一態様により、機器の小型化を実現できる、新規な構成の運転者警告システムを提供することができる。または本発明の一態様は、機器の低消費電力化を実現できる、新規な構成の運転者警告システムを提供することができる。または本発明の一態様は、安全性を高めることができる、新規な構成の運転者警告システムを提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃは運転者警告システムに係る構成を説明する図である。
図２Ａ、図２Ｂは運転者警告システムに係る構成を説明する図である。
図３Ａ、図３Ｂは運転者警告システムに係る構成を説明する図である。
図４は運転者警告システムに係る構成を説明する図である。
図５は運転者警告システムに係る構成を説明する図である。
図６は運転者警告システムに係る構成を説明する図である。
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃは運転者警告システムに係る構成を説明する図である。
図８Ａ、図８Ｂは運転者警告システムに係る構成を説明する図である。
図９Ａ、図９Ｂは運転者警告システムに係る構成を説明する図である。
図１０はトランジスタの構成例を示す断面模式図である。
図１１はトランジスタの構成例を示す断面模式図である。
図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃはトランジスタの構成例を示す上面図、及び断面模式図である。
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ、図１３Ｄ、図１３Ｅは半導体ウエハおよび電子部品の構成を説明する図である。
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃは電子機器の構成例を示す図である。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態およ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、以下の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。
なお本明細書等において、「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において「第２」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において省略することもありうる。
なお図面において、同一の要素または同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あるいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
（実施の形態１）
本発明の一態様の運転者警告システムの構成および動作について、図１乃至図９を用いて説明する。本発明の一態様の運転者警告システムは、超音波を受信して得られる信号に遅延を与え、参照信号と比較することで物体の有無の検知、物体までの距離を検知することができる反響定位（エコーロケーション）装置としての機能を有する。
図１Ａに示す運転者警告システム１００は、筐体１０および筐体２０で構成される。筐体１０は、演算回路１１、発信回路１２、受信回路１３、および発信回路１４を有する。筐体２０は、受信回路２１、制御回路２２、および振動モータ２３を有する。
筐体１０は、自転車等のフレームあるいはハンドルに相当する。あるいは、筐体１０は、自転車等のフレームあるいはハンドルに取り付け可能な機器に相当する。演算回路１１、発信回路１２、受信回路１３、および発信回路１４といった各構成は、筐体１０の内部あるいは外部に取り付けることができる。筐体１０は、自転車などのように、運転者がヘルメット等の装着可能（ウエアラブル）な筐体をつけて運転する移動体の一部である。移動体としては、自転車の他、自動二輪車、電動自転車等を上げることができる。
筐体２０は、ヘルメットあるいは腕時計のように運転者が装着可能な構成に相当する。受信回路２１、制御回路２２、および振動モータ２３といった各構成は、筐体２０の内部あるいは外部に取り付けることができる。筐体２０は、運転者が装着可能な電子機器である。電子機器としては、時計型、ヘッドマウント型、ゴーグル型、眼鏡型、腕章型、ブレスレット型、ネックレス型等のウエアラブル型の電子端末を上げることができる。
筐体２０は、筐体１０の発信回路１４から発信される超音波３３を受信回路２１で受信する。受信した超音波３３に応じて、制御回路２２は振動モータ２３の起動の選択を行う機能を有する。なお振動モータ２３は、物体の検知を運転者に知らせるための一例として挙げた構成であって、別の構成とすることも可能である。
演算回路１１は、発信回路１２を介して超音波３１を出力する機能を有する。超音波３１は、物体３０で反射して超音波３２となる。超音波３１の反射波である超音波３２は、受信回路１３で観測することができる。演算回路１１では、受信回路１３を介して超音波３２を受信して得られる信号に遅延を与えて、周波数、パルス繰り返し周波数、あるいは波長等の異なる参照信号と比較する。演算回路１１は、比較結果に応じて物体３０の有無、物体３０までの距離の情報を取得する。当該情報は、超音波３３に重畳して発信回路１４を介して筐体２０に送信される。
発信回路１２および発信回路１４は、超音波振動子から超音波を発する回路構成である。受信回路１３および受信回路２１は、超音波を受信する回路構成である。
超音波３１は、２０ｋＨｚ以上の周波数の音波をパルス状に発信した音波である。当該周波数とすることで、指向性を有する音波を発信し、反射波による物体の検知等を行うことができる。また超音波３１のパルス繰り返し周波数は、５Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下の範囲で切り替え可能であることが好ましい。パルス繰り返し周波数に応じて物体３０の測定可能な距離が切り替わる。そのため、筐体１０の速度、または物体３０の有無に応じて、パルス繰り返し周波数を切り替えることが好ましい。
超音波３２は、筐体１０と物体との相対速度によるドップラー効果、環境温度によって変化する空気中の吸収減衰、あるいは物体３０の音響インピーダンスなどに応じて、超音波３１のパルス周波数、パルス繰り返し周波数、振幅、あるいは波長等が変化した超音波である。
超音波３３は、物体３０の有無、および筐体１０から物体３０までの距離の情報を重畳可能な信号であればよい。筐体１０と筐体２０との間の距離に応じて、適宜別の周波数（ＲＦ帯、ＵＨＦ帯）の信号を用いることが可能である。
演算回路１１の構成例について、図１Ｂに示すブロック図を用いて説明する。演算回路１１は、信号生成回路４０、遅延回路４１、および信号処理回路４２を有する。遅延回路４１は、選択回路１１１、複数の信号保持回路１１２、および選択回路１１３を有する。
なお信号保持回路１１２のうち１つを特定する必要があるときは、信号保持回路１１２の符号を用いて説明し、任意の信号保持回路を指すときには信号保持回路１１２＿１、信号保持回路１１２＿２などの符号を用いて説明する。他の要素についても同様であり、複数の要素を区別するために、「＿２」、あるいは［１］等の符号が用いられる。
信号生成回路４０は、発信回路１２を介して超音波３１を発信するための信号を生成するための回路である。信号生成回路４０は、発信回路１２に出力した信号に基づいて、遅延回路を制御するための信号Ｗ、信号Ｓを出力するための回路である。
受信回路１３は、超音波３２を受信して得られるアナログ値の電気信号（アナログ信号）である信号ＳＩＮを生成する。遅延回路４１は、受信回路１３毎に設けられることが好ましい。
選択回路１１１（第１選択回路ともいう）は、信号ＳＩＮを複数の信号保持回路１１２に振り分けるデマルチプレクサとしての機能を有する。選択回路１１１はスイッチの機能を有し、選択信号Ｗによってオンまたはオフが制御される。選択回路１１１は、一例として、ｎチャネル型のトランジスタで構成する。
複数の信号保持回路１１２は、信号ＳＩＮに応じたアナログ電圧を保持し、当該アナログ電圧に応じた電圧を出力する機能を有する。信号保持回路１１２は、所定のタイミングの時刻に選択回路１１１が有するスイッチをオンにして信号ＳＩＮをサンプリングすることで、アナログ電圧が書き込まれる。信号保持回路１１２へのアナログ電圧の書き込みは、選択信号ＷをＨレベルとすることで制御することができる。また信号保持回路１１２でのアナログ電圧の保持は、選択信号ＷをＬレベルとすることで制御することができる。
なお複数の信号保持回路１１２にはそれぞれ、異なるタイミングで選択信号ＷをＨレベルとした時刻での信号ＳＩＮに基づくアナログ電圧が書き込まれ、Ｌレベルとすることで当該アナログ電圧が保持される。すなわち複数の信号保持回路１１２ではそれぞれ、信号ＳＩＮを異なるタイミングで取得し、当該信号ＳＩＮに応じた電圧を保持することができる。そのため複数の信号保持回路１１２では、次々と信号ＳＩＮのサンプリングを行うことで、受信回路１３から出力される信号ＳＩＮにおける離散的な値を保持することができる。
また複数の信号保持回路１１２は、保持したアナログ電圧を増幅して出力する機能を有する。一例としては、複数の信号保持回路１１２はそれぞれソースフォロワ回路を有し、当該ソースフォロワ回路等を介して保持したアナログ電圧に応じた電圧を出力する機能を有する。
選択回路１１３（第２選択回路ともいう）は、複数の信号保持回路１１２に保持したアナログ電圧のいずれか一を選択して異なるタイミングで出力するマルチプレクサとしての機能を有する。選択回路１１３はスイッチの機能を有し、選択信号Ｓによってオンまたはオフが制御される。選択回路１１３は、一例として、ｎチャネル型のトランジスタで構成する。この場合、選択回路１１３が有するトランジスタは、選択信号ＳがＨレベルでオンとなり、Ｌレベルでオフとなる。
選択回路１１３は、信号ＳＳＥＬを得ることができる。信号ＳＳＥＬは信号ＳＩＮに対応する信号であり、遅延回路４１が有する複数の信号保持回路１１２に保持したアナログ電圧を順次出力することで得られる離散的な信号である。この信号ＳＳＥＬは、信号ＳＩＮを所定の時間だけ遅延させた信号に相当する。つまり選択回路１１３では、選択信号Ｓを所定の遅延時間に設定することで、遅延時間が定められた信号ＳＳＥＬを出力することができる。
遅延回路４１を構成する各トランジスタとしては、特にチャネル形成領域が酸化物半導体を有するトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタという）で構成されることが好ましい。本発明の一態様の構成では、ＯＳトランジスタを遅延回路４１が有するトランジスタに用いる構成とすることで、オフ時にソースとドレイン間を流れるリーク電流（以下、オフ電流）が極めて低いことを利用して、信号ＳＩＮをサンプリングして得られるアナログ電圧を遅延回路４１内の信号保持回路１１２に保持させることができる。そのため、アナログ電圧の精度の高い取得を可能にする構成とすることができ、信号ＳＩＮに基づく物体の検知、物体までの距離測定をより正確に行うことが可能になる。
加えてＯＳトランジスタを用いた信号保持回路１１２では、電荷の充電又は放電することによってアナログ電圧の書き換えおよび読み出しが可能となるため、実質的に無制限回のアナログ電圧の取得および読み出しが可能である。ＯＳトランジスタを用いた信号保持回路は、磁気メモリあるいは抵抗変化型メモリなどのように原子レベルでの構造変化を伴わないため、書き換え耐性に優れている。またＯＳトランジスタを用いた信号保持回路は、フラッシュメモリのように繰り返し書き換え動作でも電子捕獲中心の増加による不安定性が認められない。
またＯＳトランジスタを用いた信号保持回路は、チャネル形成領域がシリコンを有するトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタ）を用いた回路上などに自由に配置可能であるため、複数の遅延回路を備える構成した場合であっても、集積化を容易に行うことができる。またＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタと同様の製造装置を用いて作製することが可能であるため、低コストで作製可能である。
またＯＳトランジスタは、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極に加えて、バックゲート電極を含むと、４端子の半導体素子とすることができる。ゲート電極またはバックゲート電極に与える電圧に応じて、ソースとドレインとの間を流れる信号の入出力が独立制御可能な電気回路網で構成することができる。そのため、ＬＳＩと同一思考で回路設計を行うことができる。加えてＯＳトランジスタは、高温環境下において、Ｓｉトランジスタよりも優れた電気特性を有する。具体的には、１２５℃以上１５０℃以下といった高温下においてもオン電流とオフ電流の比が大きいため、良好なスイッチング動作を行うことができる。
