TW202213898A - 控制電路及電子裝置 - Google Patents

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小林英智
八窪裕人
池田𨺓之
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日商半導體能源研究所股份有限公司
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Abstract

提供一種二次電池的保護電路、控制電路等。提供一種功耗低的電路。提供一種積體度高的電路。控制電路包括第一電阻電路、第二電阻電路、比較器及記憶體電路。第一電阻電路的一個端子與二次電池的正極電連接，第一電阻電路的另一個端子與比較器的第一輸入端子及第二電阻電路的一個端子電連接，記憶體電路具有保持第一資料的功能，控制電路具有使用第一資料生成第一信號及第二信號的功能、藉由將第一信號供應到第一電阻電路來調整第一電阻電路的電阻的功能、藉由將第二信號供應到第二電阻電路來調整第二電阻電路的電阻的功能以及根據比較器的輸出停止二次電池的充電及放電中的一個的功能，記憶體電路包括作為介電層使用鐵電層的電容器。

Description

控制電路及電子裝置
本發明的一個實施方式係關於一種控制電路等。另外，本發明的一個實施方式尤其係關於一種二次電池的控制電路等。另外，本發明的一個實施方式係關於一種二次電池的保護電路。
本發明的一個實施方式不限定於上述技術領域。作為本說明書等所公開的本發明的一個實施方式的技術領域的例子，可以舉出半導體裝置、攝像裝置、顯示裝置、發光裝置、蓄電裝置、記憶體裝置、顯示系統、電子裝置、照明設備、輸入裝置、輸入輸出裝置、其驅動方法或者其製造方法。注意，半導體裝置是指能夠藉由利用半導體特性的所有裝置，二次電池的控制電路是半導體裝置。
二次電池(也稱為電池、蓄電裝置)被應用於小型電子裝置、汽車等各種領域。
為了防止過放電、過充電、過電流或短路等充放電時的異常，二次電池具備用來管理充放電的控制電路。為了管理二次電池的充放電，控制電路取得電壓及電流等的資料。控制電路根據被觀察的資料控制充放電。
專利文獻1公開了被用作二次電池的控制電路的保護監視電路。在專利文獻1所記載的保護監視電路中，公開了其內部設有多個比較器(Comparator)並對參考電壓和連接有二次電池的端子的電壓進行比較來檢測出充放電時的異常的結構。
專利文獻2公開了一種控制裝置，其中進行涓流充電以填補二次電池的自然放電所引起的容量的減少。專利文獻2的控制裝置具有設定上限電壓和下限電壓而以在所設定的電壓範圍中反復進行充電狀態和遮斷狀態的方式進行控制的結構。
專利文獻3公開了一種結構，其中為了高精度地控制電池的充電電流，藉由在電池的充電電路中調整電阻值來調整基準電壓。
作為電阻值的調整方法之一，已知熔絲修整方法。專利文獻4公開了一種包括可以藉由雷射修整來進行調整的熔絲元件的半導體積體電路。
[專利文獻1]美國專利申請公開第2011/267726號說明書 [專利文獻2]日本專利申請公開第2017-175688號公報 [專利文獻3]日本專利申請公開第2009-55652號公報 [專利文獻4]日本專利申請公開第2008-198775號公報
在利用熔絲修整方法進行電阻調整時，為了配置藉由雷射修整來進行調整的熔絲元件，有時增大電路面積。另外，在向熔絲元件流過大電流時，有時增大電路的功耗。
本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種新穎的二次電池的保護電路等。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種新穎的二次電池的控制電路等。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種能夠降低功耗的新穎的結構的二次電池的控制電路或保護電路等。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種能夠實現集成化的新穎的結構的二次電池的控制電路或保護電路等。
注意，本發明的一個實施方式的目的不侷限於上述目的。上述列舉的目的並不妨礙其他目的的存在。另外，其他目的是上面沒有提到而將在下面的記載中進行說明的目的。本領域技術人員可以從說明書或圖式等的記載中導出並適當抽出上面沒有提到的目的。注意，本發明的一個實施方式實現上述目的及/或其他目的中的至少一個目的。
本發明的一個實施方式是一種包括第一電阻電路、第二電阻電路、比較器以及記憶體電路的控制電路，比較器包括第一輸入端子、第二輸入端子及輸出第一輸入端子與第二輸入端子的比較結果的第一輸出端子，第一電阻電路的一個端子與二次電池的正極電連接，第一電阻電路的另一個端子與第一輸入端子及第二電阻電路的一個端子電連接，記憶體電路具有保持第一資料的功能，控制電路具有使用第一資料生成第一信號及第二信號的功能、藉由將第一信號供應到第一電阻電路來調整第一電阻電路的電阻的功能、藉由將第二信號供應到第二電阻電路來調整第二電阻電路的電阻的功能以及根據來自第一輸出端子的輸出停止二次電池的充電及放電中的一個的功能，記憶體電路包括使用鐵電層的電容器。
在上述結構中，較佳的是，第一電阻電路包括一個電阻元件和一個開關的多個組，在一個電阻元件和一個開關的組中，一個開關具有使流過一個電阻元件的電流變動的功能，控制電路具有使用第一信號控制多個組各自包括的開關的工作的功能。
在上述結構中，較佳的是，第二輸入端子被供應與充電電壓的上限對應的信號或與放電電壓的下限對應的信號。
