KR101381363B1 - 축전장치 및 그 축전장치를 구비하는 반도체 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 축전 수단인 배터리를 구비하는 축전장치에서, 구동전원을 위한 배터리의 경시적 열화에 따른 배터리의 잔존 용량의 확인이나 배터리의 교환작업을 하지 않고, 또한, 구동전원을 위한 전력의 공급을 단시간에 안전하고, 정확하게 행하기 위한 축전장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 축전장치에서의 전력을 공급하기 위한 전원으로서, 축전 수단인 배터리를 구비하고, 상기 축전 수단의 축전시간을 카운트하기 위한 카운터 회로를 구비한다. 그리고, 급전기로부터 발신되는 단위 시간당의 전계 강도, 자계 강도, 및 전력속(電力束) 밀도의 전자파를 제어하고, 상기 축전 수단에 대한 전자파를 사용한 충전을 단시간에 효율적으로 행한다.
안테나, 배터리, 무선, 충전 제어회로, 충전 관리회로
Description
본 발명은 축전장치에 관한 것이다. 특히, 전자파를 통한 전력의 충전을 하는 축전장치에 관한 것이다. 또한, 안테나를 구비하는 축전장치와, 이 축전장치에 전자파를 통한 전력을 공급하는 급전기를 사용한 충전 시스템에 관한 것이다.
여기서 본 명세서에서 말하는 축전장치는, 외부의 전력 공급장치(급전기)로부터 전자파를 송신하고, 전력을 충전하는 장치 전반을 가리킨다. 또한, 무선에 의한 전자파의 수신에 의하여 전력을 축전하는 배터리를 무선 전지(RF 배터리(Radio Frequency Battery))라고 한다.
여러가지 전자기기가 보급되고 있고, 다종 다양한 제품이 시장에 출하되고 있다. 특히, 최근에는 휴대형 전자기기의 보급이 현저하다. 일례로서, 휴대 전화기, 디지털 비디오 카메라 등은 표시부의 고정세화 및 배터리의 내구성 및 저소비전력화가 향상되고, 편리성이 좋아지고 있다. 휴대형 전자기기는 축전 수단인 배터리를 내장한 구조를 가진다. 그리고, 이 배터리로부터 휴대형 전자기기를 구동하기 위한 전원을 확보하고 있다. 배터리로서 리튬 이온 전지 등의 배터리가 사용 되고 있고, 배터리의 충전에는 급전 수단인 가정용 교류 전원에 콘센트를 삽입한 AC 어댑터를 통해 직접적으로 행해지고 있는 것이 현상이다.
또한, 근년에는, 상용 전원이 없는 곳에서도 휴대기기의 충전동작을 할 수 있도록 비접촉으로 전기 에너지를 축전하는 축전장치의 개발도 진행되고 있다(예를 들면, 문헌 1을 참조).
[문헌 1] 일본국 공개특허공고 제 2003-299255호 공보
그렇지만, 문헌 1에 나타내는 축전장치의 예에서는, 단시간에 높은 전력을 공급하기 위하여 높은 전계 강도의 전자파를 축전장치에 공급하는 것은 인체에의 영향이 우려된다. 또한, 단시간에 높은 전력을 공급하기 위하여 높은 전계 강도의 전자파를 축전장치에 공급하는 것은 단위 시간당 일정량 이상의 전계 강도, 자계 강도, 또는 전력속(電力束) 밀도의 전자파를 발신하는 것에 대한 법률적인 규제도 있다.
또한, 축전장치에 충전하는 경우, 특히, 복수의 축전장치의 충전을 하는 경우는, 전자파의 감쇠에 따라, 복수의 축전장치의 충전이 충분하게 행해지지 않을 가능성도 있다. 예를 들면, 축전장치가 구비하는 배터리에 가해지는 전압이 일정값 이상이 아니면, 충전을 할 수 없는 경우가 있기 때문에, 복수의 축전장치의 충전이 어렵다고 하는 과제가 있었다.
또한, 축전장치의 충전이 완료되었거나 또는 어떤 원인에 의하여 축전장치에의 충전이 중단된 경우에, 급전기로부터의 전자파에 의한 전력의 공급이 단속적으로 되는 상황에서는, 과충전(過充電)의 방지책이나 불필요한 전자파에 의한 전력의 공급을 정지하는 등의 대책을 급전기측에 강구할 필요가 있다고 하는 과제가 있었다.
그래서, 본 발명은, 축전 수단인 배터리를 구비하는 축전장치에서, 구동전원을 위한 배터리의 경시적 열화(劣化)에 따른 배터리의 잔존 용량의 확인이나 배터 리의 교환작업을 하지 않고, 구동전원을 위한 전력의 공급을 단시간에 안전하고 정확하게 하기 위한 축전장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상술한 여러가지 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 축전장치의 전력을 공급하기 위한 전원으로서 축전 수단인 배터리를 구비하고, 이 축전 수단의 축전시간을 카운트하기 위한 카운터 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 본 발명은, 급전기로부터 발신되는 단위 시간당의 전계강도, 자계강도, 및 전력속 밀도의 전자파를 제어하고, 상기 축전 수단에 대한 전자파를 사용한 충전을 단시간에 효율적으로 하는 것을 특징으로 한다. 이하, 본 발명의 구체적인 구성에 대해서 나타낸다.
본 발명의 축전장치의 일 형태는, 안테나, 배터리, 안테나에 접속된 정류회로, 정류회로에 접속되고, 배터리에의 충전을 제어하는 충전 제어회로와, 배터리에 접속되고, 부하에 공급하는 전력을 제어하는 전원회로를 가지는 전력 공급부와, 안테나에 입력되는 신호를 복조하는 복조회로와, 신호에 따라 배터리가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 판정하고, 충전 상태 또는 비충전 상태를 스위칭하는 신호를 출력하는 판정회로와, 배터리에의 충전 시간을 카운트하여 판정회로에 출력하는 카운터 회로와, 판정회로에서 판정된 충전 상태 또는 비충전 상태에 의하여 외부에 출력하는 신호를 변조하는 변조회로를 가지는 충전 판정부를 포함한다.
또한, 다른 구성의 축전장치의 일 형태는, 안테나, 배터리, 배터리에 접속된 충전 관리회로와, 안테나에 접속된 정류회로와, 정류회로에 접속되고, 배터리에의 충전을 제어하는 충전 제어회로와, 배터리에 접속되고, 부하에 공급하는 전력을 제어하는 전원회로를 가지는 전력 공급부와, 안테나에 입력되는 신호를 복조하는 복조회로와, 신호에 따라 배터리의 충전 상태 또는 비충전 상태를 판정하고, 충전 상태 또는 비충전 상태를 스위칭하는 신호를 출력하는 판정회로와, 배터리에의 충전 시간을 카운트하여 판정회로에 출력하는 카운터 회로와, 판정회로에서 판정된 충전 상태, 비충전 상태, 또는 충전 관리회로로부터의 신호에 의하여 외부에 출력하는 신호를 변조하는 변조회로를 가지는 충전 판정부를 포함한다.
또한, 본 발명에서의 배터리는, 리튬 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지, 유기 라디칼 전지, 또는 전기 이중층 콘덴서인 구성이라도 좋다.
또한, 본 발명에서의 배터리는, 부극(負極) 활물질층과, 부극 활물질층 위의 고체 전해질층과, 고체 전해질층 위의 정극(正極) 활물질층과, 정극 활물질층 위의 집전체 박막으로 구성되어도 좋다.
또한, 본 발명에서의 충전 제어회로는, 레귤레이터 및 다이오드를 가지는 구성이라도 좋다.
또한, 본 발명에서의 충전 제어회로는, 레귤레이터 및 스위치를 가지고, 스위치는, 판정회로가 충전 상태라고 판단한 경우에 도통 상태로 되고, 판정회로가 비충전 상태라고 판단한 경우에 비도통 상태가 되는 구성이라도 좋다.
또한, 본 발명에서의 전원회로는, 레귤레이터 및 스위치를 가지고, 스위치는, 판정회로가 충전 상태라고 판단한 경우에 비도통 상태가 되고, 판정회로가 비충전 상태라고 판단한 경우에 도통 상태가 되는 구성이라도 좋다.
또한, 본 발명에서, 전원회로는, 슈미트 트리거(schmitt trigger)를 가지는 구성이라도 좋다.
또한, 본 발명은, 부하가 신호 처리회로이고, 신호 처리회로는, 증폭기, 변조회로, 복조회로, 논리회로, 메모리 컨트롤 회로, 및 메모리 회로를 가지는 반도체 장치도 포함하는 것이다.
또한, 본 발명의 반도체 장치는, IC 라벨, IC 태그, IC 카드이다.
또한, 본 발명에서, 접속되어 있다고 하는 것은, 전기적으로 접속되어 있는 경우와 직접 접속되어 있는 경우를 포함하는 것으로 한다. 따라서, 본 발명이 개시하는 구성에서, 소정의 접속관계에 더하여, 사이에 전기적인 접속이 가능한 다른 소자(예를 들면, 스위치나 트랜지스터나 용량소자나 인덕터나 저항소자나 다이오드 등)가 배치되어도 좋다. 혹은, 사이에 다른 소자를 끼우지 않고, 직접 접속되어 배치되어도 좋다. 또한, 전기적인 접속이 가능한 다른 소자를 사이에 끼우지 않고 접속되고, 직접 접속되어 있는 경우만을 포함하는 경우이며, 전기적으로 접속되는 경우를 포함하지 않는 경우에는, 직접 접속된다고 기재한다. 또한, 전기적으로 접속된다고 기재하는 경우는, 전기적으로 접속되는 경우와 직접 접속되는 경우를 포함한다.
본 발명의 축전장치는, 축전 수단을 가지는 구성을 취하기 때문에, 구동전원을 위한 배터리의 경시적 열화에 따른 배터리의 잔존 용량의 확인이나 배터리의 교환작업을 하지 않고 부하에 전력을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 축전장치는, 배터리를 충전하기 위한 전자파를 공급하는 급전기에 대해서 축전장치가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비하기 때문에, 축전장치의 충전이 완료되었거나 또는 어떤 원인에 의하여 축전장치에의 충전이 중단됐을 때에, 불필요한 전자파에 의한 전력의 공급을 정지할 수 있다. 또한, 급전기에 대해서 축전장치가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비함으로써, 급전기가 복수의 축전장치에 대해서 충전하는 것을 알릴 수 있고, 충전할 축전장치를 선택하고 충전시킬 수 있다. 즉, 전자파의 감쇠에 따라, 복수의 축전장치의 충전이 충분히 되지 않을 경우에도, 복수의 축전장치를 개별로 충전할 수 있다.
또한, 본 발명의 축전장치는, 내부에 카운터 회로를 구비하기 때문에, 전력의 평균은 동일해도, 일정량 이상의 전계강도, 자계강도 또는 전력속 밀도의 전자파를 수신할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 양태로 실시하는 것이 가능하고, 본 발명의 형태 및 상세한 사항은 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어남이 없이 다양하게 변경될 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명이 하기 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한, 이하에 설명하는 본 발명의 구성에서, 동일의 것을 가리키는 부호는 다른 도면에 있어서도 공통으로 사용한다.
[실시형태 1]
본 발명의 축전장치의 일 구성예에 대해서, 도 1 및 도 2에 나타내는 블록도를 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서는, 축전장치에 전력 공급수단인 급전기로부터 충전하는 경우에 대해서 설명한다.
도 1의 축전장치(100)는, 안테나(101), 전력 공급부(102), 충전 판정부(103), 배터리(104)로 구성된다. 또한, 축전장치(100)에는, 급전기(151)에 의하여 전력이 공급되고, 축전장치(100) 내의 배터리(104)에 축전된 전력은 부하(152)에 공급된다. 또한, 전력 공급부(102)는, 안테나(101)에 입력되는 전자파를 정류화하는 정류회로(105)와, 정류회로(105)로부터의 전력에 의한 배터리(104)에의 충전을 제어하는 충전 제어회로(106)와, 배터리(104)에 충전된 전력을 부하(152)에 공급하는 것을 제어하기 위한 전원회로(107)로 구성된다. 또한, 충전 판정부(103)는, 안테나(101)에 입력되는 신호를 복조하기 위한 복조회로(108)와, 안테나(101)로부터 입력되는 신호에 의거하여 배터리(104)가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 판정하고, 충전 상태 또는 비충전 상태를 스위칭하는 신호를 출력하기 위한 판정회로(109)와, 배터리(104)에의 충전의 시간을 카운트하고, 판정회로(109)에 출력하기 위한 카운터 회로(110)와, 판정회로(109)에서 판정된 충전 상태 또는 비충전 상태에 따라, 외부에 출력하는 신호를 변조하기 위한 변조회로(111)로 구성된다.
전력 공급부(102)의 구성에 대해서 자세히 설명한다.
도 1의 축전장치(100)에서, 안테나(101)는 급전기(151)로부터의 전자파를 수신하고, 정류회로(105)에 출력한다. 또한, 본 발명의 축전장치(100)의 안테 나(101)와 급전기 사이에 적용하는 전자파의 전송방식은, 전자(電磁) 결합 방식, 전자 유도 방식, 또는 마이크로파 방식 등을 사용할 수 있다. 전송방식은, 실시자가 적절히 사용용도를 고려하여 선택하면 좋고, 전송방식에 따라, 최적인 길이나 형상의 안테나를 형성하면 좋다.
예를 들면, 전송방식으로서, 전자 결합 방식 또는 전자 유도 방식(예를 들면, 13.56 MHz대)을 적용하는 경우에는, 전계 밀도의 변화에 의한 전자 유도를 이용하기 때문에, 안테나로서 기능하는 도전층을 고리형(예를 들면, 루프 안테나)이나, 나선형(예를 들면, 스파이럴 안테나)으로 형성한다. 도 2(A)에 안테나의 회로의 구체예에 대해서 나타낸다. 도 2(A)에서, 안테나(101)는 안테나 코일(201)과, 공진 용량(202)으로 구성된다. 또한, 도 2(A)에 나타내는 안테나(101)는, 안테나 코일(201)과 공진 용량(202)이 병렬로 접속되어 있다. 도 2(A)에 나타내는 구성에서, 공진 용량(202)으로서 가변 용량소자로 하고, 용량값을 제어하는 것으로써, 수신하는 전자파의 주파수를 가변으로 할 수도 있다.
또한, 전송 방식으로서, 마이크로파 방식(예를 들면, UHF 대(860 내지 960 MHz대), 2.45 GHz대 등)을 적용하는 경우에는, 신호의 전송에 사용하는 전자파의 파장을 고려하여 안테나로서 기능하는 도전막의 길이나 형상을 적절하게 설정하면 좋고, 안테나로서 기능하는 도전막을 예를 들면, 선형(예를 들면, 다이폴 안테나), 평탄한 형상(예를 들면, 패치 안테나) 등으로 형성할 수 있다. 또한, 안테나로서 기능하는 도전막의 형상은 선형에 한정되지 않고, 전자파의 파장을 고려하여 곡선형상이나 지그재그 형상 또는 이들을 조합한 형상으로 형성하여도 좋다.
또한, 복수의 형상의 안테나를 일체로 조합하여 형성하고, 복수의 주파수대의 전자파의 수신에 대응한 안테나를 본 발명의 축전장치(100)의 안테나(101)에 채용하여도 좋다. 일례로서, 도 29(A) 및 도 29(B)에 안테나의 형상에 대해서 나타낸다. 예를 들면, 도 29(A)에 나타내는 바와 같이, 전력 공급부, 충전 판정부 등이 형성된 칩(2901)의 주변에 일면의 안테나(2901A)와 180도 무지향성(어느 쪽으로부터도 동일하게 수신할 수 있음)의 안테나(2902B)를 배치한 구조를 취하여도 좋다. 또한, 도 29(B)에 나타내는 바와 같이, 전력 공급부, 충전 판정부 등이 형성된 칩(2901)의 주변에 좁은 코일 형상의 안테나(2902C)와, 고주파수의 전자파를 수신하기 위한 안테나(2902D)와, 봉상(棒狀)으로 길게 연장한 안테나(2902E)를 배치한 구조를 취하여도 좋다. 도 29(A) 및 도 29(B)에 나타내는 바와 같이, 복수의 형상의 안테나를 형성함으로써, 복수의 주파수대의 전자파의 수신에 대응한 축전장치로 할 수 있다.
급전기(151)로부터 안테나(101)에 송신되는 전자파의 주파수는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 서브밀리파인 300 GHz 이상 3 THz 미만, 밀리파인 30 GHz 이상 300 GHz 미만, 마이크로파인 3 GHz 이상 30 GHz 미만, 극초단파인 300 MHz 이상 3 GHz 미만, 초단파인 30 MHz 이상 300 MHz 미만, 단파인 3 MHz 이상 30 MHz 미만, 중파인 300 KHz 이상 3 MHz 미만, 장파인 30 KHz 이상 300 KHz 미만, 및 초장파인 3 KHz 이상 30 KHz 미만 중의 어느 주파수라도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 급전기(151)와 축전장치(100) 사이에서, 축전장치(100)가 급전기(151)에 대해서, 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 알리는 신호를 송수신한다. 이 때, 급전기(151)로부터 안테나(101)에 송신되는 전자파는 반송파를 변조한 신호이다. 반송파의 변조 방식은, 아날로그 변조이어도 좋고 디지털 변조이어도 좋고, 진폭 변조, 위상 변조, 주파수 변조, 및 스펙트럼 확산 중의 어느 것이라도 좋다. 바람직하게는, 진폭 변조 또는 주파수 변조로 하면 좋다.
또한, 급전기(151)로부터 축전장치(100)에 송신되는 충전용의 전자파와 충전을 개시하기 위한 통신용의 전자파는 다른 주파수의 것을 사용해도 좋다. 그 경우, 충전용의 전자파에는, 도 3(A)에 나타내는 바와 같은 진폭이 동일한 전자파를 사용하고, 통신용의 전자파에는, 도 3(B) 또는 도 3(C)에 나타내는 바와 같은 진폭이 다른 전자파를 사용할 수 있다. 또한, 통신용에는, 주파수나 위상이 다른 전자파를 사용할 수도 있다.
도 1의 축전장치(100)에서, 급전기(151)로부터 안테나(101)에 입력된 전자파는 안테나로 교류의 전기신호로 변환되고, 정류회로(105)에 의하여 정류화된다. 또한, 정류회로(105)는, 안테나(101)가 수신하는 전자파에 의하여 유도되는 교류신호를 정류화, 평활화하는 것으로써, 직류신호로 변환하는 회로이면 좋다. 예를 들면, 도 2(B)에 나타내는 바와 같이, 다이오드(203), 평활 용량(204)에 의하여 정류회로(105)를 구성하면 좋다.
도 1의 축전장치(100)에서, 정류회로(105)에 의하여 정류화된 전기신호는 충전 제어회로(106)에 입력된다. 충전 제어회로(106)는, 정류회로(105)로부터 입력된 전기 신호의 전압 레벨을 제어하여 배터리(104)에 출력하는 회로이다. 도 4(A)에 충전 제어회로(106)의 구체적인 구성에 대해서 나타낸다. 도 4(A)에 나타내는 충전 제어회로(106)는, 전압을 제어하는 회로인 레귤레이터(401)와, 스위치(402)로 구성된다. 또한, 스위치(402)의 온 또는 오프는, 판정회로(109)에서의 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지의 판정 결과에 따라 제어된다. 또한, 스위치(402)는 축전장치(100)가 충전 상태에서 온하고, 비충전 상태에서 오프로 함으로써, 배터리(104)에 충전된 전력의 누설을 방지하는 것이다. 따라서, 도 4(B)에 나타내는 바와 같이, 스위치(402)가 정류 특성을 가지는 다이오드(403)로 치환되는 구성을 취할 수 있다. 스위치(402)를 다이오드(403)로 함으로써, 스위치의 온 또는 오프를 스위칭하는 신호의 입력을 생략할 수 있다.