信号処理回路４２は、選択回路１１３で選択された信号ＳＳＥＬと参照信号との差を演算し、当該差の積分を演算し、位相が揃う遅延時間を見積もる機能を有する。信号処理回路４２は、一例として、差動回路と、積分回路と、コンパレータと、三角波生成回路と、を有する。差動回路には、選択回路１１３で選択された信号ＳＩＮと、参照信号と、が入力される。積分回路は、差動回路の出力信号を積分して得られる値を出力する。コンパレータには、積分回路の出力信号および三角波生成回路の出力信号が入力される。信号処理回路４２は、アナログ値の信号同士を比較して信号処理を行うためＡ／Ｄ変換回路などの専有面積の大きい回路を省略することができ、回路面積の増大の抑制、および低消費電力化を図ることができる。
図１Ａに示す運転者警告システム１００は、図１Ｂに図示する遅延回路４１を構成する各トランジスタとしてＯＳトランジスタとし、異なるタイミングでサンプリングしたアナログ電圧に応じた電荷を直接保持する方式とする。ＯＳトランジスタはオフ電流が極めて低いため、一旦保持したアナログ電圧を保持容量の小さいノードであっても保持が可能とできるため、複数の遅延回路を搭載することができる。加えて図１Ａに示す運転者警告システム１００は、遅延回路４１内に保持した電荷に応じたアナログ電圧を異なるタイミングで読み出すことで離散的な信号ＳＩＮを出力信号として読み出す方式とする。制御信号Ｓのタイミングを異ならせることで、所望の遅延時間に読み出すよう制御することができる。そのため信号ＳＩＮをデジタル信号に変換することなく所望の遅延時間に読み出すよう制御することができ、離散化された信号ＳＩＮの位相を遅延させる構成とすることができる。
図１Ｃでは、図１Ｂで説明した遅延回路４１の具体的な回路構成例について説明する。図１Ｃは、信号ＳＩＮを２つのノードで保持し、遅延時間の異なる信号ＳＳＥＬとして出力する遅延回路の構成例である。
図１Ｃは、選択回路１１１を構成するトランジスタ１２１、信号保持回路１１２を構成するトランジスタ１２１、トランジスタ１２２、およびトランジスタ１２３、並びに選択回路１１３を構成するトランジスタ１２４、を図示している。トランジスタ１２１乃至１２４は、ｎチャネル型のトランジスタとする。
図１Ｃは、選択信号Ｗとして、選択信号Ｗ１１およびＷ１２を図示している。選択信号Ｗ１１およびＷ１２は、異なるタイミングで信号ＳＩＮのアナログ電圧をサンプリングするための信号である。
図１Ｃは、選択回路１１１でサンプリングされたアナログ電圧を保持するためのノードＦ１１およびＦ１２を図示している。また図１ＣではノードＦ１１およびＦ１２がソースフォロワ回路の入力端子であるトランジスタ１２２のゲートに接続される構成を図示している。またソースフォロワ回路のバイアス電圧ＶＢがトランジスタ１２３のゲートに印加される構成を図示している。なおノードＦ１１およびＦ１２には、容量素子が接続される構成を図示しているが、トランジスタ１２２のゲート容量を十分大きくとるなどの構成とすることで容量素子を省略することもできる。
図１Ｃは、選択回路１１３の選択信号Ｓとして、選択信号Ｓ１１乃至Ｓ１２を図示している。選択回路１１３は、サンプリングしたアナログ電圧に応じた電圧を選択信号Ｓ１１乃至Ｓ１２で選択的に出力することで、信号ＳＩＮを所定の期間だけ遅延させた信号に相当する信号ＳＳＥＬを生成することができる。なおトランジスタ１２４は、ソースとドレイン間が電気的に並列となるよう、複数設ける構成としてもよい。当該構成とすることで、遅延時間の異なる複数の信号を順次出力することができる。
なお図１Ａでは、筐体１０に受信回路および発信回路をそれぞれ１つ備える構成について図示したが、それぞれ複数でもよい。例えば、図２Ａに図示するように、発信回路１２Ａおよび発信回路１２Ｂ、並びに受信回路１３Ａおよび受信回路１３Ｂを備え、超音波３１Ａおよび３１Ｂを発信し、超音波３２Ａおよび３２Ｂを受信する構成とすることもできる。異なる超音波を受信して物体３０を検知することができるため、より安全性に優れた運転者警告システムとすることができる。なお超音波３２Ａおよび３２Ｂは超音波３１Ａ、３１Ｂが物体３０で反射して得られる超音波である。
また図１Ｂの場合、遅延回路４１は図２Ｂに図示するように受信回路１３Ａ、１３Ｂごとに設ける構成とすることが好ましい。当該構成とすることで、受信回路１３Ａで受信した超音波３２Ａに基づく信号ＳＩＮ＿Ａ、受信回路１３Ｂで受信した超音波３２Ｂに基づく信号ＳＩＮ＿Ｂを別々の遅延回路４１に保持することができる。
次いで図１Ｃに図示する遅延回路４１の動作について、図３乃至図５を参照して説明する。
図３Ａは、図１Ｃにおける動作の理解を容易にするため、信号ＳＩＮをサンプリングするための選択信号Ｗを選択信号Ｗ１１乃至Ｗ１３とし、保持した複数のアナログ電圧を信号ＳＳＥＬ＿１および信号ＳＳＥＬ＿２として読み出すための選択信号Ｓを選択信号Ｓ１１１およびＳ１１２、Ｓ１２１およびＳ１２２、並びにＳ１３１およびＳ１３２、とした遅延回路４１の構成例である。図３Ａにおいてトランジスタ１２４は、ソースとドレイン間が電気的に並列となるよう、複数設ける構成を図示している。信号ＳＳＥＬ＿１および信号ＳＳＥＬ＿２は、信号ＳＩＮを位相の異なる信号として得られる信号である。つまり図３Ａに図示する遅延回路４１は、異なる３回のタイミングで信号ＳＩＮのサンプリングを行って３つのアナログ電圧を取得するとともに、異なる２回のタイミングで遅延時間の異なる２つの信号ＳＳＥＬ＿１および信号ＳＳＥＬ＿２を出力する構成である。また図３Ａでは、ノードＦ１１乃至Ｆ１３を図示している。
図３Ｂは、図３Ａに示す遅延回路４１に接続された信号ＳＩＮをサンプリングする動作を説明するためのタイミングチャートである。図３Ｂでは、信号ＳＩＮの波形とともに、選択信号Ｗ１１乃至Ｗ１３、ノードＦ１１乃至Ｆ１３に書き込まれる電圧について時刻Ｔ１乃至Ｔ４での動作について説明する。なおタイミングチャートを説明する図において、ハッチングを付した期間は、不定状態を表す期間である。
上述したように時刻Ｔ１で選択信号Ｗ１１をＨレベルとし、信号ＳＩＮの電圧Ｖ１をノードＦ１１に書き込んで信号ＳＩＮのサンプリングが行われる。
期間Ｔをあけた時刻Ｔ２で選択信号Ｗ１２をＨレベルとし、信号ＳＩＮの電圧Ｖ２をノードＦ１２に書き込んで信号ＳＩＮのサンプリングが行われる。なお時刻Ｔは短い方が好ましい。信号ＳＩＮのサンプリング数を多くでき、物体を検知しやすくすることができる。
時刻Ｔ２で選択信号Ｗ１３をＨレベルとし、信号ＳＩＮの電圧Ｖ３をノードＦ１３に書き込んで信号ＳＩＮのサンプリングが行われる。
ノードＦ１１乃至Ｆ１３に保持した電圧Ｖ１乃至Ｖ３は、選択信号Ｗ１１乃至Ｗ１３をＬレベルとすることで保持することができる。初期化する場合は、時刻Ｔ４に示すように定電位の信号ＳＩＮを与えた状態で選択信号Ｗ１１をＨレベルとすればよい。
図４は、図１Ｃにおける動作の理解を容易にするため、信号ＳＩＮをサンプリングするための選択信号Ｗを選択信号Ｗ１１乃至Ｗ１３とし、保持した電圧を信号ＳＳＥＬ＿１および信号ＳＳＥＬ＿２として読み出すための選択信号Ｓを選択信号Ｓ１１１およびＳ１１２、Ｓ１２１およびＳ１２２、並びにＳ１３１およびＳ１３２、とした遅延回路４１の構成例である。つまり図４に図示する遅延回路４１は、３つのアナログ電圧を取得するとともに、異なる２回のタイミングで遅延時間の異なる２つの出力信号を出力する構成である。また図４では、ノードＦ１１乃至Ｆ１３を図示している。
図５は、図４に示す遅延回路４１のノードＦ１１乃至Ｆ１３に保持された電圧Ｖ１乃至Ｖ３を信号ＳＳＥＬ＿１および信号ＳＳＥＬ＿２として読み出す動作を説明するためのタイミングチャートである。また図５では、選択信号Ｓ１１１およびＳ１１２、Ｓ１２１およびＳ１２２、Ｓ１３１およびＳ１３２によってノードＦ１１乃至Ｆ１３から読み出される信号ＳＳＥＬ＿１および信号ＳＳＥＬ＿２について、時刻Ｔ５乃至Ｔ８における動作を説明する。
時刻Ｔ５で選択信号Ｓ１１１をＨレベルとし、ノードＦ１１の電圧Ｖ１に対応する電圧を信号ＳＳＥＬ＿１として出力する。
時刻Ｔ６で選択信号Ｓ１２１をＨレベルとし、ノードＦ１２の電圧Ｖ２に対応する電圧を信号ＳＳＥＬ＿１として出力する。また同じ時刻Ｔ６で選択信号Ｓ１１２をＨレベルとし、ノードＦ１１の電圧Ｖ４に対応する電圧を信号ＳＳＥＬ＿２として出力する。
時刻Ｔ７で選択信号Ｓ１３１をＨレベルとし、ノードＦ１３の電圧Ｖ３に対応する電圧を信号ＳＳＥＬ＿１として出力する。また同じ時刻Ｔ７で選択信号Ｓ１２２をＨレベルとし、ノードＦ１２の電圧Ｖ５に対応する電圧を信号ＳＳＥＬ＿２として出力する。
時刻Ｔ８で選択信号Ｓ１３２をＨレベルとし、ノードＦ１３の電圧Ｖ３に対応する電圧を信号ＳＳＥＬ＿２として出力する。
図５に示すように信号ＳＳＥＬ＿２は、信号ＳＳＥＬ＿１を遅延させた信号として得ることができる。選択信号Ｓのタイミングを制御することで任意の遅延時間で、信号保持回路に保持した信号を遅延させて出力することができる。そのため、例えば遅延回路４１で遅延時間を切り替えていくことで異なる信号同士の位相を揃えることができ、物体の検知をすることができる。
次いで図６では、信号処理回路４２の具体的な構成例について図示する。図６に図示する信号処理回路４２は、差動回路５１＿１乃至５１＿９、積分回路５２＿１乃至５２＿９、コンパレータ５３＿１乃至５３＿９、三角波生成回路５４、および演算回路５５を有する。また図６では、参照信号ＲＥＦ１乃至ＲＥＦ３を出力する参照信号生成回路５０を図示している。参照信号ＲＥＦ１乃至ＲＥＦ３は、超音波が物体にぶつかり反射して得られる信号と比較して、物体の位置を検知するための信号である。参照信号ＲＥＦ１乃至ＲＥＦ３は、一例として、発信回路１２から発信した超音波３１に同期した信号を用いることができる。
差動回路５１＿１乃至５１＿９は、遅延回路４１から出力される信号ＳＳＥＬおよび参照信号生成回路５０から出力される参照信号ＲＥＦの各信号の差を演算する。積分回路５２＿１乃至５２＿９、は、各差動回路５１＿１乃至５１＿９の出力信号が入力され、当該出力信号を積分する。コンパレータ５３＿１乃至５３＿９は、三角波生成回路５４から出力される三角波と、積分回路５２＿１乃至５２＿９の出力信号と、が入力され、電圧を比較する。演算回路５５は、コンパレータ５３＿１乃至５３＿９の出力信号が入力され、信号ＳＩＮと参照信号ＲＥＦとの位相を揃えるための遅延時間を見積もることで、物体までの距離に対応する信号ＳＯＵＴを得ることができる。
信号処理回路４２を構成する回路の具体例について図７Ａ乃至図７Ｃを参照して説明する。図７Ａは、図６で図示する信号処理回路４２の一段分の構成を抜き出したブロック図である。図７Ａでは、一例として、差動回路５１、積分回路５２、コンパレータ５３、三角波生成回路５４を図示している。
差動回路５１の構成例について、図７Ｂに示す。差動回路５１は、一例として、抵抗素子６１、６２、およびトランジスタ６３、６４、６５を有する。トランジスタ６３のゲートには、非反転入力端子が接続される。トランジスタ６４のゲートには、反転入力端子が接続される。トランジスタ６５のゲートには、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを与える配線が接続される。トランジスタ６４のドレイン端子側には、差動回路５１の出力端子ＯＵＴが設けられる。
積分回路５２の構成例について、図７Ｃに示す。積分回路５２は、一例として、ダイオード７１、抵抗素子７２、オペアンプ７３、容量素子７４、およびスイッチ７５を有する。ダイオード７１の入力端子に差動回路５１の出力信号が与えられる。オペアンプの出力端子には、積分回路５２の出力端子ＯＵＴが設けられる。
図８Ａ、図８Ｂには、上述した遅延回路４１の変形例を示す。
図１Ｃ、図３Ａ等において、トランジスタ１２１乃至１２４は、バックゲート電極がないトップゲート構造またはボトムゲート構造のトランジスタとして図示したがこれに限らない。例えば、図８Ａに図示する遅延回路４１Ａのように、バックゲート電極を有するトランジスタ１２１Ａ乃至１２４Ａとしてもよい。図８Ａの構成とすることで、トランジスタ１２１Ａ乃至１２４Ａの状態を外部より制御しやすくすることができる。
または、例えば、図８Ｂに図示する遅延回路４１Ｂのように、ゲート電極に接続されたバックゲート電極を有するトランジスタ１２１Ｂ乃至１２４Ｂとしてもよい。図８Ｂの構成とすることで、トランジスタ１２１Ｂ乃至１２４Ｂを流れる電流量を増やすことができる。
図９Ａ、図９Ｂには、上述した差動回路５１の変形例を示す。
図７Ｂにおいて、トランジスタ６３乃至６５は、バックゲート電極がないトップゲート構造またはボトムゲート構造のトランジスタとして図示したがこれに限らない。例えば、図９Ａに図示する差動回路５１Ａのように、バックゲート電極を有するトランジスタ６３Ａ乃至６５Ａとしてもよい。図９Ａの構成とすることで、トランジスタ６３Ａ乃至６５Ａの状態を外部より制御しやすくすることができる。
または、例えば、図９Ｂに図示する差動回路５１Ｂのように、ゲート電極に接続されたバックゲート電極を有するトランジスタ６３Ｂ乃至６５Ｂとしてもよい。図９Ｂの構成とすることで、トランジスタ６３Ｂ乃至６５Ｂを流れる電流量を増やすことができる。
