KR20210092749A - 전지 보호 회로, 축전 장치, 및 전기 기기 - Google Patents
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Abstract
신규 구성을 가지는 전지 보호 회로 및 상기 전지 보호 회로를 포함하는 축전 장치를 제공한다. 전지 보호 회로는 전지 셀의 충방전을 제어하기 위한 스위치 회로를 가지고, 스위치 회로는 메커니컬 릴레이와, 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터를 가지고, 스위치 회로는 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전기적인 접속을 제어하는 기능을 가지고, 메커니컬 릴레이는 제 1 단자와 제 2 단자의 전기적인 접속을 차단하는 기능을 가지고, 제 1 트랜지스터는 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 제 1 전류를 흘리는 기능을 가지고, 제 2 트랜지스터는 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 제 2 전류를 흘리는 기능을 가지고, 제 1 전류는 제 2 전류보다 크다.
Description
본 발명의 일 형태는 전지 보호 회로, 축전 장치, 및 전기 기기에 관한 것이다.
축전 장치(배터리, 이차 전지라고도 함)는 소형의 전기 기기부터 자동차에 이르기까지 폭넓은 분야에서 이용되고 있다. 축전 장치는 과방전, 과충전, 과전류, 또는 단락과 같은 충방전 시의 이상을 파악하기 위하여 일반적으로 전지 보호 회로를 포함한다.
전지 보호 회로는 충전 시 또는 방전 시의 이상을 검지하기 위하여 전압이나 전류 등의 데이터를 취득한다. 전지 보호 회로는 관측되는 데이터에 기초하여 충전 경로 또는 방전 경로에 제공되는 스위치의 개폐를 제어하여, 전지 셀의 과충전 또는 과방전을 방지한다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
충전 경로 또는 방전 경로에 제공되는 스위치는 부하에 전류를 흘리지 않을 때에는 전류를 더 확실하게 차단할 수 있는 것이 바람직하다. 또한 충전 경로 또는 방전 경로에 제공되는 스위치는 부하에 전류를 흘릴 때에는 큰 전류를 흘릴 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태는 신규 전지 보호 회로, 축전 장치, 및 전기 기기 등을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 전류를 차단하는 것과 대전류(大電流)를 흘리는 것의 양립이 가능한, 신규 구성을 가지는 전지 보호 회로, 축전 장치, 및 전기 기기 등을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한 본 발명의 일 형태의 과제는 위에 열거한 과제에 한정되지 않는다. 위에 열거한 과제는 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한 다른 과제는 이하에 기재되고 본 항목에서 언급되지 않은 과제이다. 본 항목에서 언급되지 않은 과제는 통상의 기술자라면 명세서 또는 도면 등의 기재로부터 도출할 수 있는 것이며, 이들 기재에서 적절히 추출할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태는 상술한 과제 및/또는 다른 과제 중 적어도 하나의 과제를 해결하는 것이다.
본 발명의 일 형태는 전지 셀의 충방전을 제어하기 위한 스위치 회로를 가지고, 스위치 회로는 메커니컬 릴레이와, 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터를 가지고, 스위치 회로는 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전기적인 접속을 제어하는 기능을 가지고, 메커니컬 릴레이는 제 1 단자와 제 2 단자의 전기적인 접속을 차단하는 기능을 가지고, 제 1 트랜지스터는 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 제 1 전류를 흘리는 기능을 가지고, 제 2 트랜지스터는 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 제 2 전류를 흘리는 기능을 가지고, 제 1 전류는 제 2 전류보다 큰, 전지 보호 회로이다.
본 발명의 일 형태는 전지 셀의 충방전을 제어하기 위한 스위치 회로를 가지고, 스위치 회로는 메커니컬 릴레이와, 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터를 가지고, 스위치 회로는 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전기적인 접속을 제어하는 기능을 가지고, 메커니컬 릴레이는 제 1 단자와 제 2 단자의 전기적인 접속을 차단하는 기능을 가지고, 제 1 트랜지스터는 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 제 1 전류를 흘리는 기능을 가지고, 제 1 트랜지스터는 채널 형성 영역을 가지는 반도체층이 실리콘으로 구성되고, 제 2 트랜지스터는 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 제 2 전류를 흘리는 기능을 가지고, 제 2 트랜지스터는 채널 형성 영역을 가지는 반도체층이 산화물 반도체로 구성되고, 제 1 전류는 제 2 전류보다 큰, 전지 보호 회로이다.
본 발명의 일 형태에 있어서, 제 1 전류 및 제 2 전류는 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터의 소스와 드레인 사이를 흐르는 온 전류인, 전지 보호 회로가 바람직하다.
본 발명의 일 형태에 있어서, 제 1 트랜지스터의 오프 동작 시에 소스와 드레인 사이를 흐르는 제 1 오프 전류는 제 2 트랜지스터의 오프 동작 시에 소스와 드레인 사이를 흐르는 제 2 오프 전류보다 큰, 전지 보호 회로가 바람직하다.
본 발명의 일 형태는 전지 셀의 충방전을 제어하기 위한 스위치 회로를 가지고, 스위치 회로는 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전기적인 접속을 제어하는 기능을 가지고, 스위치 회로는 제 1 트랜지스터를 가지고, 제 1 트랜지스터는 백 게이트 전극을 가지고, 제 1 트랜지스터는 백 게이트 전극에 인가하는 전압을 제어함으로써 온 동작 시에 제 1 단자와 제 2 단자 사이를 흐르는 제 1 전류 및 제 2 전류를 전환할 수 있고, 제 1 전류는 제 2 전류보다 큰, 전지 보호 회로이다.
본 발명의 일 형태는 전지 셀과, 전지 셀의 충방전을 제어하기 위한 스위치 회로를 가지고, 스위치 회로는 메커니컬 릴레이와, 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터를 가지고, 스위치 회로는 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전기적인 접속을 제어하는 기능을 가지고, 메커니컬 릴레이는 제 1 단자와 제 2 단자의 전기적인 접속을 차단하는 기능을 가지고, 제 1 트랜지스터는 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 제 1 전류를 흘리는 기능을 가지고, 제 2 트랜지스터는 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 제 2 전류를 흘리는 기능을 가지고, 제 1 전류는 제 2 전류보다 큰, 축전 장치이다.
본 발명의 일 형태는 전지 셀과, 전지 셀의 충방전을 제어하기 위한 스위치 회로를 가지고, 스위치 회로는 메커니컬 릴레이와, 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터를 가지고, 스위치 회로는 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전기적인 접속을 제어하는 기능을 가지고, 메커니컬 릴레이는 제 1 단자와 제 2 단자의 전기적인 접속을 차단하는 기능을 가지고, 제 1 트랜지스터는 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 제 1 전류를 흘리는 기능을 가지고, 제 1 트랜지스터는 채널 형성 영역을 가지는 반도체층이 실리콘으로 구성되고, 제 2 트랜지스터는 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 제 2 전류를 흘리는 기능을 가지고, 제 2 트랜지스터는 채널 형성 영역을 가지는 반도체층이 산화물 반도체로 구성되고, 제 1 전류는 제 2 전류보다 큰, 축전 장치이다.
본 발명의 일 형태에 있어서, 제 1 전류 및 제 2 전류는 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터의 소스와 드레인 사이를 흐르는 온 전류인, 축전 장치가 바람직하다.
본 발명의 일 형태에 있어서, 제 1 트랜지스터의 오프 동작 시에 소스와 드레인 사이를 흐르는 제 1 오프 전류는 제 2 트랜지스터의 오프 동작 시에 소스와 드레인 사이를 흐르는 제 2 오프 전류보다 큰, 축전 장치가 바람직하다.
본 발명의 일 형태는 전지 셀과, 전지 셀의 충방전을 제어하기 위한 스위치 회로를 가지고, 스위치 회로는 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전기적인 접속을 제어하는 기능을 가지고, 스위치 회로는 제 1 트랜지스터를 가지고, 제 1 트랜지스터는 백 게이트 전극을 가지고, 제 1 트랜지스터는 백 게이트 전극에 인가하는 전압을 제어함으로써 온 동작 시에 제 1 단자와 제 2 단자 사이를 흐르는 제 1 전류 및 제 2 전류를 전환할 수 있고, 제 1 전류는 제 2 전류보다 큰, 축전 장치이다.
본 발명의 일 형태에 있어서, 상기 축전 장치는 스위치 회로를 제어하기 위한 전지 보호 회로와, 전지 셀의 충전 모드를 전환하기 위한 충전 제어 회로를 가지고, 제 1 트랜지스터는 제 1 단자와 제 2 단자 사이를 흐르는 전류량을 제어하는 기능을 가지고, 전지 보호 회로는 충전 제어 회로의 신호에 따라 전류량을 제어하는, 축전 장치가 바람직하다.
본 발명의 일 형태에 있어서, 전지 보호 회로는 충전 모드를 정전류 충전 모드로부터 정전압 충전 모드로 전환하도록 전류량을 제어하는 기능을 가지는, 축전 장치가 바람직하다.
본 발명의 일 형태에 있어서, 제 1 트랜지스터는 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 가지는, 축전 장치가 바람직하다.
본 발명의 일 형태는 위에 기재된 축전 장치와 하우징을 가지는, 전기 기기이다.
또한 그 외의 본 발명의 일 형태에 대해서는 이하의 실시형태에서의 설명 및 도면에 기재되어 있다.
본 발명의 일 형태는 신규 전지 보호 회로, 축전 장치, 및 전기 기기 등을 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태는 전류를 차단하는 것과 대전류를 흘리는 것의 양립이 가능한, 신규 구성을 가지는 전지 보호 회로, 축전 장치, 및 전기 기기 등을 제공할 수 있다. 그러므로 과충전이 되는 전압을 초과하여 충전하는 상태, 또는 과방전 전압을 초과하여 방전하는 상태가 되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 효과는 위에서 열거한 효과에 한정되지 않는다. 위에서 열거한 효과는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한 다른 효과는 이하에 기재되고 본 항목에서는 언급되지 않은 효과이다. 본 항목에서 언급되지 않은 효과는 통상의 기술자라면 명세서 또는 도면 등의 기재에서 도출할 수 있는 것이고, 이들 기재에서 적절히 추출할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태는 위에서 열거한 효과 및/또는 다른 효과 중 적어도 하나의 효과를 가지는 것이다. 따라서 본 발명의 일 형태는 경우에 따라서는 위에서 열거한 효과를 가지지 않는 경우도 있다.
도 1의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 블록도 및 회로도이다.
도 2의 (A), (B), (C), (D)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 도면이다.
도 3의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 회로도이다.
도 4의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 회로도이다.
도 5의 (A), (B), (C), (D)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 회로도이다.
도 6의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 그래프 및 흐름도이다.
도 7의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 그래프 및 흐름도이다.
도 8의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 블록도 및 회로도이다.
도 9의 (A), (B), (C)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 그래프 및 회로도이다.
도 10의 (A), (B), (C)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 그래프 및 회로도이다.
도 11의 (A), (B), (C)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 회로도이다.
도 12의 (A), (B), (C), (D)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 도면이다.
도 13은 반도체 장치의 구성을 설명하는 단면 모식도이다.
도 14는 반도체 장치의 구성을 설명하는 단면 모식도이다.
도 15의 (A), (B), (C)는 반도체 장치의 구성을 설명하는 단면 모식도이다.
도 16의 (A), (B)는 전자 부품의 제작 공정을 나타낸 흐름도 및 사시 모식도이다.
도 17의 (A), (B), (C)는 본 발명의 일 형태의 전기 기기를 설명하는 도면이다.
도 18의 (A), (B), (C)는 본 발명의 일 형태의 전기 기기를 설명하는 도면이다.
도 19의 (A), (B), (C)는 본 발명의 일 형태의 전기 기기를 설명하는 도면이다.
도 20의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태의 전기 기기를 설명하는 도면이다.
도 21의 (A), (B), (C)는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 23의 (A), (B), (C), (D), (E)는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 24의 (A), (B)는 본 발명의 실시예를 설명하는 레이아웃도이다.
도 25의 (A), (B)는 본 발명의 실시예를 설명하는 레이아웃도이다.
도 26의 (A), (B)는 본 발명의 실시예를 설명하는 사시도 및 회로도이다.
도 27은 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 28은 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 29는 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 30은 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 31은 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 32는 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 33은 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 34는 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 35는 들쭉날쭉양의 채널 길이 및 채널 폭 의존성을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
도 36의 (A), (B)는 1/f 노이즈 측정 시스템을 사용하여 얻어진 결과를 나타낸 도면이다.
도 37은 들쭉날쭉양과 1/f 노이즈의 상관을 설명하는 도면이다.
도 38의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 블록도 및 그래프이다.
도 2의 (A), (B), (C), (D)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 도면이다.
도 3의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 회로도이다.
도 4의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 회로도이다.
도 5의 (A), (B), (C), (D)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 회로도이다.
도 6의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 그래프 및 흐름도이다.
도 7의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 그래프 및 흐름도이다.
도 8의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 블록도 및 회로도이다.
도 9의 (A), (B), (C)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 그래프 및 회로도이다.
도 10의 (A), (B), (C)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 그래프 및 회로도이다.
도 11의 (A), (B), (C)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 회로도이다.
도 12의 (A), (B), (C), (D)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 도면이다.
도 13은 반도체 장치의 구성을 설명하는 단면 모식도이다.
도 14는 반도체 장치의 구성을 설명하는 단면 모식도이다.
도 15의 (A), (B), (C)는 반도체 장치의 구성을 설명하는 단면 모식도이다.
도 16의 (A), (B)는 전자 부품의 제작 공정을 나타낸 흐름도 및 사시 모식도이다.
도 17의 (A), (B), (C)는 본 발명의 일 형태의 전기 기기를 설명하는 도면이다.
도 18의 (A), (B), (C)는 본 발명의 일 형태의 전기 기기를 설명하는 도면이다.
도 19의 (A), (B), (C)는 본 발명의 일 형태의 전기 기기를 설명하는 도면이다.
도 20의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태의 전기 기기를 설명하는 도면이다.
도 21의 (A), (B), (C)는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 23의 (A), (B), (C), (D), (E)는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 24의 (A), (B)는 본 발명의 실시예를 설명하는 레이아웃도이다.
도 25의 (A), (B)는 본 발명의 실시예를 설명하는 레이아웃도이다.
도 26의 (A), (B)는 본 발명의 실시예를 설명하는 사시도 및 회로도이다.
도 27은 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 28은 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 29는 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 30은 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 31은 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 32는 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 33은 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 34는 본 발명의 실시예를 설명하는 그래프이다.
도 35는 들쭉날쭉양의 채널 길이 및 채널 폭 의존성을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
도 36의 (A), (B)는 1/f 노이즈 측정 시스템을 사용하여 얻어진 결과를 나타낸 도면이다.
도 37은 들쭉날쭉양과 1/f 노이즈의 상관을 설명하는 도면이다.
도 38의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태를 설명하는 블록도 및 그래프이다.
아래에서 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 다만 실시형태는 많은 상이한 형태로 실시할 수 있고, 취지 및 그 범위로부터 벗어나지 않고 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 용이하게 이해된다. 따라서 본 발명은 아래의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한 본 명세서 등에서 '제 1', '제 2' 및 '제 3'이라는 서수사는 구성요소의 혼동을 피하기 위하여 붙인 것이다. 따라서 구성요소의 수를 한정하는 것은 아니다. 또한 구성요소의 순서를 한정하는 것은 아니다. 또한 예를 들어 본 명세서 등의 한 실시형태에서 '제 1'이라고 언급된 구성요소가 다른 실시형태 또는 청구범위에서 '제 2'라고 언급된 구성요소가 될 수도 있다. 또한 예를 들어 본 명세서 등의 한 실시형태에서 '제 1'이라고 언급된 구성요소를 다른 실시형태 또는 청구범위에서 생략할 수도 있다.
또한 도면에서 동일한 요소 또는 같은 기능을 가지는 요소, 동일한 재질의 요소, 또는 동시에 형성되는 요소 등에는 동일한 부호를 붙이는 경우가 있고, 그 반복 설명은 생략하는 경우가 있다.
(실시형태 1)
본 발명의 일 형태인 전지 보호 회로 및 상기 전지 보호 회로를 포함하는 축전 장치의 구성에 대하여 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한다.
도 1의 (A)에는 전지 보호 회로를 포함하는 축전 장치의 블록도의 일례를 나타내었다. 도 1에 나타낸 축전 장치(10)는 전지 셀(11), 전지 보호 회로(12), 및 스위치 회로(13)를 가진다.
축전 장치(10)에서는 단자(14)와 단자(15) 사이에, 충전을 수행하기 위한 충전 회로 및/또는 전력을 공급하는 부하가 제공된다. 충전 회로는 전지 셀의 충전을 수행하기 위한 전류(충전 전류)를 공급하는 회로이다. 부하는 전지 셀이 방전함으로써 흐르는 전류(방전 전류)로 구동하는 회로이다.
전지 셀(11)을 단체(單體)의 전지 셀인 것으로 하여 설명하지만 복수의 전지 셀을 조합한 것이어도 좋다. 또한 전지 셀(11)을 리튬 이온 이차 전지 셀인 것으로 하여 설명하지만 리튬 이온 이차 전지 셀에 한정되지 않고, 이차 전지의 양극 재료로서 예를 들어 원소 A, 원소 X, 및 산소를 가지는 재료를 사용할 수 있다. 원소 A는 1족 원소 및 2족 원소에서 선택되는 하나 이상이다. 1족 원소로서 예를 들어 리튬, 소듐, 포타슘 등의 알칼리 금속을 사용할 수 있다. 또한 2족 원소로서 예를 들어 칼슘, 베릴륨, 마그네슘 등을 사용할 수 있다. 원소 X로서 예를 들어 금속 원소, 실리콘, 및 인에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한 원소 X는 코발트, 니켈, 망가니즈, 철, 및 바나듐에서 선택되는 하나 이상이다. 대표적으로는 리튬 코발트 복합 산화물(LiCoO3)이나, 인산 철 리튬(LiFePO4)을 들 수 있다.
전지 보호 회로(12)는 충전 전류 및 방전 전류를 제어하기 위한 스위치 회로(13)를 제어하기 위한 신호(DE) 및 신호(CE)를 생성하는 기능을 가진다. 예를 들어 신호(DE)(복수인 경우에는 신호(DE1, DE2)라고 함)는 방전을 제어하기 위한 신호이다. 또한 신호(CE)(복수인 경우에는 신호(CE1, CE2)라고 함)는 충전을 제어하기 위한 신호이다. 전지 보호 회로(12)는 단자(14)와 단자(15) 사이를 흐르는 전류, 또는 단자 간의 전압(예를 들어 단자(14)의 전압(VH))을 감시하고, 얻어진 전압에 따라 신호(DE) 및 신호(CE)를 생성하는 기능을 가진다.
스위치 회로(13)는 전지 셀(11)에 대하여 직렬로 제공된다. 스위치 회로(13)는 신호(DE) 및 신호(CE)에 따라, 축전 장치(10)를 흐르는 충전 전류 및 방전 전류를 제어하는 기능을 가진다. 구체적으로는 단자(16)와 단자(17) 사이의 전기적인 접속을 제어하는 기능을 가진다. 또한 스위치 회로(13)는 전지 보호 회로(12)와 협동하여 전지 셀(11)의 과전류 또는 과전압을 방지하도록 동작한다. 그러므로 본 명세서 및 도면에서 전지 보호 회로(12) 및 스위치 회로(13)를 통틀어 전지 보호 회로라고 부르는 경우도 있다. 이 경우 스위치 회로(13)는 전지 보호 회로(12)에 포함되는 것으로 하여 설명하는 경우가 있다.
도 1의 (B)는 스위치 회로(13)의 구체적인 예를 나타내는 회로이다. 도 1의 (B)에 나타낸 스위치 회로(13)는 메커니컬 릴레이(21), 메커니컬 릴레이(22), 트랜지스터(23), 및 트랜지스터(24)를 가진다. 메커니컬 릴레이(21), 메커니컬 릴레이(22), 트랜지스터(23), 및 트랜지스터(24)는 신호(DE) 또는 신호(CE)에 따라 개별적으로 온 또는 오프가 제어된다.
메커니컬 릴레이(21, 22)(기계식 릴레이)는 접점을 가지고, 전자(電磁) 작용에 의하여 기계적으로 접점을 개폐시켜 전류를 차단할지 여부를 제어하는 기능을 가진다. 메커니컬 릴레이(21, 22)는, 전기 신호를 받아 기계적인 움직임으로 바꾸는 코일부와, 전기를 개폐 동작으로 변환하는 접점부를 가진다. 메커니컬 릴레이(21, 22)에서는 코일부와 접점부가 물리적으로 떨어져 있기 때문에, 2개의 단자 간의 절연성을 확보할 수 있다. 즉 메커니컬 릴레이(21, 22)를 오프로 전환하였을 때 흐르는 전류를 없앨 수 있다. 또한 메커니컬 릴레이(21, 22)는 2개의 단자 간의 전기적인 접속을 전환하는 기능을 가지기 때문에 도면 등에서는 스위치로서 도시하였다.
트랜지스터(23)는 채널 형성 영역을 가지는 반도체층이 실리콘으로 구성되는 트랜지스터(Si 트랜지스터라고 함)이다. Si 트랜지스터의 재료로서는 단결정 실리콘 및 비단결정 실리콘(예를 들어 다결정 실리콘 등)을 사용할 수 있다. Si 트랜지스터에 단결정 실리콘을 사용하는 경우, 온 시에 소스와 드레인 사이를 흐르는 전류(온 전류라고도 함)를 크게 할 수 있다. 또한 반도체층의 재료로서는 실리콘 외에, 저마늄(Ge) 등의 반도체, GaAs, InP, SiC, ZnSe, GaN, SiGe 등의 화합물 반도체도 사용할 수 있다. 또한 트랜지스터(23)는 부하에 전류를 흘리도록 설계된 트랜지스터로서의 기능을 가지고, 파워 MOSFET라고 부르는 경우도 있다.
트랜지스터(24)는 채널 형성 영역을 가지는 반도체층이 산화물 반도체로 구성되는 트랜지스터(OS 트랜지스터라고 함)이다. 산화물 반도체는 캐리어 밀도를 작게 함으로써 오프 시에 소스와 드레인 사이를 흐르는 전류(오프 전류, 또는 누설 전류라고도 함)를 매우 낮게 할 수 있다. OS 트랜지스터의 자세한 사항에 대해서는 아래의 실시형태에서 설명한다. 또한 도 1의 (B)에서는 트랜지스터(24)를 백 게이트를 가지는 회로 기호로 도시하였지만, 백 게이트를 가지지 않은 구조이어도 좋다. 또한 트랜지스터(24)는 부하에 전류를 흘리도록 설계된 트랜지스터로서의 기능을 가지고, 파워 MOSFET라고 부르는 경우도 있다.