도 1에 나타내는 축전장치(100)에서, 충전 제어회로(106)에 의하여 전압 레벨이 제어된 전기신호는 배터리(104)에 입력되고, 배터리(104)의 충전이 행해진다. 본 발명에서, 배터리는, 충전함으로써 연속사용시간을 회복할 수 있는 축전 수단을 의미한다. 또한, 축전 수단으로서는, 2차 전지, 콘덴서 등이 있지만, 본 명세서에서는 총칭하여 배터리라고 한다. 또한, 배터리로서는, 그 용도에 따라 다르지만, 시트 상태로 형성된 배터리를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 리튬 전지, 바람직하게는 겔(gel)상 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지나, 리튬 이온 전지 등을 사용함으로써, 소형화가 가능하다. 물론, 충전할 수 있는 배터리이면 어느 것이라도 좋고, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지, 유기 라디칼 전지, 납축전지, 공기 2차 전지, 니켈 아연 전지, 은 아연 전지 등의 충전방전할 수 있는 배터리라도 좋고, 또한, 대용량의 콘덴서 등을 사용하여도 좋다.
또한, 본 발명의 배터리로서 사용할 수 있는 대용량의 콘덴서로서는, 전극의 대향 면적이 큰 것이 바람직하다. 활성탄, 풀러린(fullerene), 카본 나노 튜브 등, 비표면적이 큰 전극용 재료를 사용한 전기 이중층 콘덴서를 사용하는 것이 바람직하다. 콘덴서는 구성이 단순하고, 박형화나 적층화도 용이하다. 전기 이중층 콘덴서는 충전 기능을 가지고, 충방전 횟수가 증가해도 열화가 작고, 급속 충전 특성도 뛰어나기 때문에, 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서, 배터리에 축전되는 전력은, 급전기(151)로부터 출력되는 전자파에 한정되지 않고, 별도 축전장치의 일부에 발전소자를 형성하고, 보조하는 구성으로 하여도 좋다. 본 발명의 축전장치에, 별도의 발전소자를 형성하는 구성으로 하는 것으로써, 배터리(104)에 축전되는 전력의 공급량을 증가시키고, 또, 충전속도를 높일 수 있기 때문에, 바람직하다.
또한, 발전소자로서는, 예를 들면, 태양 전지를 사용한 발전소자이어도 좋고, 압전소자를 사용한 발전소자이어도 좋고, 미소 구조체(MEMS: Micro Electro Mechanical System)를 사용한 발전소자이어도 좋다.
도 1의 축전장치(100)에서, 배터리(104)에 의하여 축전된 전력은 전원회로(107)에 입력된다. 전원회로(107)는, 배터리(104)로부터 출력된 전기신호의 전압 레벨을 제어하고, 배터리(104)에 축전된 전력의 부하(152)에의 공급을 제어하는 회로이다. 도 5(A)에 전원회로(107)의 구체적인 구성에 대해서 나타낸다. 도 5(A)에 나타내는 전원회로(107)는, 스위치(501)와, 전압제어하는 회로인 레귤레이터(502)로 구성된다. 또한, 스위치(501)의 온 또는 오프는, 판정회로(109)에서의 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지의 판정 결과에 따라 제어된다.
또한, 전원회로(107)에서, 도 5(A)에서 나타내는 스위치(501)의 구성에서 슈미트 트리거를 조합한 구성으로 하여도 좋다. 도 5(B)에 슈미트 트리거를 형성한 구성에 대하여 구체적으로 나타낸다. 도 5(B)에 나타내는 슈미트 트리거(503)는 스위칭 소자에 이력 현상(Hysteresis성)을 가지게 할 수 있다. 따라서, 축전장치(100)에서, 배터리의 전력의 용량이 작게 되고, 출력전압이 작게 되어도, 스위치를 온 상태로 유지할 수 있기 때문에, 부하(152)에의 전력의 공급을 장시간 유지할 수 있다.
다음에, 급전기(151)의 구성에 대해서 자세히 설명한다.
도 1의 급전기(151)는, 축전장치(100)에 대해서, 축전장치(100)의 배터리(104)를 충전하기 위한 전자파 및 축전장치(100)의 충전을 개시하기 위한 충전 개시 신호를 출력한다. 또한, 급전기(151)는 축전장치(100)로부터 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 알리는 신호를 수신한다. 도 7에 급전기(151)의 구체적인 구성에 대해서 나타낸다. 도 7의 급전기(151)는, 송신용의 안테나(601), 수신용의 안테나(602), 송신부(603), 수신부(604), 제어부(605)에 의하여 구성된다. 또한, 송신용의 안테나(601)는 안테나 코일(606), 공진 용량(608)에 의하여 구성된다. 또한, 수신용의 안테나(602)는 안테나 코일(607), 공진 용량(609)에 의하여 구성된다. 제어부(605)는, 충전 개시 신호 출력 명령, 전력 공급 처리 명령, 수신신호 처리 명령, 대기 명령에 따라, 수신부(604), 송신부(603)를 제어한다. 송신부(603)는, 축전장치(100)에 송신하는 충전 개시 신호를 변조하고, 안테나(601)로부터 전자파로서 출력한다. 또한, 수신부(604)는 안테나(602)로 수신된 신호를 복 조하고, 수신신호 처리결과로서 제어부(605)에 출력한다.
또한, 도 7의 급전기(151)에서, 송신용 안테나(601), 수신용 안테나(602)는 어느 1개의 안테나를 사용하는 것으로써 공유화하고, 안테나를 1개 삭감하여도 좋다. 송신용 안테나(601)와 수신용 안테나(602)를 공통화함으로써, 급전기(151)를 소형화할 수 있다.
다음에, 충전 판정부(103)의 구성에 대해서 자세히 설명한다.
도 1의 축전장치(100)에서, 복조회로(108)는, 안테나(101)가 수신한 교류신호에 의거하여 안테나(101)가 수신한 교류신호보다 늦은 주파수의 복조신호를 생성하고, 판정회로(109)에 출력한다. 또한, 복조신호는 급전기(151)가 발신하는 반송파의 변조된 신호에 의거한 디지털 신호로서 판정회로(109)에 출력한다. 또한, 변조회로(111)는, 판정회로(109)가 출력한 신호에 의거하여 안테나 회로로부터 출력하는 고주파수의 반송파를 변조하고, 고주파수의 반송파를 안테나(101)로부터 급전기에 출력하는 회로이다.
또한, 복조회로(108)는 전력 공급부(102)의 정류회로(105)와 같은 기능을 가진다. 따라서, 정류회로(105)로부터 안테나(101)가 수신한 교류신호에 의거하여 안테나(101)가 수신한 교류신호보다 늦은 주파수의 복조신호를 생성하고, 판정회로(109)에 입력하는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우, 복조회로(108)를 생략하고 축전장치(100)를 구성할 수 있기 때문에, 축전장치의 소형화를 도모할 수 있다.
도 1의 축전장치(100)에서, 판정회로(109)는 축전장치(100)가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 판단하여 신호를 출력하는 회로이다. 도 1의 판정회 로(109)는, 상술한 바와 같이, 배터리(104)의 전압값의 모니터링(확인), 충전 제어회로(106)의 스위치(402) 및 전원회로(107)의 스위치(501)의 온 또는 오프의 제어, 복조회로(108)로부터의 신호의 데이터 처리, 및 급전기(151)에 출력하기 위한 신호의 변조회로(111)에의 출력을 행한다.
판정회로(109)는, 배터리(104)의 전압값의 모니터링을 함으로써, 배터리(104)의 충전이 완료되었는지 아닌지를 판정한다. 또한, 판정회로(109)에서, 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지의 판정은, 충전 개시시 또는 충전 완료시에 안테나(101)가 수신한 데이터 신호가 복조회로(108)를 통하여 판정회로(109)에 입력되고, 상기 데이터 신호의 신호파형에 의거하여 행해진다. 또한, 급전기(151)에 출력하기 위한 신호의 변조회로(111)에의 출력은, 카운터 회로(110)로부터의 일정 주기의 신호에 의거하여 행해진다. 또한, 도 8에 충전 개시시의 데이터 신호와 충전중의 전자파에 모식적인 파형에 대해서 나타낸다. 데이터 신호의 진폭과 충전 상태에서의 전자파의 진폭에서는, 전자파의 진폭을 크게 한다. 전자파의 진폭을 크게 함으로써, 충전 상태시에 축전장치(100)에서 수신하는 신호의 전압을 크게 할 수 있고, 보다 확실하게 충전을 할 수 있다.
도 1의 축전장치(100)에서, 카운터 회로(110)는 축전장치(100)가 충전 상태를 개시할 때부터의 시간을 카운트하기 위한 회로이다. 카운터 회로(110)는, 복조회로(108)에 입력되는 급전기(151)로부터의 충전을 개시하기 위한 신호(이하, 충전 개시 신호라고 한다)에 의거하여 리셋 신호를 생성하여 카운터를 동작시킨다. 카운터 회로(110)는, 플립플롭 회로 등의 논리회로를 조합하여 구성하고, 링 오실레 이터나 수정 발진기 등의 클록생성회로로부터 클록신호를 입력하여, 카운트를 행한다. 또한, 클록생성회로는 배터리(104)로부터 직접 전력의 공급을 받도록 구성하면 좋다.
또한, 카운터 회로(110)는, 상술한 바와 같이, 판정회로(109)에 대해서, 급전기(151)에 출력하기 위한 변조회로(111)에의 일정 주기의 신호를 출력한다. 그 신호는, 카운터 회로(110)의 카운터값의 자릿수 올림을 할 때 등에 신호를 출력하도록 구성하면 좋다. 또한, 카운터 회로(110)는 충전 상태에서의 축전장치(100)의 충전 기간을 카운트하고, 급전기(151)로부터 전력의 평균은 동일하여도, 일정량 이상의 전계강도, 자계강도, 또는 전력속 밀도를 가지는 전자파를 수신한다. 그리고, 일정 기간의 충전 상태가 경과한 후, 판정회로(109)에 대해서, 급전기(151)에 출력하기 위한 변조회로(111)에의 일정 주기의 신호의 출력을 정지한다. 그리고, 축전장치(100)는 급전기로부터의 전자파에 의한 충전을 정지시키는 것으로써, 전력의 평균은 동일하여도, 일정량 이상의 전계강도, 자계강도, 또는 전력속 밀도를 가지는 전자파를 축전할 수 있다.
또한, 판정회로(109)의 동작에 대해서 도 6에 나타내는 플로차트를 사용하여 설명한다.
도 6에서는, 단순한 예로서, 급전기(151)의 급전하기 위한 전자파가 도달하는 공간내에 축전장치(100)가 1개 존재하는 경우에 대해서 설명한다. 도 6에서, 급전기(151)로부터 먼저 충전 개시 신호가 축전장치(100)에 송신되고, 축전장치(100)에서 충전 개시 신호를 수신한다(스텝 S701).
다음에, 충전 개시 신호를 수신한 축전장치(100)는, 판정회로(109)에서 비충전 상태로부터 충전 상태로 스위칭하기 위해, 축전장치(100)의 각 스위치의 온과 오프를 스위칭한다. 구체적으로는, 충전 제어회로(106)의 스위치(402)를 온으로 하고, 전원회로(107)의 스위치(501)를 오프로 한다(스텝 S702).
다음에, 급전기(151)로부터 배터리(104)를 충전하기 위한 전자파가 축전장치(100)의 안테나(101)에 공급된다(스텝 S703).
또한, 축전장치(100)는 급전기(151)로부터 출력되는 배터리(104)를 충전하기 위한 전자파가 입력되는 기간을 카운터 회로(110)로 카운트한다. 이 축전장치(100)의 배터리(104)가 충전되는 기간에서, 급전기(151)와 축전장치(100)가 무선에 의한 충전 상태에 있는지 아닌지를 급전기(151)측에 알리기 위한 신호가 정기적으로 축전장치(100)로부터 급전기(151)측에 송신된다(스텝 S704).
상술한 바와 같이, 축전장치(100)가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지의 판정은 판정회로(109)로 행해진다. 판정회로(109)는 카운터 회로(110)로부터의 카운터값에 따라, 주기적인 신호를 변조회로(111)에 출력한다. 그리고, 축전장치(100)가 충전 상태에서는 정기적으로 신호를 급전기(151)에 출력한다. 또한, 카운터 회로(110)에서, 카운트하는 기간 내에서 판정회로(109)에 의하여 배터리(104)의 전압을 모니터링하고, 배터리(104)의 충전이 완료되었다고 판단한 경우(이하, 풀 충전이라고 한다)에는, 상술한 급전기(151)에의 신호의 출력을 정지한다. 그리고, 축전장치(100)로부터의 신호를 급전기(151)가 수신한 경우(스텝 S705의 NO)에는, 급전기(151)는 축전장치(100)에 대해서, 배터리(104)를 충전하기 위한 전자파 의 공급을 계속한다.
또한, 축전장치(100)로부터의 신호를 급전기(151)가 수신하지 않는 경우(스텝 S705의 YES)에는, 급전기(151)가 축전장치(100)의 배터리(104)의 충전을 위한 전자파의 공급을 정지한다. 즉, 축전장치(100)는, 배터리(104)를 충전하기 위한 신호를 수신하지 않기 때문에, 비충전 상태로 이행한다(스텝 S706). 또한, 축전장치(100)로부터 충전 상태인 것을 나타내는 신호의 출력이 행해진 경우에도, 통신상황 등에 따라, 급전기(151)측에 충전 상태인 것을 나타내는 신호가 공급되지 않는 경우에는, 배터리(104)가 풀 충전되지 않아도, 축전장치(100)는 비충전 상태로 이행한다.
다음에, 비충전 상태로 이행한 축전장치(100)는, 판정회로(109)에서 충전 상태로부터 비충전 상태로 스위칭되고, 축전장치(100)의 각 스위치의 온과 오프를 스위칭한다. 구체적으로는, 충전 제어회로(106)의 스위치(402)를 오프로 하고, 전원회로(107)의 스위치(501)를 온으로 한다(스텝 S707).
그리고, 축전장치(100)의 배터리(104)가 풀 충전되지 않은 경우에는, 급전기(151)는 다시 충전 개시 신호를 출력하고, 축전장치(100)의 충전을 행한다(S708의 NO). 또한, 축전장치(100)의 배터리(104)가 풀 충전인 경우에는, 축전장치(100)는 충전을 완료한다(스텝 S708의 YES).
다음에, 도 9에 판정회로(109)로부터 출력되는 충전 제어회로(106)의 스위치(402) 및 전원회로(107)의 스위치(501)의 온 또는 오프를 제어하기 위한 신호, 및 급전기(151)에 출력하기 위한 변조회로(111)에의 출력신호의 타이밍 차트에 대 해서 설명한다. 또한, 각 스위치는 N채널형 트랜지스터로서, 고전위 신호가 출력된 때, 온이 되고, 저전위 신호가 출력된 때, 오프가 되는 것으로 하여 설명한다. 또한, 판정회로(109)로부터 변조회로(111)에의 출력은, 스위치(402)에 고전위 신호가 출력된 때 개시되는 것으로 하여 설명한다.
도 9에서, 비충전 상태에서는, 상술한 바와 같이, 스위치(402)가 오프, 스위치(501)를 온으로 하고, 충전 상태인 것을 급전기(151)에 출력하기 위한 변조회로(111)에의 출력신호는 정지한다. 따라서, 비충전 상태에서는, 판정회로(109)로부터 스위치(402)에의 출력은 저전위 신호, 판정회로(109)로부터 스위치(501)에의 출력은 고전위 신호, 판정회로(109)로부터 변조회로(111)에의 출력은 저전위 신호가 된다. 또한, 충전 상태에서는, 상술한 바와 같이, 스위치(402)가 온, 스위치(501)를 오프로 하고, 충전 상태인 것을 급전기(151)에 출력하기 위한 변조회로(111)에의 출력신호는 일정 주기로 출력된다. 따라서, 충전 상태에서는, 판정회로(109)로부터의 스위치(402)에의 출력은 고전위 신호, 판정회로(109)로부터의 스위치(501)에의 출력은 저전위 신호, 판정회로(109)로부터 변조회로(111)에의 출력은, 카운터 회로로부터의 신호에 의거하여, 일정 주기로 고전위 신호(도 9의 고전위 신호(901A), 고전위 신호(901B))가 출력된다.
도 9의 타이밍 차트에서, 축전장치(100)의 충전이 완료되었거나, 또는 어떤 원인에 의하여 축전장치(100)에의 충전이 중단된 경우, 판정회로(109)는 변조회로(111)에의 일정 주기의 고전위 신호의 출력을 정지한다(도 9의 점선의 고전위 신호(902)). 따라서, 급전기(151)는 축전장치(100)의 배터리(104)의 충전을 위한 전 자파의 출력을 정지한다. 이 때, 축전장치(100)는, 배터리(104) 충전을 위한 전자파를 수신하지 않기 때문에, 판정회로(109)는 비충전 상태인 것을 판정하고, 도 9에서 나타내는 점선(903, 904)과 같이, 각 스위치를 제어한다. 본 발명의 구성에서는, 이와 같이, 충전 상태 또는 비충전 상태를 입력되는 신호에 따라 판정하여 스위칭함으로써, 불필요한 잔자파에 의한 전력의 공급을 정지시키고, 자동적으로 비충전 상태에서의 복귀를 행할 수 있다.
또한, 도 10에서, 급전기(151)의 급전하기 위한 전자파가 도달할 수 있는 공간내에 축전장치(100)가 복수 존재하는 경우에 대해서 플로 차트를 사용하여 설명한다. 도 10에서, 급전기(151)로부터 먼저 충전 개시 신호가 축전장치(100)에 송신되고, 복수의 축전장치(100)에서 충전 개시 신호를 수신한다(스텝 S1001).
다음에, 충전 개시 신호를 수신한 복수의 축전장치(100)는, 판정회로(109)에서 비충전 상태로부터 충전 상태에의 스위칭을 하기 위해서, 축전장치(100)의 각 스위치의 온과 오프를 스위칭한다. 구체적으로는, 충전 제어회로(106)의 스위치(402)를 온으로 하고, 전원회로(107)의 스위치(501)를 오프로 한다(스텝 S1002).
다음에, 급전기(151)로부터 배터리(104)를 충전하기 위한 전자파가, 복수의 축전장치(100)의 안테나(101)에 공급된다(스텝 S1003).
또한, 복수의 축전장치(100)는 급전기(151)로부터 출력되는 배터리(104)를 충전하기 위한 전자파가 입력되는 기간을 카운터 회로(110)로 카운트한다. 이 복수의 축전장치(100)의 배터리(104)가 충전되는 기간에, 급전기(151)와 축전장치(100)가 무선에 의한 충전 상태인가 아닌가를 급전기(151)측에 알리기 위한 신호 가, 정기적으로, 복수의 축전장치(100)로부터 급전기(151)측에 송신된다(스텝 S1004).
급전기(151)의 급전하기 위한 전자파가 도달할 수 있는 공간내에 축전장치(100)가 복수 존재하는 경우에는, 스텝 S1004에 있어서의 급전기(151)와 축전장치(100)가 무선에 의한 충전 상태인가 아닌가를 급전기(151)측에 알리기 위한 신호가 급전기측에서 복수 수신된다(스텝 S1005). 이 때, 급전기(151)의 급전하기 위한 전자파가 도달할 수 있는 공간내에 축전장치(100)가 복수 존재하는 경우(스텝 S1005의 YES), 급전기(151)는 충전하기 위한 축전장치를 선택한다(스텝 S1006). 즉, 충전하는 것 이외의 축전장치에 충전정지신호를 송신한다. 충전정지신호가 송신된 축전장치는, 카운터 회로(110)가 카운트하는 기간, 급전기로부터의 충전을 행하지 않는다.
또한, 스텝 S1006에서는, 복수의 축전장치를 식별하기 위하여, 축전장치에 식별번호를 할당하고, 그 식별번호를 미리 메모리 등에 기억시켜 둠으로써, 충전을 하는지 아닌지의 축전장치의 선택을 행하면 좋다.
다음에, 스텝 S1006에서 선택된 축전장치의 충전을 다시 행한다(스텝 S1007). 이 때의 충전은, 도 6에 나타낸 플로 차트에 따라 행하면 좋다. 또한, 스텝 S1005에서, 급전기(151)의 급전하기 위한 전자파가 도달하는 공간내에 축전장치(100)가 복수 존재하지 않는 경우(스텝 S1005의 NO)에는, 직접 스텝 S1007으로 이행한다.