以上説明した本発明の一態様の運転者警告システムは、ＯＳトランジスタを有する演算回路でアナログ電圧を保持する構成とすることで、信号を遅延するために必要なアナログデジタル変換回路等の回路を不要にすることができる。または本発明の一態様の運転者警告システムは、小型化および低消費電力化に加え、運転者が装着可能な電子機器に搭載可能とすることができるため、安全性を高めることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した遅延回路等の回路構成に適用可能なトランジスタの構成、具体的には異なる電気特性を有するトランジスタを積層して設ける断面模式図の構成について説明する。当該構成とすることで、回路の設計自由度を高めることができる。また、異なる電気特性を有するトランジスタを積層して設けることで、回路の集積度を高めることができる。
図１０に示す断面模式図は、トランジスタ３００と、トランジスタ５００と、容量素子６００と、を有している。図１２Ａはトランジスタ５００のチャネル長方向の断面図であり、図１２Ｂはトランジスタ５００のチャネル幅方向の断面図であり、図１２Ｃはトランジスタ３００のチャネル幅方向の断面図である。
トランジスタ５００は、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタ（ＯＳトランジスタ）である。トランジスタ５００は、オフ電流が小さいため、長期にわたり書き込んだデータ電圧あるいは電荷を保持することが可能である。
本実施の形態で説明する断面模式図では、図１０に示すようにトランジスタ３００、トランジスタ５００、容量素子６００を図示している。トランジスタ５００はトランジスタ３００の上方に設けられ、容量素子６００はトランジスタ３００、及びトランジスタ５００の上方に設けられている。なお、容量素子６００は、メモリ回路ＭＣにおける容量素子Ｃｓなどとすることができる。
トランジスタ３００は、基板３１１上に設けられ、導電体３１６、絶縁体３１５、基板３１１の一部からなる半導体領域３１３、ソース領域又はドレイン領域として機能する低抵抗領域３１４ａ、及び低抵抗領域３１４ｂを有する。
トランジスタ３００は、図１２Ｃに示すように、半導体領域３１３の上面及びチャネル幅方向の側面が絶縁体３１５を介して導電体３１６に覆われている。このように、トランジスタ３００をＦｉｎ型とすることにより、実効上のチャネル幅が増大することによりトランジスタ３００のオン特性を向上させることができる。また、ゲート電極の電界の寄与を高くすることができるため、トランジスタ３００のオフ特性を向上させることができる。
なお、トランジスタ３００は、ｐチャネル型、あるいはｎチャネル型のいずれでもよい。
半導体領域３１３のチャネルが形成される領域、その近傍の領域、ソース領域、又はドレイン領域となる低抵抗領域３１４ａ、及び低抵抗領域３１４ｂなどにおいて、シリコン系半導体などの半導体を含むことが好ましく、単結晶シリコンを含むことが好ましい。又は、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＧａＡｌＡｓ（ガリウムアルミニウムヒ素）などを有する材料で形成してもよい。結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコンを用いた構成としてもよい。又はＧａＡｓとＧａＡｌＡｓ等を用いることで、トランジスタ３００をＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としてもよい。
低抵抗領域３１４ａ、及び低抵抗領域３１４ｂは、半導体領域３１３に適用される半導体材料に加え、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、又はホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含む。
ゲート電極として機能する導電体３１６は、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、もしくはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材料、金属材料、合金材料、又は金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。
なお、導電体の材料によって仕事関数が決まるため、当該導電体の材料を選択することで、トランジスタのしきい値電圧を調整することができる。具体的には、導電体に窒化チタンや窒化タンタルなどの材料を用いることが好ましい。さらに導電性と埋め込み性を両立するために導電体にタングステンやアルミニウムなどの金属材料を積層として用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが耐熱性の点で好ましい。
なお、図１０に示すトランジスタ３００は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。例えば、トランジスタをＯＳトランジスタのみの単極性回路（ｎチャネル型トランジスタのみ、などと同極性のトランジスタからなる回路を意味する）とする場合、図１１に示すとおり、トランジスタ３００の構成を、酸化物半導体を用いているトランジスタ５００と同様の構成にすればよい。なお、トランジスタ５００の詳細については後述する。
トランジスタ３００を覆って、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、及び絶縁体３２６が順に積層して設けられている。
絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、及び絶縁体３２６として、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いればよい。
なお、本明細書中において、酸化窒化シリコンとは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。また、本明細書中において、酸化窒化アルミニウムとは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化アルミニウムとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。
絶縁体３２２は、その下方に設けられるトランジスタ３００などによって生じる段差を平坦化する平坦化膜としての機能を有していてもよい。例えば、絶縁体３２２の上面は、平坦性を高めるために化学機械研磨（ＣＭＰ）法等を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。
また、絶縁体３２４には、基板３１１、又はトランジスタ３００などから、トランジスタ５００が設けられる領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、例えば、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ５００等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、当該半導体素子の特性が低下する場合がある。したがって、トランジスタ５００と、トランジスタ３００との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。
水素の脱離量は、例えば、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ）などを用いて分析することができる。例えば、絶縁体３２４の水素の脱離量は、ＴＤＳ分析において、膜の表面温度が５０℃から５００℃の範囲において、水素原子に換算した脱離量が、絶縁体３２４の面積当たりに換算して、１０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、好ましくは５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であればよい。
なお、絶縁体３２６は、絶縁体３２４よりも誘電率が低いことが好ましい。例えば、絶縁体３２６の比誘電率は４未満が好ましく、３未満がより好ましい。また例えば、絶縁体３２６の比誘電率は、絶縁体３２４の比誘電率の０．７倍以下が好ましく、０．６倍以下がより好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
また、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、及び絶縁体３２６には容量素子６００、又はトランジスタ５００と接続する導電体３２８、及び導電体３３０等が埋め込まれている。なお、導電体３２８、及び導電体３３０は、プラグ又は配線としての機能を有する。また、プラグ又は配線としての機能を有する導電体は、複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、及び導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。
各プラグ、及び配線（導電体３２８、導電体３３０等）の材料としては、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、又は金属酸化物材料などの導電性材料を、単層又は積層して用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。又は、アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。
絶縁体３２６、及び導電体３３０上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１０において、絶縁体３５０、絶縁体３５２、及び絶縁体３５４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３５０、絶縁体３５２、及び絶縁体３５４には、導電体３５６が形成されている。導電体３５６は、トランジスタ３００と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。なお導電体３５６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
なお、例えば、絶縁体３５０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３５６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３５０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
なお、水素に対するバリア性を有する導電体としては、例えば、窒化タンタル等を用いるとよい。また、窒化タンタルと導電性が高いタングステンを積層することで、配線としての導電性を保持したまま、トランジスタ３００からの水素の拡散を抑制することができる。この場合、水素に対するバリア性を有する窒化タンタル層が、水素に対するバリア性を有する絶縁体３５０と接する構造であることが好ましい。
絶縁体３５４、及び導電体３５６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１０において、絶縁体３６０、絶縁体３６２、及び絶縁体３６４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３６０、絶縁体３６２、及び絶縁体３６４には、導電体３６６が形成されている。導電体３６６は、プラグ又は配線としての機能を有する。なお導電体３６６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
なお、例えば、絶縁体３６０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３６６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３６０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
絶縁体３６４、及び導電体３６６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１０において、絶縁体３７０、絶縁体３７２、及び絶縁体３７４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３７０、絶縁体３７２、及び絶縁体３７４には、導電体３７６が形成されている。導電体３７６は、プラグ又は配線としての機能を有する。なお導電体３７６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
なお、例えば、絶縁体３７０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３７６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３７０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