OS 트랜지스터는 Si 트랜지스터를 사용한 회로 위 등에 적층함으로써 자유로이 배치할 수 있으므로 집적화를 용이하게 수행할 수 있다. 또한 OS 트랜지스터는 Si 트랜지스터와 같은 제조 장치를 사용하여 제작할 수 있으므로 저비용으로 제작할 수 있다.
또한 OS 트랜지스터는 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극에 더하여 백 게이트 전극을 포함하면, 4단자의 반도체 소자로 할 수 있다. 게이트 전극 또는 백 게이트 전극에 인가하는 전압에 따라, 소스와 드레인 사이를 흐르는 신호의 입출력을 독립적으로 제어할 수 있는 전기 회로망을 구성할 수 있다. 그래서 LSI와 같은 사상으로 회로 설계를 수행할 수 있다. 그리고 OS 트랜지스터는 고온 환경하에서 Si 트랜지스터보다 뛰어난 전기 특성을 가진다. 구체적으로는 100℃ 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 125℃ 이상 150℃ 이하로 높은 온도에서도 온 전류와 오프 전류의 비가 크기 때문에 양호한 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
다음으로 도 2의 (A) 내지 (D), 도 3의 (A) 및 (B), 그리고 도 4의 (A) 및 (B)에 나타낸 회로도를 사용하여, 도 1의 (B)에 도시한 스위치 회로(13)의 동작에 대하여 설명한다.
도 2의 (A)는 축전 장치(10)가 취할 수 있는 3개의 상태를 설명하기 위한 도면이다. 기간(T1)은 부하에 대전류를 흘리도록 스위치 회로(13)를 전환하는 기간에 상당한다. 기간(T2)은 부하에 전류를 흘리는 제어를 수행하는 제어와 스위치 회로(13)에 흐르는 전류를 매우 낮게 하는 제어를 전환할 수 있는 기간에 상당한다. 기간(T3)은 스위치 회로(13)의 단자 간(단자(16, 17))에 흐르는 전류를 매우 낮게 하도록 제어하는 기간에 상당한다.
도 2의 (B)는 기간(T1)에서의 동작에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 기간(T1)에서는 메커니컬 릴레이(21)를 온으로 하는 구성으로 한다. 기간(T1)에서는 메커니컬 릴레이(22) 및 트랜지스터(24)를 오프로 한다.
메커니컬 릴레이(21), 메커니컬 릴레이(22), 및 트랜지스터(24)를 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이 전환함으로써, 스위치 회로(13)는 트랜지스터(23)의 온 또는 오프에 따라 전류를 차단하는 제어를 할 수 있다. 즉 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(23)가 온일 때에는 Si 트랜지스터인 트랜지스터(23)에 전류(I23_ON)를 흘릴 수 있다. 이때 메커니컬 릴레이(22) 및 트랜지스터(24)는 오프이기 때문에 트랜지스터(24)를 흐르는 전류(I24_OFF)가 매우 작다. 한편 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(23)가 오프일 때에는 Si 트랜지스터인 트랜지스터(23)에 오프 전류인 전류(I23_OFF)가 흐른다. 이때 메커니컬 릴레이(22) 및 트랜지스터(24)는 오프이기 때문에 트랜지스터(24)를 흐르는 오프 전류인 전류(I24_OFF)가 매우 낮다.
도 2의 (C)는 기간(T2)에서의 동작에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 기간(T2)에서는 메커니컬 릴레이(22)를 온으로 하는 구성으로 한다. 기간(T2)에서는 메커니컬 릴레이(21) 및 트랜지스터(23)를 오프로 한다.
메커니컬 릴레이(21), 메커니컬 릴레이(22), 및 트랜지스터(23)를 도 2의 (C)에 도시된 바와 같이 전환함으로써, 스위치 회로(13)는 트랜지스터(24)의 온 또는 오프에 따라 전류를 차단하는 제어를 할 수 있다. 즉 도 4의 (A)에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(24)가 온일 때에는 OS 트랜지스터인 트랜지스터(23)에 전류(I24_ON)를 흘릴 수 있다. 이때 메커니컬 릴레이(21)는 오프이기 때문에 트랜지스터(24)를 흐르는 전류(I23_OFF)가 매우 작다. 한편 트랜지스터(24)는 OS 트랜지스터이기 때문에, 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이 트랜지스터(24)가 오프일 때에는 흐르는 오프 전류인 전류(I24_OFF)를 매우 낮게 할 수 있다. 이때 메커니컬 릴레이(21)는 오프이기 때문에 트랜지스터(23)를 흐르는 전류(I23_OFF)가 매우 작다.
도 2의 (D)는 기간(T3)에서의 동작에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 기간(T3)에서는 메커니컬 릴레이(21, 22)를 모두 오프로 하는 구성으로 한다. 그러므로 트랜지스터(23)를 흐르는 전류(I23_OFF) 및 전류(I24_OFF)가 모두 매우 작게 된다.
본 발명의 일 형태는 메커니컬 릴레이(21)와 트랜지스터(23)를 통하여 전류를 흘리는 구성으로 한다. 트랜지스터(23)는 반도체층에 단결정 실리콘을 가지는 Si 트랜지스터로 함으로써 온 전류를 크게 할 수 있다. 메커니컬 릴레이(21)에 의하여 2개의 단자 간의 절연성을 확보할 수 있기 때문에, 트랜지스터(23)의 오프 전류에 상관없이 단자 간을 흐르는 전류를 매우 낮은 상태로 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태는 메커니컬 릴레이(22)와 트랜지스터(24)를 통하여 전류를 흘리는 구성으로 한다. 트랜지스터(24)는 반도체층에 산화물 반도체를 가지는 OS 트랜지스터로 함으로써 오프 전류를 매우 낮게 할 수 있다. 메커니컬 릴레이(22)에 의하여 2개의 단자 간의 절연성을 확보할 수 있기 때문에, 트랜지스터(24)의 오프 전류에 상관없이 오프 상태에서의 단자 간을 흐르는 전류를 매우 낮은 상태로 할 수 있다. 그러므로 전기 특성이 다른 트랜지스터를 전환하여 사용함으로써, 스위치 회로를 흐르는 전류를 차단하는 것과 부하에 대하여 대전류를 공급하는 것의 양립이 가능하다.
본 발명의 일 형태의 구성과 같이, 메커니컬 릴레이와 전기 특성이 다른 트랜지스터를 전환하여 동작시키는 구성으로 함으로써, 메커니컬 릴레이 개폐의 전환 빈도를 억제할 수 있다. 이에 더하여, 부하에 대한 대전류의 공급, 및 매우 낮은 오프 전류를 이용한 단자 간을 흐르는 전류의 차단을 수행할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 구성으로 함으로써, 전지 셀에 대한 충전을 단시간에 수행하는 것, 또는 부하에 대전류를 흘리는 것이 가능하게 된다. 이에 더하여, 본 발명의 일 형태의 구성으로 함으로써, 오프 전류의 영향을 받는 일 없이 전류의 공급과 차단을 전환하여 동작시킬 수 있기 때문에, 과충전이 되는 전압을 초과하여 충전하는 상태, 또는 과방전 전압을 초과하여 방전하는 상태가 되는 것을 더 확실하게 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태로서 설명한 도 1의 (B)의 스위치 회로(13)의 구성은 다른 구성이어도 좋다. 예를 들어 도 5의 (A)에 도시한 스위치 회로의 구성이어도 좋다.
도 5의 (A)에 나타낸 스위치 회로(13A)는 트랜지스터(31), 트랜지스터(32), 및 메커니컬 릴레이(33)를 가진다. 도 5의 (A)에 도시한 스위치 회로(13A)의 구성은 도 1의 (B)의 스위치 회로(13)의 구성에 비하여 단자(16)와 단자(17) 사이에서 메커니컬 릴레이를 1개 삭감할 수 있다.
도 5의 (B) 내지 (D)는 도 2의 (B) 내지 (D)와 마찬가지로, 축전 장치(10)가 취할 수 있는 3개의 상태에 대응하여 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (B)에서는 부하에 대전류를 흘리도록 스위치 회로(13A)를 전환하는 기간(T1)에 상당하는 동작을 설명한다. 도 5의 (B)에서는 메커니컬 릴레이(33)를 온으로 하는 구성으로 하고, 트랜지스터(31)를 온 또는 오프로 함으로써, 스위치 회로(13A)의 단자 간을 흐르는 전류를 제어한다. 또한 기간(T1)에서는 트랜지스터(32)를 오프로 한다.
도 5의 (B)에 도시된 바와 같이, 스위치 회로(13A)는 트랜지스터(31)의 온 또는 오프에 따라 전류를 차단하는 제어를 할 수 있다. 즉 트랜지스터(31)를 온으로 함으로써, Si 트랜지스터인 트랜지스터(31)에 전류(I31_ON)를 흘릴 수 있다. 이때 메커니컬 릴레이(33)에는 트랜지스터(31)를 흐르는 전류와 같은 크기의 전류(I33_ON)가 흐른다.
또한 도 5의 (C)에서는 부하에 전류를 흘리는 제어를 수행하는 제어와 스위치 회로(13A)에 흐르는 전류를 매우 낮게 하는 제어를 전환할 수 있는 기간(T2)에 상당하는 동작을 설명한다. 도 5의 (C)에서는 트랜지스터(31)를 온으로 하는 구성으로 하고, 트랜지스터(32)를 온 또는 오프로 함으로써, 스위치 회로(13A)의 단자 간을 흐르는 전류를 제어한다. 또한 기간(T2)에서는 메커니컬 릴레이(33)를 오프로 하고, 트랜지스터(31)를 온으로 한다. 이때 트랜지스터(31)에는 트랜지스터(32)를 흐르는 전류와 같은 크기의 전류(I31_ON)가 흐른다.
도 5의 (C)에 도시된 바와 같이, 스위치 회로(13A)는 트랜지스터(32)의 온 또는 오프에 따라 전류를 차단하는 제어를 할 수 있다. 즉 트랜지스터(32)를 온으로 함으로써, OS 트랜지스터인 트랜지스터(32)에 전류(I32_ON)를 흘릴 수 있다. 또한 오프 전류가 매우 낮은 OS 트랜지스터인 트랜지스터(32)를 오프로 함으로써, 단자(16)와 단자(17) 사이의 전류의 차단을 수행한다.
또한 도 5의 (D)에서는 스위치 회로(13A)의 단자 간(단자(16, 17))에 흐르는 전류를 매우 낮게 하도록 제어하는 기간(T3)에 상당하는 동작을 설명한다. 도 5의 (D)에서는 트랜지스터(31, 32) 및 메커니컬 릴레이(33)를 오프로 하여, 스위치 회로(13A)의 단자 간을 흐르는 전류를 제어한다.
도 5의 (D)에 도시된 바와 같이, 스위치 회로(13A)는 트랜지스터(32)의 오프 및 메커니컬 릴레이(33)의 오프에 따른 전류(전류(I32_OFF), 전류(I33_OFF))의 차단을 수행할 수 있다. 즉 오프 전류가 매우 낮은 OS 트랜지스터인 트랜지스터(32)와, 메커니컬 릴레이(33)의 오프를 조합함으로써, 스위치 회로(13A)의 단자 간을 흐르는 전류를 차단할 수 있다.
도 5의 (B) 내지 (D)와 같이 동작시킴으로써 도 2의 (B) 내지 (D)와 같은 작용 효과를 나타낼 수 있다. 도 5의 (A)의 구성과 같이, 메커니컬 릴레이와 전기 특성이 다른 트랜지스터를 전환하여 동작시키는 구성으로 함으로써, 메커니컬 릴레이 개폐의 전환 빈도를 억제할 수 있다. 이에 더하여, 부하에 대한 대전류의 공급, 및 매우 낮은 오프 전류를 이용한 단자 간을 흐르는 전류의 차단을 수행할 수 있다.
또한 도 5의 (A)의 구성으로 함으로써, 전지 셀에 대한 충전을 단시간에 수행하는 것, 또는 부하에 대전류를 흘리는 것이 가능하게 된다. 이에 더하여, 본 발명의 일 형태의 구성으로 함으로써, 오프 전류의 영향을 받는 일 없이 전류의 공급과 차단을 전환하여 동작시킬 수 있기 때문에, 과충전이 되는 전압을 초과하여 충전하는 상태, 또는 과방전 전압을 초과하여 방전하는 상태가 되는 것을 더 확실하게 방지할 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)에서 설명한 축전 장치(10)에서의, 전지 셀(11)의 과충전 시의 스위치 회로(13)의 제어에 대하여 도 6의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
도 6의 (A)는 과충전 시의 단자(14) 측의 전압(VH)의 변화를 모식적으로 나타낸 그래프이다. 충전 시, 전압(VH)은 상승하여, 시각(t1)에서 전압(V1)이 되고, 시각(t2)에서 전압(V2)이 된다. 전압(V1)은 이 전압을 초과하면 충전이 완료되었다고 판정되도록 설정되는 전압에 상당한다. 전압(V2)은 전압(1)보다 높은 전압이다.
도 6의 (B)는 도 6의 (A)에 나타낸 전압의 변화 시의 스위치 회로(13)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
전지 보호 회로(12)는 충전 시의 초기 상태에서 스위치 회로(13)의 메커니컬 릴레이(21)(도면에서는 생략하여 SW21이라고 기재함)를 온으로 하고, 트랜지스터(23)(도면에서는 생략하여 Tr23이라고 기재함)를 온으로 하는 제어를 수행한다(단계 S001). 상기 제어는 도 2의 (A) 내지 (D)에서 설명한 기간(T1)의 동작에 상당한다.
전지 보호 회로(12)는, 전압(VH)의 상승에 따라 전압(VH)이 전압(V1)을 상회할지 여부를 검출함으로써, 만충전을 판정한다(단계 S002). 전압(VH)이 전압(V1)을 초과한 경우, 다음 상태로 이행한다.
단계 S002에서 만충전이 된 것으로 판정된 경우, 전지 보호 회로(12)는 트랜지스터(23)를 오프로 하는 제어를 수행한다(단계 S003). 상술한 바와 같이, 트랜지스터(23)는 Si 트랜지스터이고 오프로 전환하여도 오프 전류가 흐르기 때문에, 전압(VH)은 계속 상승된다.
전지 보호 회로(12)는, 전압(VH)의 상승에 따라 전압(VH)이 전압(V2)을 상회한 것을 검출함으로써 충전이 완료되었다고 판정한다(단계 S004). 전압(VH)이 전압(V2)을 초과한 경우, 다음 상태로 이행한다.
단계 S004에서 충전이 완료되었다고 판정된 경우, 전지 보호 회로(12)는 메커니컬 릴레이(21)를 오프로 하고, 메커니컬 릴레이(22)(도면에서는 생략하여 SW22라고 기재함)를 온으로 하고, 트랜지스터(24)(도면에서는 생략하여 Tr24라고 기재함)를 오프로 하는 제어를 수행한다(단계 S005). 상기 제어는 도 2의 (A) 내지 (D)에서 설명한 기간(T2)의 동작에 상당한다. 상술한 바와 같이, 트랜지스터(24)는 OS 트랜지스터이고 오프로 전환하였을 때의 오프 전류를 매우 낮게 할 수 있기 때문에, 전압(VH)의 상승을 억지할 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)에서 설명한 축전 장치(10)에서의, 전지 셀(11)의 충전 시작 시의 스위치 회로(13)의 제어에 대하여 도 7의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
도 7의 (A)는 충전 시작 시의 단자(14) 측의 전압(VH)의 변화를 모식적으로 나타낸 그래프이다. 충전을 시작하기 전에는, 부하에 전류를 흘리는 등의 방전 동작에 의하여 전압(VH)이 저하한다. 시각(t3)에서 전압(V3)이 되면 충전을 시작한다. 시각(t4)에서 다시 전압(V2)이 되고 충전이 완료된다. 한편 방전 동작에 의한 전압 강하의 영향으로 전압(VH)이 더 저하하는 경우, 시각(t5)에서 전압(V4)이 된다. 전압(V3)은 전압(2)보다 낮은 전압이다. 전압(V4)은 전압(3)보다 낮은 전압이다.
도 7의 (B)는 도 7의 (A)에 나타낸 전압의 변화 시의 스위치 회로(13)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
전지 보호 회로(12)는 방전 동작에 의하여 스위치 회로(13)의 메커니컬 릴레이(22)를 온으로 하고, 트랜지스터(24)를 오프로 하는 제어를 수행한다(단계 S006). 상기 제어는 도 2의 (A) 내지 (D)에서 설명한 기간(T2)의 동작에 상당한다. 상술한 바와 같이, 트랜지스터(24)는 OS 트랜지스터이고 오프로 전환하였을 때의 오프 전류를 매우 낮게 할 수 있기 때문에, 전압(VH)의 저하를 억지할 수 있다.
전지 보호 회로(12)는, 전압(VH)의 하강에 따라 전압(VH)이 전압(V3)을 하회한 것을 검출함으로써 충전이 시작되었다고 판정한다(단계 S007). 전압(VH)이 전압(V2)을 초과한 경우, 다음 상태로 이행한다.
단계 S007에서 충전이 시작되었다고 판정된 경우, 전지 보호 회로(12)는 트랜지스터(24)를 온으로 하는 제어를 수행한다(단계 S008). 상기 제어는 도 2의 (A) 내지 (D)에서 설명한 기간(T2)의 동작에 상당한다.
전지 보호 회로(12)는, 트랜지스터(24)를 온으로 함으로써 전압(VH)이 상승되어 전압(V2)을 상회할지 여부를 검출함으로써, 충전 완료를 판정한다(단계 S009). 전압(VH)이 전압(V2)을 초과한 경우, 트랜지스터(24)를 오프로 하는 제어를 수행한다(단계 S010). 상술한 바와 같이, 트랜지스터(24)는 OS 트랜지스터이고 오프로 전환하였을 때의 오프 전류를 매우 낮게 할 수 있기 때문에, 전압(VH)의 상승을 억지할 수 있다.
전지 보호 회로(12)는, 트랜지스터(24)를 온으로 하였을 때 전압(VH)이 상승하지 않고 전압(V3)으로부터 더 하강하는 경우에 전압(VH)이 전압(V4)을 하회할지 여부를 판정한다(단계 S011). 전압(VH)이 전압(V4)을 하회한 경우, 전지 보호 회로(12)는 메커니컬 릴레이(21)를 온으로 하고, 메커니컬 릴레이(22)를 오프로 하고, 트랜지스터(23)를 온으로 하는 제어를 수행한다(단계 S012). 상기 제어는 도 2의 (A) 내지 (D)에서 설명한 기간(T1)의 동작에 상당한다. 상술한 바와 같이, 트랜지스터(23)는 Si 트랜지스터이고 온으로 전환하였을 때의 전류를 OS 트랜지스터를 흐르는 전류에 비하여 크게 할 수 있기 때문에, 방전 동작에 의한 전압 강하가 큰 경우에도 전압(VH)을 상승시킬 수 있다.
또한 도 1의 (A)에 도시한 축전 장치(10)의 구성에 있어서, 스위치 회로(13)를 사용하여 충전과 방전의 제어를 전환하는 구성으로 하는 경우, 일례로서 도 8의 (A), (B)의 구성으로 하면 좋다.
도 8의 (A)는 축전 장치(10A)의 블록도이다. 축전 장치(10A)와 도 1의 (A)에 나타낸 축전 장치(10)의 차이점은 전지 보호 회로(12A) 내에, 단자(14)와 단자(15) 사이의 전압을 검출하기 위한 전압 검출 회로(18), 및 충전과 방전의 제어를 전환하기 위한 충방전 전환 회로(30)를 포함하는 점이다. 전압 검출 회로(18)는 단자(14)와 단자(15) 사이의 전압에 따라, 충방전 전환 회로(30)를 제어하기 위한 신호(DE), 신호(CE)를 생성하는 기능을 가진다.
도 8의 (B)는 도 8의 (A)에서 도시한 충방전 전환 회로(30)의 구성예를 나타낸 도면이다. 단자(16)와 단자(17) 사이에는 스위치 회로(13D)와, 스위치 회로(13C)와, 다이오드 소자(41)를 포함한다. 스위치 회로(13D)의 제어에 따라 전지 셀(11)의 방전이 제어된다. 스위치 회로(13C)의 제어에 따라 전지 셀(11)의 충전이 제어된다. 또한 도 8의 (B)에서는 다이오드 소자(41)를 회로도 상에 도시하였지만 Si 트랜지스터에 기생하여 제공되는 다이오드 접합을 이용함으로써 생략할 수도 있다.
도 8의 (A) 및 (B)에서 설명한 축전 장치(10A)에 있어서, 전지 셀(11)이 방전하는 동작부터 충전되는 동작으로 바뀌는 과정(충전 시작 시라고 함)에서의, 스위치 회로(13C 및 13D)를 가지는 충방전 전환 회로(30)의 제어에 대하여 도 9의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
도 9의 (A)는 충전 시작 시의 단자(14) 측의 전압(VH)의 변화를 모식적으로 나타낸 그래프이다. 도 9의 (A)에서는, 전압(VH)이 부하로의 방전(방전 동작)에 의하여 하강하고, 과방전 상태가 되기 직전의 시각(t6)에서 부하로의 방전을 정지(정지 동작)한 후, 시각(t7)에서 충전(충전 동작)을 시작하고 전압(VH)이 상승하는 상태를 도시하였다.
또한 도 9의 (B)는 도 9의 (A)에서의 충전 동작 시의 충방전 전환 회로(30)를 흐르는 전류를 점선 화살표로 가시화하여 나타낸 도면이다. 도 9의 (B)에 도시된 바와 같이, 스위치 회로(13C 및 13D)를 모두 온으로 하여 전류를 흘린다.
또한 도 9의 (C)는 도 9의 (A)에서의 정지 동작 시의 충방전 전환 회로(30)의 상태를 나타낸 도면이다. 도 9의 (C)에 도시된 바와 같이, 스위치 회로(13D)에서 메커니컬 릴레이(21, 22)를 모두 오프로 하여, 흐르는 전류(I21_OFF, I22_OFF)를 매우 낮게 한다. 상기 구성으로 함으로써 과방전으로 인한 전지 셀(11)의 열화를 억제할 수 있다. 또한 트랜지스터(24)의 오프 전류가 낮은 것을 이용하여, 메커니컬 릴레이를 온으로 하여도 좋다.
또한 도 8의 (A) 및 (B)에서 설명한 축전 장치(10A)에 있어서, 전지 셀(11)의 방전 시작 시의, 스위치 회로(13C 및 13D)를 가지는 충방전 전환 회로(30)의 제어에 대하여 도 10의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
도 10의 (A)는 충전하는 동작부터 방전하는 동작으로 바뀌는 과정(방전 시작 시라고 함)의 단자(14) 측의 전압(VH)의 변화를 모식적으로 나타낸 그래프이다. 도 10의 (A)에서는, 전압(VH)이 전지 셀(11)로의 방전(충전 동작)에 의하여 상승하고, 과충전 상태가 되기 직전의 시각(t8)에서 전지 셀(11)로의 방전을 정지(정지 동작)한 후, 시각(t9)에서 방전(방전 동작)을 시작하고 전압(VH)이 하강하는 상태를 도시하였다.