그리고, 임의의 축전장치의 충전이 완료되면, 다른 축전장치의 충전을 행한 다. 급전기(151)의 급전하기 위한 전자파가 도달할 수 있는 공간내에 충전되지 않는 축전장치가 존재하는 경우(스텝 S1008의 NO)에는, 다시 스텝 S1001로 돌아간다. 또한, 급전기(151)의 급전을 하기 위한 전자파가 도달하는 공간내에 충전이 되지 않은 축전장치가 존재하지 않는 경우(스텝 S1008의 YES)에는, 복수의 축전장치의 충전이 완료되었다고 판단된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 축전장치는 축전 수단을 가지는 구성을 취하하기 때문에, 구동전원을 위한 배터리의 경시적 열화에 따른 배터리의 잔존 용량의 확인이나 배터리의 교환작업을 하지 않고 부하에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전장치는, 배터리를 충전하기 위한 전자파를 공급하는 급전기에 대해서 축전장치가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비하기 때문에, 축전장치의 충전이 완료되었거나 어떤 원인에 의하여 축전장치에의 충전이 중단된 경우에, 불필요한 전자파에 의한 전력의 공급을 정지할 수 있다. 또한, 급전기에 대해서 축전장치가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비함으로써, 급전기가 복수의 축전장치에 대해서 충전을 행하는 것을 알릴 수 있고, 충전할 축전장치를 선택하여 충전시킬 수 있다. 즉, 전자파의 감쇠에 따라, 복수의 축전장치의 충전이 충분하게 되지 않는 경우에도, 복수의 축전장치를 개별로 충전할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전장치는, 내부에 카운터 회로를 구비하기 때문에, 전력의 평균은 동일하여도, 일정량 이상의 전계강도, 자계강도, 또는 전력속 밀도의 전자파를 수신할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 기술적 요소는, 본 명세서 중의 다른 실시형태의 기술 적 요소와 조합해서 실시할 수 있다.
[실시형태 2]
본 실시형태에서는, 상기 실시형태 1에서 나타낸 축전장치의 구성에서, 충전 관리회로를 가지는 구성에 관해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서 사용하는 도면에 관해서, 실시형태 1과 같은 부분은 같은 부호를 사용하여 나타낸다.
또한, 본 실시형태에서의 충전 관리회로는, 배터리를 사용하는 경우에 있어서의 충방전 관리전용의 회로를 의미한다. 배터리를 사용하는 경우, 일반적으로, 충방전을 관리할 필요가 있다. 충전할 때에 과충전이 되지 않도록, 충전상황을 모니터하면서 충전을 할 필요가 있다. 본 발명에 사용하는 배터리에서, 충전 관리를 행하는 경우에는 전용의 회로가 필요하게 된다.
본 실시형태의 축전장치에 대해서, 도 11에 나타내는 블록도를 사용하여 설명한다.
도 11의 축전장치(100)는 안테나(101), 전력 공급부(102), 충전 판정부(103), 배터리(104), 및 충전 관리회로(1101)로 구성된다. 또한, 축전장치(100)에는, 급전기(151)에 의해 전력이 공급되고, 축전장치(100) 내의 배터리(104)에 축전된 전력은 부하(152)에 공급된다. 또한, 전력 공급부(102)는, 안테나(101)에 입력되는 전자파를 정류화하는 정류회로(105)와, 정류회로(105)로부터의 출력의 배터리(104)에의 충전을 제어하는 충전 제어회로(106)와, 배터리(104)에 충전된 전력을 부하(152)에 공급하는 것을 제어하기 위한 전원회로(107)로 구성된다. 또한, 충전 판정부(103)는, 안테나(101)에 입력되는 신호를 복조하기 위한 복조회로(108)와, 안테나(101)로부터 입력되는 신호에 의거하여 배터리(104)가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 판정하고, 충전 상태 또는 비충전 상태를 스위칭하는 신호를 출력하기 위한 판정회로(109)와, 배터리(104)에의 충전 시간을 카운트하여 판정회로(109)에 출력하기 위한 카운터 회로(110)와, 판정회로(109)에서 판정된 충전 상태 또는 비충전 상태에 따라, 외부에 출력하는 신호를 변조하기 위한 변조회로(111)로 구성된다. 또한, 실시형태 1에 있어서의 도 1의 구성과의 차이는, 충전 관리회로(1101)가 충전 제어회로(106)와 배터리(104) 사이에 있는 구성이라고 하는 점이다. 따라서, 본 실시형태에서는, 충전 관리회로(1101)를 설명하고, 다른 구성에 관한 설명은 실시형태 1에서의 설명을 원용한다.
다음에, 본 실시형태에 있어서의 충전 관리회로(1101)의 구성에 대해서 도 12를 사용하여 설명한다.
도 12에 나타내는 충전 관리회로(1101)는 스위치(1201)와 충전량 제어회로(1202)로 구성된다. 충전량 제어회로(1202)는 스위치(1201)의 온 또는 오프를 제어한다.
여기서 설명한 충전 관리 회로는 일례이고, 이 구성에 한정되는 것이 아니고, 다른 구성이어도 좋다. 또한, 이하 설명하는 도 13의 회로도의 회로를 구성하는 트랜지스터는 박막 트랜지스터이어도 좋고, 단결정 기판을 사용한 트랜지스터나 유기 트랜지스터이어도 좋다.
도 13은 상기 도 12에 나타낸 블록도에 대해서, 자세히 나타낸 것이다. 이 하에 동작을 설명한다.
도 13에 나타내는 구성에서, 스위치(1201)와 충전량 제어회로(1202)는 고전위 전원선(7526), 저전위 전원선(7527)을 전원선으로서 사용한다. 도 13에서는, 저전위 전원선(7527)을 GND선으로서 사용한다. 또한, GND선에 한정되지 않고, 다른 전위이어도 좋다.
스위치(1201)는 트랜스미션 게이트(7515), 인버터(7513), 및 인버터(7514)로 구성되고, 인버터(7514)의 입력 신호에 의해 충전 제어회로(106)의 출력신호를 배터리(104)에 공급하는가 아닌가를 제어한다. 스위치(1201)는 이 구성으로 한정되지 않고, 다른 구성을 사용해도 좋다.
충전량 제어회로(1202)는 트랜지스터(7516∼7524) 및 저항(7525)으로 구성된다. 고전위 전원선(7526)으로부터 저항(7525)을 통하여 트랜지스터(7523, 7524)에 전류가 흐르고, 트랜지스터(7523, 7524)가 온으로 된다. 트랜지스터(7518, 7519, 7520, 7521, 7522)는 차동형 비교기(comparator)를 구성하고 있다. 트랜지스터(7520)의 게이트 전위가 트랜지스터(7521)의 게이트 전위보다 낮은 경우, 트랜지스터(7518)의 드레인 전위는 고전위 전원선(7526)의 전위와 거의 같아지고, 트랜지스터(7520)의 게이트 전위가 트랜지스터(7521)의 게이트 전위보다 높은 경우, 트랜지스터(7518)의 드레인 전위는 트랜지스터(7520)의 소스 전위와 거의 같아진다.
트랜지스터(7518)의 드레인 전위가 고전위 전원선과 거의 같은 경우, 트랜지스터(7517, 7516)로 구성되는 버퍼를 통하여 충전량 제어회로(1202)는 Low를 출력한다.
트랜지스터(7518)의 드레인 전위가 트랜지스터(7520)의 소스 전위와 거의 같은 경우, 트랜지스터(7517, 7516)로 구성되는 버퍼를 통하여 충전량 제어회로는 High를 출력한다.
충전량 제어회로(1202)의 출력이 Low인 경우, 배터리에는 스위치(1201)를 통하여 전류가 공급된다. 또한, 충전량 제어회로(1202)의 출력이 High인 경우에는, 스위치(1201)는 오프로 되고, 배터리(104)에 충전 제어회로(106)의 출력신호는 공급되지 않는다.
트랜지스터(7520)의 게이트는 배터리(104)에 접속되어 있기 때문에, 배터리(104)가 충전되고, 그 전위가 충전량 제어회로(1202)의 비교기의 스레시홀드(threshold)값을 넘으면, 충전이 정지한다. 본 실시형태에서는, 비교기의 스레시홀드값을 트랜지스터(7523)의 게이트 전위로 설정하고 있지만, 이 값에 한정하는 것이 아니고, 다른 전위이어도 좋다. 일반적으로 설정 전위는 용도와 배터리의 성능에 의해 적절히 결정되는 것이다.
본 실시형태에서는 이상과 같이 배터리에의 충전 관리 회로를 구성했지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다.
이상과 같은 구성으로 함으로써, 본 발명의 축전장치에서는, 축전장치(100)의 배터리(104)의 충전을 관리하는 기능을 추가할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전장치는 축전 수단을 가지는 구성을 취하기 때문에, 구동전원을 위한 배터리의 경시적 열화에 따른 배터리의 잔존 용량의 확인이나 배터리의 교환작업을 하지 않고 부하에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전장치는, 배터리를 충전하기 위 한 전자파를 공급하는 급전기에 대해서 축전장치가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비하기 때문에, 축전장치의 충전이 완료되었거나 어떤 원인에 의하여 축전장치에의 충전이 중단된 경우에, 불필요한 전자파에 의한 전력의 공급을 정지할 수 있다. 또한, 급전기에 대해서 축전장치가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비함으로써, 급전기가 복수의 축전장치에 대해서 충전하는 것을 알릴 수 있고, 충전할 축전장치를 선택하여 충전시킬 수 있다. 즉, 전자파의 감쇠에 따라, 복수의 축전장치의 충전이 충분하게 되지 않는 경우에도, 복수의 축전장치를 개별로 충전할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전장치는, 내부에 카운터 회로를 구비하기 때문에, 전력의 평균은 동일해도 일정량 이상의 전계강도, 자계강도, 또는 전력속 밀도의 전자파를 수신할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 기술적 요소는, 본 명세서 중의 다른 실시형태의 기술적인 요소와 조합하여 실시할 수 있다.
[실시형태 3]
본 실시형태에서는, 상기 실시형태 1에서 나타내는 축전장치에 있어서, 부하로서 신호 처리회로를 구비한 구성에 관하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서 사용하는 도면에 관해서, 실시형태 1과 동일 부분에는 동일한 부호를 사용하여 나타내는 경우가 있다.
본 실시형태에 있어서의 본 발명의 축전장치의 일 구성예에 대해서, 도 14에 나타내는 블록도를 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서는, 축전장치 내에 신호 처리회로를 가진다. 따라서, 본 실시형태에서는 축전장치를 반도체 장치로 하고, 상기 반도체 장치를 RFID로서 사용하는 경우에 대해서 설명한다.
도 14의 반도체 장치(1400)는, 안테나(101), 전력 공급부(102), 충전 판정부(103), 배터리(104), 신호 처리회로(1401)에 의하여 구성된다. 또한, 반도체 장치(1400)에는, 리더/라이터(1451)에 의하여 전력이 공급되고, 반도체 장치(1400) 내의 배터리(104)에 축전된 전력은 신호 처리회로(1401)에 공급된다. 또한, 전력 공급부(102)는, 안테나(101)에 입력되는 전자파를 정류화하는 정류회로(105)와, 정류회로(105)로부터의 출력의 배터리(104)에의 충전을 제어하는 충전 제어회로(106)와, 배터리(104)에 충전된 전력을 부하(152)에 공급하는 것을 제어하기 위한 전원회로(107)로 구성된다. 또한, 충전 판정부(103)는, 안테나(101)에 입력되는 신호를 복조하기 위한 복조회로(108)와, 안테나(101)로부터 입력되는 신호에 의거하여 배터리(104)가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 판정하고, 충전 상태 또는 비충전 상태를 스위칭하는 신호를 출력하기 위한 판정회로(109)와, 배터리(104)에의 충전 시간을 카운트하여 판정회로(109)에 출력하기 위한 카운터 회로(110)와, 판정회로(109)에서 판정된 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지에 따라 외부에 출력하는 신호를 변조하기 위한 변조회로(111)로 구성된다. 또한, 신호 처리회로(1401)는, 증폭기(1406)(증폭회로라고도 한다), 복조회로(1405), 논리회로(1407), 메모리 컨트롤 회로(1408), 메모리 회로(1409), 논리회로(1410), 증폭기(1411), 변조회로(1412)로 구성된다. 또한, 실시형태 1에 있어서의 도 1의 구성과의 차이는, 급전기가 리더/라이터(1451)로 치환된 구성, 및 신호 처리회로(1401)가 전원회로(107)에 접속된 구성이라는 점이다. 따라서, 본 실시형태에서는, 신호 처리회로(1401)를 설명하고, 다른 구성에 관한 설명은 실시형태 1에서의 설명을 원용한다.
신호 처리회로(1401)는, 리더/라이터(1451)로부터 송신되고, 안테나(101)에 의하여 수신된 통신신호가 신호 처리회로(1401)의 복조회로(1405), 증폭기(1406)에 입력된다. 통상, 통신신호는 13.56 MHz, 915 MHz 등의 캐리어를 ASK 변조, PSK 변조 등의 처리를 행하여 송신된다. 여기서, 도 14에서는, 통신신호로서 13.56 MHz인 예에 대해서 나타낸다. 도 14에서, 통신신호를 13.56 MHz로 하는 경우에는, 배터리(104)를 충전하기 위한 리더/라이터로부터의 전자파의 주파수도 같은 것이 바람직하다. 또한, 충전을 위한 신호와, 통신을 위한 신호를 같은 주파수 대역으로 함으로써, 안테나(101)를 공유로 할 수 있다. 안테나를 공유화함으로써, 반도체 장치를 소형화할 수 있다.
도 14에서, 신호를 처리하기 위해서는, 기준이 되는 클록 신호가 필요하며, 여기서는 13.56 MHz의 캐리어를 클록으로서 사용한다. 증폭기(1406)는 13.56 MHz의 캐리어를 증폭하여, 클록으로서 논리회로(1407)에 공급된다. 또한, ASK 변조나 PSK 변조된 통신신호는 복조회로(1405)로 복조된다. 복조 후의 신호도, 논리회로(1407)에 송신되어 해석된다. 논리회로(1407)로 해석된 신호는 메모리 컨트롤 회로(1408)에 송신되고, 그것에 의거하여, 메모리 컨트롤 회로(1408)는 메모리 회로(1409)를 제어하고, 메모리 회로(1409)에 기억된 데이터를 추출하여 논리회로(1410)에 송신한다. 논리회로(1410)로 엔코드 처리된 후, 증폭기(1411)로 증폭되고, 그 신호에 따라, 변조회로(1412)는 캐리어를 변조시킨다.
여기서, 도 14의 전원은, 배터리(104)에 의하여 전원회로(107)를 통하여 공급된다. 그리고, 전원회로(107)는 증폭기(1406), 복조회로(1405), 논리회로(1407), 메모리 컨트롤 회로(1408), 메모리 회로(1409), 논리회로(1410), 증폭기(1411), 변조회로(1412) 등에 전력을 공급한다. 이렇게 하여, 반도체 장치(1400)의 RFID는 동작한다.
이상과 같은 구성으로 함으로써, 본 발명의 반도체 장치에서는, 신호 처리 회로에 의하여 외부와의 신호의 처리를 전문으로 행하는 기능을 추가할 수 있다. 또한, 본 발명의 반도체 장치는 축전 수단을 가지는 구성이기 때문에, 구동전원을 위한 배터리의 경시적 열화에 따른 배터리의 잔존 용량의 확인이나 배터리의 교환작업을 하지 않고, 신호 처리회로에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명의 반도체 장치는, 배터리를 충전하기 위한 전자파를 공급하는 리더/라이터에 대해서 반도체 장치가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비하기 때문에, 반도체 장치에의 충전이 완료되었거나 어떤 원인에 의하여 반도체 장치에의 충전이 중단된 경우에, 불필요한 전자파에 의한 전력의 공급을 정지할 수 있다. 또한, 리더/라이터에 대해서 반도체 장치가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비함으로써, 리더/라이터가 복수의 반도체 장치에 대해서 충전하는 것을 알릴 수 있고, 충전할 반도체 장치를 선택하여 충전시킬 수 있다. 즉, 전자파의 감쇠에 따라, 복수의 반도체 장치의 충전이 충분하게 되지 않는 경우에도, 복수의 반도체 장치를 개별로 충전할 수 있다. 또한, 본 발명의 반도체 장치는, 내부에 카운터 회로를 구비하기 때문에, 전력의 평균은 같아도, 일정량 이상의 전계강도, 자계강도, 또는 전력속 밀도의 전자파를 수신할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 기술적 요소는 본 명세서 중의 다른 실시형태의 기술적 요소와 조합하여 실시할 수 있다.
[실시예 1]
본 실시예에서는, 본 발명의 축전장치의 배터리의 예에 대해서 설명한다. 본 명세서에서, 배터리는, 충전하는 것에 의하여 연속 사용 시간을 회복할 수 있는 배터리를 의미한다. 배터리로서는, 시트 형상으로 형성된 배터리를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 리튬 전지, 바람직하게는, 겔상 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지나, 리튬 이온 전지 등을 사용함으로써, 소형화가 가능하다. 물론, 충전 가능한 배터리라면, 어느 것이라도 좋고, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등의 충전 방전 가능한 배터리이어도 좋고, 또한, 대용량의 콘덴서 등을 사용할 수도 있다.
본 실시예에서는, 배터리로서 리튬 이온 전지의 예에 대하여 설명한다. 리튬 이온 전지는, 니켈 카드뮴 전지, 납 전지 등과 비교하여, 메모리 효과가 없고, 전류량을 크게 취할 수 있는 등의 이점으로 넓게 사용되고 있다. 또한, 리튬 이온 전지는 최근, 박막화의 연구가 행해지고 있고, 두께 1 ㎛ 내지 수 ㎛의 것도 만들어지고 있다(이하, 박막 2차 전지라고 한다). 이러한 박막 2차 전지를 RFID 등에 붙이는 것에 의해 가요성의 배터리로서 활용할 수 있다.
도 15에 본 발명의 배터리로서 사용할 수 있는 박막 2차 전지의 예를 나타낸다. 도 15에 나타낸 예에서는, 리튬 이온 박막 전지의 단면예이다.
도 15의 적층 구조에 대하여 설명한다. 도 15의 기판(7101) 위에 전극이 되는 집전체 박막(7102)을 성막한다. 집전체 박막(7102)은 부극(負極) 활물질층(7103)과 밀착성이 좋고, 저항이 작은 것이 요구되고, 알루미늄, 구리, 니켈, 바나듐 등을 사용할 수 있다. 다음에, 집전체 박막(7102) 상에 부극 활물질층(7103)을 성막한다. 일반적으로는, 산화 바나듐(V2O5) 등이 사용된다. 다음에, 부극 활물질층(7103) 위에 고체 전해질층(7104)을 성막한다. 일반적으로는, 인산 리튬(Li3PO4) 등이 사용된다. 다음에, 고체 전해질층(7104) 위에 정극(正極) 활물질층(7105)을 성막한다. 일반적으로는, 망간산 리튬(LiMn2O4) 등이 사용된다. 코발트산 리튬(LiCoO2)이나 니켈산 리튬(LiNiO2)을 사용하여도 좋다. 다음에, 정극 활물질층(7105) 위에 전극이 되는 집전체 박막(7106)을 성막한다. 이 집전체 박막(7106)은 정극 활물질층(7105)과 밀착성이 좋고, 저항이 작은 것이 요구되고, 알루미늄, 구리, 니켈, 바나듐 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 집전체 박막(7102), 부극 활물질층(7103), 고체 전해질층(7104), 정극 활물질층(7105), 집전체 박막(7106)의 박막층은 스퍼터링 기술을 이용하여 형성하여도 좋고, 증착 기술을 사용하여도 좋다. 또한, 집전체 박막(7102), 부극 활물질층(7103), 고체 전해질층(7104), 정극 활물질층(7105) 및 집전체 박막(7106)의 각각의 두께는 0.1 ㎛ 내지 3 ㎛가 바람직하다.
다음에 이하에 충전시와 방전시의 동작을 설명한다. 충전시에는, 정극 활물질로부터 리튬이 이온이 되어 이탈한다. 그 리튬 이온은 고체 전해질층을 통과하 여 부극 활물질에 흡수된다. 이 때, 정극 활물질로부터 외부로 전자가 방출된다.