在上述結構中，較佳的是，控制電路包括第三電阻電路及第二比較器，第二比較器包括第三輸入端子、第四輸入端子及輸出第三輸入端子與第四輸入端子的比較結果的第二輸出端子，第二電阻電路的另一個端子與第三輸入端子及第三電阻電路的一個端子電連接，第三電阻電路的另一個端子與二次電池的負極電連接，控制電路具有使用第一資料生成第三信號的功能、藉由將第三信號供應到第三電阻電路來調整第三電阻電路的電阻的功能以及根據第二輸出端子的輸出停止二次電池的充電及放電中的另一個的功能。
在上述結構中，較佳的是，與充電電壓的上限對應的信號及與放電電壓的下限對應的信號中的一個被供應到第二輸入端子，另一個被供應到第四輸入端子。
本發明的一個實施方式是一種控制電路，該控制電路包括與二次電池的正極電連接的第一端子、與二次電池的負極電連接的第二端子、與控制二次電池與充電器或負載的電連接的功率電晶體的閘極電連接的第三端子、與第一端子及第二端子電連接的檢測部、與檢測部電連接的控制部以及與控制部電連接的記憶體電路，記憶體電路包括在一對電極間具有鐵電層的記憶單元、與記憶單元電連接的電晶體及輸出來自記憶單元的信號的解碼器，檢測部包括基於記憶體電路所儲存的資料進行了電阻的調整的電阻電路，控制部具有基於從檢測部輸入的參考電位與第一端子的電位或第二端子的電位的比較結果判斷二次電池為過放電的功能以及在被判斷為過放電時向第三端子輸出使功率電晶體處於關閉狀態的信號的功能。
本發明的一個實施方式是一種控制電路，該控制電路包括與二次電池的正極電連接的第一端子、與二次電池的負極電連接的第二端子、與控制二次電池與充電器或負載的電連接的功率電晶體的閘極電連接的第三端子、與第一端子及第二端子電連接的檢測部、與檢測部電連接的控制部以及與控制部電連接的記憶體電路，記憶體電路包括在一對電極間具有鐵電層的記憶單元、與記憶單元電連接的電晶體及輸出來自記憶單元的信號的解碼器，檢測部包括基於記憶體電路所儲存的資料進行了電阻的調整的電阻電路，控制部具有基於從檢測部輸入的參考電位與第一端子的電位或第二端子的電位的比較結果判斷二次電池為過充電的功能以及在被判斷為過充電時向第三端子輸出使功率電晶體處於關閉狀態的信號的功能。
在本發明的一個實施方式中，藉由從控制電路的外部供應信號來向記憶體電路寫入資料，控制電路包括被輸入來自外部的信號的第四端子。
在本發明的一個實施方式中，記憶體電路所包括的鐵電層所包含的鐵電性材料包含含有鉿及鋯的氧化物。
在本發明的一個實施方式中，鐵電層所包含的鐵電性材料的結晶結構為正交晶。
在本發明的一個實施方式中，記憶體電路所包括的一對電極包含氮化鈦。
在本發明的一個實施方式中，電晶體為Si電晶體。
本發明的一個實施方式是一種包括上述任一個所述的控制電路以及二次電池的電子裝置。
根據本發明的一個實施方式，可以提供一種新穎的二次電池的保護電路等。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種新穎的二次電池的控制電路等。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種能夠降低功耗的新穎的結構的二次電池的控制電路或二次電池的保護電路等。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種能夠實現集成化的新穎的結構的二次電池的控制電路或二次電池的保護電路等。
注意，本發明的一個實施方式的效果不侷限於上述列舉的效果。上述列舉的效果並不妨礙其他效果的存在。其他效果是下面記載的在本節中未說明的效果。本領域技術人員可以從說明書或圖式等的記載導出並適當地抽出該在本節中未說明的效果。注意，本發明的一個實施方式至少具有上述列舉的效果及/或其他效果中的一個效果。因此，本發明的一個實施方式有時不具有上述列舉的效果。
下面，參照圖式對實施方式進行說明。注意，所屬技術領域的通常知識者可以很容易地理解一個事實，就是實施方式可以以多個不同形式來實施，其方式和詳細內容可以在不脫離本發明的精神及其範圍的條件下被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在以下所示的實施方式所記載的內容中。
另外，在本說明書等中，“第一”、“第二”、“第三”等序數詞是為了避免組件的混淆而附加上的。因此，這不是為了限定組件的數量而附加上的。此外，這不是為了限定組件的順序而附加上的。例如，在本說明書等的實施方式之一中附有“第一”的組件有可能在其他實施方式或申請專利範圍中附有“第二”。此外，例如，在本說明書等的實施方式之一中附有“第一”的組件有可能在其他實施方式或申請專利範圍中被省略。
在圖式中，有時使用同一元件符號表示同一組件、具有相同功能的組件、由同一材料形成的組件或者同時形成的組件等，並且有時省略重複說明。
在本說明書等中，金屬氧化物(metal oxide)是指廣義上的金屬的氧化物。金屬氧化物被分類為氧化物絕緣體、氧化物導電體(包括透明氧化物導電體)和氧化物半導體(Oxide Semiconductor，也簡稱為OS)等。例如，在將金屬氧化物用於電晶體的活性層的情況下，有時將該金屬氧化物稱為氧化物半導體。換言之，在金屬氧化物能夠構成包括具有放大作用、整流作用及開關作用中的至少一個的電晶體的通道形成區域時，可以將該金屬氧化物稱為金屬氧化物半導體(metal oxide semiconductor)。此外，也可以將OS FET或OS電晶體稱為包含金屬氧化物或氧化物半導體的電晶體。
實施方式1 在本實施方式中，說明本發明的一個實施方式的控制電路及使用本發明的一個實施方式的控制電路的蓄電系統。
圖1示出本發明的一個實施方式的控制電路191。控制電路191包括控制部121、電壓生成部122、檢測部127、檢測部128、記憶體電路FE1、位準轉換器LS1及位準轉換器LS2等。