또한 도 10의 (B)는 도 10의 (A)에서의 방전 동작 시의 충방전 전환 회로(30)를 흐르는 전류를 점선 화살표로 가시화하여 나타낸 도면이다. 도 10의 (B)에 도시된 바와 같이, 스위치 회로(13C 및 13D)를 모두 온으로 하여 전류를 흘린다.
또한 도 10의 (C)는 도 10의 (A)에서의 정지 동작 시의 충방전 전환 회로(30)의 상태를 나타낸 도면이다. 도 10의 (C)에 도시된 바와 같이, 스위치 회로(13C)에서 메커니컬 릴레이(21, 22)를 모두 오프로 하여, 흐르는 전류를 매우 낮게 한다. 이 경우 다이오드 소자(41)를 통하여 흐르는 누설 전류(I41_OFF) 때문에 스위치 회로(13C)를 오프로 하여 정지 동작으로 하였을 때 전류가 흐르므로, 전압(VH)이 약간 변동한다.
또한 상술한 스위치 회로(13)의 회로 구성은 도 1의 (B)에서 나타낸 스위치 회로(13) 또는 도 5의 (A)에서 나타낸 스위치 회로(13A)의 회로도의 구성에 한정되지 않는다. 스위치 회로의 변형예를 도 11의 (A) 내지 (C)에 나타내었다.
도 11의 (A)에 나타낸 스위치 회로(13E)는 도 1의 (B)에 나타낸 스위치 회로(13)에서의 메커니컬 릴레이(22)를 생략하고, 트랜지스터(24)의 백 게이트에 전압(VBG)을 인가하는 구성에 상당한다. 도 11의 (A)에 나타낸 스위치 회로(13E)의 구성으로 함으로써, 전압(VBG)을 플러스시프트 또는 마이너스시프트시킴으로써 문턱 전압을 제어할 수 있다. 그러므로 트랜지스터(24)의 전기 특성을 변동시켜 단자(16)와 단자(17) 사이를 흐르는 전류량을 증감시키는 구성으로 할 수 있다.
도 11의 (B)에 나타낸 스위치 회로(13F)는 도 1의 (B)에 나타낸 스위치 회로(13)에서의 메커니컬 릴레이(21, 22)를 생략하고, 트랜지스터(23 및 24)를 모두 백 게이트를 포함하는 OS 트랜지스터인 트랜지스터(23A, 24A)로 하는 구성에 상당한다. 트랜지스터(23A)의 백 게이트에 전압(VBG1)을 인가하고, 트랜지스터(24A)의 백 게이트에 전압(VBG1)과는 다른 전압(VBG2)을 인가하는 구성으로 할 수 있다. 도 11의 (B)에 나타낸 스위치 회로(13F)의 구성으로 함으로써, 전압(VBG1)과 전압(VBG2)을 개별적으로 제어하여 각각의 트랜지스터의 문턱 전압을 제어할 수 있다. 그러므로 메커니컬 릴레이(21, 22)를 제공하지 않고 단자(16)와 단자(17) 사이를 흐르는 전류량을 증감시키는 구성으로 할 수 있다.
또는 도 11의 (C)에 나타낸 스위치 회로(13G)와 같이, 백 게이트를 포함하는 OS 트랜지스터인 트랜지스터(25)를 포함하는 구성으로 하여도 좋다. 트랜지스터(25)의 백 게이트에 전압(VBG)으로서 복수의 전압을 인가함으로써 트랜지스터(25)의 전기 특성을 전환하는 구성으로 할 수 있다. 그러므로 트랜지스터 특성을 전환함으로써 단자(16)와 단자(17) 사이를 흐르는 전류량을 증감시키는 구성으로 할 수 있다.
도 12의 (A) 내지 (C)에서는, 도 11의 (C)에 도시한 스위치 회로(13G)의 동작예 및 응용예를 나타내었다.
도 12의 (A)는 도 11의 (C)에서 도시한 스위치 회로(13G)의 트랜지스터(25)의 게이트에 전압(VG)을, 백 게이트에 전압(VBG)을 인가하였을 때 단자(16)와 단자(17) 사이에 전류(ID)가 흐르는 상태를 도시한 것이다.
도 12의 (B)는 도 12의 (A)에 도시한 트랜지스터(25)의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프의 모식도이다. 백 게이트 전압을 전압(VBG_A)과 전압(VBG_B)(<VBG_A)에서 전환함으로써 전기 특성이 다른 상태를 전환할 수 있는 트랜지스터(25)를 스위치 회로(13G)에 사용할 수 있다. 예를 들어 백 게이트 전압을 전압(VBG_A)으로 하여 트랜지스터(25)가 온 시에 단자(16)와 단자(17) 사이를 흐르는 전류량을 증가시키는 상태와, 백 게이트 전압을 전압(VBG_B)으로 하여 트랜지스터(25)가 오프 시에 단자(16)와 단자(17) 사이를 흐르는 전류량을 매우 낮게 하는 상태를 전환할 수 있는 트랜지스터(25)를 스위치 회로(13G)에 사용할 수 있다.
스위치 회로(13G)의 트랜지스터를 OS 트랜지스터인 트랜지스터(25)로 구성함으로써, 도 12의 (C)에 도시한 축전 장치(10B)와 같이 전지 보호 회로(12B) 내에 스위치 회로(13G)를 포함하는 구성으로 할 수도 있다. OS 트랜지스터로 전지 보호 회로(12B)를 구성함으로써, 전지 보호 회로(12B)를 구부릴 수 있는 구성으로 할 수 있어, 도 12의 (D)에 도시된 바와 같이 전지 셀(11)에 전지 보호 회로(12B)를 감아 부착하는 구성이 가능하게 된다.
또한 도 38의 (A), (B)에서는, 도 12의 (C)에 나타낸 축전 장치(10B)의 구성의 변형예에 대하여 설명한다. 도 38에 나타낸 축전 장치(10C)에서는 도 12의 (C)에 나타낸 축전 장치(10B)와는 달리, 전지 보호 회로(12B)와 스위치 회로(13G)를 나누어 도시하였다. 또한 도 38의 (A)에서는 전지 셀(11)의 충전 모드를 전환하기 위한 충전 제어 회로(40)를 도시하였다.
충전 제어 회로(40)는 단자(14)의 전압(VH) 및 단자(15)의 전압(VL1)에 따라 충전 모드를 전환한다. 충전 제어 회로(40)는 정전류(Constant Current: CC) 충전 모드 및 정전압(Constant Voltage: CV) 충전 모드 등의 충전 모드를 전환한다. CC 충전 시에서는 일정한 전류를 전지 셀(11)에 흘려 충전을 수행한다. 전지 셀(11)의 열화로 인하여 전지 셀(11)의 저항값이 바뀌면 정전류를 흘리기 위한 전압(VH)이 상승된다.
도 38의 (A)의 구성에서는, 전지 보호 회로(12B)의 제어에 따라 스위치 회로(13G)가 가지는 트랜지스터(25)에 흐르는 전류를 조정한다. 바꿔 말하면 트랜지스터(25)를 아날로그 제어하는 구성으로 한다. 트랜지스터(25)를 아날로그 제어하는 구성으로 함으로써, 전지 셀(11)의 음극의 전압(VL2)을 제어하여 전압(VH) 측이 높아지도록 제어할 수 있다. 그러므로 아날로그 제어에 의하여 전압(VH)을 상승시켜 CC 충전 모드를 CV 충전 모드로 전환할 수 있다.
또한 충전 모드를 전환하기 위한 트랜지스터(25)의 아날로그 제어는 충전 제어 회로(40)로부터의 신호에 따라 전지 보호 회로(12B)가 트랜지스터(25)의 게이트에 인가하는 전압을 조절함으로써 전류량을 제어하는 구성으로 하면 좋다.
도 38의 (B)의 그래프에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(25)를 아날로그 제어하여 CC 충전 모드를 CV 충전 모드로 전환하는 구성으로 함으로써, 전지 셀(11)에 흐르는 전류량 I를 제한할 수 있다. 그러므로 열화된 전지 셀(11)을 충전하는 경우에도 안전하게 충전할 수 있다.
여기까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 구성으로 함으로써, 전지 셀에 대한 충전을 단시간에 수행하는 것, 또는 부하에 대전류를 흘리는 것이 가능하게 된다. 이에 더하여, 본 발명의 일 형태의 구성으로 함으로써, 오프 전류의 영향을 받는 일 없이 전류의 공급과 차단을 전환하여 동작시킬 수 있기 때문에, 과충전이 되는 전압을 초과하여 충전하는 상태, 또는 과방전 전압을 초과하여 방전하는 상태가 되는 것을 더 확실하게 방지할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태의 기재와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로에 적용할 수 있는 반도체 장치의 구성예에 대하여 설명한다.
도 13에 나타낸 반도체 장치는, 트랜지스터(300)와, 트랜지스터(500)와, 용량 소자(600)를 가진다. 도 15의 (A)는 트랜지스터(500)의 채널 길이 방향의 단면도이고, 도 15의 (B)는 트랜지스터(500)의 채널 폭 방향의 단면도이고, 도 15의 (C)는 트랜지스터(300)의 채널 폭 방향의 단면도이다.
트랜지스터(500)는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 가지는 트랜지스터(OS 트랜지스터)이다. 트랜지스터(500)는 오프 전류가 작기 때문에, 이를 반도체 장치가 가지는 OS 트랜지스터에 사용함으로써, 기록된 데이터를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
본 실시형태에서 설명하는 반도체 장치는 도 13에 나타낸 바와 같이 트랜지스터(300), 트랜지스터(500), 용량 소자(600)를 가진다. 트랜지스터(500)는 트랜지스터(300) 위쪽에 제공되고, 용량 소자(600)는 트랜지스터(300) 및 트랜지스터(500) 위쪽에 제공되어 있다.
트랜지스터(300)는 기판(311) 위에 제공되고, 도전체(316), 절연체(315), 기판(311)의 일부로 이루어지는 반도체 영역(313), 및 소스 영역 또는 드레인 영역으로서 기능하는 저저항 영역(314a) 및 저저항 영역(314b)을 가진다. 또한 트랜지스터(300)는 예를 들어 앞의 실시형태에서의 트랜지스터(23) 등의 Si 트랜지스터 등에 적용할 수 있다.
트랜지스터(300)는, 도 15의 (C)에 나타낸 바와 같이 반도체 영역(313)의 상면 및 채널 폭 방향의 측면이 절연체(315)를 개재(介在)하여 도전체(316)로 덮여 있다. 이와 같이, 트랜지스터(300)를 Fin형으로 함으로써, 실효적인 채널 폭이 증대되어, 트랜지스터(300)의 온 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 게이트 전극의 전계의 기여를 높일 수 있기 때문에, 트랜지스터(300)의 오프 특성을 향상시킬 수 있다.
또한 트랜지스터(300)는 p채널형 및 n채널형 중 어느 것이어도 좋다.
반도체 영역(313)에서의 채널이 형성되는 영역, 그 근방의 영역, 소스 영역 또는 드레인 영역이 되는 저저항 영역(314a) 및 저저항 영역(314b) 등에서 실리콘계 반도체 등의 반도체를 포함하는 것이 바람직하고, 단결정 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다. 또는 Ge(저마늄), SiGe(실리콘 저마늄), GaAs(갈륨 비소), GaAlAs(갈륨 알루미늄 비소) 등을 가지는 재료로 형성하여도 좋다. 결정 격자에 응력을 가하여, 격자 간격을 변화시킴으로써 유효 질량을 제어한 실리콘을 사용한 구성으로 하여도 좋다. 또는 GaAs와 GaAlAs 등을 사용함으로써, 트랜지스터(300)를 HEMT(High Electron Mobility Transistor)로 하여도 좋다.
저저항 영역(314a) 및 저저항 영역(314b)은 반도체 영역(313)에 적용되는 반도체 재료에 더하여 비소, 인 등의 n형 도전성을 부여하는 원소 또는 붕소 등의 p형 도전성을 부여하는 원소를 포함한다.
게이트 전극으로서 기능하는 도전체(316)로서는, 비소, 인 등의 n형 도전성을 부여하는 원소, 또는 붕소 등의 p형 도전성을 부여하는 원소를 포함하는 실리콘 등의 반도체 재료, 금속 재료, 합금 재료, 또는 금속 산화물 재료 등의 도전성 재료를 사용할 수 있다.
또한 도전체의 재료에 따라 일함수가 결정되기 때문에, 상기 도전체의 재료를 선택함으로써 트랜지스터의 문턱 전압을 조정할 수 있다. 구체적으로는 도전체에 질화 타이타늄이나 질화 탄탈럼 등의 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 도전성과 매립성을 양립하기 위하여 도전체에 텅스텐이나 알루미늄 등의 금속 재료를 적층으로 사용하는 것이 바람직하고, 특히 텅스텐을 사용하는 것이 내열성의 관점에서 바람직하다.
또한 도 13에 나타낸 트랜지스터(300)는 일례이며, 그 구조에 한정되지 않고, 회로 구성이나 구동 방법에 따라 적절한 트랜지스터를 사용하면 좋다. 예를 들어 반도체 장치를 OS 트랜지스터만으로 구성하는 경우, 도 14에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(300)의 구성을 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터(500)와 같은 구성으로 하면 좋다. 또한 트랜지스터(500)의 자세한 사항에 대해서는 후술한다.
트랜지스터(300)를 덮어 절연체(320), 절연체(322), 절연체(324), 및 절연체(326)가 순차적으로 적층되어 제공되어 있다.
절연체(320), 절연체(322), 절연체(324), 및 절연체(326)로서, 예를 들어 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화질화 알루미늄, 질화산화 알루미늄, 질화 알루미늄 등을 사용하면 좋다.
또한 본 명세서에서 산화질화 실리콘이란 그 조성에서 질소보다 산소의 함유량이 많은 재료를 가리키고, 질화산화 실리콘이란 그 조성에서 산소보다 질소의 함유량이 많은 재료를 가리킨다. 또한 본 명세서에서 산화질화 알루미늄이란 그 조성에서 질소보다 산소의 함유량이 많은 재료를 가리키고, 질화산화 알루미늄이란 그 조성에서 산소보다 질소의 함유량이 많은 재료를 가리킨다.
절연체(322)는 그 아래쪽에 제공되는 트랜지스터(300) 등으로 인하여 생기는 단차를 평탄화하는 평탄화막으로서의 기능을 가져도 좋다. 예를 들어 절연체(322)의 상면은 평탄성을 높이기 위하여 화학 기계 연마(CMP)법 등을 사용한 평탄화 처리에 의하여 평탄화되어 있어도 좋다.
또한 절연체(324)에는 기판(311) 또는 트랜지스터(300) 등으로부터 트랜지스터(500)가 제공되는 영역으로 수소나 불순물이 확산되지 않도록 하는 배리어성을 가지는 막을 사용하는 것이 바람직하다.
수소에 대한 배리어성을 가지는 막의 일례로서, 예를 들어 CVD법으로 형성한 질화 실리콘을 사용할 수 있다. 여기서 트랜지스터(500) 등의 산화물 반도체를 가지는 반도체 소자로 수소가 확산됨으로써 상기 반도체 소자의 특성이 저하하는 경우가 있다. 따라서 트랜지스터(500)와 트랜지스터(300) 사이에 수소의 확산을 억제하는 막을 사용하는 것이 바람직하다. 수소의 확산을 억제하는 막이란, 구체적으로는 수소의 이탈량이 적은 막이다.
수소의 이탈량은 예를 들어 승온 이탈 가스 분석법(TDS) 등을 사용하여 분석할 수 있다. 예를 들어 절연체(324)의 수소의 이탈량은 TDS 분석에서 막의 표면 온도가 50℃ 내지 500℃의 범위에서 수소 원자로 환산한 이탈량이 절연체(324)의 면적당으로 환산하여, 10×1015atoms/cm2 이하, 바람직하게는 5×1015atoms/cm2 이하이면 좋다.
또한 절연체(326)는 절연체(324)보다 유전율이 낮은 것이 바람직하다. 예를 들어 절연체(326)의 비유전율은 4 미만이 바람직하고, 3 미만이 더 바람직하다. 또한 예를 들어 절연체(326)의 비유전율은 절연체(324)의 비유전율의 0.7배 이하가 바람직하고, 0.6배 이하가 더 바람직하다. 유전율이 낮은 재료를 층간막으로 함으로써, 배선 사이에 생기는 기생 용량을 저감할 수 있다.
또한 절연체(320), 절연체(322), 절연체(324), 및 절연체(326)에는 용량 소자(600) 또는 트랜지스터(500)와 접속되는 도전체(328) 및 도전체(330) 등이 매립되어 있다. 또한 도전체(328) 및 도전체(330)는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 또한 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가지는 도전체에는 복수의 구조를 통틀어 동일한 부호가 부여되는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서 배선과, 배선과 접속되는 플러그가 일체물이어도 좋다. 즉 도전체의 일부가 배선으로서 기능하는 경우 및 도전체의 일부가 플러그로서 기능하는 경우도 있다.
각 플러그 및 배선(도전체(328), 도전체(330) 등)의 재료로서는 금속 재료, 합금 재료, 금속 질화물 재료, 또는 금속 산화물 재료 등의 도전성 재료를 단층 또는 적층으로 사용할 수 있다. 내열성과 도전성을 양립하는 텅스텐이나 몰리브데넘 등의 고융점 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 텅스텐을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 알루미늄이나 구리 등의 저저항 도전성 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 저저항 도전성 재료를 사용함으로써 배선 저항을 낮출 수 있다.
절연체(326) 및 도전체(330) 위에 배선층을 제공하여도 좋다. 예를 들어 도 13에서, 절연체(350), 절연체(352), 및 절연체(354)가 순차적으로 적층되어 제공되어 있다. 또한 절연체(350), 절연체(352), 및 절연체(354)에는 도전체(356)가 형성되어 있다. 도전체(356)는 트랜지스터(300)와 접속되는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 또한 도전체(356)는 도전체(328) 및 도전체(330)와 같은 재료를 사용하여 제공할 수 있다.
또한 예를 들어 절연체(350)에는, 절연체(324)와 마찬가지로 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 도전체(356)는 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체를 포함하는 것이 바람직하다. 특히 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체(350)가 가지는 개구부에 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체가 형성된다. 상기 구성에 의하여, 트랜지스터(300)와 트랜지스터(500)를 배리어층에 의하여 분리할 수 있어, 트랜지스터(300)로부터 트랜지스터(500)로의 수소의 확산을 억제할 수 있다.
또한 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체로서는 예를 들어 질화 탄탈럼 등을 사용하는 것이 좋다. 또한 질화 탄탈럼과 도전성이 높은 텅스텐을 적층함으로써, 배선으로서의 도전성을 유지하면서 트랜지스터(300)로부터의 수소의 확산을 억제할 수 있다. 이 경우 수소에 대한 배리어성을 가지는 질화 탄탈럼층이, 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체(350)와 접하는 구조인 것이 바람직하다.
절연체(354) 및 도전체(356) 위에 배선층을 제공하여도 좋다. 예를 들어 도 13에서, 절연체(360), 절연체(362), 및 절연체(364)가 순차적으로 적층되어 제공되어 있다. 또한 절연체(360), 절연체(362), 및 절연체(364)에는 도전체(366)가 형성되어 있다. 도전체(366)는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 또한 도전체(366)는 도전체(328) 및 도전체(330)와 같은 재료를 사용하여 제공할 수 있다.
또한 예를 들어 절연체(360)에는, 절연체(324)와 마찬가지로 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 도전체(366)는 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체를 포함하는 것이 바람직하다. 특히 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체(360)가 가지는 개구부에 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체가 형성된다. 상기 구성에 의하여, 트랜지스터(300)와 트랜지스터(500)를 배리어층에 의하여 분리할 수 있어, 트랜지스터(300)로부터 트랜지스터(500)로의 수소의 확산을 억제할 수 있다.
절연체(364) 및 도전체(366) 위에 배선층을 제공하여도 좋다. 예를 들어 도 13에서, 절연체(370), 절연체(372), 및 절연체(374)가 순차적으로 적층되어 제공되어 있다. 또한 절연체(370), 절연체(372), 및 절연체(374)에는 도전체(376)가 형성되어 있다. 도전체(376)는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 또한 도전체(376)는 도전체(328) 및 도전체(330)와 같은 재료를 사용하여 제공할 수 있다.
또한 예를 들어 절연체(370)에는, 절연체(324)와 마찬가지로 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 도전체(376)는 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체를 포함하는 것이 바람직하다. 특히 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체(370)가 가지는 개구부에 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체가 형성된다. 상기 구성에 의하여, 트랜지스터(300)와 트랜지스터(500)를 배리어층에 의하여 분리할 수 있어, 트랜지스터(300)로부터 트랜지스터(500)로의 수소의 확산을 억제할 수 있다.
절연체(374) 및 도전체(376) 위에 배선층을 제공하여도 좋다. 예를 들어 도 13에서, 절연체(380), 절연체(382), 및 절연체(384)가 순차적으로 적층되어 제공되어 있다. 또한 절연체(380), 절연체(382), 및 절연체(384)에는 도전체(386)가 형성되어 있다. 도전체(386)는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 또한 도전체(386)는 도전체(328) 및 도전체(330)와 같은 재료를 사용하여 제공할 수 있다.
또한 예를 들어 절연체(380)에는, 절연체(324)와 마찬가지로 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 도전체(386)는 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체를 포함하는 것이 바람직하다. 특히 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체(380)가 가지는 개구부에 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체가 형성된다. 상기 구성에 의하여, 트랜지스터(300)와 트랜지스터(500)를 배리어층에 의하여 분리할 수 있어, 트랜지스터(300)로부터 트랜지스터(500)로의 수소의 확산을 억제할 수 있다.
상기에서, 도전체(356)를 포함하는 배선층, 도전체(366)를 포함하는 배선층, 도전체(376)를 포함하는 배선층, 및 도전체(386)를 포함하는 배선층에 대하여 설명하였지만, 본 실시형태에 따른 반도체 장치는 이에 한정되는 것이 아니다. 도전체(356)를 포함하는 배선층과 같은 배선층을 3층 이하로 하여도 좋고, 도전체(356)를 포함하는 배선층과 같은 배선층을 5층 이상으로 하여도 좋다.
절연체(384) 위에는 절연체(510), 절연체(512), 절연체(514), 및 절연체(516)가 순차적으로 적층되어 제공되어 있다. 절연체(510), 절연체(512), 절연체(514), 및 절연체(516) 중 어느 것은 산소나 수소에 대하여 배리어성이 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어 절연체(510) 및 절연체(514)에는, 예를 들어 기판(311) 또는 트랜지스터(300)를 제공하는 영역 등으로부터 트랜지스터(500)를 제공하는 영역으로 수소나 불순물이 확산되지 않도록 하는 배리어성을 가지는 막을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 절연체(324)와 같은 재료를 사용할 수 있다.