또한, 방전시에는, 부극 활물질로부터 리튬이 이온이 되어 이탈한다. 그 리튬 이온은 고체 전해질층을 통과하여 정극 활물질에 흡수된다. 이 때, 부극 활물질로부터 외부로 전자가 방출된다. 이렇게 하여, 박막 2차 전지는 동작한다.
또한, 다시 집전체 박막(7102), 부극 활물질층(7103), 고체 전해질층(7104), 정극 활물질층(7105), 집전체 박막(7106)의 박막층을 적층하여 형성함으로써, 보다 큰 전력의 충방전이 가능해지기 때문에 바람직하다.
이상과 같이, 박막 2차 전지를 형성함으로써, 시트 형상이고, 또한 충방전 가능한 배터리를 형성할 수 있다.
본 실시예는 상기 실시형태 및 다른 실시예의 기술적 요소와 조합하여 실시할 수 있다. 즉, 축전 수단을 가지는 구성을 취하기 때문에, 구동전원을 위한 배터리의 경시적 열화에 따른 배터리의 잔존 용량의 확인이나 배터리의 교환작업을 하지 않고 부하에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전장치는, 배터리를 충전하기 위한 전자파를 공급하는 급전기에 대해서 축전장치가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비하기 때문에, 축전장치의 충전이 완료되었거나 또는 어떤 원인에 의하여 축전장치에의 충전이 중단된 경우에, 불필요한 전자파에 의한 전력의 공급을 정지할 수 있다. 또한, 급전기에 대해서 축전장치가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비함으로써, 급전기가 복수의 축전장치에 대해서 충전하는 것을 알릴 수 있고, 충전할 축전장치를 선택하여 충전시킬 수 있다. 즉, 전자파의 감쇠에 따라, 복수의 축전장치의 충전이 충분하 게 되지 않는 경우에도, 복수의 축전장치를 개별로 충전할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전장치는, 내부에 카운터 회로를 구비하기 때문에, 전력의 평균은 동일해도 일정량 이상의 전계강도, 자계강도, 또는 전력속 밀도의 전자파를 수신할 수 있다.
[실시예 2]
본 실시예에서는, 상기 실시형태에서 나타낸 축전장치의 제작방법의 일례에 관하여 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예에서는, 안테나, 전력 공급부, 충전 판정부, 배터리를 동일 기판 위에 구비하는 구성에 대하여 설명한다. 또한, 기판 위에 한 번에 안테나, 전력 공급부, 충전 판정부, 배터리를 형성하고, 전력 공급부와 충전 판정부를 구성하는 트랜지스터를 박막트랜지스터로 함으로써, 소형화를 도모할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 전력 공급부의 배터리로서는, 상기 실시예에서 설명한 박막 2차 전지를 사용한 예에 대해서 본 실시예에서는 설명한다.
먼저, 기판(1301)의 일 표면에 절연막(1302)을 사이에 두고 박리층(1303)을 형성하고, 이어서, 하지막으로서 기능하는 절연막(1304)과 반도체막(1305)(예를 들면, 비정질 규소를 포함하는 막)을 적층하여 형성한다(도 18(A) 참조). 또한, 절연막(1302), 박리층(1303), 절연막(1304), 및 반도체막(1305)은 연속하여 형성할 수 있다.
기판(1301)은 유리 기판, 석영 기판, 금속 기판(예를 들면, 스테인리스 기판 등), 세라믹 기판, Si 기판 등의 반도체 기판 등으로부터 선택되는 것이다. 그 이외에도, 플라스틱 기판으로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 아크릴 등의 기판을 선택할 수도 있다. 또 한, 본 공정에서는, 박리층(1303)은 절연막(1302)을 사이에 두고 기판(1301)의 전면에 형성되어 있지만, 필요에 따라, 기판(1301)의 전면에 박리층을 형성한 후에, 포토리소그래피법에 의해 선택적으로 패터닝하여도 좋다.
절연막(1302) 및 절연막(1304)은 CVD법이나 스퍼터링법 등을 이용하여, 산화규소, 질화규소, 산화질화규소(SiOxNy)(x＞y＞0), 및 질화산화규소(SiNxOy)(x＞y＞0) 등의 절연재료를 사용하여 형성한다. 예를 들면, 절연막(1302, 1304)을 2층 구조로 하는 경우, 첫번째 층의 절연막으로서 질화산화규소막을 형성하고, 두번째 층의 절연막으로서 산화질화규소막을 형성하면 좋다. 또한, 첫번째 층의 절연막으로서 질화규소막을 형성하고, 두번째 층의 절연막으로서 산화규소막을 형성하여도 좋다. 절연막(1302)은 기판(1301)으로부터 박리층(1303) 또는 그 위에 형성되는 소자에 불순물 원소가 혼입하는 것을 방지하는 블록킹층으로서 기능하고, 절연막(1304)은 기판(1301), 박리층(1303)으로부터 그 위에 형성되는 소자에 불순물 원소가 혼입하는 것을 방지하는 블록킹층으로서 기능한다. 이와 같이, 블록킹층으로서 기능하는 절연막(1302, 1304)을 형성함으로써, 기판(1301)으로부터 Na 등의 알칼리 금속이나 알칼리토류 금속이 박리층(1303)으로부터 박리층에 포함되는 불순물 원소가 그 위에 형성하는 소자에 악영향을 주는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판(1301)으로서 석영을 사용하는 경우에는, 절연막(1302, 1304)을 생략하여도 좋다.
박리층(1303)은 금속막이나 금속막과 금속 산화막의 적층구조 등을 사용할 수 있다. 금속막으로서는, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 니오 브(Nb), 니켈(Ni), 코발트(Co), 지르코늄(Ｚr), 아연(Zn), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 및 이리듐(Ir)으로부터 선택된 원소 또는 이들 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료로 된 막을 단층 또는 적층하여 형성한다. 또한, 이들 재료는 스퍼터링법이나 플라즈마 CVD법 등의 각종 CVD법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 금속막과 금속 산화막의 적층 구조로서는, 상기한 금속막을 형성한 후에, 산소 분위기하 또는 N2O 분위기 하에서의 플라즈마 처리, 산소 분위기하 또는 N2O 분위기 하에서의 가열 처리를 행함으로써, 금속막 표면에 그 금속막의 산화물 또는 산화질화물을 형성할 수 있다. 예를 들면, 금속막으로서 스퍼터링법이나 CVD법 등에 의해 텅스텐 막을 형성한 경우, 텅스텐 막에 플라즈마 처리를 행함으로써, 텅스텐 막 표면에 텅스텐 산화물로 된 금속 산화막을 형성할 수 있다. 또한, 이 경우, 텅스텐의 산화물은 WOx로 나타내어지고, X는 2 내지 3이고, X가 2인 경우(WO2), X가 2.5인 경우(W2O5), X가 2.75인 경우(W4O11), X가 3인 경우(WO3) 등이 있다. 텅스텐의 산화물을 형성함에 있어서, 상기한 X의 값에 특별한 제약은 없고, 에칭 레이트 등에 의거하여, 어느 산화물을 형성할지를 결정하면 된다. 그 이외에도, 예를 들면, 금속막(예를 들면, 텅스텐)을 형성한 후, 그 금속막 위에 스퍼터링법으로 산화규소(SiO2) 등의 절연막을 형성함과 동시에, 금속막 위에 금속산화물(예를 들면, 텅스텐 위에 텅스텐 산화물)을 형성하여도 좋다. 또한, 플라즈마 처리로서, 예를 들면, 고밀도 플라즈마 처리를 행하여도 좋다. 또한, 금속 산화막 이외 에도, 금속 질화물이나 금속 산화질화물을 사용하여도 좋다. 이 경우, 금속막에 질소 분위기하 또는 질소와 산소 분위기하에서 플라즈마 처리나 가열처리를 행하면 좋다.
비정질 반도체막(1305)은 스퍼터링법, LPCVD법, 플라즈마 CVD법 등에 의해 25 내지 200 nm(바람직하게는 30 내지 150 nm)의 두께로 형성한다.
다음에, 비정질 반도체막(1305)에 레이저광을 조사하여 결정화를 행한다. 또한, 레이저광의 조사와, RTA 또는 퍼니스 아닐노를 이용하는 열결정화법, 결정화를 조장하는 금속원소를 사용하는 열결정화법을 조합한 방법 등에 의해 비정질 반도체막(1305)의 결정화를 행하여도 좋다. 그 후, 얻어진 결정질 반도체막을 소망의 형상으로 에칭하여, 결정질 반도체막(1305a∼1305f)을 형성하고, 그 반도체막(1305a∼1305f)을 덮도록 게이트 절연막(1306)을 형성한다(도 18(B) 참조).
게이트 절연막(1306)은 CVD법이나 스퍼터링법 등을 사용하여 산화규소, 질화규소, 산화질화규소(SiOxNy)(x＞y＞0), 질화산화규소(SiNxOy)(x＞y＞0) 등의 절연재료를 사용하여 형성한다. 예를 들면, 게이트 절연막(1306)을 2층 구조로 하는 경우, 첫번째 층의 절연막으로서 산화질화규소막을 형성하고, 두번째 층의 절연막으로서 질화산화규소막을 형성하면 좋다. 또한, 첫번째 층의 절연막으로서 산화규소막을 형성하고, 두번째 층의 절연막으로서 질화규소막을 형성하여도 좋다.
결정질 반도체막(1305a∼1305f)의 제작공정의 일례를 이하에 간단하게 설명하면, 먼저, 플라즈마 CVD법을 사용하여, 막 두께 50 내지 60 nm의 비정질 반도체 막을 형성한다. 다음에, 결정화를 조장하는 금속원소인 니켈을 함유하는 용액을 비정질 반도체막 위에 보유시킨 후, 비정질 반도체막에 탈수소화 처리(500℃, 1시간)와 열결정화 처리(550℃, 4시간)를 행하여 결정질 반도체막을 형성한다. 그 후, 레이저광을 조사하고, 포토리소그래피법을 사용함으로써, 결정질 반도체막(1305a∼1305f)을 형성한다. 또한, 결정화를 조장하는 금속원소를 사용하는 열결정화를 행하지 않고, 레이저광의 조사만으로 비정질 반도체막의 결정화를 행하여도 좋다.
결정화에 사용하는 레이저 발진기로서는, 연속 발진형 레이저 빔(CW 레이저 빔)이나 펄스 발진형 레이저 빔(펄스 레이저 빔)을 사용할 수 있다. 여기서 사용할 수 있는 레이저 빔은 Ar 레이저, Kr 레이저, 엑시머 레이저 등의 기체 레이저, 단결정의 YAG, YVO4, 포스터라이트(forsterite)(Mg2SiO4), YAlO3, GdVO4 또는 다결정(세라믹)의 YAG, Y2O3, YVO4, YAlO3, GdVO4에, 도펀트로서 Nd, Yb, Cr, Ti, Ho, Er, Tm, Ta 중 1종 또는 복수 종이 첨가되어 있는 것을 매질로 하는 레이저, 유리 레이저, 루비 레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저, 구리 증기 레이저 또는 금 증기 레이저 중 1종 또는 다수 종으로부터 발진되는 것을 사용할 수 있다. 이러한 레이저 빔의 기본파, 및 이들 기본파의 제 2 고조파 내지 제 4 고조파의 레이저 빔을 조사함으로써, 대입경의 결정을 얻을 수 있다. 예를 들면, Nd:YVO4 레이저(기본파 1064 nm)의 제 2 고조파(532 nm)나 제 3 고조파(355 nm)를 사용할 수 있다. 이때, 레이저의 파워 밀도는 0.01 내지 100 MW/cm2 정도(바람직하 게는 0.1 내지 10 MW/cm2)가 필요하다. 그리고, 주사 속도를 10 내지 2000 cm/sec 정도로 하여 조사한다. 또한, 단결정의 YAG, YVO4, 포스터라이트(Mg2SiO4), YAlO3, GdVO4, 또는 다결정(세라믹)의 YAG, Y2O3, YVO4, YAlO3, GdVO4에, 도펀트로서 Nd, Yb, Cr, Ti, Ho, Er, Tm, Ta 중 1종 또는 다수 종이 첨가되어 있는 것을 매질로 하는 레이저, Ar 이온 레이저, 또는 Ti:사파이어 레이저는, 연속 발진시키는 것이 가능하고, Q 스위치 동작이나 모드 동기 등을 행함으로써 10 MHz 이상의 발진 주파수로 펄스 발진을 시키는 것도 가능하다. 10 MHz 이상의 발진 주파수로 레이저 빔을 발진시키면, 반도체막이 레이저에 의해 용융하고나서 고화하기까지의 사이에, 다음의 펄스가 반도체막에 조사된다. 따라서, 발진 주파수가 낮은 펄스 레이저를 사용하는 경우와 달리, 반도체막 중에서 고액 계면을 연속적으로 이동시킬 수 있기 때문에, 주사 방향으로 연속적으로 성장한 결정립을 얻을 수 있다.
또한, 게이트 절연막(1306)은, 반도체막(1305a∼1305f)에 대하여 상술한 고밀도 플라즈마 처리를 행하여 표면을 산화 또는 질화하는 것으로 형성하여도 좋다. 예를 들면, He, Ar, Kr, Xe 등의 희가스와, 산소, 산화질소(NO2), 암모니아, 질소, 수소 등의 혼합 가스를 도입한 플라즈마 처리로 형성한다. 이 경우의 플라즈마 여기는, 마이크로파의 도입에 의해 행하면, 낮은 전자 온도로 고밀도의 플라즈마를 생성할 수 있다. 이 고밀도 플라즈마로 생성된 산소 라디칼(OH 라디칼을 포함하는 경우도 있다)이나 질소 라디칼(NH 라디컬을 포함하는 경우도 있다)에 의해, 반도체막의 표면을 산화 또는 질화할 수 있다.
이러한 고밀도 플라즈마를 사용한 처리에 의해, 1 내지 20 nm, 대표적으로는, 5 내지 10 nm의 절연막이 반도체막에 형성된다. 이 경우의 반응은 고상 반응이기 때문에, 이 절연막과 반도체막과의 계면준위 밀도를 매우 낮게 할 수 있다. 이러한 고밀도 플라즈마 처리는 반도체막(결정성 규소 또는 다결정 규소)을 직접 산화(또는 질화)하기 때문에, 형성되는 절연막의 두께는 이상적으로는 편차를 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 결정성 규소의 결정립계에서도 산화가 심해지는 일이 없기 때문에, 매우 바람직한 상태가 된다. 즉, 여기서 나타내는 고밀도 플라즈마 처리로 반도체막의 표면을 고상 산화함으로써, 결정립계에서 크게 산화 반응을 시키지 않고, 균일성이 좋고, 계면준위 밀도가 낮은 절연막을 형성할 수 있다.
게이트 절연막은 고밀도 플라즈마 처리에 의해 형성되는 절연막만을 사용하여도 좋고, 그것에 플라즈마나 열 반응을 이용한 CVD법으로 산화규소, 산질화규소, 질화규소 등의 절연막을 퇴적하고, 적층시켜도 좋다. 어느 것으로 하여도, 고밀도 플라즈마로 형성한 절연막을 게이트 절연막의 일부 또는 전부에 포함하여 형성되는 트랜지스터는 특성 편차가 작게 될 수 있다.
또한, 반도체막에 대하여 연속 발진 레이저 빔 또는 10 MHz 이상의 주파수로 발진하는 레이저 빔을 조사하면서 일 방향으로 주사하여 결정화시켜 얻어진 반도체막(1305a∼1305f)은 그 빔의 주사 방향으로 결정이 성장하는 특성이 있다. 그 주사 방향을 채널 길이 방향(채널 형성 영역이 형성되었을 때 캐리어가 흐르는 방향)에 맞추어 트랜지스터를 배치하고, 상기 게이트 절연막을 조합시킴으로써, 특성 편차가 작게 되고, 또한, 전계효과 이동도가 높은 박막트랜지스터(TFT)를 얻을 수 있 다.
다음에, 게이트 절연막(1306) 위에 제 1 도전막과 제 2 도전막을 적층하여 형성한다. 여기서는, 제 1 도전막은 CVD법이나 스퍼터링법 등에 의해 20 내지 100 nm의 두께로 형성한다. 제 2 도전막은 100 내지 400 nm의 두께로 형성한다. 제 1 도전막과 제 2 도전막은 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니오브(Nb) 등으로부터 선택된 원소 또는 이들 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료로 형성한다. 또는, 인 등의 불순물 원소를 도핑한 다결정 규소로 대표되는 반도체 재료에 의해 형성한다. 제 1 도전막과 제 2 도전막의 조합의 예를 들면, 질화탄탈막과 텅스텐막, 질화텅스텐막과 텅스텐막, 질화몰리브덴막과 몰리브덴막 등을 들 수 있다. 텅스텐이나 질화탄탈은 내열성이 높기 때문에, 제 1 도전막과 제 2 도전막을 형성한 후에, 열 활성화를 목적으로 한 가열처리를 행할 수 있다. 또한, 2층 구조가 아니고, 3층 구조의 경우는, 몰리브덴막과 알루미늄막과 몰리브덴막의 적층 구조를 채용하면 좋다.
다음에, 포토리소그래피법을 사용하여 레지스트로 된 마스크를 형성하고, 게이트 전극과 게이트 선을 형성하기 위한 에칭 처리를 행하여, 반도체막(1305a∼1305f)의 상방에 게이트 전극(1307)을 형성한다. 여기서는, 게이트 전극(1307)으로서, 제 1 도전막(1307a)과 제 2 도전막(1307b)의 적층 구조로 형성한 예를 나타낸다.
다음에, 게이트 전극(1307)을 마스크로 하여 반도체막(1305a, 1305b, 1305d, 1305f)에 이온 도핑법 또는 이온 주입법에 의해 ｎ형을 부여하는 불순물 원소를 저 농도로 첨가하고, 그 후, 포토리소그래피법에 의해 레지스트로 된 마스크를 선택적으로 형성하고, ｐ형을 부여하는 불순물 원소를 고농도로 반도체막(1305c, 1305e)에 첨가한다. ｎ형을 나타내는 불순물 원소로서는, 인(P)이나 비소(As) 등을 사용할 수 있고, ｐ형을 나타내는 불순물 원소로서는, 붕소(B)나 알루미늄(Al)이나 갈륨(Ga) 등을 사용할 수 있다. 여기서는, ｎ형을 부여하는 불순물 원소로서 인(P)을 사용하고, 1×1015 내지 1×1019 /cm3의 농도로 함유되도록 반도체막(1305a, 1305b, 1305d, 1305f)에 선택적으로 도입하여, ｎ형을 나타내는 불순물 영역(1308)을 형성한다. 또한, ｐ형을 부여하는 불순물 원소로서 붕소(B)를 사용하고, 1×1019 내지 1×1020 /cm3의 농도로 포함되도록 선택적으로 반도체막(1305c, 1305e)에 도입하여, ｐ형을 나타내는 불순물 영역(1309)을 형성한다(도 18(C) 참조).
계속해서, 게이트 절연막(1306)과 게이트 전극(1307)을 덮도록 절연막을 형성한다. 절연막은 플라즈마 CVD법이나 스퍼터링법 등에 의해 규소, 규소의 산화물 또는 규소의 질화물의 무기 재료를 포함하는 막이나, 유기 수지 등의 유기 재료를 포함하는 막을 단층 또는 적층하여 형성한다. 다음에, 절연막을, 수직 방향을 주체로 한 이방성 에칭에 의해 선택적으로 에칭하여, 게이트 전극(1307)의 측면에 접하는 절연막(1310)(사이드월(sidewall)이라고도 불린다)을 형성한다. 절연막(1310)은 LDD(Lightly Doped Drain) 영역을 형성할 때의 도핑용 마스크로서 사용된다.
계속해서, 포토리소그래피법에 의해 형성한 레지스트로 된 마스크와, 게이트 전극(1307) 및 절연막(1310)을 마스크로 사용하여, 반도체막(1305a, 1305b, 1305d, 1305f)에 ｎ형을 부여하는 불순물 원소를 고농도로 첨가하여, ｎ형을 나타내는 불순물 영역을 형성한다. 여기서는, ｎ형을 부여하는 불순물 원소로서 인(P)을 사용하고, 1×1019 내지 1×1020 /cm3의 농도로 포함되도록 반도체막(1305a, 1305b, 1305d, 1305f)에 선택적으로 도입하여, 불순물 영역(1308)보다 고농도의 ｎ형을 나타내는 불순물 영역(1311)을 형성한다.