絶縁体３７４、及び導電体３７６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１０において、絶縁体３８０、絶縁体３８２、及び絶縁体３８４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３８０、絶縁体３８２、及び絶縁体３８４には、導電体３８６が形成されている。導電体３８６は、プラグ又は配線としての機能を有する。なお導電体３８６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
なお、例えば、絶縁体３８０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３８６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３８０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
上記において、導電体３５６を含む配線層、導電体３６６を含む配線層、導電体３７６を含む配線層、及び導電体３８６を含む配線層、について説明したが、本実施の形態に係る断面模式図の構成はこれに限られるものではない。導電体３５６を含む配線層と同様の配線層を３層以下にしてもよいし、導電体３５６を含む配線層と同様の配線層を５層以上にしてもよい。
絶縁体３８４上には絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６が、順に積層して設けられている。絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６のいずれかは、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。
例えば、絶縁体５１０、及び絶縁体５１４には、例えば、基板３１１、又はトランジスタ３００を設ける領域などから、トランジスタ５００を設ける領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。したがって、絶縁体３２４と同様の材料を用いることができる。
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ５００等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、当該半導体素子の特性が低下する場合がある。したがって、トランジスタ５００と、トランジスタ３００との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。
また、水素に対するバリア性を有する膜として、例えば、絶縁体５１０、及び絶縁体５１４には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。
特に、酸化アルミニウムは、酸素、及びトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中及び作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ５００への混入を防止することができる。また、トランジスタ５００を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ５００に対する保護膜として用いることに適している。
また、例えば、絶縁体５１２、及び絶縁体５１６には、絶縁体３２０と同様の材料を用いることができる。また、これらの絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を適用することで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体５１２、及び絶縁体５１６として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。
また、絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６には、導電体５１８、及びトランジスタ５００を構成する導電体（例えば、導電体５０３）等が埋め込まれている。なお、導電体５１８は、容量素子６００、又はトランジスタ３００と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。導電体５１８は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
特に、絶縁体５１０、及び絶縁体５１４と接する領域の導電体５１８は、酸素、水素、及び水に対するバリア性を有する導電体であることが好ましい。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、酸素、水素、及び水に対するバリア性を有する層で、分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
絶縁体５１６の上方には、トランジスタ５００が設けられている。
図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、トランジスタ５００は、絶縁体５１４及び絶縁体５１６に埋め込まれるように配置された導電体５０３と、絶縁体５１６及び導電体５０３の上に配置された絶縁体５２０と、絶縁体５２０の上に配置された絶縁体５２２と、絶縁体５２２の上に配置された絶縁体５２４と、絶縁体５２４の上に配置された酸化物５３０ａと、酸化物５３０ａの上に配置された酸化物５３０ｂと、酸化物５３０ｂ上に互いに離れて配置された導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂと、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂ上に配置され、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間に重畳して開口が形成された絶縁体５８０と、開口の底面及び側面に配置された酸化物５３０ｃと、酸化物５３０ｃの形成面に配置された絶縁体５５０と、絶縁体５５０の形成面に配置された導電体５６０と、を有する。
また、図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂと、絶縁体５８０との間に絶縁体５４４が配置されることが好ましい。また、図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、導電体５６０は、絶縁体５５０の内側に設けられた導電体５６０ａと、導電体５６０ａの内側に埋め込まれるように設けられた導電体５６０ｂと、を有することが好ましい。また、図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、絶縁体５８０、導電体５６０、及び絶縁体５５０の上に絶縁体５７４が配置されることが好ましい。
なお、以下において、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃをまとめて酸化物５３０という場合がある。
なお、トランジスタ５００では、チャネルが形成される領域と、その近傍において、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃの３層を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物５３０ｂの単層、酸化物５３０ｂと酸化物５３０ａの２層構造、酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃの２層構造、又は４層以上の積層構造を設ける構成にしてもよい。また、トランジスタ５００では、導電体５６０を２層の積層構造として示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体５６０が、単層構造であってもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。また、図１０、図１２Ａに示すトランジスタ５００は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。
ここで、導電体５６０は、トランジスタのゲート電極として機能し、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂは、それぞれソース電極又はドレイン電極として機能する。上記のように、導電体５６０は、絶縁体５８０の開口、及び導電体５４２ａと導電体５４２ｂに挟まれた領域に埋め込まれるように形成される。導電体５６０、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂの配置は、絶縁体５８０の開口に対して、自己整合的に選択される。つまり、トランジスタ５００において、ゲート電極を、ソース電極とドレイン電極の間に、自己整合的に配置させることができる。よって、導電体５６０を位置合わせのマージンを設けることなく形成することができるので、トランジスタ５００の占有面積の縮小を図ることができる。これにより、トランジスタの微細化、高集積化を図ることができる。
さらに、導電体５６０が、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間の領域に自己整合的に形成されるので、導電体５６０は、導電体５４２ａ又は導電体５４２ｂと重畳する領域を有さない。これにより、導電体５６０と導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂとの間に形成される寄生容量を低減することができる。よって、トランジスタ５００のスイッチング速度を向上させ、高い周波数特性を有せしめることができる。
導電体５６０は、第１のゲート（トップゲートともいう）電極として機能する場合がある。また、導電体５０３は、第２のゲート（ボトムゲートともいう）電極として機能する場合がある。その場合、導電体５０３に印加する電位を、導電体５６０に印加する電位と、連動させず、独立して変化させることで、トランジスタ５００のしきい値電圧を制御することができる。特に、導電体５０３に負の電位を印加することにより、トランジスタ５００のしきい値電圧を０Ｖより大きくし、オフ電流を低減することが可能となる。したがって、導電体５０３に負の電位を印加したほうが、印加しない場合よりも、導電体５６０に印加する電位が０Ｖのときのドレイン電流を小さくすることができる。
導電体５０３は、酸化物５３０、及び導電体５６０と、重なるように配置する。これにより、導電体５６０、及び導電体５０３に電位を印加した場合、導電体５６０から生じる電界と、導電体５０３から生じる電界と、がつながり、酸化物５３０に形成されるチャネル形成領域を覆うことができる。本明細書等において、第１のゲート電極、及び第２のゲート電極の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。
また、導電体５０３は、導電体５１８と同様の構成であり、絶縁体５１４及び絶縁体５１６の開口の内壁に接して導電体５０３ａが形成され、さらに内側に導電体５０３ｂが形成されている。なお、トランジスタ５００では、導電体５０３ａ及び導電体５０３ｂを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体５０３は、単層、又は３層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。
ここで、導電体５０３ａは、水素原子、水素分子、水分子、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する（上記不純物が透過しにくい。）導電性材料を用いることが好ましい。又は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい。）導電性材料を用いることが好ましい。なお、本明細書において、不純物、又は酸素の拡散を抑制する機能とは、上記不純物、又は上記酸素のいずれか一又は、すべての拡散を抑制する機能とする。
例えば、導電体５０３ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電体５０３ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。
また、導電体５０３が配線の機能を兼ねる場合、導電体５０３ｂは、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする、導電性が高い導電性材料を用いることが好ましい。その場合、導電体５０５は、必ずしも設けなくともよい。なお、導電体５０３ｂを単層で図示したが、積層構造としてもよく、例えば、チタン又は窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
絶縁体５２０、絶縁体５２２、絶縁体５２４、及び絶縁体５５０は、第２のゲート絶縁膜としての機能を有する。