수소에 대한 배리어성을 가지는 막의 일례로서, CVD법으로 형성한 질화 실리콘을 사용할 수 있다. 여기서 트랜지스터(500) 등의 산화물 반도체를 가지는 반도체 소자로 수소가 확산됨으로써 상기 반도체 소자의 특성이 저하하는 경우가 있다. 따라서 트랜지스터(500)와 트랜지스터(300) 사이에 수소의 확산을 억제하는 막을 사용하는 것이 바람직하다. 수소의 확산을 억제하는 막이란, 구체적으로는 수소의 이탈량이 적은 막이다.
또한 수소에 대한 배리어성을 가지는 막으로서, 예를 들어 절연체(510) 및 절연체(514)에는 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화 탄탈럼 등의 금속 산화물을 사용하는 것이 바람직하다.
특히 산화 알루미늄은 산소와, 트랜지스터의 전기 특성의 변동 요인이 되는 수소, 수분 등의 불순물의 양쪽에 대하여 막을 투과시키지 않도록 하는 차단 효과가 높다. 따라서 산화 알루미늄은 트랜지스터의 제작 공정 중 및 제작 후에서 수소, 수분 등의 불순물의 트랜지스터(500)로의 혼입을 방지할 수 있다. 또한 트랜지스터(500)를 구성하는 산화물로부터의 산소의 방출을 억제할 수 있다. 그러므로 트랜지스터(500)에 대한 보호막으로서 사용하는 것에 적합하다.
또한 예를 들어 절연체(512) 및 절연체(516)에는 절연체(320)와 같은 재료를 사용할 수 있다. 또한 이들 절연체에 유전율이 비교적 낮은 재료를 적용함으로써, 배선 사이에 생기는 기생 용량을 저감할 수 있다. 예를 들어 절연체(512) 및 절연체(516)로서 산화 실리콘막이나 산화질화 실리콘막 등을 사용할 수 있다.
또한 절연체(510), 절연체(512), 절연체(514), 및 절연체(516)에는 도전체(518), 및 트랜지스터(500)를 구성하는 도전체(예를 들어 도전체(503)) 등이 매립되어 있다. 또한 도전체(518)는 용량 소자(600) 또는 트랜지스터(300)와 접속되는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 도전체(518)는 도전체(328) 및 도전체(330)와 같은 재료를 사용하여 제공할 수 있다.
특히 절연체(510) 및 절연체(514)와 접하는 영역의 도전체(518)는 산소, 수소, 및 물에 대한 배리어성을 가지는 도전체인 것이 바람직하다. 상기 구성에 의하여, 트랜지스터(300)와 트랜지스터(500)를 산소, 수소, 및 물에 대한 배리어성을 가지는 층에 의하여 분리할 수 있어, 트랜지스터(300)로부터 트랜지스터(500)로의 수소의 확산을 억제할 수 있다.
절연체(516) 위쪽에는 트랜지스터(500)가 제공되어 있다.
도 15의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(500)는 절연체(514) 및 절연체(516)에 매립되도록 배치된 도전체(503)와, 절연체(516) 및 도전체(503) 위에 배치된 절연체(520)와, 절연체(520) 위에 배치된 절연체(522)와, 절연체(522) 위에 배치된 절연체(524)와, 절연체(524) 위에 배치된 산화물(530a)과, 산화물(530a) 위에 배치된 산화물(530b)과, 산화물(530b) 위에 서로 떨어져 배치된 도전체(542a) 및 도전체(542b)와, 도전체(542a) 및 도전체(542b) 위에 배치되고 도전체(542a)와 도전체(542b) 사이에 중첩하여 개구가 형성된 절연체(580)와, 개구 저면 및 측면에 배치된 산화물(530c)과, 산화물(530c) 형성면에 배치된 절연체(550)와, 절연체(550) 형성면에 배치된 도전체(560)를 가진다.
또한 도 15의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 산화물(530a), 산화물(530b), 도전체(542a), 및 도전체(542b)와 절연체(580) 사이에 절연체(544)가 배치되는 것이 바람직하다. 또한 도 15의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 도전체(560)는 절연체(550)의 내측에 제공된 도전체(560a)와 도전체(560a)의 내측에 매립되도록 제공된 도전체(560b)를 가지는 것이 바람직하다. 또한 도 15의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 절연체(580), 도전체(560), 및 절연체(550) 위에 절연체(574)가 배치되는 것이 바람직하다.
또한 이하에서, 산화물(530a), 산화물(530b), 및 산화물(530c)을 통틀어 산화물(530)이라고 하는 경우가 있다.
또한 트랜지스터(500)에서 채널이 형성되는 영역과 그 근방에서, 산화물(530a), 산화물(530b), 및 산화물(530c)의 3층을 적층하는 구성을 나타내었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어 산화물(530b)의 단층, 산화물(530b)과 산화물(530a)의 2층 구조, 산화물(530b)과 산화물(530c)의 2층 구조, 또는 4층 이상의 적층 구조를 제공하는 구성으로 하여도 좋다. 또한 트랜지스터(500)에서는, 도전체(560)를 2층의 적층 구조로서 나타내었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어 도전체(560)가 단층 구조이어도 좋고, 3층 이상의 적층 구조이어도 좋다. 또한 도 13, 도 15의 (A)에 나타낸 트랜지스터(500)는 일례이고, 그 구조에 한정되지 않고, 회로 구성이나 구동 방법에 따라 적절한 트랜지스터를 사용하면 좋다.
여기서 도전체(560)는 트랜지스터의 게이트 전극으로서 기능하고, 도전체(542a) 및 도전체(542b)는 각각 소스 전극 또는 드레인 전극으로서 기능한다. 상술한 바와 같이, 도전체(560)는 절연체(580)의 개구, 및 도전체(542a)와 도전체(542b) 사이의 영역에 매립되도록 형성된다. 도전체(560), 도전체(542a), 및 도전체(542b)의 배치는, 절연체(580)의 개구에 대하여 자기 정합(self-aligned)적으로 선택된다. 즉 트랜지스터(500)에서, 게이트 전극을 소스 전극과 드레인 전극 사이에 자기 정합적으로 배치시킬 수 있다. 따라서 도전체(560)를 위치를 맞추기 위한 마진의 제공없이 형성할 수 있기 때문에, 트랜지스터(500)의 점유 면적의 축소를 도모할 수 있다. 이에 의하여 반도체 장치의 미세화, 고집적화를 도모할 수 있다.
또한 도전체(560)가 도전체(542a)와 도전체(542b) 사이의 영역에 자기 정합적으로 형성되기 때문에, 도전체(560)는 도전체(542a) 또는 도전체(542b)와 중첩되는 영역을 가지지 않는다. 이에 의하여 도전체(560)와 도전체(542a) 및 도전체(542b) 사이에 형성되는 기생 용량을 저감할 수 있다. 따라서 트랜지스터(500)의 스위칭 속도를 향상시키고, 높은 주파수 특성을 가지게 할 수 있다.
도전체(560)는 제 1 게이트(톱 게이트라고도 함) 전극으로서 기능하는 경우가 있다. 또한 도전체(503)는 제 2 게이트(보텀 게이트라고도 함) 전극으로서 기능하는 경우가 있다. 이 경우 도전체(503)에 인가하는 전위를 도전체(560)에 인가하는 전위와 연동시키지 않고 독립적으로 변화시킴으로써, 트랜지스터(500)의 문턱 전압을 제어할 수 있다. 특히 도전체(503)에 음의 전위를 인가함으로써, 트랜지스터(500)의 문턱 전압을 0V보다 크게 하고, 오프 전류를 저감할 수 있다. 따라서 도전체(503)에 음의 전위를 인가하는 경우에는 인가하지 않는 경우보다 도전체(560)에 인가하는 전위가 0V일 때의 드레인 전류를 작게 할 수 있다.
도전체(503)는 산화물(530) 및 도전체(560)와 중첩되도록 배치된다. 이에 의하여, 도전체(560) 및 도전체(503)에 전위를 인가한 경우, 도전체(560)로부터 발생하는 전계와 도전체(503)로부터 발생하는 전계가 연결되고, 산화물(530)에 형성되는 채널 형성 영역을 덮을 수 있다. 본 명세서 등에서 제 1 게이트 전극 및 제 2 게이트 전극의 전계에 의하여 채널 형성 영역을 전기적으로 둘러싸는 트랜지스터의 구조를 surrounded channel(S-channel) 구조라고 부른다.
또한 도전체(503)는 도전체(518)와 같은 구성이고, 절연체(514) 및 절연체(516)의 개구의 내벽에 접하여 도전체(503a)가 형성되고, 그 내측에 도전체(503b)가 형성된다. 또한 트랜지스터(500)에서는 도전체(503a) 및 도전체(503b)를 적층하는 구성에 대하여 나타내었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어 도전체(503)는 단층 또는 3층 이상의 적층 구조로 제공하는 구성을 가져도 좋다.
여기서 도전체(503a)에는 수소 원자, 수소 분자, 물 분자, 구리 원자 등의 불순물의 확산을 억제하는 기능을 가지는(상기 불순물이 투과하기 어려운) 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또는 산소(예를 들어 산소 원자, 산소 분자 등 중 적어도 하나)의 확산을 억제하는 기능을 가지는(상기 산소가 투과하기 어려운) 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 본 명세서에서, 불순물 또는 산소의 확산을 억제하는 기능이란 상기 불순물 및 상기 산소 중 어느 하나 또는 모두의 확산을 억제하는 기능으로 한다.
예를 들어 도전체(503a)가 산소의 확산을 억제하는 기능을 가짐으로써, 도전체(503b)가 산화되어 도전율이 저하하는 것을 억제할 수 있다.
또한 도전체(503)가 배선의 기능을 겸하는 경우, 도전체(503b)에는 텅스텐, 구리, 또는 알루미늄을 주성분으로 하는, 도전성이 높은 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 도전체(503b)를 단층으로 도시하였지만, 적층 구조로 하여도 좋고, 예를 들어 타이타늄 또는 질화 타이타늄과 상기 도전성 재료의 적층으로 하여도 좋다.
절연체(520), 절연체(522), 및 절연체(524)는 제 2 게이트 절연막으로서의 기능을 가진다.
여기서 산화물(530)과 접하는 절연체(524)에는 화학량론적 조성을 만족하는 산소보다 많은 산소를 포함하는 절연체를 사용하는 것이 바람직하다. 즉 절연체(524)에는 과잉 산소 영역이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 과잉 산소를 포함하는 절연체를 산화물(530)에 접하여 제공함으로써, 산화물(530) 내의 산소 결손을 저감하여, 트랜지스터(500)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
과잉 산소 영역을 가지는 절연체로서, 구체적으로는 가열에 의하여 일부의 산소가 이탈되는 산화물 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 가열에 의하여 산소가 이탈되는 산화물이란, TDS(Thermal Desorption Spectroscopy) 분석에서 산소 원자로 환산한 산소의 이탈량이 1.0×1018atoms/cm3 이상, 바람직하게는 1.0×1019atoms/cm3 이상, 더 바람직하게는 2.0×1019atoms/cm3 이상, 또는 3.0×1020atoms/cm3 이상인 산화물막이다. 또한 상기 TDS 분석 시에서의 막의 표면 온도로서는 100℃ 이상 700℃ 이하, 또는 100℃ 이상 400℃ 이하의 범위가 바람직하다.
또한 절연체(524)가 과잉 산소 영역을 가지는 경우, 절연체(522)는 산소(예를 들어 산소 원자, 산소 분자 등)의 확산을 억제하는 기능을 가지는(상기 산소가 투과하기 어려운) 것이 바람직하다.
절연체(522)가 산소나 불순물의 확산을 억제하는 기능을 가짐으로써, 산화물(530)이 가지는 산소는 절연체(520) 측으로 확산되지 않아 바람직하다. 또한 절연체(524)나 산화물(530)이 가지는 산소와 도전체(503)가 반응하는 것을 억제할 수 있다.
절연체(522)에는, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 알루미늄 및 하프늄을 포함한 산화물(하프늄 알루미네이트), 산화 탄탈럼, 산화 지르코늄, 타이타늄산 지르콘산 연(PZT), 타이타늄산 스트론튬(SrTiO3), 또는 (Ba,Sr)TiO3(BST) 등의 소위 high-k 재료를 포함한 절연체를 단층 또는 적층으로 사용하는 것이 바람직하다. 트랜지스터의 미세화 및 고집적화가 진행되면, 게이트 절연막의 박막화로 인하여 누설 전류 등의 문제가 생기는 경우가 있다. 게이트 절연막으로서 기능하는 절연체에 high-k 재료를 사용함으로써, 물리적 막 두께를 유지하면서, 트랜지스터 동작 시의 게이트 전위의 저감이 가능해진다.
특히 불순물 및 산소 등의 확산을 억제하는 기능을 가지는(상기 산소가 투과하기 어려운) 절연성 재료인 알루미늄 및 하프늄 중 한쪽 또는 양쪽의 산화물을 포함하는 절연체를 사용하는 것이 좋다. 알루미늄 및 하프늄 중 한쪽 또는 양쪽의 산화물을 포함하는 절연체로서, 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 알루미늄 및 하프늄을 포함하는 산화물(하프늄 알루미네이트) 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 재료를 사용하여 절연체(522)를 형성한 경우, 절연체(522)는 산화물(530)로부터의 산소의 방출이나, 트랜지스터(500)의 주변부로부터 산화물(530)로의 수소 등의 불순물의 혼입을 억제하는 층으로서 기능한다.
또는 이들 절연체에, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화 비스무트, 산화 저마늄, 산화 나이오븀, 산화 실리콘, 산화 타이타늄, 산화 텅스텐, 산화 이트륨, 산화 지르코늄을 첨가하여도 좋다. 또는 이들 절연체를 질화 처리하여도 좋다. 상기 절연체에 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 또는 질화 실리콘을 적층하여 사용하여도 좋다.
또한 절연체(520)는 열적으로 안정적인 것이 바람직하다. 예를 들어 산화 실리콘 및 산화질화 실리콘은 열적으로 안정적이기 때문에 적합하다. 또한 high-k 재료의 절연체를 산화 실리콘 또는 산화질화 실리콘과 조합함으로써, 열적으로 안정적이며 비유전율이 높은 적층 구조의 절연체(520)를 얻을 수 있다.
또한 도 15의 (A), (B)의 트랜지스터(500)에서는, 3층의 적층 구조로 이루어진 제 2 게이트 절연막으로서 절연체(520), 절연체(522), 및 절연체(524)가 도시되어 있지만, 제 2 게이트 절연막은 단층, 2층, 또는 4층 이상의 적층 구조를 가져도 좋다. 그 경우, 같은 재료로 이루어지는 적층 구조에 한정되지 않고, 상이한 재료로 이루어지는 적층 구조이어도 좋다.
트랜지스터(500)는, 채널 형성 영역을 포함하는 산화물(530)에, 산화물 반도체로서 기능하는 금속 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 산화물(530)로서 In-M-Zn 산화물(원소 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 구리, 바나듐, 베릴륨, 붕소, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 또는 마그네슘 등에서 선택된 1종류 또는 복수 종류) 등의 금속 산화물을 사용하는 것이 좋다. 특히 산화물(530)로서 적용할 수 있는 In-M-Zn 산화물은 CAAC-OS, CAC-OS인 것이 바람직하다. 또한 산화물(530)로서 In-Ga 산화물, In-Zn 산화물을 사용하여도 좋다. 또한 트랜지스터(500)의 온 전류를 높이고자 하는 경우에는 산화물(530)에 In-Zn 산화물을 사용하는 것이 적합하다. 산화물(530)에 In-Zn 산화물을 사용하는 경우, 예를 들어 산화물(530a)에 In-Zn 산화물을 사용하고 산화물(530b) 및 산화물(530c)에 In-M-Zn 산화물을 사용하는 적층 구조, 또는 산화물(530a)에 In-M-Zn 산화물을 사용하고 산화물(530b) 및 산화물(530c) 중 어느 한쪽에 In-Zn 산화물을 사용하는 적층 구조 등을 들 수 있다.
산화물(530)에서, 채널 형성 영역으로서 기능하는 금속 산화물로서는 밴드갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 밴드갭이 큰 금속 산화물을 사용함으로써, 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있다.
산화물(530)은 산화물(530b) 아래에 산화물(530a)을 가짐으로써, 산화물(530a)보다 아래쪽에 형성된 구조물로부터 산화물(530b)로의 불순물의 확산을 억제할 수 있다. 또한 산화물(530b) 위에 산화물(530c)을 가짐으로써, 산화물(530c)보다 위쪽에 형성된 구조물로부터 산화물(530b)로의 불순물의 확산을 억제할 수 있다.
또한 산화물(530)은 각 금속 원자의 원자수비가 상이한 복수의 산화물층의 적층 구조를 가지는 것이 바람직하다. 구체적으로는 산화물(530a)에 사용하는 금속 산화물에서, 구성 원소 중의 원소 M의 원자수비가 산화물(530b)에 사용하는 금속 산화물에서의 구성 원소 중의 원소 M의 원자수비보다 큰 것이 바람직하다. 또한 산화물(530a)에 사용하는 금속 산화물에서 In에 대한 원소 M의 원자수비가 산화물(530b)에 사용하는 금속 산화물에서의 In에 대한 원소 M의 원자수비보다 큰 것이 바람직하다. 또한 산화물(530b)에 사용하는 금속 산화물에서 원소 M에 대한 In의 원자수비가 산화물(530a)에 사용하는 금속 산화물에서의 원소 M에 대한 In의 원자수비보다 큰 것이 바람직하다. 또한 산화물(530c)은 산화물(530a) 또는 산화물(530b)에 사용할 수 있는 금속 산화물을 사용할 수 있다.
또한 산화물(530a) 및 산화물(530c)의 전도대 하단의 에너지가 산화물(530b)의 전도대 하단의 에너지보다 높은 것이 바람직하다. 또한 바꿔 말하면 산화물(530a) 및 산화물(530c)의 전자 친화력이 산화물(530b)의 전자 친화력보다 작은 것이 바람직하다.
여기서 산화물(530a), 산화물(530b), 및 산화물(530c)의 접합부에서 전도대 하단의 에너지 준위는 완만하게 변화한다. 바꿔 말하면 산화물(530a), 산화물(530b), 및 산화물(530c)의 접합부에서의 전도대 하단의 에너지 준위는 연속적으로 변화 또는 연속 접합한다고 할 수도 있다. 이와 같이 하기 위해서는, 산화물(530a)과 산화물(530b)의 계면 및 산화물(530b)과 산화물(530c)의 계면에서 형성되는 혼합층의 결함 준위 밀도를 낮추는 것이 좋다.
구체적으로는 산화물(530a)과 산화물(530b), 산화물(530b)과 산화물(530c)이, 산소 이외에 공통의 원소를 가짐으로써(주성분으로 함으로써), 결함 준위 밀도가 낮은 혼합층을 형성할 수 있다. 예를 들어 산화물(530b)이 In-Ga-Zn 산화물인 경우, 산화물(530a) 및 산화물(530c)로서 In-Ga-Zn 산화물, Ga-Zn 산화물, 산화 갈륨 등을 사용하는 것이 좋다.
이때 캐리어의 주된 경로는 산화물(530b)이다. 산화물(530a), 산화물(530c)을 상술한 구성으로 함으로써, 산화물(530a)과 산화물(530b)의 계면, 및 산화물(530b)과 산화물(530c)의 계면에서의 결함 준위 밀도를 낮출 수 있다. 그러므로 계면 산란으로 인한 캐리어 전도에 대한 영향이 작아져, 트랜지스터(500)는 높은 온 전류를 얻을 수 있다.
산화물(530b) 위에는 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능하는 도전체(542a) 및 도전체(542b)가 제공된다. 도전체(542a) 및 도전체(542b)로서는 알루미늄, 크로뮴, 구리, 은, 금, 백금, 탄탈럼, 니켈, 타이타늄, 몰리브데넘, 텅스텐, 하프늄, 바나듐, 나이오븀, 망가니즈, 마그네슘, 지르코늄, 베릴륨, 인듐, 루테늄, 이리듐, 스트론튬, 란타넘에서 선택된 금속 원소, 또는 상술한 금속 원소를 성분으로 하는 합금이나, 상술한 금속 원소를 조합한 합금 등을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 질화 탄탈럼, 질화 타이타늄, 텅스텐, 타이타늄과 알루미늄을 포함하는 질화물, 탄탈럼과 알루미늄을 포함하는 질화물, 산화 루테늄, 질화 루테늄, 스트론튬과 루테늄을 포함하는 산화물, 란타넘과 니켈을 포함하는 산화물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 질화 탄탈럼, 질화 타이타늄, 타이타늄과 알루미늄을 포함하는 질화물, 탄탈럼과 알루미늄을 포함하는 질화물, 산화 루테늄, 질화 루테늄, 스트론튬과 루테늄을 포함하는 산화물, 란타넘과 니켈을 포함하는 산화물은 산화되기 어려운 도전성 재료 또는 산소를 흡수하여도 도전성을 유지하는 재료이기 때문에 바람직하다. 또한 질화 탄탈럼 등의 금속 질화물막은 수소 또는 산소에 대한 배리어성을 가지기 때문에 바람직하다.
또한 도 15에서는 도전체(542a) 및 도전체(542b)를 단층 구조로서 나타내었지만, 2층 이상의 적층 구조로 하여도 좋다. 예를 들어 질화 탄탈럼막과 텅스텐막을 적층하는 것이 좋다. 또한 타이타늄막과 알루미늄막을 적층하여도 좋다. 또한 텅스텐막 위에 알루미늄막을 적층하는 2층 구조, 구리-마그네슘-알루미늄 합금막 위에 구리막을 적층하는 2층 구조, 타이타늄막 위에 구리막을 적층하는 2층 구조, 텅스텐막 위에 구리막을 적층하는 2층 구조로 하여도 좋다.
또한 타이타늄막 또는 질화 타이타늄막과, 그 타이타늄막 또는 질화 타이타늄막 위에 중첩시켜 알루미늄막 또는 구리막을 적층하고, 그 위에 타이타늄막 또는 질화 타이타늄막을 더 형성하는 3층 구조, 몰리브데넘막 또는 질화 몰리브데넘막과, 그 몰리브데넘막 또는 질화 몰리브데넘막 위에 중첩시켜 알루미늄막 또는 구리막을 적층하고, 그 위에 몰리브데넘막 또는 질화 몰리브데넘막을 더 형성하는 3층 구조 등이 있다. 또한 산화 인듐, 산화 주석, 또는 산화 아연을 포함하는 투명 도전 재료를 사용하여도 좋다.