이상의 공정에 의해, n채널형 박막트랜지스터(1300a, 1300b, 1300d, 1300f)와 p채널형 박막트랜지스터(1300c, 1300e)가 형성된다(도 18(D) 참조).
n채널형 박막트랜지스터(1300a)는, 게이트 전극(1307)과 겹치는 반도체막(1305a)의 영역에 채널 형성 영역이 형성되고, 게이트 전극(1307) 및 절연막(1310)과 겹치지 않는 반도체막(1305a)의 영역에 소스 영역 또는 드레인 영역을 형성하는 불순물 영역(1311)이 형성되고, 절연막(1310)과 겹치는 반도체막(1305a)의 영역이고 채널 형성 영역과 불순물 영역(1311) 사이에 저농도 불순물 영역(LDD 영역)이 형성되어 있다. 또한, n채널형 박막트랜지스터(1300b, 1300d, 1300f)도 마찬가지로 채널 형성 영역, 저농도 불순물 영역 및 불순물 영역(1311)이 형성되어 있다.
p채널형 박막트랜지스터(1300c)는, 게이트 전극(1307)과 겹치는 반도체막(1305c)의 영역에 채널 형성 영역이 형성되고, 게이트 전극(1307)과 겹치지 않는 반도체막(1305c)의 영역에 소스 영역 또는 드레인 영역을 형성하는 불순물 영 역(1309)이 형성되어 있다. 또한, p채널형 박막트랜지스터(1300e)도 마찬가지로 채널 형성 영역 및 불순물 영역(1309)이 형성되어 있다. 또한, 여기서는, p채널형 박막트랜지스터(1300c, 1300e)에는, LDD 영역을 형성하지 않지만, p채널형 박막트랜지스터에 LDD 영역을 형성하여도 좋고, n채널형 박막트랜지스터에 LDD 영역을 형성하지 않는 구성으로 하여도 좋다.
다음에, 반도체막(1305a∼1305f) 및 게이트 전극(1307) 등을 덮도록 절연막을 단층 또는 적층하여 형성하고, 그 절연막 위에 박막트랜지스터(1300a∼1300f)의 소스 영역 또는 드레인 영역을 형성하는 불순물 영역(1309, 1311)과 전기적으로 접속하는 도전막(1313)을 형성한다(도 19(A) 참조). 절연막은 CVD법, 스퍼터링법, SOG법, 액적 토출법, 스크린 인쇄법 등에 의해, 규소의 산화물이나 규소의 질화물 등의 무기 재료, 폴리이미드, 폴리아미드, 벤조시클로부텐(Benzocyclobutene), 아크릴, 에폭시 등의 유기 재료나 실록산 재료 등에 의해 단층 또는 적층으로 형성한다. 여기서는, 이 절연막을 2층으로 형성하고, 첫번째 층의 절연막(1312a)으로서 질화산화규소막을 형성하고, 두번째 층의 절연막(1312b)으로서 산화질화규소막을 형성한다. 또한, 도전막(1313)은 박막트랜지스터(1300a∼1300f)의 소스 전극 또는 드레인 전극을 형성할 수 있다.
또한, 절연막(1312a, 1312b)을 형성하기 전, 또는 절연막(1312a, 1312b) 중 하나 또는 복수의 박막을 형성한 후에, 반도체막의 결정성의 회복이나 반도체막에 첨가된 불순물 원소의 활성화, 반도체막의 수소화를 목적으로 한 가열처리를 행하면 좋다. 가열처리에는, 열 아닐, 레이저 아닐법 또는 RTA(Rapid Thermal Annealing)법 등을 적용하면 좋다.
도전막(1313)은 CVD법이나 스퍼터링법 등에 의해, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 백금(Pt), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 망간(Mn), 네오디뮴(Nd), 탄소(C), 규소(Si)로부터 선택된 원소 또는 이들 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료로 단층 또는 적층으로 형성한다. 알루미늄을 주성분으로 하는 합금 재료란, 예를 들면, 알루미늄을 주성분으로 하고 니켈을 함유하는 재료, 또는, 알루미늄을 주성분으로 하고 니켈과, 탄소와 규소 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 함유하는 합금 재료에 상당한다. 도전막(1313)은, 예를 들면, 배리어막과 알루미늄 규소(Al-Si)막과 배리어막의 적층 구조, 배리어막과 알루미늄 규소(Al-Si)막과 질화티탄(TiN)막과 배리어막의 적층 구조를 채용하면 좋다. 또한, 배리어막이란, 티탄, 티탄의 질화물, 몰리브덴, 또는 몰리브덴의 질화물로 된 박막에 상당한다. 알루미늄이나 알루미늄 규소는 저항값이 낮고 싼값이기 때문에, 도전막(1313)을 형성하는 재료로서 최적이다. 또한, 상층과 하층의 배리어층을 형성하면, 알루미늄이나 알루미늄 규소의 힐록의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 환원성이 높은 원소인 티탄으로 된 배리어막을 형성하면, 결정질 반도체막 상에 얇은 자연 산화막이 생성되어도, 이 자연 산화막을 환원하여, 결정질 반도체막과 양호한 콘택트를 취할 수 있다.
다음에, 도전막(1313)을 덮도록 절연막(1314)을 형성하고, 이 절연막(1314) 위에, 박막트랜지스터(1300a, 1300f)의 소스 전극 또는 드레인 전극을 형성하는 도전막(1313)과 각각 전기적으로 접속하는 도전막(1315a, 1315b)을 형성한다. 또한, 박막트랜지스터(1300b)의 소스 전극 또는 드레인 전극을 형성하는 도전막(1313)과 각각 전기적으로 접속하는 도전막(1316)을 형성한다. 또한, 도전막(1315a, 1315b)과 도전막(1316)은 동일 재료로 동시에 형성하여도 좋다. 도전막(1315a, 1315b)과 도전막(1316)은 상술한 도전막(1313)에서 나타낸 어느 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
계속해서, 도전막(1316)에 안테나로서 기능하는 도전막(1317)이 전기적으로 접속되도록 형성한다(도 19(B) 참조).
절연막(1314)은 CVD법이나 스퍼터링법 등에 의해, 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx), 산화질화규소(SiOxNy)(x＞y＞0), 질화산화규소(SiNxOy)(x＞y＞0) 등의, 산소 또는 질소를 가지는 절연막이나, DLC(Diamond-Like Carbon) 등의 탄소를 함유하는 막, 에폭시, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리비닐페놀, 벤조시클로부텐, 아크릴 등의 유기 재료 또는 실록산 수지 등의 실록산 재료로 된 단층 또는 적층 구조로 형성할 수 있다. 또한, 실록산 재료란, Si-O-Si 결합을 포함하는 재료에 상당한다. 실록산은, 규소(Si)와 산소(O)와의 결합으로 골격 구조가 구성된다. 치환기로서, 적어도 수소를 함유하는 유기기(예들 들어, 알킬기, 방향족 탄화수소)가 사용된다. 치환기로서, 플루오로기를 사용할 수도 있다. 또는, 치환기로서, 적어도 수소를 함유하는 유기기와, 플루오로기를 사용하여도 좋다.
도전막(1317)은, CVD법, 스퍼터링법, 스크린 인쇄나 그라비아 인쇄 등의 인쇄법, 액적 토출법, 디스펜서법, 도금법 등을 이용하여 도전성 재료로 형성한다. 도전성 재료는 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo)으로부터 선택된 원소 또는 이들 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료로 단층 구조 또는 적층 구조로 형성한다.
예를 들어, 스크린 인쇄법을 이용하여 안테나로서 기능하는 도전막(1317)을 형성하는 경우에는, 입경이 수 nm로부터 수 십 ㎛의 도전체 입자를 유기 수지에 용해 또는 분산시킨 도전성 페이스트를 선택적으로 인쇄함으로써 형성할 수 있다. 도전체 입자로서는, 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo) 및 티탄(Ti) 등 중의 어느 하나 이상의 금속 입자나 할로겐화 은의 미립자 또는 분산성 나노 입자를 사용할 수 있다. 또한, 도전성 페이스트에 포함되는 유기 수지는 금속 입자의 바인더, 용매, 분산제 및 피복재로서 기능하는 유기 수지로부터 선택된 하나 또는 복수를 사용할 수 있다. 대표적으로는, 에폭시 수지, 실리콘(silicone) 수지 등의 유기 수지를 들 수 있다. 또한, 도전막의 형성에 있어서, 도전성 페이스트를 형성한 후에 소성(燒成)하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도전성 페이스트의 재료로서, 은을 주성분으로 하는 미립자(예를 들면, 입경 1 nm 이상 100 nm 이하)를 사용하는 경우, 150 내지 300℃의 온도 범위에서 소성함으로써 경화시켜 도전막을 얻을 수 있다. 또한, 땜납이나 무연 땜납(lead-free solder)을 주성분으로 하는 미립자를 사용하여도 좋고, 이 경우에는 입경 20 ㎛ 이하의 미립자를 사용하는 것이 바람직하다. 땜납이나 무연 땜납은 가격이 낮은 이점이 있다.
또한, 도전막(1315a, 1315b)은 뒤의 공정에서 본 발명의 축전장치에 포함되는 배터리와 전기적으로 접속되는 배선으로서 기능한다. 또한, 안테나로서 기능하는 도전막(1317)을 형성할 때, 도전막(1315a, 1315b)에 전기적으로 접속하도록 별도의 도전막을 형성하고, 이 도전막을 배터리에 접속하는 배선으로서 이용하여도 좋다.
다음에, 도전막(1317)을 덮도록 절연막(1318)을 형성한 후, 박막트랜지스터(1300a∼1300f), 도전막(1317) 등을 포함하는 층(이하, 「소자 형성층(1319)」이라고 기재한다)을 기판(1301)으로부터 박리한다. 여기서는, 레이저광(예를 들면, UV광)을 조사함으로써, 박막트랜지스터(1300a∼1300f)를 피한 영역에 개구부를 형성한 후(도 19(C) 참조), 물리적인 힘을 사용하여 기판(1301)으로부터 소자 형성층(1319)을 박리할 수 있다. 또한, 기판(1301)으로부터 소자 형성층(1319)을 박리하기 전에, 형성한 개구부에 에칭제를 도입하여, 박리층(1303)을 선택적으로 제거하여도 좋다. 에칭제는, 불화 할로겐 또는 할로겐간 화합물을 함유하는 기체 또는 액체를 사용한다. 예를 들면, 불화 할로겐을 함유하는 기체로서, 3불화 염소(ClF3)를 사용한다. 그렇게 하면, 소자 형성층(1319)은 기판(1301)으로부터 박리된 상태가 된다. 또한, 박리층(1303)은 모두 제거하지 않고 일부분을 잔존시켜도 좋다. 이렇게 함으로써, 에칭제의 소비량을 억제하여 박리층의 제거에 필요한 처리 시간을 단축하는 것이 가능하게 된다. 또한, 박리층(1303)의 제거를 행한 후에도, 기판(1301) 위에 소자 형성층(1319)을 보유하여 두는 것이 가능해진다. 또한, 소자 형성층(1319)이 박리된 기판(1301)을 재이용함으로써, 비용 삭감을 할 수 있다.
절연막(1318)은 CVD법이나 스퍼터링법 등에 의해, 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx), 산화질화규소(SiOxNy)(x＞y＞0), 질화산화규소(SiNxOy)(x＞y＞0) 등의, 산소 또는 질소를 가지는 절연막이나, DLC(Diamond-Like Carbon) 등의 탄소를 포함하는 막, 에폭시, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리비닐페놀, 벤조시클로부텐, 아크릴 등의 유기 재료 또는 실록산 수지 등의 실록산 재료로 된 단층 또는 적층 구조로 형성할 수 있다.
본 실시예에서는, 레이저광의 조사에 의해 소자 형성층(1319)에 개구부를 형성한 후에, 상기 소자 형성층(1319)의 한쪽 면(절연막(1318)이 노출한 면)에 제 1 시트재(1320)를 접합한 후, 기판(1301)으로부터 소자 형성층(1319)을 박리한다(도 20(A) 참조).
다음에, 소자 형성층(1319)의 다른 쪽 면(박리에 의해 노출한 면)에 가열처리와 가압처리 중 어느 하나 또는 모두를 행하여 제 2 시트재(1321)를 접합한다(도 20(B) 참조). 제 1 시트재(1320) 및 제 2 시트재(1321)로서, 핫 멜트(hot melt) 필름 등을 사용할 수 있다.
또한, 제 1 시트재(1320) 및 제 2 시트재(1321)로서, 정전기 등을 방지하는 대전방지 대책을 시행한 필름(이하, 대전방지 필름이라고 기재한다)을 사용할 수도 있다. 대전방지 필름으로서는, 대전방지 가능한 재료를 수지 중에 분산시킨 필름, 및 대전방지 가능한 재료가 부착된 필름 등을 들 수 있다. 대전방지 가능한 재료 가 형성된 필름은, 한쪽 면에 대전방지 가능한 재료를 형성한 필름이어도 좋고, 양면에 대전방지 가능한 재료를 형성한 필름이어도 좋다. 또한, 한쪽 면에 대전방지 가능한 재료가 형성된 필름은, 대전방지 가능한 재료가 형성된 면을 필름의 안쪽이 되도록 층에 붙여도 좋고, 필름의 외측이 되도록 붙여도 좋다. 또한, 대전방지 가능한 재료는 필름의 전면 또는 일부에 제공시키면 좋다. 여기서의 대전방지 가능한 재료로서는, 금속, 인듐과 주석의 산화물(ITO), 양성 계면활성제나 양이온성 계면활성제나 비이온성 계면활성제 등의 계면활성제를 사용할 수 있다. 또한, 그 이외에도, 대전방지 재료로서, 측쇄에 카르복실기 및 4급 암모늄 염기를 가지는 가교성 공중합체 고분자를 포함하는 수지 재료 등을 사용할 수 있다. 이들 재료를 필름에 붙이거나 혼입하거나 도포함으로써 대전방지 필름으로 할 수 있다. 대전방지 필름으로 밀봉함으로써, 상품으로서 취급할 때, 외부로부터의 정전기 등에 의해 반도체 소자에 악영향이 미치는 것을 억제할 수 있다.
또한, 배터리는 상기 실시예 1에서 나타낸 박막 2차 전지를 도전막(1315a, 1315b)에 접속하여 형성되지만, 배터리와의 접속은 기판(1301)으로부터 소자 형성층(1319)을 박리하기 전(도 19(B) 또는 도 19(C)의 단계)에 행하여도 좋고, 기판(1301)으로부터 소자 형성층(1319)을 박리한 후(도 20(A)의 단계)에 행하여도 좋고, 소자 형성층(1319)을 제 1 시트재 및 제 2 시트재로 봉지한 후(도 20(B)의 단계)에 행하여도 좋다. 이하에, 소자 형성층(1319)과 배터리를 접속하여 형성하는 일례를 도 21 및 도 22를 사용하여 설명한다.
도 19(B)에서, 안테나로서 기능하는 도전막(1317)과 동시에 도전막(1315a, 1315b)에 각각 전기적으로 접속하는 도전막(1331a, 1331b)을 형성한다. 계속하여, 도전막(1317) 및 도전막(1331a, 1331b)을 덮도록 절연막(1318)을 형성한 후, 도전막(1331a, 1331b)의 표면이 노출하도록 개구부(1332a, 1332b)를 형성한다. 그 후, 레이저광의 조사에 의해 소자 형성층(1319)에 개구부를 형성한 후, 이 소자 형성층(1319)의 한쪽 면(절연막(1318)이 노출한 면)에 제 1 시트재(1332)을 접합한 후, 기판(1301)으로부터 소자 형성층(1319)을 박리한다(도 21(A) 참조).
다음에, 소자 형성층(1319)의 다른 쪽 면(박리에 의해 노출한 면)에 제 2 시트재(1332)를 접합한 후, 소자 형성층(1319)을 제 1 시트재(1332)로부터 박리한다. 따라서, 여기서는 제 1 시트재(1320)로서 점착력이 약한 것을 사용한다. 이어서, 개구부(1332a, 1332b)를 통하여 도전막(1331a, 1331b)과 각각 전기적으로 접속하는 도전막(1334a, 1334b)을 선택적으로 형성한다(도 21(B) 참조).
도전막(1334a, 1334b)은 CVD법, 스퍼터링법, 스크린 인쇄나 그라비아 인쇄 등의 인쇄법, 액적 토출법, 디스펜서법, 도금법 등을 이용하여 도전성 재료로 형성한다. 도전성 재료는 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo)으로부터 선택된 원소 또는 이들 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료로 단층 구조 또는 적층 구조로 형성한다.
또한, 여기서는, 기판(1301)으로부터 소자 형성층(1319)을 박리한 후에 도전막(1334a, 1334b)을 형성하는 예를 나타내고 있지만, 도전막(1334a, 1334b)을 형성한 후에 기판(1301)으로부터 소자 형성층(1319)의 박리를 행하여도 좋다.
다음에, 기판 위에 복수의 소자를 형성하고 있는 경우에는, 소자 형성층(1319)을 소자마다 분단한다(도 22(A) 참조). 분단은 레이저 조사장치, 다이싱(dicing) 장치, 스크라이브 장치 등을 사용할 수 있다. 여기서는, 레이저광을 조사함으로써 1장의 기판에 형성된 복수의 소자를 각각 분단한다.
다음에, 분단된 소자를 배터리와 전기적으로 접속한다(도 22(B) 참조). 본 실시예에서는, 배터리로서는 상기 실시예 1에서 나타낸 박막 2차 전지가 사용되고, 집전체 박막, 부극 활물질층, 고체 전해질층, 정극 활물질층, 집전체 박막의 박막층이 순서로 적층된다.
도전막(1336a, 1336b)은 CVD법, 스퍼터링법, 스크린 인쇄나 그라비아 인쇄 등의 인쇄법, 액적 토출법, 디스펜서법, 도금법 등을 이용하여 도전성 재료에 의해 형성한다. 도전성 재료는 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo)으로부터 선택된 원소 또는 이들 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료로 단층 구조 또는 적층 구조로 형성한다. 또한, 도전막(1336a) 및 도전막(1336b)은 상기 실시예 1에서 나타낸 집전체 박막(7102)에 대응한다. 그렇기 때문에, 도전성 재료로서는, 부극 활물질과 밀착성이 좋고 저항이 작은 것이 요구되고, 특히 알루미늄, 구리, 니켈, 바나듐 등이 바람직하다.
다음에, 박막 2차 전지의 구성에 대하여 상세히 설명하면, 도전막(1336a) 위에 부극 활물질층(1381)을 성막한다. 일반적으로는, 산화 바나듐(V2O5) 등이 사 용된다. 다음에, 부극 활물질층(1381) 위에 고체 전해질층(1382)을 성막한다. 일반적으로는, 인산 리튬(Li3PO4) 등이 사용된다. 다음에, 고체 전해질층(1382) 위에 정극 활물질층(1383)을 성막한다. 일반적으로는, 망간산 리튬(LiMn2O4) 등이 사용된다. 코발트산 리튬(LiCoO2)이나 니켈산 리튬(LiNiO2)을 사용하여도 좋다. 다음에, 정극 활물질층(1383) 위에 전극이 되는 집전체 박막(1384)을 성막한다. 집전체 박막(1384)은 정극 활물질층(1383)과 밀착성이 좋고 저항이 작은 것이 요구되고, 알루미늄, 구리, 니켈, 바나듐 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 부극 활물질층(1381), 고체 전해질층(1382), 정극 활물질층(1383), 집전체 박막(1384)의 각 박막층은 스퍼터링 기술을 사용하여 형성하여도 좋고, 증착 기술을 사용하여도 좋다. 각각의 층의 두께는 0.1 ㎛ 내지 3 ㎛가 바람직하다.