另外，控制電路191包括端子VDDD、端子VSSS、端子CO、端子DO、端子VM及端子TES。藉由將端子VDDD連接於二次電池的正極並將端子VSSS連接於二次電池的負極，可以將控制電路191用作二次電池的保護電路，從端子CO及端子DO輸出與二次電池的狀態對應的信號。端子TES可以被用作從控制電路191的外部向控制部121輸入信號的端子。
檢測部127具有檢測二次電池的過充電及過放電的功能。檢測部127包括比較器113_1、比較器113_2、電阻電路Rs1、電阻電路Rs2、電阻電路Rs3及邏輯電路LC1。電阻電路Rs1、Rs2、Rs3串聯電連接，按該順序連接於端子VDDD與端子VSSS之間。
比較器113_1的一個輸入端子被輸入對端子VDDD與端子VSSS之間的電位進行電阻分割的電位，另一個輸入端子被輸入參考電位Rf_v(1)。在圖1所示的例子中，比較器113_1的非反相輸入端子被輸入參考電位Rf_v(1)，反相輸入端子被輸入電阻電路Rs1與電阻電路Rs2之間的電位，亦即電位Vb1。
本發明的一個實施方式的比較器具有對供應到一個輸入端子的參考電位與供應到另一個輸入端子的電位進行比較並將比較結果輸出到控制部的功能。
在將控制電路191用作二次電池的保護電路的情況下，當電位Vb1超過參考電位Rf_v(1)時，二次電池被判斷為過充電狀態，經過控制部121從端子CO輸出用來遮斷充電的信號。或者，也可以輸出用來改變充電條件的信號。
比較器113_2的一個輸入端子被輸入對端子VDDD與端子VSSS之間的電位進行電阻分割的電位，另一個輸入端子被輸入參考電位Rf_v(2)。在圖1所示的例子中，比較器113_2的非反相輸入端子被輸入電阻電路Rs2與電阻電路Rs3之間的電位，亦即電位Vb2，反相輸入端子被輸入參考電位Rf_v(2)。
在將控制電路191用作二次電池的保護電路的情況下，當電位Vb2低於參考電位Rf_v(2)時，二次電池被判斷為過放電狀態，經過控制部121從端子DO輸出用來遮斷放電的信號。或者，也可以輸出用來改變放電條件的信號。
在此，有時在用於電阻分割的多個電阻電路之間發生電阻值的變動。例如，當電阻電路包括使用薄膜的電阻元件時，有時根據膜厚、膜質等的變動而發生電阻值的變動。由於電阻元件的電阻值的變動而電位Vb1及電位Vb2變動。
另外，有時由於比較器所包括的半導體元件的特性變動而比較器的特性變動。例如，有時在比較器中使用電晶體、電容器等半導體元件。由於比較器的特性變動，有時在供應到比較器的兩個輸入端子的電位的關係與從比較器輸出的信號之間產生差異。
在本發明的一個實施方式的控制電路中，藉由在製造控制電路的製程之後以抵消電阻電路的電阻值的變動及比較器的特性變動的影響的方式調整用於電阻分割的電阻電路的電阻值，可以提高控制電路的精度。
在本發明的一個實施方式的控制電路中，藉由調整電阻電路的電阻值，可以提高檢測部127等的電壓檢測精度。電阻值的調整可以藉由將電信號供應到檢測部來進行。另外，在本發明的一個實施方式的控制電路中，即便停止向控制電路供應電源也可以在檢測部中儲存調整了的電阻值。
將在後面說明電阻電路的電阻值的調整。
檢測部128包括比較器113_3、比較器113_4及比較器113_5。在圖1所示的結構例子中，檢測部128與端子VM電連接。藉由向各比較器的一個輸入端子輸入與二次電池的電流對應的電位並向另一個輸入端子輸入參考電位，可以在檢測部128中檢測二次電池的充電過電流、放電過電流及短路電流。例如，向比較器113_3輸入與充電過電流對應的參考電位Rf_v(3)，向比較器113_4輸入與放電過電流對應的參考電位Rf_v(4)，向比較器113_5輸入與短路電流對應的參考電位Rf_v(5)。
電壓生成部122具有生成參考電位Rf_v(x) (x=1、2、3、4、5)、電位VD1、電位VD2、電流Ir1、時脈信號CLK及重設信號RESET等的功能。在電壓生成部122中生成的電位、電流及信號被供應到控制電路191所包括的電路及元件。將在圖2A中詳細說明電壓生成部122。
控制部121具有使用從檢測部127及檢測部128供應的信號向位準轉換器LS1及位準轉換器LS2供應信號的功能。位準轉換器LS1具有轉換從控制部121供應的信號並將其供應到端子CO的功能。位準轉換器LS2具有轉換從控制部121供應的信號並將其供應到端子DO的功能。開關SW1具有控制控制部121與端子DO的電連接的功能。
將在後面參照圖5所說明，較佳為端子CO及端子DO各自與功率電晶體的閘極電連接。在位準轉換器LS1及位準轉換器LS2中較佳為藉由將來自控制部121的信號用作用來驅動功率電晶體的閘極電壓並將其轉換為適當的電位。在此，“信號的轉換”例如是指增高信號的電位、降低信號的電位、增大信號的振幅等。
此外，控制部121具有向檢測部127供應信號Sn1並調整檢測部127所包括的電阻電路的電阻值的功能。在此，“調整”例如是指將電阻值改變為所希望的值。在檢測部127中，信號Sn1被供應到邏輯電路LC1。邏輯電路LC1使用被供應的信號Sn1改變電阻電路Rs1、電阻電路Rs2及電阻電路Rs3的電阻值。注意，在不需要改變電阻值的情況下，也可以不改變電阻值。
記憶體電路FE1較佳為包含用來生成信號Sn1的資料。記憶體電路FE1為非揮發性記憶體。此外，記憶體電路FE1較佳為被改寫為如4V以下的電壓等低電壓。將在後面參照圖2B說明記憶體電路FE1的詳細內容。
注意，藉由將信號EN供應到位準轉換器LS2，可以遮斷來自位準轉換器LS2的輸出，使開關SW1變為導通狀態，並且將來自控制部121的信號輸出到端子DO。例如，可以藉由控制部121從端子DO輸出記憶體電路FE1所儲存的資料。
＜電阻電路＞ 電阻電路Rs1、電阻電路Rs2及電阻電路Rs3具有藉由切換開關的開啟狀態和關閉狀態的切換來調整電阻值的結構，更明確地說具有降低電阻值等的結構。