또한 도 15의 (A)에 나타낸 바와 같이, 산화물(530)과 도전체(542a)(도전체(542b)) 사이의 계면과 그 근방에는, 저저항 영역으로서 영역(543a) 및 영역(543b)이 형성되는 경우가 있다. 이때 영역(543a)은 소스 영역 및 드레인 영역 중 한쪽으로서 기능하고, 영역(543b)은 소스 영역 및 드레인 영역 중 다른 쪽으로서 기능한다. 또한 영역(543a)과 영역(543b) 사이의 영역에 채널 형성 영역이 형성된다.
상기 도전체(542a)(도전체(542b))를 산화물(530)과 접하도록 제공함으로써, 영역(543a)(영역(543b))의 산소 농도가 저감되는 경우가 있다. 또한 영역(543a)(영역(543b))에, 도전체(542a)(도전체(542b))에 포함되는 금속과, 산화물(530)의 성분을 포함하는 금속 화합물층이 형성되는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 영역(543a)(영역(543b))의 캐리어 밀도가 증가하여 영역(543a)(영역(543b))은 저저항 영역이 된다.
절연체(544)는 도전체(542a) 및 도전체(542b)를 덮도록 제공되어, 도전체(542a) 및 도전체(542b)의 산화를 억제한다. 이때 절연체(544)는 산화물(530)의 측면을 덮어 절연체(524)와 접하도록 제공되어도 좋다.
절연체(544)로서 하프늄, 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 지르코늄, 텅스텐, 타이타늄, 탄탈럼, 니켈, 저마늄, 네오디뮴, 란타넘, 또는 마그네슘 등에서 선택된 1종류 또는 2종류 이상이 포함된 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또한 절연체(544)로서 질화산화 실리콘 또는 질화 실리콘 등도 사용할 수 있다.
특히 절연체(544)로서 알루미늄 및 하프늄 중 한쪽 또는 양쪽의 산화물을 포함하는 절연체인, 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 알루미늄 및 하프늄을 포함하는 산화물(하프늄 알루미네이트) 등을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 하프늄 알루미네이트는 산화 하프늄막보다 내열성이 높다. 그러므로 나중의 공정에서의 열처리에서, 결정화하기 어렵기 때문에 바람직하다. 또한 도전체(542a) 및 도전체(542b)가 내산화성을 가지는 재료인 경우, 또는 산소를 흡수하여도 도전성이 현저히 저하하지 않는 경우에는 절연체(544)는 필수 구성이 아니다. 요구되는 트랜지스터 특성에 따라 적절히 설계하면 좋다.
절연체(544)를 가짐으로써, 절연체(580)에 포함되는 물 및 수소 등의 불순물이 산화물(530c), 절연체(550)를 통하여 산화물(530b)로 확산되는 것을 억제할 수 있다. 또한 절연체(580)가 가지는 과잉 산소에 의하여 도전체(560)가 산화되는 것을 억제할 수 있다.
절연체(550)는 제 1 게이트 절연막으로서 기능한다. 절연체(550)는 산화물(530c)의 내측(상면 및 측면)에 접하여 배치되는 것이 바람직하다. 절연체(550)는, 상술한 절연체(524)와 마찬가지로, 산소를 과잉으로 포함하고 또한 가열에 의하여 산소가 방출되는 절연체를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로는 과잉 산소를 포함하는 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 플루오린을 첨가한 산화 실리콘, 탄소를 첨가한 산화 실리콘, 탄소 및 질소를 첨가한 산화 실리콘, 공공을 포함하는 산화 실리콘을 사용할 수 있다. 특히 산화 실리콘 및 산화질화 실리콘은 열에 대하여 안정적이기 때문에 바람직하다.
가열에 의하여 산소가 방출되는 절연체를 절연체(550)로서 산화물(530c)의 상면에 접하여 제공함으로써, 절연체(550)로부터 산화물(530c)을 통하여 산화물(530b)의 채널 형성 영역에 효과적으로 산소를 공급할 수 있다. 또한 절연체(524)와 마찬가지로, 절연체(550) 내의 물 또는 수소 등의 불순물의 농도가 저감되어 있는 것이 바람직하다. 절연체(550)의 막 두께는, 1nm 이상 20nm 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한 절연체(550)가 가지는 과잉 산소를 효율적으로 산화물(530)에 공급하기 위하여 절연체(550)와 도전체(560) 사이에 금속 산화물을 제공하여도 좋다. 상기 금속 산화물은 절연체(550)로부터 도전체(560)로의 산소 확산을 억제하는 것이 바람직하다. 산소의 확산을 억제하는 금속 산화물을 제공함으로써, 절연체(550)로부터 도전체(560)로의 과잉 산소의 확산이 억제된다. 즉 산화물(530)에 공급하는 과잉 산소량의 감소를 억제할 수 있다. 또한 과잉 산소로 인한 도전체(560)의 산화를 억제할 수 있다. 상기 금속 산화물로서는 절연체(544)에 사용할 수 있는 재료를 사용하면 좋다.
또한 절연체(550)는 제 2 게이트 절연막과 마찬가지로 적층 구조를 가져도 좋다. 트랜지스터의 미세화 및 고집적화가 진행되면, 게이트 절연막의 박막화로 인하여 누설 전류 등의 문제가 생기는 경우가 있으므로, 게이트 절연막으로서 기능하는 절연체를 high-k 재료와 열적으로 안정적인 재료의 적층 구조로 함으로써, 물리적 막 두께를 유지하면서, 트랜지스터 동작 시의 게이트 전위의 저감이 가능해진다. 또한 열적으로 안정적이며 비유전율이 높은 적층 구조로 할 수 있다.
제 1 게이트 전극으로서 기능하는 도전체(560)는, 도 15의 (A), (B)에서는 2층 구조로서 나타내었지만, 단층 구조이어도 좋고, 3층 이상의 적층 구조이어도 좋다.
도전체(560a)에는 수소 원자, 수소 분자, 물 분자, 질소 원자, 질소 분자, 산화 질소 분자(N2O, NO, NO2 등), 구리 원자 등의 불순물의 확산을 억제하는 기능을 가지는 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또는 산소(예를 들어 산소 원자, 산소 분자 등 중 적어도 하나)의 확산을 억제하는 기능을 가지는 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 도전체(560a)가 산소의 확산을 억제하는 기능을 가짐으로써, 절연체(550)에 포함되는 산소로 인하여 도전체(560b)가 산화되어 도전율이 저하하는 것을 억제할 수 있다. 산소의 확산을 억제하는 기능을 가지는 도전성 재료로서는 예를 들어 탄탈럼, 질화 탄탈럼, 루테늄, 또는 산화 루테늄 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 도전체(560a)로서, 산화물(530)에 적용할 수 있는 산화물 반도체를 사용할 수 있다. 이 경우, 도전체(560b)를 스퍼터링법으로 성막함으로써 산화물 반도체의 전기 저항값을 도전체로서 사용하는 데 충분한 값까지 저하시킬 수 있기 때문에 도전성이 우수한 도전체(560a)로 할 수 있다. 이를 OC(Oxide Conductor) 전극이라고 부를 수 있다.
또한 도전체(560b)는 텅스텐, 구리, 또는 알루미늄을 주성분으로 하는 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 도전체(560b)는 배선으로서도 기능하기 때문에, 도전성이 높은 도전체를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 텅스텐, 구리, 또는 알루미늄을 주성분으로 하는 도전성 재료를 사용할 수 있다. 또한 도전체(560b)는 적층 구조로 하여도 좋고, 예를 들어 타이타늄 또는 질화 타이타늄과 상기 도전성 재료의 적층 구조로 하여도 좋다.
절연체(580)는 절연체(544)를 개재하여 도전체(542a) 및 도전체(542b) 위에 제공된다. 절연체(580)는 과잉 산소 영역을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어 절연체(580)로서 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 플루오린을 첨가한 산화 실리콘, 탄소를 첨가한 산화 실리콘, 탄소 및 질소를 첨가한 산화 실리콘, 공공을 가지는 산화 실리콘, 또는 수지 등을 가지는 것이 바람직하다. 특히 산화 실리콘 및 산화질화 실리콘은 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 특히 산화 실리콘 및 공공을 가지는 산화 실리콘은 나중의 공정에서 용이하게 과잉 산소 영역을 형성할 수 있으므로 바람직하다.
가열에 의하여 산소가 방출되는 절연체(580)를 산화물(530c)과 접하여 제공함으로써, 절연체(580) 내의 산소를 산화물(530c)을 통하여 산화물(530)에 효율적으로 공급할 수 있다. 또한 절연체(580) 내의 물 또는 수소 등의 불순물의 농도가 저감되어 있는 것이 바람직하다.
절연체(580)의 개구는 도전체(542a)와 도전체(542b) 사이의 영역과 중첩하여 형성된다. 이에 의하여, 도전체(560)는 절연체(580)의 개구, 및 도전체(542a)와 도전체(542b) 사이의 영역에 매립되도록 형성된다.
반도체 장치를 미세화하기 위하여 게이트 길이를 짧게 하는 것이 요구되지만, 도전체(560)의 도전성이 낮아지지 않도록 할 필요가 있다. 이를 위하여 도전체(560)의 막 두께를 두껍게 하면, 도전체(560)는 종횡비가 높은 형상이 될 수 있다. 본 실시형태에서는 도전체(560)를 절연체(580)의 개구에 매립되도록 제공하기 때문에, 도전체(560)를 종횡비가 높은 형상으로 하여도 공정 중에 도전체(560)가 무너지는 일 없이 형성할 수 있다.
절연체(574)는 절연체(580)의 상면, 도전체(560)의 상면, 및 절연체(550)의 상면에 접하여 제공되는 것이 바람직하다. 절연체(574)를 스퍼터링법으로 성막함으로써, 절연체(550) 및 절연체(580)에 과잉 산소 영역을 제공할 수 있다. 이에 의하여 이 과잉 산소 영역으로부터 산화물(530) 내에 산소를 공급할 수 있다.
예를 들어 절연체(574)로서 하프늄, 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 지르코늄, 텅스텐, 타이타늄, 탄탈럼, 니켈, 저마늄, 또는 마그네슘 등에서 선택된 1종류 또는 2종류 이상이 포함된 금속 산화물을 사용할 수 있다.
특히 산화 알루미늄은 배리어성이 높아 0.5nm 이상 3.0nm 이하의 박막이어도 수소 및 질소의 확산을 억제할 수 있다. 따라서 스퍼터링법으로 성막한 산화 알루미늄은 산소 공급원이면서 수소 등의 불순물의 배리어막으로서의 기능도 가질 수 있다.
또한 절연체(574) 위에 층간막으로서 기능하는 절연체(581)를 제공하는 것이 바람직하다. 절연체(581)는 절연체(524) 등과 마찬가지로 막 내의 물 또는 수소 등의 불순물의 농도가 저감되어 있는 것이 바람직하다.
또한 절연체(581), 절연체(574), 절연체(580), 및 절연체(544)에 형성된 개구에 도전체(540a) 및 도전체(540b)를 배치한다. 도전체(540a) 및 도전체(540b)는 도전체(560)를 끼워 대향하여 제공된다. 도전체(540a) 및 도전체(540b)는 후술하는 도전체(546) 및 도전체(548)와 같은 구성이다.
절연체(581) 위에는 절연체(582)가 제공되어 있다. 절연체(582)는 산소나 수소에 대하여 배리어성이 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 절연체(582)에는 절연체(514)와 같은 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어 절연체(582)에는 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화 탄탈럼 등의 금속 산화물을 사용하는 것이 바람직하다.
특히 산화 알루미늄은 산소와, 트랜지스터의 전기 특성의 변동 요인이 되는 수소, 수분 등의 불순물의 양쪽에 대하여 막을 투과시키지 않도록 하는 차단 효과가 높다. 따라서 산화 알루미늄은 트랜지스터의 제작 공정 중 및 제작 후에서 수소, 수분 등의 불순물의 트랜지스터(500)로의 혼입을 방지할 수 있다. 또한 트랜지스터(500)를 구성하는 산화물로부터의 산소의 방출을 억제할 수 있다. 그러므로 트랜지스터(500)에 대한 보호막으로서 사용하는 것에 적합하다.
또한 절연체(582) 위에는 절연체(586)가 제공되어 있다. 절연체(586)에는 절연체(320)와 같은 재료를 사용할 수 있다. 또한 절연체(586)에 유전율이 비교적 낮은 재료를 적용함으로써, 배선 사이에 생기는 기생 용량을 저감할 수 있다. 예를 들어 절연체(586)로서 산화 실리콘막이나 산화질화 실리콘막 등을 사용할 수 있다.
또한 절연체(520), 절연체(522), 절연체(524), 절연체(544), 절연체(580), 절연체(574), 절연체(581), 절연체(582), 및 절연체(586)에는 도전체(546) 및 도전체(548) 등이 매립되어 있다.
도전체(546) 및 도전체(548)는 용량 소자(600), 트랜지스터(500), 또는 트랜지스터(300)와 접속되는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 도전체(546) 및 도전체(548)는 도전체(328) 및 도전체(330)와 같은 재료를 사용하여 제공할 수 있다.
이어서, 트랜지스터(500) 위쪽에는 용량 소자(600)가 제공되어 있다. 용량 소자(600)는 도전체(610)와, 도전체(620)와, 절연체(630)를 가진다.
또한 도전체(546) 및 도전체(548) 위에 도전체(612)를 제공하여도 좋다. 도전체(612)는 트랜지스터(500)와 접속되는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 도전체(610)는 용량 소자(600)의 전극으로서의 기능을 가진다. 또한 도전체(612) 및 도전체(610)는 동시에 형성할 수 있다.
도전체(612) 및 도전체(610)에는 몰리브데넘, 타이타늄, 탄탈럼, 텅스텐, 알루미늄, 구리, 크로뮴, 네오디뮴, 스칸듐에서 선택된 원소를 포함하는 금속막, 또는 상술한 원소를 성분으로 하는 금속 질화물막(질화 탄탈럼막, 질화 타이타늄막, 질화 몰리브데넘막, 질화 텅스텐막) 등을 사용할 수 있다. 또는 인듐 주석 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 타이타늄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 타이타늄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 실리콘을 첨가한 인듐 주석 산화물 등의 도전성 재료를 적용할 수도 있다.
도 13에서는, 도전체(612) 및 도전체(610)를 단층 구조로서 나타내었지만, 상기 구성에 한정되지 않고, 2층 이상의 적층 구조로 하여도 좋다. 예를 들어 배리어성을 가지는 도전체와 도전성이 높은 도전체 사이에, 배리어성을 가지는 도전체 및 도전성이 높은 도전체에 대하여 밀착성이 높은 도전체를 형성하여도 좋다.
절연체(630)를 개재하여 도전체(610)와 중첩되도록 도전체(620)를 제공한다. 또한 도전체(620)는 금속 재료, 합금 재료, 또는 금속 산화물 재료 등의 도전성 재료를 사용할 수 있다. 내열성과 도전성을 양립하는 텅스텐이나 몰리브데넘 등의 고융점 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 특히 텅스텐을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 도전체 등의 다른 구조와 동시에 형성하는 경우에는 저저항 금속 재료인 Cu(구리)나 Al(알루미늄) 등을 사용하면 좋다.
도전체(620) 및 절연체(630) 위에는 절연체(640)가 제공되어 있다. 절연체(640)는 절연체(320)와 같은 재료를 사용하여 제공할 수 있다. 또한 절연체(640)는 그 아래쪽의 요철 형상을 피복하는 평탄화막으로서 기능하여도 좋다.
본 구조를 사용함으로써, 산화물 반도체를 가지는 트랜지스터를 사용한 반도체 장치에서, 전기 특성의 변동을 억제하면서 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또는 산화물 반도체를 가지는 트랜지스터를 사용한 전지 보호 회로에서 미세화 또는 고집적화를 도모할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태의 기재와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로를 전자 부품으로 하는 예에 대하여 도 16을 사용하여 설명한다.
도 16의 (A)에서는 앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로를 전자 부품으로 하는 예에 대하여 설명한다. 또한 전자 부품은 반도체 패키지 또는 IC용 패키지라고도 한다. 이 전자 부품은 단자 추출 방향이나 단자의 형상에 따라, 복수의 규격이나 명칭이 존재한다. 그러므로 본 실시형태에서는 그 일례에 대하여 설명하기로 한다.
OS 트랜지스터나 Si 트랜지스터로 구성된 회로부는 조립 공정(후(後)공정)을 거쳐, 프린트 기판에 탈착 가능한 부품이 복수 합쳐짐으로써 완성된다.
후공정에 대해서는 도 16의 (A)에 나타낸 각 공정을 거침으로써 완성될 수 있다. 구체적으로는 전(前)공정에서 얻어지는 소자 기판이 완성(단계 S1)된 후, 기판의 이면을 연삭(硏削)한다(단계 S2). 이 단계에서 기판을 박막화함으로써, 전공정에서의 기판의 휘어짐 등을 저감시키고, 부품의 소형화를 도모한다.
기판의 이면을 연삭하고, 기판을 복수의 칩으로 분리하는 다이싱 공정을 수행한다. 그리고 분리된 칩을 각각 픽업(Pick up)하여 리드 프레임 위에 탑재하고 접합하는 다이 본딩 공정을 수행한다(단계 S3). 이 다이 본딩 공정에서의 칩과 리드 프레임의 접착은 수지에 의한 접착이나 테이프에 의한 접착 등, 제품에 따라 적합한 방법을 선택한다. 또한 다이 본딩 공정에서는, 인터포저 위에 탑재하여 접합하여도 좋다.
이어서, 리드 프레임의 리드와 칩 위의 전극을 금속 세선(와이어)으로 전기적으로 접속하는 와이어 본딩을 수행한다(단계 S4). 금속 세선에는 은선(silver line)이나 금선(gold line)을 사용할 수 있다. 또한 와이어 본딩으로서 볼 본딩(ball bonding)이나 웨지 본딩(wedge bonding)을 사용할 수 있다.
와이어 본딩된 칩에 대해서는 에폭시 수지 등으로 밀봉하는 몰딩 공정이 실시된다(단계 S5). 몰딩 공정을 수행함으로써 전자 부품의 내부가 수지로 충전(充塡)되어, 내장되는 회로부나 와이어에 대한, 기계적인 외력에 의한 대미지를 저감할 수 있고, 또한 수분이나 먼지로 인한 특성의 열화를 저감할 수 있다.
이어서 리드 프레임의 리드를 도금 처리한다. 그리고 리드를 절단 및 성형 가공한다(단계 S6). 이 도금 처리에 의하여 리드의 녹을 방지하고, 나중에 프린트 기판에 실장할 때의 납땜을 더 확실하게 수행할 수 있다.
이어서, 패키지 표면에 인자 처리(마킹)를 실시한다(단계 S7). 그리고 최종적인 검사 공정(단계 S8)을 거쳐 PLD를 포함하는 회로부를 가지는 전자 부품이 완성된다(단계 S9).
또한 완성된 전자 부품의 사시 모식도를 도 16의 (B)에 나타내었다. 도 16의 (B)에는 전자 부품의 일례로서 QFP(Quad Flat Package)의 사시 모식도를 나타내었다. 도 16의 (B)에 나타내어진 전자 부품(700)은 리드(701) 및 회로부(703)를 포함한다. 도 16의 (B)에 나타내어진 전자 부품(700)은 예를 들어 프린트 기판(702)에 실장된다. 이와 같은 전자 부품(700)이 복수로 조합되고, 각각이 프린트 기판(702) 위에서 전기적으로 접속됨으로써 전기 기기의 내부에 탑재할 수 있다. 완성된 회로 기판(704)은 전기 기기 등의 내부에 제공된다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로를 포함하는 전자 부품을 적용할 수 있는 축전 장치 및 축전 시스템의 구성에 대하여 설명한다.
[원통형 이차 전지]
원통형 이차 전지의 예에 대하여 도 17의 (A)를 참조하여 설명한다. 원통형 이차 전지(400)는 도 17의 (A)에 나타내어진 바와 같이, 상면에 양극캡(전지 뚜껑)(401)을 가지고, 측면 및 저면에 전지 캔(외장 캔)(402)을 가진다. 이들 양극캡(401)과 전지 캔(외장 캔)(402)은 개스킷(절연 패킹)(410)에 의하여 절연되어 있다.
도 17의 (B)는 축전 시스템(415)의 일례를 나타낸 것이다. 축전 시스템(415)은 복수의 이차 전지(400)를 가진다. 각 이차 전지의 양극은 절연체(425)로 분리된 도전체(424)에 접촉하고 전기적으로 접속되어 있다. 도전체(424)는 배선(423)을 통하여 제어 회로(420)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한 각 이차 전지의 음극은 배선(426)을 통하여 제어 회로(420)에 전기적으로 접속되어 있다. 제어 회로(420)로서 앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로를 사용할 수 있다.
도 17의 (C)는 축전 시스템(415)의 일례를 나타낸 것이다. 축전 시스템(415)은 복수의 이차 전지(400)를 가지고, 복수의 이차 전지(400)는 도전판(413)과 도전판(414) 사이에 끼워져 있다. 복수의 이차 전지(400)는 배선(416)에 의하여 도전판(413) 및 도전판(414)과 전기적으로 접속된다. 복수의 이차 전지(400)는 병렬 접속되어도 좋고, 직렬 접속되어도 좋고, 병렬로 접속된 후 직렬로 접속되어도 좋다. 복수의 이차 전지(400)를 가지는 축전 시스템(415)을 구성함으로써, 큰 전력을 추출할 수 있다.
복수의 이차 전지(400) 사이에 온도 제어 장치를 가져도 좋다. 이차 전지(400)가 과열되었을 때에는 온도 제어 장치에 의하여 냉각하고, 이차 전지(400)가 지나치게 냉각되었을 때에는 온도 제어 장치에 의하여 가열할 수 있다. 그러므로 축전 시스템(415)의 성능이 외기 온도의 영향을 받기 어려워진다.
또한 도 17의 (C)에서, 축전 시스템(415)은 제어 회로(420)에 배선(421) 및 배선(422)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 제어 회로(420)로서 앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로를 사용할 수 있다. 배선(421)은 도전판(413)을 통하여 복수의 이차 전지(400)의 양극에 전기적으로 접속되고, 배선(422)은 도전판(414)을 통하여 복수의 이차 전지(400)의 음극에 전기적으로 접속된다.
[이차 전지 팩]
다음으로 본 발명의 일 형태의 축전 시스템의 예에 대하여 도 18을 사용하여 설명한다.
도 18의 (A)는 이차 전지 팩(531)의 외관을 나타낸 도면이다. 도 18의 (B)는 이차 전지 팩(531)의 구성을 설명하는 도면이다. 이차 전지 팩(531)은 회로 기판(501)과 이차 전지(513)를 가진다. 이차 전지(513)에는 라벨(509)이 부착되어 있다. 회로 기판(501)은 실(seal)(515)에 의하여 고정되어 있다. 또한 이차 전지 팩(531)은 안테나(517)를 가진다.