다음에, 수지를 도포하여 층간막(1385)을 형성한다. 그리고, 그 층간막(1385)을 에칭하여 콘택트 홀을 형성한다. 층간막(1385)은 수지에 한정하지 않고, CVD 산화막 등 다른 막이어도 좋지만, 평탄성의 관점에서 보면 수지인 것이 바람직하다. 또한, 감광성 수지를 사용하여, 에칭을 이용하지 않고 콘택트 홀을 형성하여도 좋다. 다음에, 층간막(1385) 위에 배선층(1386)을 형성하고, 도전막(1334b)과 접속함으로써, 박막 2차 전지의 전기 접속을 확보한다.
여기서는, 소자 형성층(1319)에 형성된 도전막(1334a, 1334b)과 미리 적층된 배터리인 박막 2차 전지(1389)의 접속 단자가 되는 도전막(1336a, 1336b)을 각각 접속한다. 여기서, 도전막(1334a)과 도전막(1336a)과의 접속 또는 도전 막(1334b)과 도전막(1336b)과의 접속은 이방 도전성 필름(ACF : Anisotropic Conductive Film)이나 이방 도전성 페이스트(ACP : Anisotropic Conductive Paste) 등의 접착성 재료를 사이에 두고 압착시킴으로써 전기적으로 접속하는 경우를 나타내고 있다. 여기서는, 접착성을 가지는 수지(1337)에 포함되는 도전성 입자(1338)를 사용하여 접속하는 예를 나타내고 있다. 또한, 그 이외에도, 은 페이스트, 구리 페이스트 또는 카본 페이스트 등의 도전성 접착제나 땜납 접합 등을 이용하여 접속을 행하는 것도 가능하다.
또한, 트랜지스터의 구성은 다양한 형태를 선택할 수 있다. 본 실시예에서 나타낸 특정 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 게이트 전극이 2개 이상으로 되어 있는 멀티게이트 구조를 사용하여도 좋다. 멀티게이트 구조로 하면, 채널 영역이 직렬로 접속되는 구성이 되기 때문에, 복수의 트랜지스터가 직렬로 접속된 구성이 된다. 멀티게이트 구조로 함으로써, 오프 전류의 저감하고 트랜지스터의 내압을 향상시켜 신뢰성을 향상시키고, 포화 영역에서 동작할 때, 드레인·소스간 전압이 변화하여도 드레인·소스간 전류가 그다지 변화하지 않고, 플랫(flat)한 특성으로 할 수 있다. 또한, 채널의 상하에 게이트 전극이 배치되어 있는 구조이어도 좋다. 채널의 상하에 게이트 전극이 배치되어 있는 구조로 함으로써, 채널 영역이 증가하기 때문에, 전류값을 크게 하고, 공핍층이 생성되기 쉽게 되어 S값을 작게 할 수 있다. 채널의 상하에 게이트 전극이 배치되면, 복수의 트랜지스터가 병렬로 접속된 구성이 된다.
또한, 채널 위에 게이트 전극이 배치되어 있는 구조이어도 좋고, 채널 아래 에 게이트 전극이 배치되어 있는 구조이어도 좋고, 정 스태거 구조이어도 좋고, 역 스태거 구조이어도 좋고, 채널 영역이 복수 영역으로 나뉘어져 있어도 좋고, 병렬로 접속되어도 좋고, 직렬로 접속되어도 좋다. 또한, 채널(또는 그의 일부)에 소스 전극이나 드레인 전극이 겹쳐 있어도 좋다. 채널(또는 그의 일부)에 소스 전극이나 드레인 전극이 겹치지 않는 구조로 함으로써, 채널의 일부에 전하가 모여, 동작이 불안정하게 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, LDD 영역이 있어도 좋다. LDD 영역을 형성함으로써, 오프 전류를 저감하여, 트랜지스터의 내압을 향상시켜 신뢰성을 향상시키고, 포화 영역에서 동작할 때, 드레인·소스간 전압이 변화하여도, 드레인·소스간 전류가 그다지 변화하지 않고, 플랫한 특성으로 할 수 있다.
본 실시예는, 상기 실시형태 및 다른 실시예의 기술적 요소와 조합하여 실시할 수 있다. 즉, 본 발명의 축전장치는 축전 수단을 가지는 구성을 취하기 때문에, 구동전원에 위한 배터리의 경시적 열화에 따른 배터리의 잔존 용량의 확인이나 배터리의 교환작업을 하지 않고 부하에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전장치는, 배터리를 충전하기 위한 전자파를 공급하는 급전기에 대해서 축전장치가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비하기 때문에, 축전장치는, 축전장치의 충전이 완료되었거나 어떤 원인에 의하여 축전장치에의 충전이 중단된 경우에, 불필요한 전자파에 의한 전력의 공급을 정지할 수 있다. 또한, 급전기에 대해서 축전장치가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비함으로써, 급전기가 복수의 축전장치에 대해서 충전하는 것을 알릴 수 있고, 충전하는 축전장치를 선택하여 충전시킬 수 있다. 즉, 전자파의 감쇠에 따라, 복 수의 축전장치의 충전이 충분하게 되지 않는 경우에도, 복수의 축전장치를 개별로 충전할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전장치는, 내부에 카운터 회로를 구비하기 때문에, 전력의 평균은 동일해도 일정량 이상의 전계강도, 자계강도, 또는 전력속 밀도의 전자파를 수신할 수 있다.
[실시예 3]
본 실시형태에서는, 상기 실시형태에서 나타낸 축전장치의 제작 방법의 일례에 관하여 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예에서는, 안테나, 전력 공급부, 충전 판정부, 배터리를 동일 기판 위에 형성하는 구성에 대하여 설명한다. 또한, 기판 위에 한꺼번에 안테나, 전력 공급부, 충전 판정부, 배터리를 형성하고, 전력 공급부와 충전 판정부를 구성하는 트랜지스터를 단결정 기판을 사용하여 형성된 트랜지스터로 함으로써, 트랜지스터 특성의 편차가 적은 트랜지스터로 축전장치를 구성할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 전력 공급부의 배터리로서는 상기 실시예에서 설명한 박막 2차 전지를 사용한 예에 대하여 본 실시예에서는 설명한다.
먼저 반도체 기판(2300)에 소자를 분리한 영역(2304, 2306)(이하, 영역(2304, 2306)이라고도 기재한다)을 형성한다(도 23(A) 참조). 반도체 기판(2300)에 형성된 영역(2304, 2306)은 각각 절연막(2302)(필드 산화막이라고도 한다)에 의하여 분리되어 있다. 또한, 여기서는 반도체 기판(2300)으로서 n형의 도전형을 가지는 단결정 Si 기판을 사용하고, 반도체 기판(2300)의 영역(2306)에 p웰(well)(2307)을 형성한 예를 나타낸다.
또한, 기판(2300)은 반도체 기판이면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다. 예를 들면, n형 또는 p형의 도전형을 가지는 단결정 Si 기판, 화합물 반도체 기판(GaAs 기판, InP 기판, GaN 기판, SiC 기판, 사파이어 기판, ZnSe 기판 등), 접합법 또는 SIMOX(Separation by Implanted Oxygen)법을 사용하여 제작된 SOI(Silicon on Insulator) 기판 등을 사용할 수 있다.
소자 분리 영역(2304, 2306)은 선택산화법(LOCOS(Local Oxidation of Silicon)법) 또는 트렌치 분리법 등을 적절히 사용할 수 있다.
또한, 반도체 기판(2300)의 영역(2306)에 형성된 p웰은, 반도체 기판(2300)에 p형의 도전형을 가지는 불순물 원소를 선택적으로 도입함으로써 형성할 수 있다. p형을 나타내는 불순물 원소로서는, 붕소(B)나 알루미늄(Al)이나 갈륨(Ga) 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 반도체 기판(2300)으로서 n형의 도전형을 가지는 반도체 기판을 사용하고 있기 때문에, 영역(2304)에는 불순물 원소의 도입을 행하고 있지 않지만, n형을 나타내는 불순물 원소를 도입함으로써 영역(2304)에 n웰을 형성하여도 좋다. n형을 나타내는 불순물 원소로서는 인(P)이나 비소(As) 등을 사용할 수가 있다. 한편, p형 도전형을 가지는 반도체 기판을 사용하는 경우에는 영역(2304)에 n형을 나타내는 불순물 원소를 도입하여 n웰을 형성하고, 영역(2306)에는 불순물 원소의 도입을 행하지 않는 구성으로 하여도 좋다.
다음에, 영역(2304, 2306)을 덮도록 절연막(2332, 2334)을 각각 형성한다(도 23(B) 참조).
절연막(2332, 2334)은, 예를 들면, 열처리를 행하여 반도체 기판(2300)에 형 성된 영역(2304, 2306)의 표면을 산화시킴으로써 산화규소막으로 형성할 수 있다. 또한, 열산화법의 의하여 산화규소막을 형성한 후에 질화 처리를 함으로써 산화규소막의 표면을 질화시켜, 산화규소막과 산소와 질소를 가지는 막(산질화규소막)과의 적층 구조로 형성하여도 좋다.
그 외에도, 플라즈마 처리를 사용하여 절연막(2332, 2334)을 형성하여도 좋다. 예를 들면, 반도체 기판(2300)에 형성된 영역(2304, 2306)의 표면에 고밀도 플라즈마 처리에 의하여 산화 처리 또는 질화 처리를 행함으로써, 절연막(2332, 2334)으로서 산화규소(SiOx)막 또는 질화규소(SiNx)막으로 형성할 수 있다. 또한, 고밀도 플라즈마 처리에 의하여 영역(2304, 2306)의 표면에 산화 처리를 행한 후에, 다시 고밀도 플라즈마 처리를 행함으로써 질화 처리를 행하여도 좋다. 이 경우, 영역(2304, 2306)의 표면에 접하여 산화규소막이 형성되고, 이 산화규소막 위에 산질화규소막이 형성되어, 절연막(2332, 2334)은 산화규소막과 산질화규소막이 적층된 막이 된다. 또한, 열산화법에 의하여 영역(2304, 2306)의 표면에 산화규소막을 형성한 후에 고밀도 플라즈마 처리에 의하여 산화 처리 또는 질화 처리를 행하여도 좋다.
또한, 반도체 기판(2300)의 영역(2304, 2306)에 형성된 절연막(2332, 2334)은 뒤에 완성되는 트랜지스터에서 게이트 절연막으로서 기능한다.
다음에, 영역(2304, 2306)의 상방에 형성된 절연막(2332, 2334)을 덮도록 도전막을 형성한다(도 23(C) 참조). 여기서는, 도전막으로서 도전막(2336)과 도전 막(2338)을 순서대로 적층하여 형성한 예를 나타내고 있다. 물론, 도전막은 단층 또는 3층 이상의 적층 구조로 형성하여도 좋다.
도전막(2336, 2338)으로서는 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 티탄 (Ti), 몰리브덴 (Mo), 알루미늄 (Al), 구리 (Cu), 크롬 (Cr), 니오브(Nb) 등으로부터 선택된 원소 또는 이들의 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료로 형성할 수 있다. 또한, 이들의 원소를 질화한 금속 질화막으로 형성할 수도 있다. 그 이외에도, 인(P) 등의 불순물 원소를 도핑한 다결정 규소로 대표되는 반도체 재료로 형성할 수도 있다.
여기서는, 도전막(2336)으로서 질화탄탈을 사용하여 형성하고, 그 위에 도전막(2338)으로서 텅스텐을 사용하여 적층 구조로 형성한다. 또한, 그 이외에도, 도전막(2336)으로서 질화텅스텐, 질화몰리브덴 또는 질화티탄으로부터 선택된 단층 또는 적층막을 사용하고, 도전막(2338)으로서 탄탈, 몰리브덴, 티탄으로부터 선택된 단층 또는 적층막을 사용할 수 있다.
다음에, 적층하여 형성된 도전막(2336, 2338)을 선택적으로 에칭하여 제거함으로써, 영역(2304, 2306)의 상방의 일부에 도전막(2336, 2338)을 잔존시켜, 각각 게이트 전극(2340, 2342)을 형성한다(도 24(A) 참조).
다음에, 영역(2304)을 덮도록 레지스트 마스크(2348)를 선택적으로 형성하고, 상기 레지스트 마스크(2348)와 게이트 전극(2342)을 마스크로 하여 영역(2306)에 불순물 원소를 도입함으로써 불순물 영역을 형성한다(도 24(B) 참조). 불순물 원소로서는, n형을 부여하는 불순물 원소 또는 p형을 부여하는 불순물 원소를 사용 한다. n형을 나타내는 불순물 원소로서는, 인(P), 비소(As) 등을 사용할 수가 있다. p형을 나타내는 불순물 원소로서는, 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 등을 사용할 수 있다. 여기서는, 불순물 원소로서, 인(P)을 사용한다.
도 24(B)에서는, 불순물 원소를 도입함으로써 영역(2306)에 소스 영역 또는 드레인 영역을 형성하는 불순물 영역(2352)과 채널 형성 영역(2350)이 형성된다.
다음에, 영역(2306)을 덮도록 레지스트 마스크(2366)를 선택적으로 형성하고, 상기 레지스트 마스크(2366)와 게이트 전극(2340)을 마스크로 하여 영역(2304)에 불순물 원소를 도입함으로써 불순물 영역을 형성한다(도 24(C) 참조). 불순물 원소로서는, n형을 부여하는 불순물 원소 또는 p형을 부여하는 불순물 원소를 사용한다. n형을 나타내는 불순물 원소로서는, 인(P)이나 비소(As) 등을 사용할 수 있다. p형을 나타내는 불순물 원소로서는 붕소(B), 알루미늄 (Al), 갈륨(Ga) 등을 사용할 수 있다. 여기서는, 도 24(B)에서 영역(2306)에 도입한 불순물 원소와 다른 도전형을 가지는 불순물 원소(예를 들면, 붕소(B))를 도입한다. 그 결과, 영역(2304)에 소스 영역 또는 드레인 영역을 형성하는 불순물 영역(2370)과 채널 형성 영역(2368)이 형성된다.
다음에, 절연막(2332, 2334)과 게이트 전극(2340, 2342)을 덮도록 제 2 절연막(2372)을 형성하고, 상기 제 2 절연막(2372) 위에 영역(2304, 2306)에 각각 형성된 불순물 영역(2352, 2370)과 전기적으로 접속되는 배선(2374)을 형성한다(도 25(A) 참조).
제 2 절연막(2372)은, CVD법이나 스퍼터링법 등에 의하여 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx), 산화질화규소(SiOxNy)(x＞y＞0), 질화산화규소(SiNxOy)(x＞y＞0) 등의, 산소 또는 질소를 가지는 절연막이나, DLC(다이아몬드 라이크 카본) 등의 탄소를 포함하는 막, 에폭시, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리비닐페놀, 벤조시클로부텐, 아크릴 등의 유기 재료 또는 실록산 수지 등의 실록산 재료로 된 단층 또는 적층 구조로 형성할 수 있다. 또한, 실록산 재료는 Si-O-Si 결합을 포함하는 재료에 상당한다. 실록산은 규소(Si)와 산소(O)의 결합으로 골격구조가 구성된다. 치환기로서, 적어도 수소를 함유하는 유기기(예를 들면, 알킬기, 방향족 탄화수소)가 사용된다. 치환기로서, 플루오로기를 사용할 수도 있다. 또는, 차환기로서, 적어도 수소를 함유하는 유기기와 플루오로기를 사용하여도 좋다.
배선(2374)은 CVD법이나 스퍼터링법 등에 의하여, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴 (Mo), 니켈(Ni), 백금(Pt), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 망간 (Mn), 네오디뮴(Nd), 탄소(C), 규소(Si)로부터 선택된 원소 또는 이들의 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료로 단층 또는 적층으로 형성한다. 알루미늄을 주성분으로 하는 합금 재료는, 예를 들면, 알루미늄을 주성분으로 하고 니켈을 함유하는 재료, 또는 알루미늄을 주성분으로 하고 니켈과, 탄소와 규소 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 함유하는 합금 재료에 상당한다. 배선(2374)은, 예를 들면, 배리어막과 알루미늄 규소(Al-Si)막과 배리어막의 적층 구조, 배리어막과 알루미늄 규소(Al-Si)막과 질화티탄(TiN)막과 배리어막의 적층 구 조를 채용하면 좋다. 또한, 배리어막이란, 티탄, 티탄의 질화물, 몰리브덴, 또는 몰리브덴의 질화물로 된 박막에 상당한다. 알루미늄이나 알루미늄 규소는 저항값이 낮고 싼값이기 때문에, 배선(2374)을 형성하는 재료에 최적이다. 또한, 상층과 하층의 배리어층을 형성하면 알루미늄이나 알루미늄 규소의 힐록의 발생을 방지할 수 있다. 또한 환원성이 높은 원소인 티탄으로 된 배리어막을 형성하면 결정질 반도체막 위에 얇은 자연 산화막이 형성되어 있다고 하여도, 이 자연 산화막을 환원하여 결정질 반도체막과 양호한 콘택트를 취할 수 있다.
또한, 본 발명의 축전장치를 구성하는 트랜지스터의 구조는 도시한 구조에 한정되지 않는다는 것을 부기한다. 예를 들면, 역 스태거 구조, 핀(fin) FET 구조 등의 구조의 트랜지스터의 구조를 선택할 수 있다. 핀 FET 구조로 함으로써, 트랜지스터 사이즈의 미세화에 따른 단채널 효과를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명의 축전장치에서는 배터리를 구비하는 것을 특징으로 한다. 배터리로서는, 상기 실시예에서 나타낸 박막 2차 전지를 사용하는 것이 바람직하다. 그래서, 본 실시예에서는, 본 실시예에서 제작한 트랜지스터에서 박막 2차 전지와의 접속에 대하여 설명한다.
본 실시예에서, 박막 2차 전지는 트랜지스터에 접속된 배선(2374) 위에 적층하여 형성된다. 박막 2차 전지는 집전체 박막, 부극 활물질층, 고체 전해질층, 정극 활물질층, 집전체 박막의 박막층이 순서대로 적층된다(도 25(B) 참조). 그렇기 때문에, 박막 2차 전지의 집전체 박막과 겸용되는 배선(2374)의 재료는 부극 활물질과 밀착성이 좋고 저항이 작은 것이 요구되므로, 특히 알루미늄, 구리, 니켈, 바 나듐 등이 바람직하다.
박막 2차 전지의 구성에 대하여 자세히 설명하면, 배선(2374) 위에 부극 활물질층(2391)을 성막한다. 일반적으로는, 산화 바나듐(V2O5) 등이 사용된다. 이어서, 부극 활물질층(2391) 위에 고체 전해질층(2392)을 성막한다. 일반적으로는, 인산 리튬(Li3PO4) 등이 사용된다. 다음에, 고체 전해질층(2392) 위에 정극 활물질층(2393)을 성막한다. 일반적으로는, 망간산 리튬(LiMn２O４）등이 사용된다. 코발트산 리튬(LiCoO２)이나 니켈산 리튬(LiNiO２)을 사용하여도 좋다. 다음에, 정극 활물질층(2393) 위에 전극이 되는 집전체 박막(2394)을 성막한다. 집전체 박막(2394)은 정극 활물질층(2393)과 밀착성이 좋고 저항이 작은 것이 요구되고, 알루미늄, 구리, 니켈, 바나듐 등을 사용할 수 있다.
상기한 부극 활물질층(2391), 고체 전해질층(2392), 정극 활물질층(2393), 집전체 박막(2394)의 각 박막층은 스퍼터링 기술을 사용하여 형성하여도 좋고, 증착 기술을 사용하여도 좋다. 또한, 각각의 층의 두께는 0.1 μｍ 내지 ３μｍ가 바람직하다.
다음에, 수지를 도포하여 층간막(2396)을 형성한다. 그리고, 층간막(2396)을 에칭하여 콘택트 홀을 형성한다. 층간막은 수지에 한정하지 않고, CVD 산화막 등의 다른 막이어도 좋지만, 평탄성의 관점에서 수지인 것이 바람직하다. 또한, 감광성 수지를 사용하여, 에칭을 사용하지 않고 콘택트 홀을 형성하여도 좋다. 다음에, 층간막(2396) 위에 배선층(2395)을 형성하고, 배선(2397)과 접속함으로써, 박막 2차 전지의 전기 접속을 확보한다.