本發明的一個實施方式的電阻電路例如包括一個電阻元件和一個開關的多個組。在一個電阻元件和一個開關的組中，一個開關具有使流過一個電阻元件的電流變動的功能。藉由向各開關供應信號並控制其工作，可以調整電阻電路的電阻。
圖2C示出可用於電阻電路Rs1、電阻電路Rs2及電阻電路Rs3的結構的一個例子。在圖2C中，多個電阻元件(在圖式中，被表示為電阻元件R)串聯電連接，各電阻元件與開關並聯電連接。在圖式中被表示為電阻元件R的各電阻元件的電阻值可以相等或不同。開關可以根據電信號進行切換工作。開關處於關閉狀態時的電阻值比並聯電連接的電阻元件的電阻值顯著低。在圖2C中，雖然示出四個以上的電阻元件串聯電連接且各電阻元件R與開關99(圖2C中的開關99_1、99_2、99_3及99_4)並聯電連接的例子，但是串聯電連接的電阻元件可以為少於四個或五個以上。
與四個開關99都處於關閉狀態的情況相比，在一個以上的開關99處於開啟狀態的情況下，電阻電路的電阻值減少。
有時將圖2C所示的電阻電路稱為電阻梯形電路或梯形電阻電路。
作為開關99例如可以使用電晶體。圖2D示出作為圖2C中的開關的具體例子示出使用電晶體的結構。藉由向電晶體的閘極供應信號，可以控制開關的開啟狀態和關閉狀態的切換。
如圖2C及圖2D所說明，電阻電路Rs1、電阻電路Rs2及電阻電路Rs3可以藉由向各電阻電路所包括的開關供應信號來調整電阻值。
邏輯電路LC1具有基於信號Sn1向各電阻電路所包括的開關供應信號的功能。
在本發明的一個實施方式的控制電路中，如上所述，藉由調整電阻電路的電阻值，可以提高檢測部的電壓檢測的精度。另外，因為可以在記憶體電路FE1中儲存與供應的電阻電路的開關的信號有關的資料，所以在本發明的一個實施方式的控制電路中，即便停止向控制電路供應電源也可以儲存用來控制電阻電路的電阻值的信號。
另外，本發明的一個實施方式的控制電路可以使用電信號將電阻值改變為所希望的值。另外，本發明的一個實施方式的控制電路可以提高藉由電阻分割生成的電位的精度。另外，本發明的一個實施方式的控制電路可以將藉由電阻分割生成的電位設定為所希望的值。
另外，也可以根據二次電池的SOH(State Of Health，也稱為健康狀態)改變被判斷為過充電狀態的電池的電壓。在SOH中以二次電池的新貨狀態為100時，該二次電池隨著劣化而SOH變為比100小。例如，也可以隨著SOH的下降而降低被判斷為過充電狀態的電池的電壓。
由於本發明的一個實施方式的控制電路可以使用電信號改變電阻值，所以可以根據電池的狀態改變檢測部127及檢測部128的判斷基準。更明確而言，可以改變被判斷為過充電電壓、過放電電壓、充電過電流、放電過電流及短路電流的各臨界值。
＜電壓生成部＞ 圖2A示出電壓生成部122的結構的一個例子。
電壓生成部122包括能帶間隙基準電路BGR、振盪器Osc、功率開啟重設電路POR及調節電路Reg。
能帶間隙基準電路BGR具有生成電位VD1及電流Ir1的功能。電位VD1例如為恆電位。電流Ir1例如為定電流。
調節電路Reg具有對電位VD1進行升壓而生成電位VD2的功能。
振盪器Osc具有生成時脈信號CLK的功能。
功率開啟重設電路POR具有在開始向電壓生成部122供應電源時進行電壓生成部122所包括的電路的重設的功能。另外，儲存在記憶體電路FE1中的資料的讀出例如剛在由功率開啟重設電路POR進行重設之後進行。
電壓生成部122具有使用電位VD2生成參考電位Rf_v(x)的功能。如圖2A所示，各參考電位例如可以藉由使用電阻電路Rs4(x)和電阻電路Rs5(x)對電位VD2進行電阻分割來生成。
電阻電路Rs4(x)及電阻電路Rs5(x)也可以具有圖2C及圖2D所示的電阻電路的結構。此時，也可以向電阻電路Rs4(x)及電阻電路Rs5(x)所包括的開關各自從控制部121供應信號而調整電阻值。
圖2B示出能帶間隙基準電路BGR的結構的一個例子。能帶間隙基準電路BGR包括兩個電阻元件Ra(Ra1、Ra2)、電阻元件Rr、二極體元件Di1、二極體元件Di2及放大器AMP。放大器AMP被輸入電阻元件Ra1與二極體元件Di1之間的電位Va及電阻元件Ra2與電阻元件Rr之間的電位Vb。
＜記憶體電路＞ 圖4A及圖4B示出記憶體電路FE1的結構的一個例子。記憶體電路FE1中儲存有如下資料，亦即用來生成控制控制電路191所包括的各電阻電路的電阻值的信號的資料。
記憶體電路FE1較佳為非揮發性記憶體。作為記憶體電路FE1，可以使用FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory：鐵電隨機存取記憶體)、NAND型快閃記憶體、NOR型快閃記憶體、MRAM(Magnetoresistive RAM：磁阻式隨機存取記憶體)、PRAM(Phase change RAM：相變隨機存取記憶體)及ReRAM(Resistive RAM：電阻隨機存取記憶體)等記憶體。FeRAM有時被稱為鐵電記憶體。
藉由進一步降低記憶體電路FE1的工作電壓，更明確而言用於改寫工作等的電壓，可以降低記憶體電路FE1的功耗。另外，在將本發明的一個實施方式的控制電路用作二次電池的保護電路時，記憶體電路FE1較佳為例如以二次電池的電壓以下的電壓進行工作。當記憶體電路FE1以二次電池的電壓以下的電壓進行工作時，二次電池的電壓不需要被升壓，因此可以減少升壓電路的升壓所需要的功耗。此外，為了降低功耗，較佳為在對二次電池的電壓進行升壓的情況下也能夠以更低的電壓進行工作。
FeRAM可以以極低的電壓進行工作，例如可以以低於鋰離子電池的電壓的電壓進行工作。因此，作為本發明的一個實施方式的記憶體電路，特別較佳為使用FeRAM。
藉由使用端子從外部供應信號，可以向記憶體電路FE1寫入資料。
在此，藉由作為資料信號(Din)和時脈信號(CLK)的兩個信號分別使用不同端子亦即兩個端子，可以對記憶體電路FE1進行寫入。