회로 기판(501)은 제어 회로(590)를 가진다. 제어 회로(590)로서는 앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로를 사용할 수 있다. 예를 들어 도 18의 (B)에 나타내어진 바와 같이, 회로 기판(501) 위에 제어 회로(590)를 가진다. 또한 회로 기판(501)은 단자(511)와 전기적으로 접속되어 있다. 또한 회로 기판(501)은 안테나(517), 이차 전지(513)의 양극 리드와 음극 리드 중 한쪽(551), 양극 리드와 음극 리드 중 다른 쪽(552)과 전기적으로 접속된다.
또는 도 18의 (C)에 나타내어진 바와 같이, 회로 기판(501) 위에 제공되는 회로 시스템(590a)과, 단자(511)를 통하여 회로 기판(501)에 전기적으로 접속되는 회로 시스템(590b)을 가져도 좋다. 예를 들어 본 발명의 일 형태의 제어 회로의 한 부분이 회로 시스템(590a)에, 본 발명의 일 형태의 제어 회로의 다른 한 부분이 회로 시스템(590b)에 각각 제공된다.
또한 안테나(517)는 코일 형상에 한정되지 않고, 예를 들어 선형, 판형이어도 좋다. 또한 평면 안테나, 개구면 안테나, 진행파 안테나, EH 안테나, 자계 안테나, 유전체 안테나 등의 안테나를 사용하여도 좋다. 또는 안테나(517)는 평판 형상의 도체이어도 좋다. 이 평판 형상의 도체는 전계 결합용 도체 중 하나로서 기능할 수 있다. 즉 콘덴서가 가지는 2개의 도체 중 하나의 도체로서, 안테나(517)를 기능시켜도 좋다. 이에 의하여, 전자계, 자계뿐만 아니라 전계에 의한 전력의 송수신도 가능하게 된다.
이차 전지 팩(531)은 안테나(517)와 이차 전지(513) 사이에 층(519)을 가진다. 층(519)은 예를 들어, 이차 전지(513)에 의한 전자계를 차폐할 수 있는 기능을 가진다. 층(519)으로서는 예를 들어 자성체를 사용할 수 있다.
이차 전지(513)는 권회된 전지 소자를 가져도 좋다. 권회된 전지 소자는 세퍼레이터를 개재하여 음극과 양극이 서로 중첩되어 적층되며, 이 적층 시트가 권회된 것이다.
본 실시형태는 다른 실시형태의 기재와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 축전 시스템을, 차량에 탑재하는 예를 나타낸다. 차량으로서는 예를 들어 자동차, 이륜차, 자전거 등을 들 수 있다.
축전 시스템을 차량에 탑재하면 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자동차(EV), 또는 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV) 등의 차세대 클린 에너지 자동차를 실현할 수 있다.
도 19에 본 발명의 일 형태인 축전 시스템을 사용한 차량을 예시하였다. 도 19의 (A)에 나타내어진 자동차(8400)는 주행을 위한 동력원으로서 전기 모터를 사용하는 전기 자동차이다. 또는 주행을 위한 동력원으로서 전기 모터와 엔진을 적절히 선택하여 사용할 수 있는 하이브리드 자동차이다. 본 발명의 일 형태를 사용함으로써, 항속 거리가 긴 차량을 실현할 수 있다. 자동차(8400)는 축전 시스템을 가진다. 축전 시스템은 전기 모터(8406)를 구동시킬 뿐만 아니라 헤드라이트(8401)나 실내등(도시 생략) 등의 발광 장치에 전력을 공급할 수 있다.
또한 축전 시스템은 자동차(8400)가 가지는 속도계, 태코미터 등의 표시 장치에 전력을 공급할 수 있다. 또한 축전 시스템은 자동차(8400)가 가지는 내비게이션 시스템 등에 전력을 공급할 수 있다.
도 19의 (B)에 나타내어진 자동차(8500)는 자동차(8500)가 가지는 축전 시스템(8024)에, 플러그인 방식이나 비접촉 급전 방식 등으로 외부의 충전 설비로부터 전력을 공급받아 충전할 수 있다. 도 19의 (B)에 지상 설치형의 충전 장치(8021)로부터 자동차(8500)에 탑재된 축전 시스템(8024)에, 케이블(8022)을 통하여 충전을 하는 상태를 나타내었다. 충전에서는 충전 방법이나 커넥터의 규격 등을 CHAdeMO(등록 상표)나 콤보 등의 소정의 방식으로 적절히 수행하면 좋다. 충전 장치(8021)는 상용 시설에 설치된 충전 스테이션이어도 좋고, 또한 일반 주택의 전원이어도 좋다. 예를 들어 플러그인 기술을 이용하여, 외부로부터의 전력 공급에 의하여 자동차(8500)에 탑재된 축전 시스템(8024)을 충전할 수 있다. 충전은 ACDC 컨버터 등의 변환 장치를 통하여 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 수행할 수 있다.
또한 도시하지 않았지만, 수전 장치를 차량에 탑재하고 지상의 송전 장치로부터 전력을 비접촉으로 공급하여 충전할 수도 있다. 이 비접촉 급전 방식의 경우에는 도로나 외벽에 송전 장치를 조합함으로써 정차 시뿐만 아니라 주행 중에도 충전할 수 있다. 또한 이 비접촉 급전의 방식을 이용하여 차량끼리 전력의 송수신을 하여도 좋다. 또한 차량의 외장부에 태양 전지를 제공하여 정차 시나 주행 중에 축전 시스템의 충전을 하여도 좋다. 이와 같은 비접촉 전력 공급에는 전자기 유도 방식이나 자계 공명 방식을 사용할 수 있다.
또한 도 19의 (C)는 본 발명의 일 형태의 축전 시스템을 사용한 이륜차의 일례이다. 도 19의 (C)에 나타내어진 스쿠터(8600)는 축전 시스템(8602), 사이드 미러(8601), 방향 지시등(8603)을 포함한다. 축전 시스템(8602)은 방향 지시등(8603)에 전기를 공급할 수 있다.
또한 도 19의 (C)에 나타내어진 스쿠터(8600)는 시트 아래 수납 공간(8604)에 축전 시스템(8602)을 수납할 수 있다. 축전 시스템(8602)은 시트 아래 수납 공간(8604)이 소형이어도 시트 아래 수납 공간(8604)에 수납할 수 있다.
또한 도 20의 (A)는 본 발명의 일 형태의 축전 시스템을 사용한 전기 자전거의 일례이다. 도 20의 (A)에 나타내어진 전기 자전거(8700)에 본 발명의 일 형태의 축전 시스템을 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 축전 시스템은 예를 들어, 복수의 축전지와, 보호 회로와, 뉴럴 네트워크를 가진다.
전기 자전거(8700)는 축전 시스템(8702)을 포함한다. 축전 시스템(8702)은 운전자를 도와주는 모터에 전기를 공급할 수 있다. 또한 축전 시스템(8702)은 운반할 수 있고, 도 20의 (B)에는 자전거로부터 분리한 상태를 나타내었다. 또한 축전 시스템(8702)에는 본 발명의 일 형태의 축전 시스템이 가지는 축전지(8701)가 복수 내장되어 있으며, 그 배터리 잔량 등을 표시부(8703)에 표시할 수 있도록 하고 있다. 또한 축전 시스템(8702)은 본 발명의 일 형태의 제어 회로(8704)를 가진다. 제어 회로(8704)는 축전지(8701)의 양극 및 음극과 전기적으로 접속되어 있다. 제어 회로(8704)로서 앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로를 사용할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태의 기재와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 앞의 실시형태에서 설명한 축전 시스템을 전자 기기에 실장하는 예에 대하여 설명한다.
도 21의 (A) 및 (B)에 둘로 접을 수 있는 태블릿형 단말기(클램셸형 단말기도 포함함)의 일례를 나타내었다. 도 21의 (A) 및 (B)에 나타내어진 태블릿형 단말기(9600)는, 하우징(9630a), 하우징(9630b), 하우징(9630a)과 하우징(9630b)을 접속하는 가동부(9640), 표시부(9631), 표시 모드 전환 스위치(9626), 전원 스위치(9627), 전력 절약 모드 전환 스위치(9625), 잠금부(9629), 및 조작 스위치(9628)를 가진다. 표시부(9631)에는 가요성을 가지는 패널을 사용함으로써, 보다 넓은 표시부를 가지는 태블릿 단말기로 할 수 있다. 도 21의 (A)는 태블릿형 단말기(9600)를 펼친 상태를 나타낸 것이고, 도 21의 (B)는 태블릿형 단말기(9600)를 닫은 상태를 나타낸 것이다.
또한 태블릿형 단말기(9600)는 하우징(9630a) 및 하우징(9630b)의 내부에 축전체(9635)를 가진다. 축전체(9635)는 가동부(9640)를 거쳐, 하우징(9630a)과 하우징(9630b)에 걸쳐 제공되어 있다.
표시부(9631)는 일부를 터치 패널 영역으로 할 수 있으며, 표시된 조작 키를 터치함으로써 데이터를 입력할 수 있다. 또한 터치 패널의 키보드 표시 전환 버튼이 표시되어 있는 위치를, 손가락이나 스타일러스 등으로 터치함으로써 표시부(9631)에 키보드 버튼을 표시할 수 있다.
또한 표시 모드 전환 스위치(9626)는 세로 표시 또는 가로 표시 등 표시 방향의 전환, 흑백 표시나 컬러 표시의 전환 등을 선택할 수 있다. 전력 절약 모드 전환 스위치(9625)는 태블릿형 단말기(9600)에 내장된 광 센서에서 검출되는 사용 시의 외광의 광량에 따라 표시의 휘도를 최적화할 수 있다. 태블릿형 단말기에는 광 센서뿐만 아니라 자이로스코프, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서 등 다른 검출 장치가 내장되어도 좋다.
도 21의 (B)는 닫힌 상태이고, 태블릿형 단말기는 하우징(9630), 태양 전지(9633), 및 본 발명의 일 형태의 축전 시스템을 가진다. 축전 시스템은 제어 회로(9634)와 축전체(9635)를 가진다. 제어 회로(9634)에 대해서는 앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로를 사용할 수 있다.
또한 태블릿형 단말기(9600)는 둘로 접을 수 있기 때문에, 사용하지 않을 때는 하우징(9630a) 및 하우징(9630b)이 중첩되도록 접을 수 있다. 접음으로써, 표시부(9631)를 보호할 수 있기 때문에, 태블릿형 단말기(9600)의 내구성을 높일 수 있다.
또한 이 외에도 도 21의 (A) 및 (B)에 나타내어진 태블릿형 단말기는 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시하는 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시된 정보를 터치 입력에 의하여 조작 또는 편집하는 터치 입력 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수 있다.
태블릿형 단말기의 표면에 장착된 태양 전지(9633)에 의하여, 전력을 터치 패널, 표시부, 또는 영상 신호 처리부 등에 공급할 수 있다. 또한 태양 전지(9633)는 하우징(9630)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 제공할 수 있고, 축전체(9635)의 충전을 효율적으로 수행하는 구성으로 할 수 있다.
또한 도 21의 (A), (B)에서는 둘로 접을 수 있는 태블릿형 단말기에 앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로를 사용한 제어 회로를 적용하는 구성에 대하여 설명하였지만 다른 구성이어도 좋다. 예를 들어 도 21의 (C)에 도시된 바와 같이, 클램셸형 단말기인 노트북형 퍼스널 컴퓨터에 적용하는 것도 가능하다. 도 21의 (C)에서는 하우징(9630a)에 표시부(9631)를, 하우징(9630b)에 키보드부(9641)를 포함하는 노트북형 퍼스널 컴퓨터(9601)를 도시하였다. 노트북형 퍼스널 컴퓨터(9601) 내에는 도 21의 (A), (B)에서 설명한 제어 회로(9634)와 축전체(9635)를 가진다. 제어 회로(9634)에 대해서는 앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로를 사용할 수 있다.
도 22에 다른 전자 기기의 예를 나타내었다. 도 22의 표시 장치(8000)는 본 발명의 일 형태의 축전 시스템을 실장하는 전자 기기의 일례이다. 구체적으로는 표시 장치(8000)는 TV 방송 수신용 표시 장치에 상당하며, 하우징(8001), 표시부(8002), 스피커부(8003), 이차 전지(8004) 등을 가진다. 본 발명의 일 형태에 따른 검출 시스템은 하우징(8001) 내부에 제공되어 있다. 표시 장치(8000)는 상용 전원으로부터 전력을 공급받을 수도 있고, 이차 전지(8004)에 저장된 전력을 이용할 수도 있다.
표시부(8002)에는 액정 표시 장치, 유기 EL 소자 등의 발광 소자를 각 화소에 포함한 발광 장치, 전기 영동 표시 장치, DMD(Digital Micromirror Device), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display) 등의 반도체 표시 장치를 사용할 수 있다.
또한 음성 입력 디바이스(8005)도 이차 전지를 사용한다. 음성 입력 디바이스(8005)는 앞의 실시형태에서 설명한 축전 시스템을 가진다. 음성 입력 디바이스(8005)는 무선 통신 소자 외에, 마이크로폰을 포함하는 센서(광학 센서, 온도 센서, 습도 센서, 기압 센서, 조도 센서, 모션 센서 등)를 복수로 가지고, 사용자가 명령하는 말에 따라 다른 디바이스, 예를 들어 표시 장치(8000)의 전원 조작, 조명 장치(8100)의 광량 조절 등을 수행할 수 있다. 음성 입력 디바이스(8005)를 통하여 음성으로 주변 기기의 조작을 수행할 수 있고 수동의 리모컨을 대체할 수 있다.
또한 음성 입력 디바이스(8005)는, 차륜이나 기계식 이동 수단을 가지고 사용자의 발성이 들리는 방향으로 이동하고 내장되어 있는 마이크로폰으로 정확하게 명령을 알아들 수 있고, 또한 그 내용을 표시부(8008)에 표시하거나 또는 표시부(8008)의 터치 입력 조작을 수행할 수 있는 구성으로 하였다.
또한 음성 입력 디바이스(8005)는 스마트폰 등의 휴대 정보 단말기(8009)의 충전 독으로서도 기능시킬 수 있다. 휴대 정보 단말기(8009)와 음성 입력 디바이스(8005)는 유선 또는 무선으로 전력을 수수할 수 있다. 휴대 정보 단말기(8009)를 운반할 필요가 특별히 없는 실내에서는, 필요한 용량을 확보하면서도 이차 전지에 부하가 가해져 열화되는 것을 회피하는 것이 좋기 때문에, 음성 입력 디바이스(8005)에 의하여 이차 전지의 관리, 보수 등을 수행할 수 있는 것이 바람직하다. 또한 음성 입력 디바이스(8005)는 스피커(8007) 및 마이크로폰을 가지기 때문에, 휴대 정보 단말기(8009)가 충전 중일 때에도 핸즈프리로 대화할 수 있다. 또한 음성 입력 디바이스(8005)의 이차 전지의 용량이 저하하였을 때는 화살표 방향으로 이동하고 외부 전원과 접속된 충전 모듈(8010)로부터 무선 충전에 의하여 충전을 수행하면 좋다.
또한 음성 입력 디바이스(8005)를 대에 올려 놓아도 좋다. 또한 음성 입력 디바이스(8005)에 차륜이나 기계식 이동 수단을 제공하여 원하는 위치로 이동시켜도 좋고, 또는 대나 차륜을 제공하지 않고 음성 입력 디바이스(8005)를 원하는 위치, 예를 들어 바닥의 위 등에 고정하여도 좋다.
또한 표시 장치에는 TV 방송 수신용 외에, 퍼스널 컴퓨터용, 광고 표시용 등 모든 정보 표시용 표시 장치가 포함된다.
도 22의 설치형 조명 장치(8100)는, 충전을 제어하는 마이크로프로세서(APS를 포함함)로 제어되는 이차 전지(8103)가 사용된 전자 기기의 일례이다. 구체적으로 조명 장치(8100)는 하우징(8101), 광원(8102), 이차 전지(8103) 등을 가진다. 도 22에는 이차 전지(8103)가, 하우징(8101) 및 광원(8102)이 설치된 천장(8104) 내부에 제공되어 있는 경우를 예시하였지만, 이차 전지(8103)는 하우징(8101) 내부에 제공되어 있어도 좋다. 조명 장치(8100)는 상용 전원으로부터 전력을 공급받을 수도 있고, 이차 전지(8103)에 저장된 전력을 이용할 수도 있다.
또한 도 22에는 천장(8104)에 설치된 설치형 조명 장치(8100)를 예시하였지만, 이차 전지(8103)는 천장(8104) 이외에, 예를 들어 측벽(8105), 바닥(8106), 창문(8107) 등에 설치된 설치형 조명 장치에 사용될 수도 있고, 탁상형 조명 장치 등에 사용될 수도 있다.
또한 광원(8102)에는 전력을 이용하여 인공적으로 광을 얻는 인공 광원을 사용할 수 있다. 구체적으로는 백열 전구, 형광등 등의 방전 램프, LED나 유기 EL 소자 등의 발광 소자를 상기 인공 광원의 일례로 들 수 있다.
도 22에 나타내어진 실내기(8200) 및 실외기(8204)를 가지는 에어컨디셔너는 이차 전지(8203)를 사용한 전자 기기의 일례이다. 구체적으로는 실내기(8200)는 하우징(8201), 송풍구(8202), 이차 전지(8203) 등을 가진다. 도 22에는 이차 전지(8203)가 실내기(8200)에 제공되는 경우를 예시하였지만, 이차 전지(8203)는 실외기(8204)에 제공되어도 좋다. 또는 실내기(8200)와 실외기(8204) 양쪽 모두에 이차 전지(8203)가 제공되어 있어도 좋다. 에어컨디셔너는 상용 전원으로부터 전력을 공급받을 수도 있고, 이차 전지(8203)에 저장된 전력을 이용할 수도 있다.
도 22에 나타내어진 전기 냉동 냉장고(8300)는 이차 전지(8304)를 사용한 전자 기기의 일례이다. 구체적으로는 전기 냉동 냉장고(8300)는 하우징(8301), 냉장실용 문(8302), 냉동실용 문(8303), 이차 전지(8304) 등을 가진다. 도 22에서는 이차 전지(8304)가 하우징(8301) 내부에 제공되어 있다. 전기 냉동 냉장고(8300)는 상용 전원으로부터 전력을 공급받을 수도 있고, 이차 전지(8304)에 저장된 전력을 이용할 수도 있다.
또한 전자 기기가 사용되지 않는 시간대, 특히 상용 전원의 공급원이 공급할 수 있는 총전력량 중 실제로 사용되는 전력량의 비율(전력 사용률이라고 함)이 낮은 시간대에 이차 전지에 전력을 저장해 둠으로써, 상기 시간대 외에서 전력 사용률이 높아지는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어 전기 냉동 냉장고(8300)의 경우, 기온이 낮고 냉장실용 문(8302), 냉동실용 문(8303)이 개폐되지 않는 야간에, 이차 전지(8304)에 전력을 저장한다. 그리고 기온이 높아지고 냉장실용 문(8302), 냉동실용 문(8303)이 개폐되는 낮에, 이차 전지(8304)를 보조 전원으로서 사용함으로써 낮의 전력 사용률을 낮게 할 수 있다.
상술한 전자 기기 외에도 이차 전지는 다양한 전자 기기에 탑재될 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여 이차 전지의 사이클 특성이 양호해진다. 그러므로 본 발명의 일 형태인, 충전을 제어하는 마이크로프로세서(APS를 포함함)를 본 실시형태에서 설명한 전자 기기에 탑재함으로써 수명이 더 긴 전자 기기로 할 수 있다. 본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 축전 시스템을 전자 기기에 실장하는 예를 도 23의 (A) 내지 (E)에 나타내었다. 본 발명의 일 형태의 축전 시스템을 적용한 전자 기기로서는 예를 들어 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등이 있다.
도 23의 (A)는 휴대 전화기의 일례를 나타낸 것이다. 휴대 전화기(7400)는 하우징(7401)에 제공된 표시부(7402) 외에, 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크로폰(7406) 등을 포함한다. 또한 휴대 전화기(7400)는 본 발명의 일 형태의 축전 시스템을 가진다. 본 발명의 일 형태의 축전 시스템은 예를 들어 축전지(7407)와, 앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로를 가진다.
도 23의 (B)는 휴대 전화기(7400)를 만곡시킨 상태를 나타낸 것이다. 휴대 전화기(7400)를 외부의 힘으로 변형시켜 전체를 만곡시키면, 그 내부에 제공된 축전지(7407)도 만곡되는 경우가 있다. 이러한 경우에는 축전지(7407)로서 가요성을 가지는 축전지를 사용하는 것이 바람직하다. 가요성을 가지는 축전지가 만곡된 상태를 도 23의 (C)에 나타내었다. 축전지에는 제어 회로(7408)가 전기적으로 접속되어 있다. 제어 회로(7408)로서 앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로를 사용할 수 있다.
또한 플렉시블한 형태를 가지는 축전지를, 가옥이나 빌딩의 내벽 또는 외벽이나, 자동차의 내장 또는 외장의 곡면을 따라 제공할 수도 있다.
도 23의 (D)는 뱅글형 표시 장치의 일례를 나타낸 것이다. 휴대 표시 장치(7100)는 하우징(7101), 표시부(7102), 조작 버튼(7103), 및 본 발명의 일 형태의 축전 시스템을 가진다. 본 발명의 일 형태의 축전 시스템은 예를 들어 축전지(7104)와, 앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로를 가진다.
도 23의 (E)는 손목시계형 휴대 정보 단말기의 일례를 나타낸 것이다. 휴대 정보 단말기(7200)는 하우징(7201), 표시부(7202), 밴드(7203), 버클(7204), 조작 버튼(7205), 입출력 단자(7206) 등을 포함한다.
휴대 정보 단말기(7200)는 이동 전화, 전자 메일, 문장 열람 및 작성, 음악 재생, 인터넷 통신, 컴퓨터 게임 등의 다양한 애플리케이션을 실행할 수 있다.
표시부(7202)는 그 표시면이 만곡되도록 제공되며, 만곡된 표시면을 따라 표시를 수행할 수 있다. 또한 표시부(7202)는 터치 센서를 포함하고 손가락이나 스타일러스 등으로 화면을 터치함으로써 조작할 수 있다. 예를 들어 표시부(7202)에 표시된 아이콘(7207)을 터치함으로써 애플리케이션을 기동할 수 있다.
조작 버튼(7205)은 시각 설정 외에, 전원의 온/오프 동작, 무선 통신의 온/오프 동작, 매너 모드의 실행 및 해제, 전력 절약 모드의 실행 및 해제 등, 다양한 기능을 가지게 할 수 있다. 예를 들어 휴대 정보 단말기(7200)에 내장된 운영 체제에 의하여 조작 버튼(7205)의 기능을 자유로이 설정할 수도 있다.