이상과 같은 구성으로 함으로써, 본 발명의 축전장치에서는, 단결정 기판을 사용하여 트랜지스터를 형성하고, 그 위에 박막 2차 전지를 가지는 구성을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명의 축전장치에서는, 극박화(極薄化), 소형화를 달성한 유연성을 구비하는 축전장치를 제공할 수 있다.
본 실시예는 상기 실시형태 및 다른 실시예의 기술적 요소와 조합하여 실시할 수 있다. 즉, 축전 수단을 가지는 구성이기 때문에 구동 전원을 위한 배터리의 경시적 열화에 따른 배터리의 잔존 용량의 확인이나 배터리의 교환 작업을 하는 일이 없이 부하에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전장치는 배터리를 충전하기 위한 전자파를 공급하는 급전기에 대해여 축전장치가 충전 상태인지 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비하기 때문에, 축전장치의 충전이 완료되었거나, 또는 어떤 원인에 의하여 축전장치에 충전이 중단된 경우에, 불필요한 전자파에 의한 전력의 공급을 정지할 수 있다. 또한, 급전기에 대하여 축전장치가 충전 상태인지 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비함으로써, 급전기가 복수의 축전장치에 대하여 충전을 행하는 것을 알릴 수가 있고, 충전하는 축전장치를 선택하여 충전시킬 수 있다. 즉, 전자파의 감쇠에 따라 복수의 축전장치의 충전이 충분히 행해지지 않는 경우에도, 복수의 축전장치를 개별로 충전할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전장치는 내부에 카운터 회로를 구비하기 때문에, 전력의 평균은 같아도 일정량 이상의 전계강도, 자계강도, 또는 전력속 밀도의 전자파를 수신할 수 있다.
[실시예 4]
본 실시예에서는, 상기 실시예 3과 다른 축전장치 제작방밥의 일례에 관하여 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예에서는, 안테나, 전력 공급부, 충전 판정부, 배터리를 동일 기판 위에 설치하는 구성에 대하여 설명한다. 또한, 기판 위에 한꺼번에 안테나, 전력 공급부, 충전 판정부, 배터리를 형성하고 전력 공급부와 충전 판정부를 구성하는 트렌지스터를 단결정 기판에 형성된 트렌지스터로 함으로써 트렌지스터 특성의 편차가 적은 트렌지스터로 축전장치를 구성할 수 있기 때문에, 바람직하다. 또한, 전력 공급부의 배터리로서는, 상기 실시예에서 설명한 박막 2차 전지를 사용한 예에 대하여 본 실시예에서 설명한다.
우선, 기판(2600) 위에 절연막을 형성한다. 여기서는, n형의 도전형을 가지는 단결정 Si를 기판(2600)으로서 사용하고, 이 기판(2600) 위에 절연막(2602)과 절연막(2604)을 형성한다(도 26(A) 참조). 예를 들면, 기판(2600)에 열처리를 행함으로써 절연막(2602)으로서 산화규소(SiOx)를 형성하고, 이 절연막(2602) 위에 CVD법을 사용하여 질화규소(SiNx)를 성막한다.
또한, 기판(2600)은 반도체 기판이면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다. 예를 들면, n형 또는 p형의 도전형을 가지는 단결정 Si 기판, 화합물 반도체 기판(GaAs 기판, InP 기판, GaN 기판, SiC 기판, 사파이어 기판, ZnSe 기판 등), 부착법 또는 SIMOX(Separation by IMplanted Oxygen)법을 사용하여 제작된 SOI(Silicon on Insulater) 기판 등을 사용할 수 있다.
또한, 절연막(2604)은 절연막(2602)을 형성한 후에 고밀도 플라즈마 처리에 의하여 상기 절연막(2602)을 질화함으로써 형성하여도 좋다. 또한, 기판(2600) 위에 형성하는 절연막은 단층 또는 3층 이상의 적층구조로 형성해도 좋다.
다음에, 절연막(2604) 위에 선택적으로 레지스트 마스크(2606)의 패턴을 형성하고, 이 레지스트 마스크(2606)를 마스크로 하여 선택적으로 에칭을 행함으로써 기판(2600)에 선택적으로 요부(凹部)(2608)를 형성한다(도 26(B) 참조). 기판(2600) 및 절연막(2602, 2604)의 에칭으로서 플라즈마를 이용한 드라이 에칭에 의하여 행할 수 있다.
다음에, 레지스트 마스크(2606)의 패턴을 제거한 후, 기판(2600)에 형성된 요부(2608)를 충전하도록 절연막(2610)을 형성한다(도 26(C) 참조).
절연막(2610)은 CVD법이나 스퍼터링법 등을 이용하여 산화규소, 질화규소, 산화질화규소(SiOxNy)(x＞y＞0), 질화산화규소(SiNxOy) (x＞y＞0) 등의 절연재료를 사용하며 형성한다. 여기서는 절연막(2610)으로서, 상압 CVD법 또는 감압 CVD법에 의하여 TEOS(테트라에틸 오르토실리케이트) 가스를 사용하여 산화규소막을 형성한다.
다음에, 연삭처리 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 등의 연마처리를 행함으로써, 기판(2600)의 표면을 노출시킨다. 여기서는 기판(2600)의 표면을 노출시킴으로써 기판(2600)의 요부(2608)에 형성된 절연막(2611)들 사이에 영역(2612, 2613)이 형성된다. 또한, 절연막(2611)은 기판(2600)의 표면에 형성된 절연막(2610)이 연삭처리 또는 CMP 등의 연마처리에 의하여 제거됨으로써 얻어진 것이다. 계속해서, p형의 도전형을 가지는 불순물 원소를 선택적으로 도입함으로써 기판(2600)의 영역(2613)에 p웰(2615)을 형성한다(도 27(A) 참조).
p형을 나타내는 불순물 원소로서는, 붕소(B)나 알루미늄(Al)이나 갈륨(Ga) 등을 사용할 수 있다. 여기서는, 불순물 원소로서 붕소(B)를 영역(2613)에 도입한다.
또한, 본 실시예에서는 기판(2600)으로서 n형의 도전형을 가지는 반도체 기판을 사용하기 때문에, 영역(2612)에는 불순물 원소의 도입을 하지 않지만 n형을 나타내는 불순물 원소를 도입함으로써 영역(2612)에 n웰을 형성하여도 좋다. n형을 나타내는 불순물 원소로서는, 인(P)이나 비소(As) 등을 사용할 수 있다.
한편, p형의 도전형을 가지는 반도체 기판을 사용하는 경우에는 영역(2612)에 n형을 나타내는 불순물 원소를 도입하여 n웰을 형성하고, 영역(2613)에는 불순물 원소 도입을 하지 않는 구성으로 하여도 좋다.
다음에, 기판(2600)의 영역(2612, 2613)의 표면 위에 절연막(2632, 2634)을 각각 형성한다(도 27(B) 참조).
절연막(2632, 2634)은, 예를 들면, 열처리를 행하여 기판(2600)에 형성된 영역(2612, 2613)의 표면을 산화시킴으로써 산화규소막으로 절연막(2632, 2634)을 형성할 수 있다. 또한, 열산화법에 의하여 산화규소막을 형성한 후에 질화 처리에 의하여 산화규소막 표면을 질화시킴으로써 산화규소막과 산소와 질소를 가지는 막(산질화규소막)과의 적층 구조로 형성하여도 좋다.
그 외에도, 상술한 바와 같이, 플라즈마 처리를 사용하여 절연막(2632, 2634)을 형성하여도 좋다. 예를 들면, 기판(2600)에 형성된 영역(2612, 2613)의 표면에 고밀도 플라즈마 처리에 의하여 산화 처리 또는 질화 처리를 행함으로써 절연막(2632, 2634)으로서 산화규소(SiOx)막 또는 질화규소(SiNx)막으로 형성할 수 있다. 또한, 고밀도 플라즈마 처리에 의하여 영역(2612, 2613)의 표면에 산화 처리를 행한 후에 다시 고밀도 플라즈마 처리를 행함으로써 질화 처리를 행하여도 좋다. 이 경우, 영역(2612, 2613)의 표면에 접하여 산화규소막이 형성되고, 이 산화규소막 위에 산질화규소막이 형성되어, 절연막(2632, 2634)은 산화규소막과 산질화규소막이 적층된 막이 된다. 또한, 열산화법에 의하여 영역(2612, 2613)의 표면에 산화규소막을 형성한 후에 고밀도 플라즈마 처리에 의하여 산화 처리 또는 질화 처리를 행하여도 좋다.
또한, 기판(2600)의 영역(2612, 2613)에 형성된 절연막(2632, 2634)은 뒤에 완성하는 트랜지스터에서 게이트 절연막으로서 기능한다.
다음에, 기판(2600)에 형성된 영역(2612, 2613)의 상방에 형성된 절연막(2632, 2634)을 덮도록 도전막을 형성한다(도 27(C) 참조). 여기서는 도전막으로서 도전막(2636)과 도전막(2638)을 순서대로 적층하여 형성한 예를 나타낸다. 물론, 도전막은 단층 또는 3층 이상의 적층 구조로 형성하여도 좋다.
도전막(2636, 2638)으로서는, 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니오브(Nb) 등으로부터 선택된 원소 또는 이들의 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 혹은 화합물 재료로 형성할 수도 있다. 또한, 이들 원소를 질화한 금속 질화막으로 형성할 수도 있다. 그 외에도, 인 등 불순물 원소를 도핑한 다결정 규소로 대표되는 반도체 재료로 형성할 수도 있다.
여기서는, 도전막(2636)으로서 질화탄탈을 사용하여 형성하고, 그 위에 도전막(2638)으로서 텅스텐을 사용하여 적층 구조로 형성한다. 또한, 그 외에도, 도전막(2636)으로서 질화탄탈, 질화텅스텐, 질화몰리브덴, 또는 질화티탄으로부터 선택된 단층 또는 적층막을 사용하고, 도전막(2638)으로서 텅스텐, 탄탈, 몰리브덴, 티탄으로부터 선택된 단층 또는 적층막을 사용할 수 있다.
다음, 적층하여 형성된 도전막(2636, 2638)을 선택적으로 에칭하여 제거함으로써, 기판(2600)의 영역(2612, 2613)의 상방의 일부에 도전막(2636, 2638)을 잔존시켜, 각각 게이트 전극으로서 기능하는 도전막(2640, 2642)을 형성한다(도 28(A) 참조). 또한, 여기서는, 기판(2600)에서, 도전막(2640, 2642)과 겹치지 않는 영역(2612, 2613)의 표면이 노출하도록 한다.
구체적으로는, 기판(2600)의 영역(2612)에서, 도전막(2640)의 하방에 형성된 절연막(2632) 중 상기 도전막(2640)과 겹치지 않는 부분을 선택적으로 제거하여, 도전막(2640)과 절연막(2632)의 단부가 대략 일치하도록 형성한다. 또한, 기판(2600)의 영역(2613)에서, 도전막(2642)의 하방에 형성된 절연막(2634) 중 상기 도전막(2642)과 겹치지 않는 부분을 선택적으로 제거하여 도전막(2642)과 절연막(2634)의 단부가 대략 일치하도록 형성한다.
이 경우, 도전막(2640, 2642)의 형성과 동시에 겹치지 않는 부분의 절연막 등을 제거하여도 좋고, 도전막(2640, 2642)을 형성한 후 잔존한 레지스트 마스크 또는 상기 도전막(2640, 2642)을 마스크로 하여 겹치지 않는 부분의 절연막 등을 제거하여도 좋다.
다음에 기판(2600)의 영역(2612, 2613)에 불순물 원소를 선택적으로 도입한다(도 28(B) 참조). 여기서는, 영역(2650)에 도전막(2642)을 마스크로 하여 n형을 부여하는 저농도 불순물 원소를 선택적으로 도입하고, 영역(2648)에 도전막(2640)을 마스크로 하여 p형을 부여하는 저농도 불순물 원소를 선택적으로 도입한다. n형을 부여하는 불순물 원소로서는 인(P)이나 비소(As) 등을 사용할 수 있다. p형을 부여하는 불순물 원소로서는, 붕소(B), 알루미늄(Al)이나 갈륨(Ga) 등을 사용할 수 있다.
다음에, 도전막(2640, 2642)의 측면에 접하는 사이드월(2654)을 형성한다. 구체적으로는, 플라즈마 CVD법이나 스퍼터링법 등에 의하여 규소, 규소의 산화물 또는 규소의 질화물의 무기재료를 포함하는 막이나 유기 수지 등의 유기 재료를 포함하는 막 등의 절연막을 단층 또는 적층하여 형성한다. 그리고, 그 절연막을, 수직방향을 주체로 한 이방성 에칭에 의하여 선택적으로 에칭하여, 도전막(2640, 2642)의 측면에 접하도록 형성할 수가 있다. 또한, 사이드월(2654)은 LDD(Lightly Doped Drain) 영역을 형성할 때 도핑용 마스크로서 사용한다. 또한, 여기서는, 사이드월(2654)은 도전막(2640, 2642)의 하방에 형성된 절연막이나 도전막(2640, 2642)의 측면에도 접하도록 형성되어 있다.
계속해서, 상기 사이드월(2654)과 도전막(2640, 2642)을 마스크로 하여 기 판(2600)의 영역(2612, 2613)에 불순물 원소를 도입함으로써, 소스 영역 또는 드레인 영역으로서 기능하는 불순물 영역을 형성한다(도 28(C) 참조). 여기서는, 기판(2600)의 영역(2613)에 사이드월(2654)과 도전막(2642)을 마스크로 하여 고농도의 n형을 부여하는 불순물 원소를 도입하고, 영역(2612)에 사이드월(2654)과 도전막(2640)을 마스크로 하여 고농도의 p형을 부여하는 불순물 원소를 도입한다.
그 결과, 기판(2600)의 영역(2612)에는, 소스 영역 또는 드레인 영역을 형성하는 불순물 영역(2658)과, LDD 영역을 형성하는 저농도 불순물 영역(2660)과, 채널 형성 영역(2656)이 형성된다. 또한, 기판(2600)의 영역(2613)에는, 소스 영역 또는 드레인 영역을 형성하는 불순물 영역(2664)과, LDD 영역을 형성하는 저농도 불순물 영역(2666)과, 채널 형성 영역(2662)이 형성된다.
또한, 본 실시예에서는, 도전막(2640, 2642)과 겹치지 않는 기판(2600)의 영역(2612, 2613)을 노출시킨 상태로 불순물 원소의 도입을 행하고 있다. 따라서, 기판(2600)의 영역(2612, 2613)에 각각 형성되는 채널 형성 영역(2656, 2662)은 도전막(2640, 2642)과 자기 정합적으로 형성될 수 있다.
다음에, 기판(2600)의 영역(2612, 2613) 위에 형성된 절연막이나 도전막 등을 덮도록 제 2 절연막(2677)을 형성하고, 이 절연막(2677)에 개구부(2678)를 형성한다(도 17(A) 참조).
제 2 절연막(2677)은 CVD법이나 스퍼터링법 등에 의하여 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx), 산화질화규소(SiOxNy)(ｘ＞ｙ＞0), 질화산화규소(SiNxOy)(ｘ＞ｙ＞0) 등의, 산소 또는 질소를 가지는 절연막이나 DLC(다이아몬드 라이크 카본) 등 탄소를 포함하는 막, 에폭시, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리비닐페놀, 벤조시클로부텐, 아크릴 등 유기 재료 또는 실록산 수지 등 실록산 재료로 된 단층 또는 적층 구조로 형성할 수 있다. 또한, 실록산 수지란 Si-O-Si 결합을 포함하는 재료에 상당한다. 실록산은 규소(Si)와 산소(O)와의 결합으로 골격구조가 구성된다. 치환기로서, 적어도 수소를 함유하는 유기기(예를 들면, 알킬기, 방향족 탄화수소)가 사용된다. 치환기로서, 플루오로기를 사용할 수도 있다. 또는, 치환기로서, 적어도 수소를 함유하는 유기기와 플루오로기를 사용하여도 좋다.
다음에 CVD법을 사용하여 개구부(2678)에 도전막(2680)을 형성하고, 이 도전막(2680)과 전기적으로 접속하도록 절연막(2677) 위에 도전막(2682a∼2682d)을 선택적으로 형성한다(도 17(B) 참조).
도전막(2680, 2682a∼2682d)은 CVD법이나 스퍼터링법 등에 의하여 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 백금(Pt), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 망간(Mn), 네오디뮴(Nd), 탄소(C), 규소(Si)로부터 선택된 원소, 또는 이들의 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료로 단층 또는 적층으로 형성한다. 알루미늄을 주성분으로 하는 합금 재료란, 예를 들면, 알루미늄을 주성분으로 하고 니켈을 함유하는 재료, 또는 알루미늄을 주성분으로 하고 니켈과, 탄소와 규소의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 함유하는 합금 재료에 상당한다. 도전막(2680, 2682a∼2682d)은, 예를 들면, 배리어막과 알루미늄 규소(Al-Si)막과 배리어막의 적층 구조, 배리어막과 알루미늄 규소(Al-Si)막과 질화 티탄막과 배리어막의 적층 구조를 채용하면 좋다. 또한, 배리어막이란, 티탄, 티탄의 질화물, 몰리브덴, 또는 몰리브덴 질화물으로 된 박막에 상당한다. 알루미늄이나 알루미늄 규소는 저항값이 낮고 싼값이기 때문에 도전막(2680, 8682a∼8682d)을 형성하는 재료로서 최적이다. 또한, 상층과 하층의 배리어층을 형성하면, 알루미늄이나 알루미늄 규소의 힐록의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 환원성이 높은 원소인 티탄으로 된 배리어막을 형성하면 결정질 반도체막 위에 얇은 자연산화막이 형성되었다고 하여도, 이 자연산화막을 환원하여 결정질 반도체막과 양호한 콘택트를 취할 수 있다. 여기서는, 도전막(2680, 2682a∼2682d)은 CVD법에 의하여 텅스텐(W)을 선택 성장시킴으로써 형성할 수 있다.
이상의 공정에 의하여, 기판(2600)의 영역(2612)에 형성된 p형 트랜지스터와, 영역(2613)에 형성된 n형 트랜지스터를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 트랜지스터를 구성하는 트랜지스터의 구조는 도시한 구조에 한정되지 않는다. 예를 들면, 역 스태거 구조, 핀(fin) FET 구조 등 구조의 트랜지스터 구조를 선택할 수 있다. 핀 FET 구조로 함으로써, 트랜지스터 사이즈의 미세화에 따르는 단채널 효과를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에서의 축전장치는 배터리를 구비하는 것을 특징으로 한다. 배터리로서는 상기 실시예에서 나타낸 박막 2차 전지를 사용하는 것이 바람직하다. 그래서, 본 실시예에서는, 본 실시예에서 제작한 트랜지스터에서 박막 2차 전지와의 접속에 대하여 설명한다.
본 실시예에서 박막 2차 전지는 트랜지스터에 접속된 배선(2682d) 위에 적 층하여 형성된다. 박막 2차 전지는 집전체 박막, 부극 활물질층, 고체 전해질층, 정극 활물질층, 집전체 박막의 박막층이 순서대로 적층된다(도 17(B) 참조). 그 때문에, 박막 2차 전지의 집전체 박막과 겸용되는 배선(2682d) 재료는 부극 활물질과 밀착성이 좋고 저항이 작은 것이 요구되고, 특히 알루미늄, 구리, 니켈, 바나듐 등이 바람직하다.
계속해서, 박막 2차 전지 구성에 대하여 자세히 설명하면, 배선(2682d) 위에 부극 활물질층(2691)을 성막한다. 일반적으로는, 산화 바나듐(V2O5) 등이 사용된다. 다음에, 부극 활물질층(2691) 위에 고체 전해질층(2692)을 성막한다. 일반적으로는 인산 리튬(Li3PO4) 등이 사용된다. 이어서, 고체 전해질층(2692) 위에 정극 활물질층(2693)을 성막한다. 일반적으로는 망간산 리튬(LiMn2O4) 등이 사용된다. 코발트산 리튬(LiCoO2)이나 니켈산 리튬(LiNiO2)을 사용하여도 좋다. 다음에, 정극 활물질층(2693) 위에 전극이 되는 집전체 박막(2694)을 성막한다. 집전체 박막(2694)은 정극 활물질층(2693)과 밀착성이 좋고 저항이 작은 것이 요구되고, 알루미늄, 구리, 니켈, 바나듐 등을 사용할 수 있다.