或者，可以使用只有一個端子對記憶體電路FE1進行寫入。當控制電路191的端子數較多時，不但增大電路面積而且增大與端子連接的佈線所佔的容積，由此增大控制電路191的佔有面積及體積。另外，當端子數較多時，有時對控制電路191和其他電路的配置彈性有限制。另外，當端子數較多時，有時對控制電路191的設計彈性有限制。因此，在本發明的一個實施方式的控制電路191中，較佳為使用只有一個端子，在此只使用端子TES對記憶體電路FE1進行寫入。
說明向控制電路191中的端子TES供應資料信號(以下，被稱為資料信號Smem)並對記憶體電路FE1進行寫入的情況。資料信號Smem是沒有與在控制電路191的內部生成的各信號同步的非同步信號。由此，例如，作為資料信號Smem，使用其週期變化比電壓生成部122所生成的時脈信號CLK更慢的信號。另外，控制電路191也可以包括使從端子TES供應的資料信號同步的電路。
圖3A至圖3C示出向端子TES輸入的信號的例子。向端子TES作為資料信號供應資料信號Smem、用來判定測試模式還是通常模式的資料信號(以下，信號Smd)、用來判定讀出模式還是寫入模式的資料信號(以下，信號Srw)。
參照圖3A及圖3B說明信號Smd。圖3A示出判定為測試模式時的信號Smd，圖3B示出判定為通常模式時的信號Smd。如圖3B所示，當信號維持L(低電位信號)時，被判定為通常模式。如圖3A所示，當存在信號為H(高電位信號)的期間時，被判定為測試模式。
在測試模式中，進行電阻電路的調整等。
在通常模式中，儲存在記憶體電路FE1中的資料被控制部121讀出，該資料經過邏輯電路LC1被供應到電阻電路。在通常模式中，例如將二次電池與控制電路電連接，進行二次電池的監視及保護。
在測試模式中，信號為H的期間W1及信號為L的期間W2較佳為電壓生成部122所生成的時脈信號的週期的16倍以上。
參照圖3C及圖3D說明信號Srw。圖3C示出判斷為寫入模式時的信號Srw，圖3D示出判斷為讀出模式時的信號Srw。寫入模式的信號為L的期間與讀出模式不同。關於指示寫入模式的信號，信號為H的期間W3較佳為時脈信號的週期的4倍以上，信號為L的期間W4較佳為時脈信號的週期的4倍以上且16倍以下。關於指示讀出模式的信號，信號為H的期間W5較佳為時脈信號的週期的4倍以上，信號為L的期間W6較佳為時脈信號的週期的20倍以上且32倍以下。
參照圖3E及圖3F說明資料信號Smem。資料信號Smem由二值信號而成。圖3E是表示信號”1”的信號，圖3F是表示信號”0”的信號。表示信號”1”的信號為L的期間與表示信號”0”的信號為L的期間不同。關於表示信號”1”的信號，信號為H的期間W3較佳為時脈信號的週期的4倍以上，信號為L的期間W4較佳為時脈信號的週期的4倍以上且16倍以下。關於表示信號”0”的信號，信號為H的期間W5較佳為時脈信號的週期的4倍以上，信號為L的期間W6較佳為時脈信號的週期的20倍以上且32倍以下。
資料信號Smem在控制部121中被轉換為供應到記憶體電路FE1的形式，然後其被供應到記憶體電路FE1。
儲存在記憶體電路FE1中的資料可以從端子DO讀出。
向位準轉換器LS2供應信號EN，停止位準轉換器LS2的輸出，使開關SW1處於導通狀態，由此可以將記憶體電路FE1所儲存的資料輸出到端子DO。在不向記憶體電路FE1正常地寫入資料的情況下，進行如下處理：改變寫入條件；或者記憶體電路FE1中的不進行正常的寫入的位元取代冗餘位元等。另外，也可以設定寫入禁止位元。藉由進行這種處理或設定，可以提高記憶體電路FE1的良率。另外，可以提高記憶體電路FE1的可靠性。
＜記憶體電路的結構例子＞ 圖4A示出本發明的一個實施方式的記憶體電路的結構例子。
圖4A所示的記憶體電路FE1包括記憶單元陣列MEM_AR及感測放大器SA。
從控制部121向記憶體電路FE1供應資料(Din)。供應到的資料被儲存在記憶單元陣列MEM_AR中。
說明記憶單元陣列MEM_AR所儲存的資料的讀出。被儲存的資料藉由感測放大器SA增大來輸出到控制部121(Dout)。
作為記憶單元陣列MEM_AR所包括的各記憶單元例如可以使用由一個電晶體和一個電容器構成的記憶單元(1T1C型記憶單元)，藉由作為該電容器的介電層使用鐵電層，可以將記憶體電路FE1用作FeRAM。
＜蓄電系統＞ 圖5示出使用上述控制電路191的蓄電系統190的一個例子。
蓄電系統190包括二次電池192、控制電路191、負載193、充電器140、功率電晶體150A及功率電晶體150B。圖5示出藉由二次電池192的放電使負載193流過電流的開關131及藉由從充電器140使電流流過來對二次電池192進行充電的開關141。此外，在圖5中，負載193、充電器140的正極一側的端子由VDDD表示，負極一側的端子由VSSS表示。控制電路191可被用作二次電池的保護電路。
控制電路191的端子CO與功率電晶體150A的閘極電連接。另外，端子DO與功率電晶體150B的閘極電連接。
功率電晶體150A與功率電晶體150B串聯電連接。功率電晶體150A及功率電晶體150B包括寄生二極體。
功率電晶體150A和功率電晶體150B具有遮斷端子VSSS與充電器140之間的電流及端子VSSS與負載193之間的電流的功能。控制電路191具有監視二次電池192而根據二次電池192的狀態控制功率電晶體150A及功率電晶體150B的閘極的開啟狀態或關閉狀態來保護二次電池192的功能。
端子VM與端子VSSS之間設置有電阻元件Rs。由電阻元件Rs分配的電流被供應到控制電路191的端子VM。