ここで、酸化物５３０と接する絶縁体５２４は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む絶縁体を用いることが好ましい。つまり、絶縁体５２４には、過剰酸素領域が形成されていることが好ましい。このような過剰酸素を含む絶縁体を酸化物５３０に接して設けることにより、酸化物５３０中の酸素欠損を低減し、トランジスタ５００の信頼性を向上させることができる。
過剰酸素領域を有する絶縁体として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、又は３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下、又は１００℃以上４００℃以下の範囲が好ましい。
また、絶縁体５２４が、過剰酸素領域を有する場合、絶縁体５２２は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子など）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）ことが好ましい。
絶縁体５２２が、酸素や不純物の拡散を抑制する機能を有することで、酸化物５３０が有する酸素は、絶縁体５２０側へ拡散することがなく、好ましい。また、導電体５０３が、絶縁体５２４や、酸化物５３０が有する酸素と反応することを抑制することができる。
絶縁体５２２は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、又は（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）などのいわゆるｈｉｇｈ－ｋ材料を含む絶縁体を単層又は積層で用いることが好ましい。トランジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁膜として機能する絶縁体にｈｉｇｈ－ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。
特に、不純物、及び酸素などの拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）絶縁性材料であるアルミニウム、ハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体を用いるとよい。アルミニウム、ハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。このような材料を用いて絶縁体５２２を形成した場合、絶縁体５２２は、酸化物５３０からの酸素の放出や、トランジスタ５００の周辺部から酸化物５３０への水素等の不純物の混入を抑制する層として機能する。
又は、これらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。又はこれらの絶縁体を窒化処理してもよい。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコン又は窒化シリコンを積層して用いてもよい。
また、絶縁体５２０は、熱的に安定していることが好ましい。例えば、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、好適である。また、ｈｉｇｈ－ｋ材料の絶縁体を酸化シリコン、または酸化窒化シリコンと組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造の絶縁体５２０や、絶縁体５２６を得ることができる。
なお、図１２Ａ、図１２Ｂのトランジスタ５００では、３層の積層構造からなる第２のゲート絶縁膜として、絶縁体５２０、絶縁体５２２、及び絶縁体５２４が図示されているが、第２のゲート絶縁膜は、単層、２層、又は４層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。
トランジスタ５００は、チャネル形成領域を含む酸化物５３０に、酸化物半導体として機能する金属酸化物を用いることが好ましい。例えば、酸化物５３０として、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウムなどから選ばれた一種、又は複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。特に、酸化物５３０として適用できるＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物は、ＣＡＡＣ－ＯＳ、ＣＡＣ－ＯＳであることが好ましい。また、酸化物５３０として、Ｉｎ－Ｇａ酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
また、トランジスタ５００には、キャリア濃度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。金属酸化物のキャリア濃度を低くする場合においては、金属酸化物中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性という。なお、金属酸化物中の不純物としては、例えば、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
特に、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、金属酸化物中に酸素欠損を形成する場合がある。金属酸化物中のチャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となる場合がある。さらに、酸素欠損に水素が入った欠陥はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成する場合がある。従って、水素が多く含まれている金属酸化物を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。
酸素欠損に水素が入った欠陥は、金属酸化物のドナーとして機能しうる。しかしながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、金属酸化物においては、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等では、金属酸化物のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。また、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「キャリア密度」に言い換えることができる。
よって、金属酸化物を酸化物５３０に用いる場合、金属酸化物中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。水素などの不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
また、酸化物５３０に金属酸化物を用いる場合、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以下であることが好ましく、１×１０１７ｃｍ－３未満であることがより好ましく、１×１０１６ｃｍ－３未満であることがさらに好ましく、１×１０１３ｃｍ－３未満であることがさらに好ましく、１×１０１２ｃｍ－３未満であることがさらに好ましい。なお、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度の下限値については、特に限定は無いが、例えば、１×１０－９ｃｍ－３とすることができる。
また、酸化物５３０に金属酸化物を用いる場合、導電体５４２（導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂ）と酸化物５３０とが接することで、酸化物５３０中の酸素が導電体５４２へ拡散し、導電体５４２が酸化する場合がある。導電体５４２が酸化することで、導電体５４２の導電率が低下する蓋然性が高い。なお、酸化物５３０中の酸素が導電体５４２へ拡散することを、導電体５４２が酸化物５３０中の酸素を吸収する、と言い換えることができる。
また、酸化物５３０中の酸素が導電体５４２（導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂ）へ拡散することで、導電体５４２ａと酸化物５３０ｂとの間、および、導電体５４２ｂと酸化物５３０ｂとの間に異層が形成される場合がある。当該異層は、導電体５４２よりも酸素を多く含むため、当該異層は絶縁性を有すると推定される。このとき、導電体５４２と、当該異層と、酸化物５３０ｂとの３層構造は、金属－絶縁体－半導体からなる３層構造とみなすことができ、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造と呼ぶ、またはＭＩＳ構造を主としたダイオード接合構造と呼ぶ場合がある。
なお、上記異層は、導電体５４２と酸化物５３０ｂとの間に形成されることに限られず、例えば、異層が、導電体５４２と酸化物５３０ｃとの間に形成される場合や、導電体５４２と酸化物５３０ｂとの間、および導電体５４２と酸化物５３０ｃとの間に形成される場合がある。
また、酸化物５３０においてチャネル形成領域として機能する金属酸化物は、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
酸化物５３０は、酸化物５３０ｂ下に酸化物５３０ａを有することで、酸化物５３０ａよりも下方に形成された構造物から、酸化物５３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。また、酸化物５３０ｂ上に酸化物５３０ｃを有することで、酸化物５３０ｃよりも上方に形成された構造物から、酸化物５３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。
なお、酸化物５３０は、各金属原子の原子数比が異なる酸化物により、積層構造を有することが好ましい。具体的には、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物において、構成元素中の元素Ｍの原子数比が、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物における、構成元素中の元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物において、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比が、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物において、元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ｃは、酸化物５３０ａ又は酸化物５３０ｂに用いることができる金属酸化物を、用いることができる。
また、酸化物５３０ａ及び酸化物５３０ｃの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物５３０ｂの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物５３０ａ及び酸化物５３０ｃの電子親和力が、酸化物５３０ｂの電子親和力より小さいことが好ましい。
ここで、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃの接合部において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃの接合部における伝導帯下端のエネルギー準位は、連続的に変化又は連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂとの界面、及び酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
具体的には、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂ、酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃが、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする）ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物５３０ｂがＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物の場合、酸化物５３０ａ及び酸化物５３０ｃとして、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物、Ｇａ－Ｚｎ酸化物、酸化ガリウムなどを用いるとよい。