또한 휴대 정보 단말기(7200)는 통신 규격에 따른 근거리 무선 통신을 실행할 수 있다. 예를 들어 무선 통신이 가능한 헤드세트와 상호 통신함으로써 핸즈프리로 통화할 수도 있다.
또한 휴대 정보 단말기(7200)는 입출력 단자(7206)를 포함하고 커넥터를 통하여 다른 정보 단말과 직접 데이터를 송수신할 수 있다. 또한 입출력 단자(7206)를 통하여 충전을 수행할 수도 있다. 또한 충전 동작은 입출력 단자(7206)를 통하지 않고 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
휴대 정보 단말기(7200)는 본 발명의 일 형태의 축전 시스템을 가진다. 상기 축전 시스템은 축전지와, 앞의 실시형태에서 설명한 전지 보호 회로를 가진다.
휴대 정보 단말기(7200)는 센서를 가지는 것이 바람직하다. 센서로서 예를 들어, 지문 센서, 맥박 센서, 및 체온 센서 등의 인체 센서나, 터치 센서, 가압 센서, 및 가속도 센서 등이 탑재되는 것이 바람직하다.
본 실시형태는 다른 실시형태의 기재와 적절히 조합할 수 있다.
(실시예)
(실시예 1)
본 실시예에서는 실제로 제작한 전지 보호 회로가 가지는 전환 스위치의 구성예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는 도 11의 (C)에서 도시한 백 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터(25)로 구성되는 전환 스위치(13G)를 작성하여 평가한 결과에 대하여 설명한다.
도 24의 (A)에는 전환 스위치(13G)의 상면 레이아웃도를 나타내었다. 도 24의 (A)에서는 단자(16A)와 단자(16B) 사이 및 단자(17A)와 단자(17B) 사이의 전기적 접속을 제어하기 위한 트랜지스터(25)가 복수 제공되는 X자상의 영역(26)을 도시하였다. 단자(16A)와 단자(16B)는 전기적으로 접속되고, 단자(16)로서 기능한다. 단자(17A)와 단자(17B)는 전기적으로 접속되고, 단자(17)로서 기능한다. 또한 상면 레이아웃도에 도시한 단자(16A)와 단자(16B) 및 단자(17A)와 단자(17B)는 외부와의 접속 배선이 접속되는 전극으로서 기능할 수 있다.
또한 단자(16) 및 단자(17)로서 기능하는 전극을 상면으로부터 봤을 때의 형상은 외부와의 접속 배선으로부터 영역(26)까지의 거리가 등간격이 되는 형상인 것이 바람직하다. 예를 들어 원 형상, 또는 도 24의 (A)에 도시된 바와 같이 삼각 형상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 트랜지스터(25)의 드레인 측으로서 기능하는 단자(16A) 및 단자(16B) 또는 단자(17A) 및 단자(17B)가 제공되는 영역은 전류가 흐름으로 인한 발열을 완화하기 위하여, 영역(26)보다 넓게 하고, 배선 저항을 낮추고, 또한 방열성을 높이도록 설계하는 것이 적합하다.
영역(26)에는 복수의 트랜지스터(25)가 배치된다. 도 24의 (B)에는 도 24의 (A)에 도시한 영역(26)에 대응하는 상면 레이아웃도를 나타내었다. 도 24의 (B)에서는 단자(16A) 및 단자(17B)로부터 연장되어 제공된 빗살 형상의 전극들 사이에 실시형태 2에서 설명한 산화물(530)이 제공되어 있다.
또한 산화물(530)로 구성되는 반도체층은 도 25의 (A)에 도시된 바와 같이, 단자(16) 및 단자(17)로서 나타낸 전극들 사이에 섬 형상의 산화물(530I)이 복수 제공되는 구성으로 한다. 상기 구성으로 함으로써 트랜지스터(25)의 전기 특성의 편차를 억제할 수 있다.
도 25의 (B)에서는 단자(16) 및 단자(17)로서 기능하는 전극을 점선으로 도시하였다. 도 25의 (B)에서는 섬 형상의 산화물(530I)에 중첩되어 제공된, 게이트 전극으로서 기능하는 도전체(560) 및 백 게이트 전극으로서 기능하는 도전체(503)를 도시하였다.
또한 도 26의 (A)에서는 도 25의 (B)에 나타내어진 X방향, Y방향에서의 트랜지스터(25)의 사시도를 나타내었다. 도 26의 (A)에서는 섬 형상의 산화물(530I)에 중첩되어 제공된 도전체(560) 및 도전체(503)를 도시하였다. 도 26의 (B)에서는 도전체(503)를 백 게이트 전극으로서 전극(BGE)이라고 도시하였다. 도 26의 (B)에서는 도전체(560)를 톱 게이트 전극으로서 전극(TGE)이라고 도시하였다. 도 26의 (B)에서는 도전체(503 및 560)를 사이에 둔 섬 형상의 산화물(530I)의 한쪽을 단자(16)로서 도시하고, 다른 쪽을 단자(17)로서 도시하였다. 도 26의 (A)에 도시한 트랜지스터는 도 26의 (B)에 나타낸 기호로서 나타낼 수 있다.
도 26의 (A), (B)에 도시한 트랜지스터(25)의 전기 특성에 대하여 설명한다. 도 27은 트랜지스터의 전기 특성 중 하나인, 게이트 전극에 인가하는 전압(게이트 전압: Vg) 및 백 게이트 전극에 인가하는 전압(백 게이트 전압: Vbg)에 따른 드레인 전류(Id)의 변화의 온도 의존성에 대하여 도시한 것이다. 또한 측정에 사용한 트랜지스터는 채널 길이를 0.350μm로 하고, 채널 폭을 0.350μm로 하였다. 측정하였을 때의 온도 조건은 30℃, 85℃, 125℃, 150℃로 하였다. 드레인 전압은 0.1V로 하였다. 도 27에서는, 게이트 전압과 백 게이트 전압의 변동을 같은 전압으로 하고 드레인 전류를 로그 스케일로 그래프화하였다.
도 27에 도시된 바와 같이, 30℃부터 150℃로 온도가 상승함에 따라 드레인 전류가 감소하는 일은 없었고, 계속 상승하는 트랜지스터 특성이 얻어졌다.
도 28은, 게이트 전압과 백 게이트 전압의 변동을 같은 전압으로 하고 드레인 전류를 선형 스케일로 그래프화한, 게이트 전압 및 백 게이트 전압에 따른 드레인 전류의 변화의 온도 의존성에 대하여 도시한 것이다. 측정하였을 때의 온도 조건은 30℃, 85℃, 125℃, 150℃로 하였다. 드레인 전압은 0.1V로 하였다.
도 28에 도시된 바와 같이, 30℃부터 150℃로 온도가 상승함에 따라 드레인 전류가 감소하는 일은 없었고, 계속 상승하는 트랜지스터 특성이 얻어졌다.
도 29는, 게이트 전압과 백 게이트 전압의 변동을 같은 전압으로 하고 드레인 전류를 선형 스케일로 그래프화한, 드레인 전압에 따른 드레인 전류의 변화의 온도 의존성에 대하여 도시한 것이다. 측정하였을 때의 온도 조건은 30℃, 85℃, 125℃, 150℃로 하였다. 게이트 전압 및 백 게이트 전압은 1.0V로 하였다.
도 29에 도시된 바와 같이, 30℃부터 150℃로 온도가 상승함에 따라 드레인 전류가 감소하는 일은 없었고, 계속 상승하는 트랜지스터 특성이 얻어졌다.
도 30에는 백 게이트 전압을 0V로, 즉 싱글 게이트 구동으로 하고, 게이트 전압을 3.5V부터 8.5V까지 0.5V씩 변화시켰을 때의, 드레인 전압에 따른 드레인 전류에 대하여 도시하였다. 실온(25℃)에서 측정하였지만 자기 발열에 의하여 패키지의 측정 온도는 55℃가 되었다.
도 30에 도시된 바와 같이, 게이트 전압이 3.5V부터 8.5V로 상승함에 따라 드레인 전류가 상승하였으나, 어느 전압에서도 양호한 출력 특성이 얻어졌다.
도 31에는 백 게이트 전압 및 게이트 전압을 둘 다 3.5V부터 8.5V까지 0.5V씩 변화시켰을 때, 즉 듀얼 게이트 구동하였을 때의, 드레인 전압에 따른 드레인 전류에 대하여 도시하였다. 실온(25℃)에서 측정하였지만 자기 발열에 의하여 패키지의 측정 온도는 56℃가 되었다.
도 31에 도시된 바와 같이, 백 게이트 전압 및 게이트 전압이 둘 다 3.5V부터 8.5V로 상승함에 따라 드레인 전류가 상승하였으나, 어느 전압에서도 양호한 출력 특성이 얻어졌다.
도 32는, 게이트 전압과 백 게이트 전압의 변동을 같은 전압으로 하고 듀얼 게이트 구동하였을 때의 드레인 전류를 로그 스케일로 그래프화한, 게이트 전압 및 백 게이트 전압에 따른 드레인 전류의 변화에 대하여 도시한 것이다. 측정하였을 때의 온도 조건은 30℃로 하였다.
도 32에 도시된 바와 같이, 오프 전류가 매우 낮고 드레인 전류의 변화가 가파른 트랜지스터 특성이 얻어졌다. 또한 도 32 중의 "Comp: 1mA"는 "측정 장치로 잴 수 있는 전류값의 상한 설정을 1mA로 하여 측정한 데이터"인 것을 뜻한다. 이는 도 33에서도 마찬가지이다.
도 33은, 듀얼 게이트 구동에서 백 게이트 전압을 0V부터 -1.5V까지 -0.5V씩 변화시켰을 때의, 게이트 전압에 따른 드레인 전류의 변화에 대하여 도시한 것이다. 측정하였을 때의 온도 조건은 30℃로 하였다.
도 33에 도시된 바와 같이, 백 게이트 전압이 0V부터 -1.5V로 하강함에 따라 Id-Vg 곡선이 플러스시프트하였으므로, 문턱 전압 등의 트랜지스터 특성의 전환이 가능한 것을 알 수 있었다.
도 34는, 게이트 전압과 백 게이트 전압의 변동을 같은 전압으로 하고 드레인 전류를 로그 스케일로 그래프화한, 게이트 전압 및 백 게이트 전압에 따른 드레인 전류의 변화에 대하여 도시한 것이다. 측정하였을 때의 온도 조건은 27℃, 85℃, 125℃, 150℃로 하였다.
도 34에 도시된 바와 같이, 온도 상승에 따라 오프 전류가 상승하였으나, 어느 온도 조건에서도 양호한 출력 특성이 얻어졌다.
상술한 바와 같이, 반도체층에 산화물 반도체를 가지는 트랜지스터에서는 백 게이트 전압을 제어함으로써 전기 특성을 전환할 수 있다. 구체적으로는 대전류를 흘리는 상태와, 오프 전류가 매우 낮은 상태를 전환할 수 있다. 그러므로 저소비 전력화가 가능한 전지 보호 회로 등으로 할 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 OS 트랜지스터의 채널 길이 L 및 채널 폭 W와, 상기 OS 트랜지스터의 신뢰성의 관계에 대하여 설명한다. OS 트랜지스터의 신뢰성으로서, 구체적으로는 상기 OS 트랜지스터의 +GBT(Gate Bias Temperature) 스트레스 시험에서의 ΔVsh의 거동, 및 상기 OS 트랜지스터의 드레인 전류의 노이즈를 평가하였다.
<OS 트랜지스터의 +GBT 스트레스 시험에서의 ΔVsh의 거동에 대하여>
이하에서는 OS 트랜지스터의 +GBT 스트레스 시험에서의 ΔVsh의 거동에 대하여 설명한다.
또한 이하의 설명에서 시프트 전압(Vsh)은 트랜지스터의 드레인 전류(Id)-게이트 전압(Vg) 곡선에서 곡선 상의 기울기가 최대인 점에서의 접선이 Id=1pA의 직선과 교차하는 Vg로 정의된다. 또한 시프트 전압의 변화량을 ΔVsh라고 나타낸다.
OS 트랜지스터의 +GBT 스트레스 시험에서, ΔVsh는 시간 경과에 따라 음의 방향으로 시프트하는 경우가 있다. 또한 ΔVsh는 마이너스 방향으로 변동하는 것이 아니라, 음의 방향과 양의 방향의 양쪽으로 변동하는 거동을 나타내는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서 상기 거동을 +GBT 스트레스 시험에서의 들쭉날쭉 거동이라고 호칭하는 경우가 있다.
우선 +GBT 스트레스 시험에서의 들쭉날쭉 거동의 변동량(들쭉날쭉양이라고 호칭하는 경우가 있음)의 산출 방법에 대하여 설명한다. 여기서는 +GBT 스트레스 시험에서 시각(Ti)(i는 1 이상 N 이하의 정수(整數))에 Id-Vg 곡선을 측정하는 경우에 대하여 생각한다.
시각(T1)부터 시각(TN)까지의 사이에 Id-Vg 곡선을 측정한 횟수를 N(N은 2 이상의 정수)으로 한다. 이때 시각(Ti)에 측정된 Id-Vg 곡선에서 산출된 ΔVsh의 값을 vi로 한다. 또한 시각(Ti)에서의 이동 평균 필터로 평활화한 ΔVsh의 값을 ui로 한다. 또한 이동 평균에는 단순 이동 평균, 가중 이동 평균, 및 지수 이동 평균이 있는데 이들 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 본 실시예에서는 단순 이동 평균을 사용하였다.
또한 시각(T1) 이전에 Id-Vg 곡선이 측정되지 않는 경우, 시각(T1) 및 그 근방에서 ui를 산출할 수 없다. 따라서 vi의 개수와 ui의 개수를 일치시킬 수 없다. 시각(T1) 및 그 근방이란, 구체적으로는 평균을 취할 때의 항수 M이 2k+1 또는 2k가 되는 k(k는 1 이상 (N-1)/2 이하의 정수)를 사용하여 나타내었을 때 i가 1 이상 k 이하인 시각(Ti)이다. 그래서 시각(T1) 및 그 근방에서는 평균을 취할 때의 항수 M을 줄여 ui를 산출한다. 구체적으로는 시각(T1) 및 그 근방에서 항수를 2i-1로 줄여 ui를 산출한다. 이에 의하여 vi의 개수와 ui의 개수를 일치시킬 수 있다.
또한 시각(TN) 후에 Id-Vg 곡선이 측정되지 않는 경우, 시각(TN) 및 그 근방에서 ui를 산출할 수 없다. 따라서 vi의 개수와 ui의 개수를 일치시킬 수 없다. 시각(TN) 및 그 근방이란, 구체적으로는 평균을 취할 때의 항수 M이 2k+1 또는 2k가 되는 k를 사용하여 나타내었을 때 i가 N-k+1 이상 N 이하인 시각(Ti)이다. 그래서 시각(TN) 및 그 근방에서는 평균을 취할 때의 항수 M을 줄여 ui를 산출한다. 구체적으로는 시각(TN) 및 그 근방에서 항수를 2(N-i)+1로 줄여 ui를 산출한다. 이에 의하여 vi의 개수와 ui의 개수를 일치시킬 수 있다.
시각(T1)부터 시각(TN)까지의 사이에 측정된 Id-Vg 곡선에서 산출된 ΔVsh의 표준 편차 σ는 이하의 식으로 산출된다. 또한 본 명세서에서는 이하의 식으로 산출되는 표준 편차 σ를 들쭉날쭉양이라고 정의한다.
[수학식 1]
이상이 들쭉날쭉양의 산출 방법이다.
다음으로 들쭉날쭉양의 측정에 사용한 시료에 대하여 설명한다.
상기 시료로서, 도 15에 나타낸 트랜지스터(500)에 상당하는 트랜지스터를 가지고, 또한 상기 트랜지스터의 채널 길이 L 및 채널 폭 W가 상이한 11종류의 시료를 제작하였다. 또한 상기 11종류의 시료의 각각은 5개의 트랜지스터를 가진다.
또한 상기 11종류의 시료에 관한 이하의 설명에서 도 15에 나타낸 트랜지스터(500)에 부기한 부호를 사용하여 설명한다.
절연체(512)로서 산화 실리콘을 사용하였다. 또한 절연체(514)로서 질화 실리콘과 산화 알루미늄의 적층 구조를 사용하였다. 또한 절연체(516)로서 산화질화 실리콘을 사용하였다. 또한 도전체(503)로서 질화 탄탈럼과, 질화 타이타늄과, 텅스텐과, 질화 타이타늄과, 텅스텐의 적층 구조를 사용하였다.
절연체(522)로서 ALD법에 의하여 형성된 산화 하프늄을 사용하였다. 또한 절연체(524)로서 CVD법에 의하여 형성된 산화질화 실리콘을 사용하였다. 또한 본 실시예에서는 절연체(520)를 제공하지 않았다.
산화물(530a)로서 In:Ga:Zn=1:3:4[원자수비]의 산화물 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 5nm의 막 두께로 형성된 금속 산화물을 사용하였다. 또한 산화물(530b)로서 In:Ga:Zn=4:2:4.1[원자수비]의 산화물 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 15nm의 막 두께로 형성된 금속 산화물을 사용하였다.
도전체(542a) 및 도전체(542b)로서 스퍼터링법에 의하여 형성된 질화 탄탈럼을 사용하였다. 또한 절연체(544)로서 스퍼터링법에 의하여 형성된 산화 알루미늄과, ALD법에 의하여 형성된 산화 알루미늄의 적층 구조를 사용하였다. 또한 절연체(580)로서 스퍼터링법에 의하여 형성된 산화 실리콘과, CVD법에 의하여 형성된 산화질화 실리콘의 적층 구조를 사용하였다.
산화물(530c)로서 In:Ga:Zn=4:2:4.1[원자수비]의 산화물 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 형성된 금속 산화물과, In:Ga:Zn=1:3:4[원자수비]의 산화물 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 형성된 금속 산화물의 적층 구조를 사용하였다.
절연체(550)로서 CVD법에 의하여 형성된 산화질화 실리콘을 사용하였다. 또한 도전체(560a)로서 CVD법에 의하여 형성된 질화 타이타늄을 사용하였다. 또한 도전체(560b)로서 CVD법에 의하여 성막한 텅스텐을 사용하였다.
절연체(574)로서 ALD법에 의하여 형성된 산화 알루미늄과, 스퍼터링법에 의하여 형성된 질화 실리콘의 적층 구조를 사용하였다. 또한 절연체(581)로서 CVD법에 의하여 성막한 산화질화 실리콘을 사용하였다.
상기 11종류의 시료 중, 트랜지스터의 채널 길이 L의 설곗값과 채널 폭 W의 설곗값이 같은 시료군(L/W=70nm/70nm, L/W=80nm/80nm, L/W=100nm/100nm, L/W=200nm/200nm, 및 L/W=350nm/350nm)을 시료군 A라고 표기한다. 또한 상기 11종류의 시료 중, 트랜지스터의 채널 폭 W의 설곗값이 60nm인 시료군(L/W=60nm/60nm, L/W=70nm/60nm, L/W=80nm/60nm, L/W=100nm/60nm, L/W=200nm/60nm, 및 L/W=350nm/60nm)을 시료군 B라고 표기한다.
이상이 상기 11종류의 시료에 대한 설명이다.
다음으로 제작한 11종류의 시료의 각각이 가지는 5개의 트랜지스터에 대하여 Id-Vg 곡선을 측정하였다. 즉 55개의 트랜지스터에 대하여 들쭉날쭉양을 산출하였다. 또한 Id-Vg 곡선의 측정은, 온도를 150℃로 하고, 드레인 전위 Vd를 2.5V로, 백 게이트 전위 Vbg를 0V로, 소스 전위 Vs를 0V로 하고, 게이트 전위 Vg를 -3.3V부터 +3.3V까지 0.1V 스텝으로 소인시켰다.
상기 측정으로 얻어진 Id-Vg 곡선에서 ΔVsh를 산출하고 각 트랜지스터에서의 들쭉날쭉양을 산출하였다.
도 35에 들쭉날쭉양의 채널 길이 L 및 채널 폭 W 의존성을 측정한 결과를 나타내었다. 도 35에서 가로축은 채널 길이 L의 역수(1/L)[1/μm]이고 세로축은 들쭉날쭉양[mV]이다. 또한 도 35에서 동그라미표는 시료군 A(트랜지스터의 채널 길이의 설곗값과 채널 폭의 설곗값이 같은 시료군)의 측정 결과를 나타내고, 사각표는 시료군 B(트랜지스터의 채널 폭 W의 설곗값이 60nm인 시료군)의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 35에서 채널 길이 L이 길수록 들쭉날쭉양이 작다는 경향이 보였다. 또한 들쭉날쭉양의 편차는 들쭉날쭉양이 작을수록 감소한다는 경향이 보였다.
상술한 바와 같이, 트랜지스터를 미세화하는 데에 있어, 상기 트랜지스터의 채널 길이 L은 긴 것이 바람직하다. 예를 들어 트랜지스터의 채널 길이 L은 80nm 이상 400nm 이하가 바람직하고, 100nm 이상 350nm 이하가 더 바람직하다. 이에 의하여 트랜지스터의 점유 면적의 축소를 도모하면서 트랜지스터의 신뢰성을 유지할 수 있다.
<OS 트랜지스터의 드레인 전류의 노이즈에 대하여>
이하에서는 OS 트랜지스터의 드레인 전류의 노이즈에 대하여 설명한다.
트랜지스터의 드레인 전류의 노이즈의 요인 중 하나로서 1/f 노이즈를 들 수 있다. 1/f 노이즈란, 주파수 f에 반비례하여 크게 되는 전류 요동(fluctuation)의 주파수 성분을 가리킨다. 1/f 노이즈의 모델로서, 캐리어 농도 요동에서 유래하는 것으로 생각하는 모델과, 이동도 요동에서 유래하는 것으로 생각하는 모델이 있다. 1/f 노이즈의 원인을 캐리어 농도 요동에서 유래하는 것으로 생각하는 모델에서는, 전자가 결함에 속박되거나 결함으로부터 방출되는 것 등이 상정된다. 즉 결함 준위 밀도를 저감함으로써 1/f 노이즈의 저감을 도모할 수 있다.
트랜지스터의 드레인 전류의 노이즈는, 1/f 노이즈 측정 시스템을 사용하여 얻어진, 드레인 전류의 노이즈 파워의 스펙트럼 밀도(SId)를 드레인 전류(Id)로 정규화한 값(SId/Id2)으로 평가할 수 있다.
본 실시예에서는 트랜지스터의 드레인 전류의 노이즈의 측정에 Agilent Technologies사 제조의 1/f 노이즈 측정 시스템을 사용하였다. 반도체 디바이스·애널라이저로서는 Agilent B1500A를 사용하고, 시그널·소스·애널라이저로서는 Agilent E5052B를 사용하였다. 프로버로서는 Cascade Microtech사 제조의 SUMMIT 11000B-M(온도 조절 기능(213K부터 473K까지) 탑재)을 사용하였다. 측정은 어두운 환경에서 실시하였다. 상기 측정의 범위는 측정기의 전압 및 전류의 사양의 범위(200V/1A 또는 100V/100mA), 그리고 주파수의 사양의 범위(5Hz 내지 40MHz) 이내로 하였다.