圖6A示出二次電池包括使用多個二次電池192的組電池111的蓄電系統190的例子。另外，圖6B示出可用於圖6A的結構的檢測部127和與檢測部127電連接的二次電池192的一個例子。注意，在圖6B中，電阻電路Rs1至電阻電路Rs3也可以用來遮斷二次電池192的充電或放電。例如，在多個二次電池192中，有時直到到達充滿電為止的時間彼此不同。例如，在多個二次電池192中，即便在第一二次電池的充電還沒結束的情況下，第二二次電池的充電有時也結束。此時，也可以調整與第二二次電池並聯電連接的電阻電路的電阻來限制流到第二二次電池的充電電流。因此，可以分別控制各二次電池的充電及放電，抑制各二次電池的劣化，而延長壽命。
＜電阻電路的電阻值的調整＞ 在本發明的一個實施方式的控制電路中，參照圖7所示的流程圖示出電阻電路的電阻值的調整方法的一個例子。
首先，在步驟S000中，開始處理。
接著，在步驟S001中，向端子VDDD及端子VSSS各自供應電位。端子VDDD較佳為被供應可變電位。端子VSSS既可以被供應可變電位，又可以被供應恆電位。例如，端子VDDD與能夠掃描電壓的電壓源電連接，向端子VSSS供應接地電位。在此，供應到端子VDDD的電壓為電壓Vswp，供應到端子VSSS的電壓為V0。這裡，當驗證比較器113_1的工作時，例如將步驟S001中的電壓Vswp與電壓V0之電位差設定為低於二次電池的上限電壓的值，當驗證比較器113_2的工作時，例如將步驟S001中的電壓Vswp與電壓V0之電位差設定為高於二次電池的下限電壓的值。
接著，在步驟S002中，掃描電壓Vswp的值。當驗證比較器113_1的工作時，例如將電壓Vswp掃描為較高的值，當驗證比較器113_2的工作時，例如將電壓Vswp掃描為較低的值。
接著，在步驟S003中，進行驗證的比較器(比較器113_1或比較器113_2)進行檢測。比較器在進行檢測時向控制部121輸出檢測信號。在是比較器113_1的情況下，當電壓Vb1超過參考電位Rf_v(1)時，輸出到控制部121的信號從高電位信號H及低電位信號L中的一個切換為另一個。在是比較器113_2的情況下，當電壓Vb2低於參考電位Rf_v(2)時，輸出到控制部121的信號從高電位信號H及低電位信號L中的一個切換為另一個。
藉由切換進行驗證的比較器向控制部121輸出的信號，控制部121判斷發生異常。明確而言，在切換來自比較器113_1輸出時，判斷發生過充電，在切換來自比較器113_2的輸出時，判斷發生過放電。在控制部121判斷發生過充電時，藉由位準轉換器LS1向端子CO供應使功率電晶體150A處於關閉狀態的信號。在判斷發生過放電時，藉由位準轉換器LS2向端子DO供應使功率電晶體150B處於關閉狀態的信號。
但是，在實際控制電路中，由於電阻電路中的電阻元件的電阻值不均勻及比較器中的半導體元件的不均勻而在設計時估計的電壓產生偏離，因此進行驗證的比較器的輸出信號有時被切換。
在步驟S004中，驗證電壓的差異。
在步驟S005中，根據步驟S004的驗證結果，當在步驟S003中比較器進行檢測工作時的電壓超過在設計時估計的電壓範圍時，進入步驟S006，當看不到差異時，進入步驟S999而結束處理。
在步驟S006中，算出電阻電路的電阻值的調整量。明確而言，基於電壓的差異來算出解除差異的電阻電路Rs1至電阻電路Rs3的電阻值的調整量。基於被算出的調整量決定供應到電阻電路Rs1至電阻電路Rs3所包括的各開關的信號(資料信號Smem)。
接著，在步驟S007中，向記憶體電路FE1進行寫入。資料信號Smem從端子TES供應到控制部121，基於資料信號Smem的信號從控制部121供應到記憶體電路FE1(Din)，由此向記憶體電路FE1進行寫入。資料信號Smem涉及供應到電阻電路Rs1至電阻電路Rs3所包括的各開關的信號。
在此，也可以讀出記憶體電路FE1的資料。記憶體電路FE1可以使用端子DO讀出資料。藉由該讀出可以確認是否在步驟S007中資料正常地寫入到記憶體電路FE1。
接著，在步驟S008中，調整電阻電路的電阻值。基於資料信號Smem的信號從記憶體電路FE1供應到控制部121(Dout)，信號Sn1從控制部121供應到邏輯電路LC1，基於信號Sn1，信號從邏輯電路LC1供應到電阻電路Rs1至電阻電路Rs3所包括的開關，由此調整電阻值。控制部121從記憶體電路FE1接收基於資料信號Smem的信號，使用該信號生成信號Sn1。
接著，回到步驟S001。
藉由以上製程，可以在本發明的一個實施方式的控制電路中調整電阻電路的電阻值。
本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合。
實施方式2 在本實施方式中，說明本發明的一個實施方式的記憶體電路。
圖4B示出實施方式1所說明的圖4A的詳細內容。
如圖4B所示，記憶體電路FE1包括記憶單元MC。多個記憶單元MC被配置為陣列狀並構成記憶元件區域MEM_AR。此外，記憶體電路FE1在記憶元件區域MEM_AR的周邊包括驅動電路。驅動電路也被稱為週邊電路，例如可以具有包括行電路及列電路的結構。圖4B所示的驅動電路包括行電路及列電路。行電路相當於控制記憶元件區域MEM_AR的輸入一側的電路，列電路相當於控制記憶元件區域MEM_AR的輸出一側的電路。作為行電路，包括位準轉換器LS3、移位暫存器SR等。位準轉換器LS3具有改變輸入到記憶元件區域MEM_AR的信號的電位位準的功能。移位暫存器SR包括多個正反器等，其具有依次使與時脈信號(CLK)同步地被輸入的信號移動的功能。另外，根據需要使用重設信號RESET使內部電路處於初始化狀態。使用移位暫存器SR依次使從控制電路191輸出的信號(Din)移動，使用位準轉換器LS3改變信號的電位位準，該信號被輸入到記憶元件區域MEM_AR。藉由這種行電路，可以依次向記憶元件區域MEM_AR所包括的記憶單元MC寫入信號。因此，也可以不輸入位址信號等。在不輸入位址信號時，行電路不複雜，所以是較佳的。在想要向記憶元件區域MEM_AR所包括的任意記憶單元MC輸入信號時，需要位址信號。