상술한 부극 활물질층(2691), 고체 전해질층(2692), 정극 활물질층(2693), 집전체 박막(2694)의 각 박막층은 스퍼터링 기술을 사용하여 형성하여도 좋고 증착기술을 사용하여도 좋다. 또한, 각 층의 두께는 0.1 ㎛ 내지 3 ㎛가 바람직하다.
다음에, 수지를 도포하여 층간막(2696)을 형성한다. 그리고, 층간막(2696)을 에칭하여 콘택트 홀을 형성한다. 층간막(2696)은 수지에 한정하지 않고, CVD 산화막 등 다른 막이라도 되지만, 평탄성의 관점에서 보면 수지인 것이 바람직하다. 또한, 감광성 수지를 사용하여, 에칭을 사용하지 않고 콘택트 홀을 형성하여도 좋다. 다음에, 층간막(2696) 위에 배선층(2695)을 형성하고 배선(2697)과 접속함으로써 박막 2차 전지의 전기 접속을 확보한다.
이상과 같은 구성으로 함으로써, 본 발명 축전장치에서는 단결정 기판을 사용하여 트랜지스터를 형성하고, 그 위에 박막 2차 전지를 가지는 구성으로 할 수 있다. 따라서, 본 발명 축전장치에서는 극박화(薄膜化), 소형화를 달성한 유연성을 구비하는 축전장치를 제공할 수 있다.
본 실시예는 상기의 실시형태 및 다른 실시예의 기술적인 요소와 조합해서 실시할 수 있다. 즉, 축전 수단을 가지는 구성을 취하기 때문에, 구동전원을 위한 배터리의 경시적 열화에 따른 배터리의 잔존 용량의 확인이나 배터리 교환작업을 하지 않고 부하에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전장치는 배터리를 충전하기 위한 전자파를 공급하는 급전기에 대하여 축전장치가 충전 상태인지 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비하기 때문에, 축전장치의 충전이 완료되었거나 또는 어떤 원인에 의하여 축전장치에의 충전이 중단된 경우에, 불필요한 전자파에 의한 전력의 공급을 정지할 수 있다. 또한, 급전기에 대하여 축전장치가 충전 상태인지 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비함으로써 급전기가 복수의 축전장치에 대하여 충전을 하고 있다는 것을 알릴 수 있고, 충전하는 축전장치를 선택하여 충전시킬 수 있다. 즉, 전자파의 감쇠에 따라 복수의 축전장치의 충전이 충분히 행해지지 않은 경우에도, 복수의 축전장치를 개별로 충전할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전장치는 내부에 카운터 회로를 구비하기 때문에 전력의 평균은 동일하여도 일정량 이상의 전계강도, 자계강도, 또는 전력속 밀도의 전자파를 수신할 수 있다.
[실시예 5]
본 실시예에서는, 본 발명의 무선신호에 의하여 배터리 충전을 행하는 축전장치의 용도에 대하여 설명한다. 본 발명의 축전장치는, 예를 들면, 휴대 전화기, 디지털 비디오 카메라, 컴퓨터, 휴대 정보 단말기(모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 휴대형 게임기 또는 전자 서적 등), 기록매체를 구비한 화상재생장치(구체적으로는 Digital Versatile Disc(DVD)) 등의 전자기기나, 지폐, 경화, 유가증권류, 무기명 채권류, 증서류(운전면허증이나 주민등록증 등), 포장용 용기류(포장지나 병 등), 기록매체(DVD 소프트웨어나 비디오 테이프 등), 탈 것류(자전거 등), 신변용품(가방이나 안경 등), 식품류, 식물류, 동물류, 인체, 의류, 생활용품류, 전자기기 등의 상품이나 화물의 꼬리표 등의 물건에 제공하는 소위 IC 라벨, IC 태그, IC 카드로서 사용할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 IC 카드란 플라스틱제 카드에 박편화한 반도체 집적회로(IC 칩)를 매립하여 정보를 기록할 수 있게 한 카드를 의미한다. 데이터를 판독이나 기록하는 방식의 차이에 따라 "접촉식"과 "비접촉식"으로 분류된다. 비접촉식 카드에는 안테나가 내장되어 있고, 미약한 전자파를 이용하며 단말기와 교신할 수 있는 것이다. 또한, IC 태그란 물체의 식별에 이용되는 미소한 IC 칩에 자신의 식별 코드 등의 정보가 기록되어 있고, 전자파를 사용하여 관리 시스템과 정보를 송수신하는 능력을 가지는 것을 의미한다. 수십 mm 크기로 전자파로 판독기와 교신할 수 있다. 본 발명의 무선통신에 의하여 데이터 교신을 하는 RFID에 사용하는 IC 태그의 양태는 다양하며, 카드 형식이나 라벨류(IC 라벨이라고 한다), 증서류 등이 있다.
본 실시예에서는, 도 16을 참조하여, 본 발명의 축전장치를 구비하는 RFID를 내장한 IC 라벨, IC 태그, IC 카드의 응용례, 및 그들을 부착한 상품의 일례에 대하여 설명한다.
도 16(A)는 본 발명에 관한 축전장치를 구비하는 RFID를 내장한 IC 라벨의 일례이다. 라벨 대지(3001)(separate paper) 위에 RFID(3002)를 내장한 복수의 IC 라벨(3003)이 형성되어 있다. IC 라벨(3003)은 박스(3004) 안에 수납되어 있다. 또한, IC 라벨(3003) 위에는 그 상품이나 역무에 관한 정보(상품명, 브랜드, 상표, 상표권자, 판매자, 제조자 등)가 쓰여 있고, 한편, 내장되어 있는 RFID에는 그 상품(또는 상품의 종류) 고유의 ID 넘버가 부착되어 있어, 위조나 상표귄, 특허권 등의 지적재산권 침해, 부정경쟁 등의 불법행위를 용이하게 파악할 수 있다. 또한, RFID 내에는 상품의 용기나 라벨에 완전히 다 명기할 수 없는 다대한 정보, 예를 들면, 상품의 산지, 판매지, 품질, 원재료, 효능, 용도, 수량, 형상, 가격, 생산방법, 사용방법, 생산시기, 사용시기, 유통기한, 취급설명, 상품에 관한 지적재산정보 등을 입력해 둘 수 있고, 거래자나 소비자들은 간이한 리더에 의하여 그들의 정보에 액세스할 수 있다. 또한, 생산자 측에서는 용이하게 개서, 소거 등도 가능하지만, 거래자나 소비자 측에서는 개서, 소거 등을 할 수 없는 구조로 되어 있다.
도 16(B)은 본 발명의 축전장치를 구비하는 RFID(3012)를 내장한 라벨 형상의 IC 태그를 나타낸다. IC 태그(3011)를 상품에 구비하는 것으로써, 상품관리가 용이하게 된다. 예를 들면, 상품이 도난당한 경우에 상품 경로를 추적하는 것으로써 그 범인을 신속히 파악할 수 있다. 이와 같이, IC 태그를 구비함으로써 소위 트레이서빌리티(traceability)가 뛰어난 상품을 유통시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는 배터리로서 박막 2차 전지 또는 대용량 콘덴서를 구비하는 구성을 취할 수 있다. 그래서, 도 16(B)에 나타내는 바와 같이 곡면 형상을 가지는 물품에의 부착에 있어서도 본 발명은 유용하다.
도 16(C)은 본 발명 축전장치를 구비하는 RFID(3022)를 내포한 IC 카드(3021)의 완성품 상태의 일례이다. 상기 IC 카드 (3021)로서는 현금 카드, 크레디트 카드, 선불 카드, 전자 승차권, 전자 머니, 전화 카드, 회원 카드 등 모든 카드류가 포함된다.
또한, 도16(C)에 나타낸 본 발명 축전장치를 구비하는 IC 카드에서는, 본 발명에서의 배터리로서 박막 2차 전지 또는 대용량의 콘덴서를 구비하는 구성을 취할 수 있다. 그래서, 도 16(D)에 나타내는 바와 같이 만곡된 형상으로 변형시킨다고 해도 사용하는 것이 가능하기 때문에 본 발명은 아주 유용하다.
도 16(E)은 무기명 채권(3031)의 완성품의 상태를 나타내고 있다. 무기명 채권(3031)에는 본 발명의 축전장치를 구비하는 RFID(3032)가 내장되어 있고, 그 주변은 수지에 의하여 성형되어 RFID를 보호하고 있다. 여기서 상기 수지 중에는 필러(filler)가 충전된 구성으로 되어 있다. 무기명 채권(3031)은 본 발명에 관한 IC 라벨, IC 태그, IC 카드와 같은 요령으로 제작할 수 있다. 또한, 상기 무기명 채권류에는 우표, 기차표, 티켓, 입장권, 상품권, 도서상품권, 문구상품권, 맥주 상품권, 쌀 상품권, 각종 기프트 상품권, 각종 서비스권 등이 포함되지만, 물론 이것들에 한정되는 것이 아니다. 또한, 지폐, 경화, 유가증권류, 무기명 채권류, 증서류 등에 본 발명의 축전장치를 구비하는 RFID(3032)를 제공함으로써, 인증 기능을 가질 수 있고, 이 인증 기능을 활용하면, 위조를 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 축전장치를 구비하는 RFID는 물품(생물을 포함한다)이면 어떤 것에라도 구비하여 사용할 수 있다.
본 실시예는 상기 실시형태 및 다른 실시예의 기술적인 요소와 조합하여 실시할 수 있다. 즉, 축전 수단을 가지는 구성을 취하기 때문에, 구동전원을 위한 배터리의 경시적 열화에 따른 배터리지 잔존 용량의 확인이나 배터리 교환작업을 하지 않고 부하에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명 축전장치는 배터리를 충전하기 위한 전자파를 공급하는 급전기에 대하여 축전장치가 충전 상태인지 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비하기 때문에 축전장치의 충전이 완료되었거나 또는 어떤 원인에 의하여 축전장치에의 충전이 중단된 경우에 불필요한 전자파에 의한 전력 공급을 정지할 수 있다. 또한, 급전기에 대하여 축전장치가 충전 상태인지 비충전 상태인지를 응답하는 회로를 구비함으로써 급전기가 복수의 축전장치에 대하여 충전을 행하고 있다는 것을 알릴 수 있고, 충전하는 축전장치를 선택하여 충전시킬 수 있다. 즉, 전자파의 감쇠에 따라 복수의 축전장치의 충전을 충분히 행할 수 없는 경우에도 복수의 축전장치를 개별로 충전을 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전장치는 내부에 카운터 회로를 구비하기 때문에 전력의 평균은 같아도 일정량 이상의 전계강도, 자계강도, 또는 전력속 밀도의 전자파를 수신할 수 있다.
도 1은 실시형태 1의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 2(A) 및 도 2(B)는 실시형태 1의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 3(A) 내지 도 3(C)는 실시형태 1의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 4(A) 및 도 4(B)는 실시형태 1의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 5(A) 및 도 5(B)는 실시형태 1의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 6은 실시형태 1의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 7은 실시형태 1의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 8은 실시형태 1의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 9는 실시형태 1의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 10은 실시형태 1의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 11은 실시형태 2의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 12는 실시형태 2의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 13은 실시형태 2의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 14는 실시형태 3의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 15는 실시예 1의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 16(A) 내지 도 16(E)은 실시예 5의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 17(A) 및 도 17(B)은 실시예 4의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 18(A) 내지 도 18(D)은 실시예 2의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 19(A) 내지 도 19(C)는 실시예 2의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 20(A) 및 도 20(B)은 실시예 2의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 21(A) 및 도 21(B)은 실시예 2의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 22(A) 및 도 22(B)는 실시예 2의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 23(A) 내지 도 23(C)는 실시예 3의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 24(A) 내지 도 24(C)는 실시예 3의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 25(A) 및 도 25(B)는 실시예 3의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 26(A) 내지 도 26(C)는 실시예 4의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 27(A) 내지 도 27(C)는 실시예 4의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 28(A) 내지 도 28(C)는 실시예 4의 구성에 대해서 설명하는 도면.
도 29(A) 및 도 29(B)는 실시형태 1의 구성에 대해서 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 축전장치 101 : 안테나
102 : 전력 공급부 103 : 충전 판정부
104 : 배터리 105 : 정류회로
106 : 충전 제어회로 107 : 전원회로
108 : 복조회로 109 : 판정회로
110 : 카운터 회로 111 : 변조회로
151 : 급전기 152 : 부하
Claims (24)
- 안테나;배터리;전력 공급부;충전 판정부; 및신호 처리부를 포함하고,상기 전력 공급부는, 상기 안테나에 접속된 정류회로와, 그 정류회로에 접속된 충전 제어회로와, 상기 배터리에 접속된 전원회로를 포함하고,상기 충전 판정부는, 상기 안테나에 입력되는 신호를 복조하는 복조회로와, 상기 신호에 따라 상기 배터리가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 판정하고, 충전 상태와 비충전 상태를 스위칭하는 신호를 출력하는 판정회로와, 상기 배터리의 충전 시간을 카운트하여 상기 판정회로에 신호를 출력하는 카운터 회로와, 상기 안테나로부터 출력된 신호를 변조하는 변조회로를 포함하고,상기 변조회로는, 상기 판정회로에 의해 상기 배터리가 충전 상태인 것으로 판정된 때는, 상기 안테나로부터 출력된 신호를 변조하여 제 1 신호로 하고, 또는 상기 판정회로에 의해 상기 배터리가 비충전 상태인 것으로 판정된 때는, 상기 안테나로부터 출력된 신호를 변조하여 제 2 신호로 하는, 반도체 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전원회로는 신호 처리회로에 공급하는 전력을 제어 하고, 상기 충전 제어회로는 상기 배터리의 충전을 제어하는, 반도체 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리부는 증폭기, 변조히로, 복조회로, 논리회로, 메모리 컨트롤 회로, 및 메모리 회로를 포함하는, 반도체 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 충전 제어회로는 레귤레이터 및 다이오드를 포함하는, 반도체 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 충전 제어회로는 레귤레이터 및 스위치를 포함하고,상기 스위치는, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 충전 상태인 것으로 판단된 때, 도통 상태가 되고, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 비충전 상태인 것으로 판단된 때, 비도통 상태가 되는, 반도체 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전원회로는 레귤레이터 및 스위치를 포함하고,상기 스위치는, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 충전 상태인 것으로 판단된 때, 비도통 상태가 되고, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 비충전 상태인 것으로 판단된 때, 도통 상태가 되는, 반도체 장치.
- 제 1 항에 있어서,슈미트(Schmitt) 트리거;레귤레이터; 및스위치를 더 포함하고,상기 스위치는, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 충전 상태인 것으로 판단된 때, 비도통 상태가 되고, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 비충전 상태인 것으로 판단된 때, 도통 상태가 되는, 반도체 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 장치는 IC 라벨, IC 태그, IC 카드 중의 어느 하나인, 반도체 장치.
- 안테나;배터리;전력 공급부; 및충전 판정부를 포함하고,상기 전력 공급부는, 상기 안테나에 접속된 정류회로와, 그 정류회로에 접속된 충전 제어회로와, 상기 배터리에 접속된 전원회로를 포함하고,상기 충전 판정부는, 상기 안테나에 입력되는 신호를 복조하는 복조회로와, 상기 신호에 따라 상기 배터리가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 판정하고, 충전 상태와 비충전 상태를 스위칭하는 신호를 출력하는 판정회로와, 상기 배터리의 충전 시간을 카운트하여 상기 판정회로에 신호를 출력하는 카운터 회로와, 상기 안테나로부터 출력된 신호를 변조하는 변조회로를 포함하고,상기 변조회로는, 상기 판정회로에 의해 상기 배터리가 충전 상태인 것으로 판정된 때는, 상기 안테나로부터 출력된 신호를 변조하여 제 1 신호로 하고, 또는 상기 판정회로에 의해 상기 배터리가 비충전 상태인 것으로 판정된 때는, 상기 안테나로부터 출력된 신호를 변조하여 제 2 신호로 하는, 축전장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 전원회로는 부하에 공급하는 전력을 제어하고, 상기 충전 제어회로는 상기 배터리의 충전을 제어하는, 축전장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 충전 제어회로는 레귤레이터 및 다이오드를 포함하는, 축전장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 충전 제어회로는 레귤레이터 및 스위치를 포함하고,상기 스위치는, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 충전 상태인 것으로 판단된 때, 도통 상태가 되고, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 비충전 상태인 것으로 판단된 때, 비도통 상태가 되는, 축전장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 전원회로는 레귤레이터 및 스위치를 포함하고,상기 스위치는, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 충전 상태인 것으로 판단된 때, 비도통 상태가 되고, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 비충전 상태인 것으로 판단된 때, 도통 상태가 되는, 축전장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 전원회로는 슈미트 트리거와, 레귤레이터, 및 스위치를 포함하고,상기 스위치는, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 충전 상태인 것으로 판단된 때, 비도통 상태가 되고, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 비충전 상태인 것으로 판단된 때, 도통 상태가 되는, 축전장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 전원회로는 부하에 공급하는 전력을 제어하고, 상기 부하는 신호 처리회로이며,상기 신호 처리회로는 증폭기, 변조회로, 복조회로, 논리회로, 메모리 컨트롤 회로, 및 메모리 회로를 포함하는, 축전장치.
- 제 15 항에 있어서, 상기 축전장치는 IC 라벨, IC 태그, IC 카드 중의 어느 하나인, 축전장치.
- 안테나;배터리;상기 배터리에 접속된 충전 관리회로;전력 공급부; 및충전 판정부를 포함하고,상기 전력 공급부는, 상기 안테나에 접속된 정류회로와, 그 정류회로에 접속된 충전 제어회로와, 상기 배터리에 접속된 전원회로를 포함하고,상기 충전 판정부는, 상기 안테나에 입력되는 신호를 복조하는 복조회로와, 상기 신호에 따라 상기 배터리가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 판정하고, 충전 상태와 비충전 상태를 스위칭하는 신호를 출력하는 판정회로와, 상기 배터리의 충전 시간을 카운트하여 상기 판정회로에 신호를 출력하는 카운터 회로와, 상기 안테나로부터 출력된 신호를 변조하는 변조회로를 포함하고,상기 변조회로는, 상기 판정회로에 의해 상기 배터리가 충전 상태인 것으로 판정된 때는, 상기 안테나로부터 출력된 신호를 변조하여 제 1 신호로 하고, 상기 판정회로에 의해 상기 배터리가 비충전 상태인 것으로 판정된 때는, 상기 안테나로부터 출력된 신호를 변조하여 제 2 신호로 하고, 또는, 상기 충전 관리회로로부터의 신호에 따라 상기 안테나로부터 출력된 신호를 변조하여 제 3 신호로 하는, 축전장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 전원회로는 부하에 공급하는 전력을 제어하고, 상기 충전 제어회로는 상기 배터리의 충전을 제어하는, 축전장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 충전 제어회로는 레귤레이터 및 다이오드를 포함하는, 축전장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 충전 제어회로는 레귤레이터 및 스위치를 포함하고,상기 스위치는, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 충전 상태인 것으로 판단된 때, 도통 상태가 되고, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 비충전 상태인 것으로 판단된 때, 비도통 상태가 되는, 축전장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 전원회로는 레귤레이터 및 스위치를 포함하고,상기 스위치는, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 충전 상태인 것으로 판단된 때, 비도통 상태가 되고, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 비충전 상태인 것으로 판단된 때, 도통 상태가 되는, 축전장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 전원회로는 슈미트 트리거와, 레귤레이터, 및 스위치를 포함하고,상기 스위치는, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 충전 상태인 것으로 판단된 때, 비도통 상태가 되고, 상기 판정회로에 의해 상기 스위치가 비충전 상태인 것으로 판단된 때, 도통 상태가 되는, 축전장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 전원회로는 부하에 공급하는 전력을 제어하고, 상기 부하는 신호 처리회로이며,상기 신호 처리회로는 증폭기, 변조회로, 복조회로, 논리회로, 메모리 컨트 롤 회로, 및 메모리 회로를 포함하는, 축전장치.
- 제 23 항에 있어서, 상기 축전장치는 IC 라벨, IC 태그, IC 카드 중의 어느 하나인, 축전장치.
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