다음으로 1/f 노이즈 측정 시스템을 사용하여 평가한 시료에 대하여 설명한다.
상기 시료로서, 도 15에 나타낸 트랜지스터(500)에 상당하는 트랜지스터를 가지고, 또한 채널 길이 및 채널 폭이 상이한 6종류의 시료(시료군 C)를 제작하였다.
또한 상기 시료군 C에 관한 이하의 설명에 있어서, 도 15에 나타낸 트랜지스터(500)에 부기한 부호를 사용하여 설명한다. 또한 상기 시료군 C와, 상기 시료군 A 및 상기 시료군 B의 차이점에 대하여 주로 설명하고, 동일한 점에 대해서는 생략한다.
상기 시료군 C에 속하는 시료의 각각이 가지는 트랜지스터는 산화물(530b)과 도전체(542a) 사이 및 산화물(530b)과 도전체(542b) 사이에, In:Ga:Zn=1:3:4[원자수비]의 산화물 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 형성된 금속 산화물을 가진다.
상기 시료군 C에 속하는 시료의 각각이 가지는 트랜지스터의 채널 길이 L의 설곗값 및 채널 폭 W의 설곗값은 각각 L/W=60nm/60nm, L/W=80nm/80nm, L/W=100nm/100nm, L/W=350nm/350nm, L/W=100nm/60nm, L/W=350nm/60nm이다.
이상이 시료군 C의 설명이다.
다음으로 1/f 노이즈 측정 시스템을 사용하여, 상기 시료군 C에 속하는 시료의 각각이 가지는 트랜지스터의 드레인 전류의 노이즈를 평가한 결과에 대하여 설명한다.
도 36의 (A) 및 (B)에, 시료군 C에 속하는 시료의 각각이 가지는 트랜지스터의, 1/f 노이즈 측정 시스템을 사용하여 얻어진 결과를 나타내었다. 도 36의 (A) 및 (B)에서, 가로축은 노이즈의 주파수 f[Hz]이고 상기 노이즈의 주파수 f의 범위는 1Hz 이상 100kHz 이하이다. 또한 세로축은 드레인 전류의 노이즈 파워의 스펙트럼 밀도를 드레인 전류로 정규화한 값 SId/Id2[1/Hz]이다.
도 36의 (A)는 시료군 C에 속하는 시료 중 트랜지스터의 채널 길이 L의 설곗값과 채널 폭 W의 설곗값이 같은 시료군(L/W=60nm/60nm, L/W=80nm/80nm, L/W=100nm/100nm, 및 L/W=350nm/350nm)의 결과이다. 또한 도 36의 (B)는 시료군 C에 속하는 시료 중 트랜지스터의 채널 폭 W의 설곗값이 60nm인 시료군(L/W=60nm/60nm, L/W=100nm/60nm, 및 L/W=350nm/60nm)의 결과이다.
도 36의 (A) 및 (B)에서, 1kHz보다 낮은 주파수, 특히 100Hz보다 낮은 주파수에서 노이즈의 주파수 의존성이 1/f에 거의 비례하는 것을 알 수 있다. 또한 트랜지스터의 채널 길이 L이 길수록 드레인 전류의 노이즈 파워의 스펙트럼 밀도를 드레인 전류로 정규화한 값(SId/Id2)이 작아진다는 경향이 보였다.
다음으로 들쭉날쭉양과 1/f 노이즈의 상관에 대하여 설명한다.
시료군 C에 속하는 시료의 각각이 가지는 트랜지스터에서의 들쭉날쭉양은, 상기 트랜지스터의 Id-Vg 곡선을 측정하고 상술한 들쭉날쭉양의 산출 방법을 사용하여 산출되었다.
도 36의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 저주파수 측의 노이즈의 주파수 의존성이 1/f에 실질적으로 비례하였음으로, 1/f 노이즈 측정 시스템을 사용하여 얻어진, 드레인 전류로 정규화한 드레인 전류의 노이즈 파워의 스펙트럼 밀도(SId/Id2)를 주파수 f로 적분한 값을 산출하고 산출한 값을 1/f 노이즈의 지표로 하였다. 또한 적분에 사용한 주파수 f의 범위는 5Hz 이상 1kHz 이하이다. 5Hz 미만의 주파수의 범위는 장치 사양의 범위 외이므로 측정값의 신뢰성이 낮기 때문에 적분에 사용한 주파수의 범위에서 제외하였다.
도 37은 시료군 C에서의 들쭉날쭉양과 1/f 노이즈의 상관을 설명하는 도면이다. 도 37에서, 가로축은 들쭉날쭉양[mV]이고, 세로축은 드레인 전류로 정규화한 드레인 전류의 노이즈 파워의 스펙트럼 밀도를 주파수 f로 적분한 값이다.
도 37에서, 들쭉날쭉양이 작을수록 1/f 노이즈가 작다는 경향이 보였다.
상술한 바와 같이, 트랜지스터를 미세화하는 데에 있어, 상기 트랜지스터의 채널 길이 L을 길게 함으로써, 들쭉날쭉양 및/또는 1/f 노이즈를 작게 할 수 있고 상기 트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어 트랜지스터의 채널 길이 L은 80nm 이상 400nm 이하가 바람직하고, 100nm 이상 350nm 이하가 더 바람직하다.
본 실시예에서 설명한 OS 트랜지스터는 채널 길이 L을 제어함으로써 1/f 노이즈를 작게 할 수 있다. 그러므로 저소비 전력화가 가능한 전지 보호 회로에 적합하게 사용할 수 있다.
본 실시예는 실시형태 및 다른 실시예 등에 기재된 구성과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(본 명세서 등의 기재에 관한 부기)
앞의 실시형태 및 실시형태에서의 각 구성의 설명에 대하여 이하에서 부기한다.
각 실시형태에 기재된 구성은, 다른 실시형태 또는 실시예에 기재되는 구성과 적절히 조합하여 본 발명의 일 형태로 할 수 있다. 또한 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 제시되는 경우에는 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
또한 어떤 하나의 실시형태에서 기재하는 내용(일부 내용이어도 좋음)은, 그 실시형태에서 설명하는 다른 내용(일부 내용이어도 좋음) 및/또는 하나 또는 복수의 다른 실시형태에서 설명하는 내용(일부 내용이어도 좋음)에 대하여 적용, 조합, 또는 치환 등을 수행할 수 있다.
또한 실시형태에서 설명하는 내용이란, 각 실시형태에서 다양한 도면을 사용하여 설명하는 내용, 또는 명세서에 기재되는 문장을 사용하여 설명하는 내용을 말한다.
또한 어떤 하나의 실시형태에서 설명하는 도면(일부이어도 좋음)은, 그 도면의 다른 부분, 그 실시형태에서 설명하는 다른 도면(일부이어도 좋음), 및/또는 하나 또는 복수의 다른 실시형태에서 설명하는 도면(일부이어도 좋음)과 조합함으로써, 더 많은 도면을 구성할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서 블록도에서는 구성요소를 기능마다 분류하고, 서로 독립적인 블록으로서 나타내었다. 그러나 실제의 회로 등에서는, 구성요소를 기능마다 분류하기가 어려우므로, 하나의 회로에 복수의 기능이 관련되는 경우나, 복수의 회로에 하나의 기능이 관련되는 경우가 있을 수 있다. 따라서 블록도의 블록은, 명세서에서 설명한 구성요소에 한정되지 않고, 상황에 따라 적절히 바꿔 말할 수 있다.
또한 도면에서 크기, 층의 두께, 또는 영역은 설명의 편의상 임의의 크기로 나타낸 것이다. 따라서 반드시 그 스케일에 한정되지는 않는다. 또한 도면은 명확성을 위하여 모식적으로 나타낸 것이고, 도면에 나타낸 형상 또는 값 등에 한정되지 않는다. 예를 들어 노이즈로 인한 신호, 전압, 또는 전류의 편차, 혹은 타이밍의 어긋남으로 인한 신호, 전압, 또는 전류의 편차 등을 포함할 수 있다.
본 명세서 등에서 트랜지스터의 접속 관계를 설명할 때, "소스 및 드레인 중 한쪽"(또는 제 1 전극 또는 제 1 단자), "소스 및 드레인 중 다른 쪽"(또는 제 2 전극 또는 제 2 단자)이라는 표기를 사용하였다. 이는, 트랜지스터의 소스와 드레인은 트랜지스터의 구조 또는 동작 조건 등에 따라 바뀌기 때문이다. 또한 트랜지스터의 소스와 드레인의 호칭에 대해서는 소스(드레인) 단자나 소스(드레인) 전극 등, 상황에 따라 적절히 바꿔 말할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서 "전극"이나 "배선"이라는 용어는, 이들 구성요소를 기능적으로 한정하는 것이 아니다. 예를 들어 "전극"은 "배선"의 일부로서 사용되는 경우가 있고, 그 반대도 마찬가지이다. 또한 "전극"이나 "배선"의 용어는, 복수의 "전극"이나 "배선"이 일체가 되어 형성되어 있는 경우 등도 포함한다.
또한 본 명세서 등에서 전압과 전위는 적절히 바꿔 말할 수 있다. 전압은 기준이 되는 전위로부터의 전위차를 말하고, 예를 들어 기준이 되는 전위가 그라운드 전압(접지 전압)인 경우, 전압을 전위로 바꿔 말할 수 있다. 그라운드 전위는 반드시 0V를 뜻하는 것은 아니다. 또한 전위는 상대적인 것이고, 기준이 되는 전위에 따라서는 배선 등에 공급되는 전위를 변화시키는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서 "막", "층" 등이라는 어구는, 경우에 따라 또는 상황에 따라 서로 교체할 수 있다. 예를 들어 "도전층"이라는 용어를 "도전막"이라는 용어로 변경할 수 있는 경우가 있다. 또는 예를 들어 "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 변경할 수 있는 경우가 있다.
본 명세서 등에서 스위치란, 도통 상태(온 상태) 또는 비도통 상태(오프 상태)가 되어 전류를 흘릴지 여부를 제어하는 기능을 가지는 것을 말한다. 또는 스위치란, 전류를 흘리는 경로를 선택하고 전환하는 기능을 가지는 것을 말한다.
본 명세서 등에서 채널 길이란 예를 들어 트랜지스터의 상면도에서 반도체(또는 트랜지스터가 온 상태일 때 반도체 내에서 전류가 흐르는 부분)와 게이트가 중첩되는 영역, 또는 채널이 형성되는 영역에서의 소스와 드레인 사이의 거리를 말한다.
본 명세서 등에서 채널 폭이란 예를 들어 반도체(또는 트랜지스터가 온 상태일 때 반도체 내에서 전류가 흐르는 부분)와 게이트 전극이 중첩되는 영역, 또는 채널이 형성되는 영역에서의 소스와 드레인이 대향하는 부분의 길이를 말한다.
본 명세서 등에서 A와 B가 접속되어 있다란, A와 B가 직접 접속되어 있는 것 외에, 전기적으로 접속되어 있는 것을 포함하는 것으로 한다. 여기서 A와 B가 전기적으로 접속되어 있다란, A와 B 사이에 어떠한 전기적 작용을 가지는 대상물이 존재할 때, A와 B 사이에서 전기 신호의 수수를 가능하게 하는 것을 말한다.
10: 축전 장치, 10A: 축전 장치, 10B: 축전 장치, 11: 전지 셀, 12: 전지 보호 회로, 12A: 전지 보호 회로, 12B: 전지 보호 회로, 13: 스위치 회로, 13A: 스위치 회로, 13C: 스위치 회로, 13D: 스위치 회로, 13E: 스위치 회로, 13F: 스위치 회로, 13G: 스위치 회로, 14: 단자, 15: 단자, 16: 단자, 16A: 단자, 16B: 단자, 17: 단자, 17A: 단자, 17B: 단자, 18: 전압 검출 회로, 21: 메커니컬 릴레이, 22: 메커니컬 릴레이, 23: 트랜지스터, 23A: 트랜지스터, 24: 트랜지스터, 24A: 트랜지스터, 25: 트랜지스터, 26: 영역, 30: 충방전 전환 회로, 31: 트랜지스터, 32: 트랜지스터, 33: 메커니컬 릴레이, 40: 충전 제어 회로, 41: 다이오드 소자, 300: 트랜지스터, 311: 기판, 313: 반도체 영역, 314a: 저저항 영역, 314b: 저저항 영역, 315: 절연체, 316: 도전체, 320: 절연체, 322: 절연체, 324: 절연체, 326: 절연체, 328: 도전체, 330: 도전체, 350: 절연체, 352: 절연체, 354: 절연체, 356: 도전체, 360: 절연체, 362: 절연체, 364: 절연체, 366: 도전체, 370: 절연체, 372: 절연체, 374: 절연체, 376: 도전체, 380: 절연체, 382: 절연체, 384: 절연체, 386: 도전체, 400: 이차 전지, 401: 양극캡, 413: 도전판, 414: 도전판, 415: 축전 시스템, 416: 배선, 420: 제어 회로, 421: 배선, 422: 배선, 423: 배선, 424: 도전체, 425: 절연체, 426: 배선, 500: 트랜지스터, 501: 회로 기판, 503: 도전체, 503a: 도전체, 503b: 도전체, 509: 라벨, 510: 절연체, 511: 단자, 512: 절연체, 513: 이차 전지, 514: 절연체, 515: 실, 516: 절연체, 517: 안테나, 518: 도전체, 519: 층, 520: 절연체, 522: 절연체, 524: 절연체, 530: 산화물, 530a: 산화물, 530b: 산화물, 530c: 산화물, 530I: 산화물, 531: 이차 전지 팩, 540a: 도전체, 540b: 도전체, 542a: 도전체, 542b: 도전체, 543a: 영역, 543b: 영역, 544: 절연체, 546: 도전체, 548: 도전체, 550: 절연체, 551: 한편, 552: 다른 쪽, 560: 도전체, 560a: 도전체, 560b: 도전체, 574: 절연체, 580: 절연체, 581: 절연체, 582: 절연체, 586: 절연체, 590: 제어 회로, 590a: 회로 시스템, 590b: 회로 시스템, 600: 용량 소자, 610: 도전체, 612: 도전체, 620: 도전체, 630: 절연체, 640: 절연체, 700: 전자 부품, 701: 리드, 702: 프린트 기판, 703: 회로부, 704: 회로 기판, 7100: 휴대 표시 장치, 7101: 하우징, 7102: 표시부, 7103: 조작 버튼, 7104: 축전지, 7200: 휴대 정보 단말기, 7201: 하우징, 7202: 표시부, 7203: 밴드, 7204: 버클, 7205: 조작 버튼, 7206: 입출력 단자, 7207: 아이콘, 7400: 휴대 전화기, 7401: 하우징, 7402: 표시부, 7403: 조작 버튼, 7404: 외부 접속 포트, 7405: 스피커, 7406: 마이크로폰, 7407: 축전지, 7408: 제어 회로, 8000: 표시 장치, 8001: 하우징, 8002: 표시부, 8003: 스피커부, 8004: 이차 전지, 8005: 음성 입력 디바이스, 8007: 스피커, 8008: 표시부, 8009: 휴대 정보 단말기, 8010: 충전 모듈, 8021: 충전 장치, 8022: 케이블, 8024: 축전 시스템, 8100: 조명 장치, 8101: 하우징, 8102: 광원, 8103: 이차 전지, 8104: 천장, 8105: 측벽, 8106: 바닥, 8107: 창문, 8200: 실내기, 8201: 하우징, 8202: 송풍구, 8203: 이차 전지, 8204: 실외기, 8300: 전기 냉동 냉장고, 8301: 하우징, 8302: 냉장실용 문, 8303: 냉동실용 문, 8304: 이차 전지, 8400: 자동차, 8401: 헤드라이트, 8406: 전기 모터, 8500: 자동차, 8600: 스쿠터, 8601: 사이드 미러, 8602: 축전 시스템, 8603: 방향 지시등, 8604: 시트 아래 수납 공간, 8700: 전기 자전거, 8701: 축전지, 8702: 축전 시스템, 8703: 표시부, 8704: 제어 회로, 9600: 태블릿형 단말기, 9601: 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 9625: 스위치, 9626: 스위치, 9627: 전원 스위치, 9628: 조작 스위치, 9629: 잠금부, 9630: 하우징, 9630a: 하우징, 9630b: 하우징, 9630B: 하우징, 9631: 표시부, 9633: 태양 전지, 9634: 제어 회로, 9635: 축전체, 9640: 가동부, 9641: 키보드부
Claims (14)
- 전지 보호 회로로서,
전지 셀의 충방전을 제어하기 위한 스위치 회로를 가지고,
상기 스위치 회로는 메커니컬 릴레이와, 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터를 가지고,
상기 스위치 회로는 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전기적인 접속을 제어하는 기능을 가지고,
상기 메커니컬 릴레이는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자의 전기적인 접속을 차단하는 기능을 가지고,
상기 제 1 트랜지스터는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이에 제 1 전류를 흘리는 기능을 가지고,
상기 제 2 트랜지스터는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이에 제 2 전류를 흘리는 기능을 가지고,
상기 제 1 전류는 상기 제 2 전류보다 큰, 전지 보호 회로. - 전지 보호 회로로서,
전지 셀의 충방전을 제어하기 위한 스위치 회로를 가지고,
상기 스위치 회로는 메커니컬 릴레이와, 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터를 가지고,
상기 스위치 회로는 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전기적인 접속을 제어하는 기능을 가지고,
상기 메커니컬 릴레이는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자의 전기적인 접속을 차단하는 기능을 가지고,
상기 제 1 트랜지스터는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이에 제 1 전류를 흘리는 기능을 가지고,
상기 제 1 트랜지스터는 채널 형성 영역을 가지는 반도체층이 실리콘으로 구성되고,
상기 제 2 트랜지스터는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이에 제 2 전류를 흘리는 기능을 가지고,
상기 제 2 트랜지스터는 채널 형성 영역을 가지는 반도체층이 산화물 반도체로 구성되고,
상기 제 1 전류는 상기 제 2 전류보다 큰, 전지 보호 회로. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전류 및 상기 제 2 전류는 상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터의 소스와 드레인 사이를 흐르는 온 전류인, 전지 보호 회로. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터의 오프 동작 시에 상기 소스와 상기 드레인 사이를 흐르는 제 1 오프 전류는 상기 제 2 트랜지스터의 오프 동작 시에 상기 소스와 상기 드레인 사이를 흐르는 제 2 오프 전류보다 큰, 전지 보호 회로. - 전지 보호 회로로서,
전지 셀의 충방전을 제어하기 위한 스위치 회로를 가지고,
상기 스위치 회로는 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전기적인 접속을 제어하는 기능을 가지고,
상기 스위치 회로는 제 1 트랜지스터를 가지고,
상기 제 1 트랜지스터는 백 게이트 전극을 가지고,
상기 제 1 트랜지스터는 상기 백 게이트 전극에 인가하는 전압을 제어함으로써 온 동작 시에 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이를 흐르는 제 1 전류 및 제 2 전류를 전환할 수 있고,
상기 제 1 전류는 상기 제 2 전류보다 큰, 전지 보호 회로. - 축전 장치로서,
전지 셀과,
상기 전지 셀의 충방전을 제어하기 위한 스위치 회로를 가지고,
상기 스위치 회로는 메커니컬 릴레이와, 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터를 가지고,
상기 스위치 회로는 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전기적인 접속을 제어하는 기능을 가지고,
상기 메커니컬 릴레이는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자의 전기적인 접속을 차단하는 기능을 가지고,
상기 제 1 트랜지스터는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이에 제 1 전류를 흘리는 기능을 가지고,
상기 제 2 트랜지스터는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이에 제 2 전류를 흘리는 기능을 가지고,
상기 제 1 전류는 상기 제 2 전류보다 큰, 축전 장치. - 축전 장치로서,
전지 셀과,
상기 전지 셀의 충방전을 제어하기 위한 스위치 회로를 가지고,
상기 스위치 회로는 메커니컬 릴레이와, 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터를 가지고,
상기 스위치 회로는 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전기적인 접속을 제어하는 기능을 가지고,
상기 메커니컬 릴레이는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자의 전기적인 접속을 차단하는 기능을 가지고,
상기 제 1 트랜지스터는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이에 제 1 전류를 흘리는 기능을 가지고,
상기 제 1 트랜지스터는 채널 형성 영역을 가지는 반도체층이 실리콘으로 구성되고,
상기 제 2 트랜지스터는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이에 제 2 전류를 흘리는 기능을 가지고,
상기 제 2 트랜지스터는 채널 형성 영역을 가지는 반도체층이 산화물 반도체로 구성되고,
상기 제 1 전류는 상기 제 2 전류보다 큰, 축전 장치. - 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 전류 및 상기 제 2 전류는 상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터의 소스와 드레인 사이를 흐르는 온 전류인, 축전 장치. - 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터의 오프 동작 시에 상기 소스와 상기 드레인 사이를 흐르는 제 1 오프 전류는 상기 제 2 트랜지스터의 오프 동작 시에 상기 소스와 상기 드레인 사이를 흐르는 제 2 오프 전류보다 큰, 축전 장치. - 축전 장치로서,
전지 셀과,
상기 전지 셀의 충방전을 제어하기 위한 스위치 회로를 가지고,
상기 스위치 회로는 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전기적인 접속을 제어하는 기능을 가지고,
상기 스위치 회로는 제 1 트랜지스터를 가지고,
상기 제 1 트랜지스터는 백 게이트 전극을 가지고,
상기 제 1 트랜지스터는 상기 백 게이트 전극에 인가하는 전압을 제어함으로써 온 동작 시에 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이를 흐르는 제 1 전류 및 제 2 전류를 전환할 수 있고,
상기 제 1 전류는 상기 제 2 전류보다 큰, 축전 장치. - 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위치 회로를 제어하기 위한 전지 보호 회로와,
상기 전지 셀의 충전 모드를 전환하기 위한 충전 제어 회로를 가지고,
상기 제 1 트랜지스터는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이를 흐르는 전류량을 제어하는 기능을 가지고,
상기 전지 보호 회로는 상기 충전 제어 회로의 신호에 따라 상기 전류량을 제어하는, 축전 장치. - 제 6 항 내지 제 11 항에 있어서,
상기 전지 보호 회로는 상기 충전 모드를 정전류 충전 모드로부터 정전압 충전 모드로 전환하도록 상기 전류량을 제어하는 기능을 가지는, 축전 장치. - 제 6 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터는 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 가지는, 축전 장치. - 전기 기기로서,
제 6 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 축전 장치와,
하우징을 가지는, 전기 기기.
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