このとき、キャリアの主たる経路は酸化物５３０ｂとなる。酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｃを上述の構成とすることで、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂとの界面、及び酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃとの界面における欠陥準位密度を低くすることができる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トランジスタ５００は高いオン電流を得られる。
酸化物５３０ｂ上には、ソース電極、及びドレイン電極として機能する導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂが設けられる。導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂとしては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イリジウム、ストロンチウム、ランタンから選ばれた金属元素、又は上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いることが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物などを用いることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物は、酸化しにくい導電性材料、又は、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。更に、窒化タンタルなどの金属窒化物膜は、水素又は酸素に対するバリア性があるため好ましい。
また、図１２では、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂを単層構造として示したが、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、窒化タンタル膜とタングステン膜を積層するとよい。また、チタン膜とアルミニウム膜を積層してもよい。また、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅－マグネシウム－アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造としてもよい。
また、チタン膜又は窒化チタン膜と、そのチタン膜又は窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜又は窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜又は窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜又は窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜又は窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫又は酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。
また、図１２Ａに示すように、酸化物５３０の、導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）との界面とその近傍には、低抵抗領域として、領域５４３ａ、及び領域５４３ｂが形成される場合がある。このとき、領域５４３ａはソース領域又はドレイン領域の一方として機能し、領域５４３ｂはソース領域又はドレイン領域の他方として機能する。また、領域５４３ａと領域５４３ｂに挟まれる領域にチャネル形成領域が形成される。
酸化物５３０と接するように上記導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）を設けることで、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）の酸素濃度が低減する場合がある。また、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）に導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）に含まれる金属と、酸化物５３０の成分とを含む金属化合物層が形成される場合がある。このような場合、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）のキャリア濃度が増加し、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）は、低抵抗領域となる。
絶縁体５４４は、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂを覆うように設けられ、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂの酸化を抑制する。このとき、絶縁体５４４は、酸化物５３０の側面を覆い、絶縁体５２４と接するように設けられてもよい。
絶縁体５４４として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、ネオジム、ランタン又は、マグネシウムなどから選ばれた一種、又は二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。また、絶縁体５４４として、窒化酸化シリコン又は窒化シリコンなども用いることができる。
特に、絶縁体５４４として、アルミニウム、又はハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体である、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム、及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。特に、ハフニウムアルミネートは、酸化ハフニウムよりも、耐熱性が高い。そのため、後の工程での熱処理において、結晶化しにくいため好ましい。なお、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂが耐酸化性を有する材料、又は、酸素を吸収しても著しく導電性が低下しない場合、絶縁体５４４は、必須の構成ではない。求めるトランジスタ特性により、適宜設計すればよい。
絶縁体５４４を有することで、絶縁体５８０に含まれる水、及び水素などの不純物が酸化物５３０ｃ、絶縁体５５０を介して、酸化物５３０ｂに拡散することを抑制することができる。また、絶縁体５８０が有する過剰酸素により、導電体５６０が酸化するのを抑制することができる。
絶縁体５５０は、第１のゲート絶縁膜として機能する。絶縁体５５０は、酸化物５３０ｃの内側（上面、及び側面）に接して配置することが好ましい。絶縁体５５０は、上述した絶縁体５２４と同様に、過剰に酸素を含み、かつ加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。
具体的には、過剰酸素を有する酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素、及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。特に、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。
加熱により酸素が放出される絶縁体を、絶縁体５５０として、酸化物５３０ｃの上面に接して設けることにより、絶縁体５５０から、酸化物５３０ｃを通じて、酸化物５３０ｂのチャネル形成領域に効果的に酸素を供給することができる。また、絶縁体５２４と同様に、絶縁体５５０中の水又は水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。絶縁体５５０の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
また、絶縁体５５０が有する過剰酸素を、効率的に酸化物５３０へ供給するために、絶縁体５５０と導電体５６０との間に金属酸化物を設けてもよい。当該金属酸化物は、絶縁体５５０から導電体５６０への酸素拡散を抑制することが好ましい。酸素の拡散を抑制する金属酸化物を設けることで、絶縁体５５０から導電体５６０への過剰酸素の拡散が抑制される。つまり、酸化物５３０へ供給する過剰酸素量の減少を抑制することができる。また、過剰酸素による導電体５６０の酸化を抑制することができる。当該金属酸化物としては、絶縁体５４４に用いることができる材料を用いればよい。
なお、絶縁体５５０は、第２のゲート絶縁膜と同様に、積層構造としてもよい。トランジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合があるため、ゲート絶縁膜として機能する絶縁体を、ｈｉｇｈ－ｋ材料と、熱的に安定している材料との積層構造とすることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。また、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。
第１のゲート電極として機能する導電体５６０は、図１２Ａ、図１２Ｂでは２層構造として示しているが、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。
導電体５６０ａは、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。又は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。導電体５６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、絶縁体５５０に含まれる酸素により、導電体５６０ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、又は酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。また、導電体５６０ａとして、酸化物５３０に適用できる酸化物半導体を用いることができる。その場合、導電体５６０ｂをスパッタリング法で成膜することで、酸化物半導体の電気抵抗値を低下させて導電体にすることができる。これをＯＣ（Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電極と呼ぶことができる。
また、導電体５６０ｂは、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体５６０ｂは、配線としても機能するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。また、導電体５６０ｂは積層構造としてもよく、例えば、チタン又は窒化チタンと上記導電性材料との積層構造としてもよい。
絶縁体５８０は、絶縁体５４４を介して、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂ上に設けられる。絶縁体５８０は、過剰酸素領域を有することが好ましい。例えば、絶縁体５８０として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素、及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、又は樹脂などを有することが好ましい。特に、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。特に、酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンは、後の工程で、容易に過剰酸素領域を形成することができるため好ましい。
絶縁体５８０は、過剰酸素領域を有することが好ましい。加熱により酸素が放出される絶縁体５８０を、酸化物５３０ｃと接して設けることで、絶縁体５８０中の酸素を、酸化物５３０ｃを通じて、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂへと効率良く供給することができる。なお、絶縁体５８０中の水又は水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
絶縁体５８０の開口は、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間の領域に重畳して形成される。これにより、導電体５６０は、絶縁体５８０の開口、及び導電体５４２ａと導電体５４２ｂに挟まれた領域に、埋め込まれるように形成される。
トランジスタを微細化するに当たり、ゲート長を短くすることが求められるが、導電体５６０の導電性が下がらないようにする必要がある。そのために導電体５６０の膜厚を大きくすると、導電体５６０はアスペクト比が高い形状となりうる。本実施の形態では、導電体５６０を絶縁体５８０の開口に埋め込むように設けるため、導電体５６０をアスペクト比の高い形状にしても、工程中に導電体５６０を倒壊させることなく、形成することができる。