如圖4B所示，作為列電路包括感測放大器電路SA、解碼器SR-MUX等。感測放大器SA具有放大來自記憶元件區域MEM_AR的輸出信號的電壓的功能。可以放大輸出信號來將電壓設定為適於被供應來自記憶元件區域MEM_AR的輸出信號的電路的電壓。感測放大器SA可以使用差分感測放大器或閂鎖感測放大器。解碼器SR-MUX具有將被感測放大器SA放大的各記憶體資料依次輸出到控制電路191的功能。來自解碼器SR-MUX的信號(Dout)被輸入到控制電路191。
接著，說明記憶體電路FE1所包括的記憶單元MC。圖8A是記憶單元MC的電路圖。記憶單元MC為1T1C型記憶單元，其包括被用作切換元件的電晶體11及電容器10。由於1T1C型記憶單元的元件數很少，所以可以以高密度配置記憶單元MC，而可以提高記憶容量。當然，記憶單元MC也可以包括其他元件。
電晶體11的閘極與佈線WL電連接。佈線WL被用作字線，藉由控制佈線WL的電位可以控制電晶體11的開啟/關閉。例如，可以藉由使佈線WL的電位成為高電位(H)來使電晶體11成為開啟狀態，可以藉由使佈線WL的電位成為低電位(L)來使電晶體11成為關閉狀態。佈線WL與驅動電路電連接。明確而言，例如佈線WL與圖4B所示的位準轉換器LS3電連接。由於位準轉換器LS3的功能而依次選擇佈線WL，控制電晶體11的開啟關閉。
電晶體11的源極和汲極中的一個與佈線BL電連接。佈線BL被用作位元線，在電晶體11處於開啟狀態時對應於佈線BL的電位的電位被供應到電容器10的一個電極。佈線BL與圖4B所示的感測放大器SA電連接，可以藉由感測放大器SA讀出從記憶單元MC輸出的資料。
電容器10的另一個電極與佈線PL電連接。佈線PL被用作板線，佈線PL的電位可以為電容器10的另一個電極的電位。在佈線BL的電位變為規定值時，可以向佈線PL施加電壓並讀出資料。
電晶體11較佳為使用Si電晶體。將後面參照圖11A、圖11B及圖12等說明使用Si電晶體的記憶單元的剖面圖等。
電晶體11也可以使用OS電晶體。OS電晶體是指在電晶體的半導體層中包含金屬氧化物的電晶體，有時將該金屬氧化物稱為氧化物半導體(Oxide Semiconductor或簡稱為OS)。
OS電晶體具有高耐壓特性。因此，藉由電晶體11使用OS電晶體，即使使電晶體11微型化也可以向電晶體11施加高電壓。藉由使電晶體11微型化，可以減小記憶單元MC的佔有面積，所以是較佳的。例如，一個記憶單元MC的佔有面積可以為一個SRAM單元的佔有面積的1/3至1/6。因此，可以以高密度配置記憶單元MC，而可以提高記憶容量。
圖8B是電容器10的剖面圖。電容器10在下部電極120a與上部電極120b之間包括絕緣體130。絕緣體130作為介電層包含鐵電性材料。有時將包含鐵電性材料的介電層稱為鐵電層。
作為鐵電性材料，有氧化鉿、氧化鋯、HfZrO X(X為大於0的實數)、對氧化鉿添加元素J1(元素J1為鋯(Zr)、矽(Si)、鋁(Al)、釓(Gd)、釔(Y)、鑭(La)或鍶(Sr)等)的材料、對氧化鋯添加元素J2(元素J2為鉿(Hf)、矽(Si)、鋁(Al)、釓(Gd)、釔(Y)、鑭(La)或鍶(Sr)等)的材料等。就是說，鐵電性材料較佳為包含具有鉿及鋯的氧化物。
另外，作為其他鐵電性材料，有PbTiO X、鈦酸鋇鍶(BST)、鈦酸鍶、鋯鈦酸鉛(PZT)、鉭酸鍶鉍(SBT)、鐵酸鉍(BFO)、鈦酸鋇等具有鈣鈦礦結構的壓電陶瓷。
作為其他鐵電性材料，有包含從上述舉出的材料中選擇的多個材料的混合物或化合物。
雖然上述舉出的材料根據結晶結構或添加物有可能呈現鐵電性及其他特性，但是在本說明書等中上述舉出的材料包括在鐵電性材料中。就是說，鐵電性材料包括具有鐵電性的材料及會具有鐵電性的材料。
絕緣體130可以具有單層結構或多層結構。具有多層結構的絕緣體130可以具有依次層疊有從上述舉出的材料中選擇的材料的結構。
接著，以氧化鉿為例說明結晶結構及鐵電性等的物性。圖9是說明氧化鉿(HfO 2)的結晶結構的模型圖。已知氧化鉿具有各種各樣的結晶結構，例如會具有圖9所示的cubic(立方晶系，空間群：Fm-3m)、tetragonal(正方晶系，空間群：P4 2/nmc)、orthorhombic(正交晶系，空間群：Pbc2 2)及monoclinic(單斜晶系，空間群：P2 1/c)等結晶結構。氧化鉿在為單斜晶時被用作高介電體，在為正交晶時被用作鐵電體，在為正方晶時被用作反鐵電體。因此，在用於鐵電層時，氧化鉿較佳為正交晶。
另外，如圖9所示，氧化鉿的結晶結構在以箭頭表示的結晶結構間可以相變。相變有時因熱處理等而發生。
為了使氧化鉿呈現鐵電性，還有利用摻雜添加物的方法。作為添加物可以使用鋯(Zr)、矽(Si)、鋁(Al)、釓(Gd)、釔(Y)、鑭(La)或鍶(Sr)。
上述結晶結構的控制和上述添加物的摻雜可以分別獨立地或組合地實施。
例如，藉由對氧化鉿摻雜鋯，可以使單斜晶系的結晶結構成為正交晶系的結晶結構。如上所述那樣，由於正交晶的氧化鉿呈現鐵電體，所以較佳為被用作鐵電層。在對氧化鉿摻雜鋯時會發生複合化，有時將其稱為氧化鉿和氧化鋯的複合材料或混晶。
作為與上述複合材料不同的例子，鐵電層也可以具有以氧化鉿與氧化鋯的組成比為1：1的方式交替地進行成膜的疊層結構。在使用ALD法時，可以將氧化鉿和氧化鋯分別薄到5nm以上且25nm以下的厚度，因此可以使疊層結構的厚度為50nm以上且100nm以下，所以是較佳的。在該疊層結構中，若包含至少具有正交晶的結晶結構的氧化鉿，則可以呈現鐵電性，而該疊層結構適合用於鐵電層。
此外，有時上述疊層結構的結晶狀態剛在成膜之後為非晶結構。為了使非晶結構為正交晶系結晶結構而進行加熱即可。根據加熱溫度等而有時該正交晶系結晶結構變為單斜晶系結晶結構。在呈現鐵電性的情況下，氧化鉿與單斜晶系結晶結構相比較佳為具有正交晶系結晶結構，由此加熱溫度較佳為300℃以上且500℃以下。