絶縁体５７４は、絶縁体５８０の上面、導電体５６０の上面、及び絶縁体５５０の上面に接して設けられることが好ましい。絶縁体５７４をスパッタリング法で成膜することで、絶縁体５５０、及び絶縁体５８０へ過剰酸素領域を設けることができる。これにより、当該過剰酸素領域から、酸化物５３０中に酸素を供給することができる。
例えば、絶縁体５７４として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、又はマグネシウムなどから選ばれた一種、又は二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。
特に、酸化アルミニウムはバリア性が高く、０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の薄膜であっても、水素、及び窒素の拡散を抑制することができる。したがって、スパッタリング法で成膜した酸化アルミニウムは、酸素供給源であるとともに、水素などの不純物のバリア膜としての機能も有することができる。
また、絶縁体５７４の上に、層間膜として機能する絶縁体５８１を設けることが好ましい。絶縁体５８１は、絶縁体５２４などと同様に、膜中の水又は水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
また、絶縁体５８１、絶縁体５７４、絶縁体５８０、及び絶縁体５４４に形成された開口に、導電体５４０ａ、及び導電体５４０ｂを配置する。導電体５４０ａ及び導電体５４０ｂは、導電体５６０を挟んで対向して設ける。導電体５４０ａ及び導電体５４０ｂは、後述する導電体５４６、及び導電体５４８と同様の構成である。
絶縁体５８１上には、絶縁体５８２が設けられている。絶縁体５８２は、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。したがって、絶縁体５８２には、絶縁体５１４と同様の材料を用いることができる。例えば、絶縁体５８２には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。
特に、酸化アルミニウムは、酸素、及びトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中及び作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ５００への混入を防止することができる。また、トランジスタ５００を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ５００に対する保護膜として用いることに適している。
また、絶縁体５８２上には、絶縁体５８６が設けられている。絶縁体５８６は、絶縁体３２０と同様の材料を用いることができる。また、絶縁体５８６に、比較的誘電率が低い材料を適用することで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体５８６として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。
また、絶縁体５２０、絶縁体５２２、絶縁体５２４、絶縁体５４４、絶縁体５８０、絶縁体５７４、絶縁体５８１、絶縁体５８２、及び絶縁体５８６には、導電体５４６、及び導電体５４８等が埋め込まれている。
導電体５４６、及び導電体５４８は、容量素子６００、トランジスタ５００、又はトランジスタ３００と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。導電体５４６、及び導電体５４８は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
続いて、トランジスタ５００の上方には、容量素子６００が設けられている。容量素子６００は、導電体６１０と、導電体６２０、絶縁体６３０とを有する。
また、導電体５４６、及び導電体５４８上に、導電体６１２を設けてもよい。導電体６１２は、トランジスタ５００と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。導電体６１０は、容量素子６００の電極としての機能を有する。なお、導電体６１２、及び導電体６１０は、同時に形成することができる。
導電体６１２、及び導電体６１０には、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属膜、又は上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化タンタル膜、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。又は、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導電性材料を適用することもできる。
図１０では、導電体６１２、及び導電体６１０は単層構造を示したが、当該構成に限定されず、２層以上の積層構造でもよい。例えば、バリア性を有する導電体と導電性が高い導電体との間に、バリア性を有する導電体、及び導電性が高い導電体に対して密着性が高い導電体を形成してもよい。
絶縁体６３０を介して、導電体６１０と重畳するように、導電体６２０を設ける。なお、導電体６２０は、金属材料、合金材料、又は金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが好ましい。また、導電体などの他の構造と同時に形成する場合は、低抵抗金属材料であるＣｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）等を用いればよい。
導電体６２０、及び絶縁体６３０上には、絶縁体６４０が設けられている。絶縁体６４０は、絶縁体３２０と同様の材料を用いて設けることができる。また、絶縁体６４０は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜として機能してもよい。
本構造を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタにおいて、微細化又は高集積化を図ることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、運転者警告システムを適用可能なデバイス（半導体装置）の一例として、電子部品、および電子部品を適用可能なウエアラブル機器等について説明する。
＜電子部品の作製方法例＞
図１３Ａは、電子部品の作製方法例を示すフローチャートである。電子部品は、半導体パッケージ、またはＩＣ用パッケージともいう。この電子部品は、端子取り出し方向や、端子の形状に応じて、複数の規格や名称が存在する。そこで、本実施の形態では、その一例について説明することにする。以下述べる電子部品は、上記実施の形態１の筐体１０あるいは筐体２０の電子部品に適用可能である。
トランジスタで構成される半導体装置は、組み立て工程（後工程）を経て、プリント基板に脱着可能な部品が複数合わさることで完成する。後工程については、図１３Ａに示す各工程を経ることで完成させることができる。具体的には、前工程で得られる素子基板が完成（ステップＳＴ７１）した後、基板の裏面を研削する。この段階で基板を薄膜化して、前工程での基板の反り等を低減し、部品の小型化を図る。次に、基板を複数のチップに分離するダイシング工程を行う（ステップＳＴ７２）。
図１３Ｂは、ダイシング工程が行われる前の半導体ウエハ７１００の上面図である。図１３Ｃは、図１３Ｂの部分拡大図である。半導体ウエハ７１００には、複数の回路領域７１０２が設けられている。回路領域７１０２には、本発明の形態に係る各回路が設けられている。
複数の回路領域７１０２は、それぞれが分離領域７１０４に囲まれている。分離領域７１０４と重なる位置に分離線（「ダイシングライン」ともいう。）７１０６が設定される。ダイシング工程ＳＴ７２では、分離線７１０６に沿って半導体ウエハ７１００切断することで、回路領域７１０２を含むチップ７１１０を半導体ウエハ７１００から切り出す。図１３Ｄにチップ７１１０の拡大図を示す。
分離領域７１０４に導電層や半導体層を設けてもよい。分離領域７１０４に導電層や半導体層を設けることで、ダイシング工程時に生じうるＥＳＤを緩和し、ダイシング工程に起因する歩留まりの低下を防ぐことができる。また、一般にダイシング工程は、基板の冷却、削りくずの除去、帯電防止などを目的として、炭酸ガスなどを溶解させて比抵抗を下げた純水を切削部に供給しながら行なう。分離領域７１０４に導電層や半導体層を設けることで、当該純水の使用量を削減することができる。
ステップＳＴ７２を行った後、分離したチップを個々にピックアップしてリードフレーム上に搭載し接合する、ダイボンディング工程を行う（ステップＳＴ７３）。ダイボンディング工程におけるチップとリードフレームとの接着方法は製品に適した方法を選択すればよい。例えば、接着は樹脂やテープによって行えばよい。ダイボンディング工程は、インターポーザ上にチップを搭載し接合してもよい。ワイヤーボンディング工程で、リードフレームのリードとチップ上の電極とを金属の細線（ワイヤー）で電気的に接続する（ステップＳＴ７４）。金属の細線には、銀線や金線を用いることができる。ワイヤーボンディングは、ボールボンディングとウェッジボンディングの何れでもよい。
ワイヤーボンディングされたチップは、エポキシ樹脂等で封止される、モールド工程が施される（ステップＳＴ７５）。モールド工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填され、機械的な外力による内蔵される回路部やワイヤーに対するダメージを低減することができ、また水分や埃による特性の劣化を低減することができる。リードフレームのリードをメッキ処理する。そしてリードを切断及び成形加工する（ステップＳＴ７６）。めっき処理によりリードの錆を防止し、後にプリント基板に実装する際のはんだ付けをより確実に行うことができる。パッケージの表面に印字処理（マーキング）を施す（ステップＳＴ７７）。検査工程（ステップＳＴ７８）を経て、電子部品が完成する（ステップＳＴ７９）。
完成した電子部品の斜視模式図を図１３Ｅに示す。図１３Ｅでは、電子部品の一例として、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）の斜視模式図を示している。図１３Ｅに示すように、電子部品７０００は、リード７００１及びチップ７１１０を有する。
電子部品７０００は、例えばプリント基板７００２に実装される。このような電子部品７０００が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板７００２上で電気的に接続されることで電子機器に搭載することができる。完成した回路基板７００４は、電子機器等の内部に設けられる。
電子部品７０００は、時計型、ヘッドマウント型、ゴーグル型、眼鏡型、腕章型、ブレスレット型、ネックレス型等のウエアラブル型の電子機器などに適用可能である。
＜電子機器への適用例＞
次いで、ウエアラブル型の電子機器あるいは筐体に、上述の電子部品を適用する場合について説明する。
図１４Ａは、自転車を運転する運転者を表す模式図である。自転車のフレーム８０は、実施形態１で説明した筐体１０に相当する。自転車の場合、ハンドルなどの部分も筐体１０として適用可能である。図示は省略しているが、フレーム８０には実施の形態１で説明した受信回路、送信回路、および演算回路等を有する電子部品を設けることができる。
また図１４Ａでは、上記実施の形態１で説明した筐体２０に相当するウエアラブル機器として、時計型電子端末８１およびヘルメット９１を図示している。図１４Ｂでは時計型電子端末８１、図１４Ｃではヘルメット９１について拡大して図示している。
図１４Ｂに図示する時計型電子端末８１は、表示部８２を備える筐体に、実施の形態１で説明した受信回路２１、制御回路２２、および振動モータ２３等を有する電子部品８３が設けられる。電子部品８３は、自転車本体であるフレーム８０が発する超音波に応じて、振動モータ等により表示部８２またはベルト８４を振動させて運転者に物体の存在について知らせることができる。そのため、物体の存在の認知をしやすくでき、危険を未然に防止することができる。
図１４Ｃに図示するヘルメット９１は、保護部９２に、実施の形態１で説明した受信回路２１、制御回路２２、および振動モータ２３等を有する電子部品９３が設けられる。電子部品９３は、自転車本体であるフレーム８０が発する超音波に応じて、振動モータ等により保護部９２またはベルト９４を振動させて運転者に物体の存在について知らせることができる。そのため、物体の存在の認知をしやすくでき、危険を未然に防止することができる。
（本明細書等の記載に関する付記）
以上の実施の形態、及び実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。
各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、構成例を適宜組み合わせることが可能である。
なお、ある一つの実施の形態の中で述べる内容（一部の内容でもよい）は、その実施の形態で述べる別の内容（一部の内容でもよい）、及び／又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態で述べる内容（一部の内容でもよい）に対して、適用、組み合わせ、又は置き換えなどを行うことが出来る。
なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用いて述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。
なお、ある一つの実施の形態において述べる図（一部でもよい）は、その図の別の部分、その実施の形態において述べる別の図（一部でもよい）、及び／又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態において述べる図（一部でもよい）に対して、組み合わせることにより、さらに多くの図を構成させることが出来る。
また本明細書等において、ブロック図では、構成要素を機能毎に分類し、互いに独立したブロックとして示している。しかしながら実際の回路等においては、構成要素を機能毎に切り分けることが難しく、一つの回路に複数の機能が係わる場合や、複数の回路にわたって一つの機能が関わる場合があり得る。そのため、ブロック図のブロックは、明細書で説明した構成要素に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、説明の便宜上任意の大きさに示したものである。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は明確性を期すために模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。
本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、「ソース又はドレインの一方」（又は第１電極、又は第１端子）、ソースとドレインとの他方を「ソース又はドレインの他方」（又は第２電極、又は第２端子）という表記を用いる。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース（ドレイン）端子や、ソース（ドレイン）電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。
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。
また、本明細書等において、電圧と電位は、適宜言い換えることができる。電圧は、基準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電位（接地電位）とすると、電圧を電位に言い換えることができる。グラウンド電位は必ずしも０Ｖを意味するとは限らない。なお電位は相対的なものであり、基準となる電位によっては、配線等に与える電位を変化させる場合がある。
なお本明細書等において、「膜」、「層」などの語句は、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
本明細書等において、スイッチとは、導通状態（オン状態）、または、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。または、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。
本明細書等において、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲートとが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとの間の距離をいう。
本明細書等において、チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲートとが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。
本明細書等において、ＡとＢとが接続されている、とは、ＡとＢとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、ＡとＢとが電気的に接続されているとは、ＡとＢとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、ＡとＢとの電気信号の授受を可能とするものをいう。
Ｆ１１：ノード、Ｆ１２：ノード、Ｆ１３：ノード、ＲＥＦ１：参照信号、ＲＥＦ３：参照信号、Ｓ１１：選択信号、Ｓ１２：選択信号、Ｓ１１１：選択信号、Ｓ１１２：選択信号、Ｓ１２１：選択信号、Ｓ１２２：選択信号、Ｓ１３１：選択信号、Ｓ１３２：選択信号、ＳＳＥＬ＿１：信号、ＳＳＥＬ＿２：信号、ＳＳＥＬ＿２１：信号、ＳＴ７２：ダイシング工程、Ｔ１：時刻、Ｔ２：時刻、Ｔ４：時刻、Ｔ５：時刻、Ｔ６：時刻、Ｔ７：時刻、Ｔ８：時刻、Ｗ１１：選択信号、Ｗ１２：選択信号、Ｗ１３：選択信号、１０：筐体、１１：演算回路、１２：発信回路、１２Ａ：発信回路、１２Ｂ：発信回路、１３：受信回路、１３Ａ：受信回路、１３Ｂ：受信回路、１４：発信回路、２０：筐体、２１：受信回路、２２：制御回路、２３：振動モータ、３０：物体、３１：超音波、３１Ａ：超音波、３１Ｂ：超音波、３２：超音波、３２Ａ：超音波、３２Ｂ：超音波、３３：超音波、４０：信号生成回路、４１：遅延回路、４１Ａ：遅延回路、４１Ｂ：遅延回路、４２：信号処理回路、５０：参照信号生成回路、５１：差動回路、５１＿１：差動回路、５１＿９：差動回路、５１Ａ：差動回路、５１Ｂ：差動回路、５２：積分回路、５２＿１：積分回路、５２＿９：積分回路、５３：コンパレータ、５３＿１：コンパレータ、５３＿９：コンパレータ、５４：三角波生成回路、５５：演算回路、６１：抵抗素子、６２：抵抗素子、６３：トランジスタ、６３Ａ：トランジスタ、６３Ｂ：トランジスタ、６４：トランジスタ、６５：トランジスタ、６５Ａ：トランジスタ、６５Ｂ：トランジスタ、７１：ダイオード、７２：抵抗素子、７３：オペアンプ、７４：容量素子、７５：スイッチ、８０：フレーム、８１：時計型電子端末、８２：表示部、８３：電子部品、８４：ベルト、９１：ヘルメット、９２：保護部、９３：電子部品、９４：ベルト、１００：運転者警告システム、１１１：選択回路、１１２：信号保持回路、１１２＿１：信号保持回路、１１２＿２：信号保持回路、１１３：選択回路、１２１：トランジスタ、１２１Ａ：トランジスタ、１２１Ｂ：トランジスタ、１２２：トランジスタ、１２３：トランジスタ、１２４：トランジスタ、１２４Ａ：トランジスタ、１２４Ｂ：トランジスタ、３００：トランジスタ、３１１：基板、３１３：半導体領域、３１４ａ：低抵抗領域、３１４ｂ：低抵抗領域、３１５：絶縁体、３１６：導電体、３２０：絶縁体、３２２：絶縁体、３２４：絶縁体、３２６：絶縁体、３２８：導電体、３３０：導電体、３５０：絶縁体、３５２：絶縁体、３５４：絶縁体、３５６：導電体、３６０：絶縁体、３６２：絶縁体、３６４：絶縁体、３６６：導電体、３７０：絶縁体、３７２：絶縁体、３７４：絶縁体、３７６：導電体、３８０：絶縁体、３８２：絶縁体、３８４：絶縁体、３８６：導電体、５００：トランジスタ、５０３：導電体、５０３ａ：導電体、５０３ｂ：導電体、５０５：導電体、５１０：絶縁体、５１２：絶縁体、５１４：絶縁体、５１６：絶縁体、５１８：導電体、５２０：絶縁体、５２２：絶縁体、５２４：絶縁体、５２６：絶縁体、５３０：酸化物、５３０ａ：酸化物、５３０ｂ：酸化物、５３０ｃ：酸化物、５４０ａ：導電体、５４０ｂ：導電体、５４２：導電体、５４２ａ：導電体、５４２ｂ：導電体、５４３ａ：領域、５４３ｂ：領域、５４４：絶縁体、５４６：導電体、５４８：導電体、５５０：絶縁体、５６０：導電体、５６０ａ：導電体、５６０ｂ：導電体、５７４：絶縁体、５８０：絶縁体、５８１：絶縁体、５８２：絶縁体、５８６：絶縁体、６００：容量素子、６１０：導電体、６１２：導電体、６２０：導電体、６３０：絶縁体、６４０：絶縁体、７０００：電子部品、７００１：リード、７００２：プリント基板、７００４：回路基板、７１００：半導体ウエハ、７１０２：回路領域、７１０４：分離領域、７１０６：分離線、７１１０：チップ

Claims (6)

  1. 第１の超音波を発信する第１の発信回路と、
    第２の超音波を受信する第１の受信回路と、
    前記第２の超音波から得られる信号に遅延を与え、周波数、パルス繰り返し周波数、あるいは波長等の異なる参照信号と比較し、物体の有無を検知する演算回路と、
    前記演算回路で得られる信号を基に第３の超音波を発信する第２の発信回路と、を有する第１の筐体と、
    前記第３の超音波を受信する第２の受信回路を有する第２の筐体と、を有し、
    前記演算回路は、
    前記第２の超音波に応じた電位を異なるタイミングで選択する第１選択回路と、
    前記第２の超音波に応じた電位を保持する複数の信号保持回路と、
    前記複数の信号保持回路のいずれか一を選択する第２選択回路と、
    前記第２選択回路で選択されて出力される信号が入力される信号処理回路と、を有し、
    前記複数の信号保持回路は、それぞれ、第１トランジスタを有し、
    前記第２の超音波は、前記第１の超音波が反射して得られる超音波であり、
    前記第１トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する半導体層を有し、
    前記第２選択回路は、前記複数の信号保持回路をそれぞれ異なるタイミングで選択することで、前記第２の超音波を遅延した信号を生成し、
    前記信号をもとに生成された前記第３の超音波を前記第２の筐体に送信する、運転者警告システム。
  2. 第１の超音波を発信する第１の発信回路と、
    第２の超音波を受信する第１の受信回路と、
    第３の超音波を発信する第２の発信回路と、
    第４の超音波を受信する第２の受信回路と、
    前記第２の超音波および前記第４の超音波から得られる信号に遅延を与え、周波数、パルス繰り返し周波数、あるいは波長等の異なる参照信号と比較し、物体の有無を検知する演算回路と、
    前記演算回路で得られる信号を基に第５の超音波を発信する第３の発信回路と、を有する第１の筐体と、
    前記第５の超音波を受信する第３の受信回路を有する第２の筐体と、を有し、
    前記演算回路は、
    前記第２の超音波または前記第４の超音波に応じた電位を異なるタイミングで選択する第１選択回路と、
    前記第２の超音波または前記第４の超音波に応じた電位を保持する複数の信号保持回路と、
    前記複数の信号保持回路のいずれか一を選択する第２選択回路と、
    前記第２選択回路で選択されて出力される信号が入力される信号処理回路と、を有し、
    前記第２の超音波は、前記第１の超音波が反射して得られる超音波であり、
    前記第４の超音波は、前記第３の超音波が反射して得られる超音波であり、
    前記複数の信号保持回路は、それぞれ、第１トランジスタを有し、
    前記第１トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する半導体層を有し、
    前記第２選択回路は、前記複数の信号保持回路をそれぞれ異なるタイミングで選択することで、前記第２の超音波または前記第４の超音波を遅延した信号を生成し、
    前記信号をもとに生成された前記第５の超音波を前記第２の筐体に送信する、運転者警告システム。
  3. 請求項１または２において、
    前記第１トランジスタは、前記第１選択回路における選択スイッチとして機能する運転者警告システム。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一において、
    前記複数の信号保持回路はそれぞれ、第２トランジスタを有する増幅回路を有し、
    前記第２トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する半導体層を有する運転者警告システム。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一において、
    前記第２選択回路は、第３トランジスタを有し、
    前記第３トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する半導体層を有する運転者警告システム。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一において、
    前記信号処理回路は、差動回路と、積分回路と、コンパレータと、三角波生成回路と、を有し、
    前記差動回路には、第１電圧および第２電圧が入力され、
    前記積分回路には、前記差動回路の出力信号が入力され、
    前記コンパレータには、前記積分回路の出力信号および前記三角波生成回路の出力信号が入力される運転者警告システム。
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