注意，只要絕緣體130呈現鐵電性，就對其結晶結構沒有特別的限制。例如，絕緣體130既可以為非晶結構，又可以為單晶。並且，絕緣體130也可以採用在單層材料層中具有非晶結構和上述結晶結構的結構(複合結構)。
在作為絕緣體130使用具有氧化鉿及氧化鋯的複合材料(HfZrO x)時，較佳為利用熱ALD法形成該絕緣體130。ALD法也被稱為原子層沉積法，可以進行原子級的控制而實現5nm以上且25nm以下的薄膜化。此外，ALD法的沉積速度快，所以是較佳的。具有氧化鉿及氧化鋯的複合材料(HfZrO x)的組成為Hf：Zr：O=0.5：0.5：2或Hf：Zr：O=0.25：0.75：2等。
在利用熱ALD法形成絕緣體130的情況下，作為前驅物較佳為使用不包含烴(Hydro Carbon，也稱為HC)的材料。當絕緣體130包含氫和碳的任一者或兩者時，有時阻礙絕緣體130的晶化，所以較佳為使用不包含烴的材料。如上所述那樣，較佳的是，使用不包含烴的前驅物而降低絕緣體130中的氫和碳的任一者或兩者的濃度，可以實現高純度且本質的材料。例如，作為不包含烴的前驅物可以舉出氯系材料。此外，當絕緣體130使用具有氧化鉿及氧化鋯的材料(HfZrO x)時，作為氯系前驅物使用選自HfCl 4及ZrCl 4中的一個以上即可。
另外，在較多的氫及碳包含在絕緣體130中的情況下，進行去除氫及碳的製程即可。作為去除氫及碳的製程，形成氫及碳的俘獲層並進行加熱即可。有時將該去除製程稱為吸雜。
另外，當利用熱ALD法形成絕緣體130時，氧化劑可以使用H 2O或O 3。作為熱ALD法的氧化劑，與H 2O相比較佳為使用O 3，由此可以減少膜中的氫濃度。注意，熱ALD法的氧化劑不侷限於此。例如，熱ALD法的氧化劑也可以包含選自O 2、O 3、N 2O、NO 2、H 2O和H 2O 2中的任一個或多個。
如圖8B所示，電容器10除了絕緣體130之外還包括下部電極120a及上部電極120b。上部電極120b及下部電極120a可以使用相同材料及製程製造。上部電極120b及下部電極120a分別獨立地或同一地包含氮化鈦或氮化鉭等金屬氮化物。此外，上部電極120b及下部電極120a分別獨立地或同一地包含鉑、鋁、銅等導電材料。此外，上部電極120b及下部電極120a分別獨立地或同一地包含氧化銦、氧化鎵、氧化鋅、氧化錫、氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)。上部電極120b及下部電極120a也可以分別獨立地或同一地包含具有上述材料中的兩種以上的固溶體。可以對鐵電層施加穩定的電壓。
因為在形成絕緣體130之後形成上部電極120b，所以作為上部電極120b的形成方法較佳為利用ALD法或CVD法等。例如，作為上部電極120b，利用熱ALD法形成氮化鈦即可。在此，上部電極120b較佳為採用如熱ALD法那樣在對基板進行加熱的同時形成的方法形成。例如，將基板溫度的下限設定為室溫以上、較佳為300℃以上、更佳為325℃以上、進一步較佳為350℃以上形成即可。另外，例如，將基板溫度的上限設定為500℃以下、較佳為450℃以下形成即可。
藉由在如上所述的溫度範圍內形成上部電極120b，即使在形成上部電極120b之後不進行高溫加熱處理(例如溫度為400℃以上或500℃以上的加熱處理)也可以使絕緣體130具有鐵電性。另外，如上所述那樣，藉由利用給基底帶來的損傷較少的ALD法形成上部電極120b，可以抑制絕緣體130的結晶結構過破壞，因此可以提高絕緣體130的鐵電性或維持鐵電性高的狀態。
當利用濺射法等形成上部電極120b時，有可能絕緣體130中產生損傷。例如，當絕緣體130使用具有氧化鉿及氧化鋯的複合材料(HfZrO x)並利用濺射法形成上部電極120b時，因濺射法而HfZrO x中產生損傷，有可能HfZrO x的結晶結構(典型的是正交晶系等結晶結構)崩塌。雖然有藉由之後進行的熱處理來恢復HfZrO x的結晶結構的損壞的方法，有時HfZrO x中的懸空鍵(例如，O ＊)等因濺射法而形成的HfZrO x中的損傷與包含在HfZrO x中的氫鍵合，不能恢復HfZrO x的結晶結構中的損壞。
因此，絕緣體130，這裡為HfZrO x較佳為使用不包含氫或氫含量極少的材料。例如，絕緣體130所包含的氫的濃度較佳為5×10 20atoms/cm 3以下，更佳為1×10 20atoms/cm 3以下。氫濃度可以利用二次離子質譜分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)進行測量。上述濃度的下限為SIMS的檢測下限。
另外，如上所述那樣，為了減少絕緣體130中的氫濃度，作為前驅物較佳為使用不包含烴的材料。由此，絕緣體130有時成為作為主要成分不包含烴或烴含量極少的膜。例如，絕緣體130所包含的構成烴的碳的濃度較佳為5×10 20atoms/cm 3以下，更佳為1×10 20atoms/cm 3以下。烴濃度可以利用SIMS進行測量。上述濃度的下限為SIMS的檢測下限。
另外，當在絕緣體130的成膜中作為前驅物使用不包含烴的材料時，絕緣體130有時成為作為主要成分不包含碳或碳含量極少的膜。例如，絕緣體130所包含的碳的濃度較佳為5×10 20atoms/cm 3以下，更佳為1×10 20atoms/cm 3以下。碳濃度可以利用SIMS進行測量。上述濃度的下限為SIMS的檢測下限。
絕緣體130較佳為使用氫、烴和碳中的至少一個的含量極少的材料，但尤其是，使烴及碳的含量極低是重要的。因為烴及碳是比氫重的分子或原子，所以難以在後面製程去除。因此，較佳的是，在形成絕緣體130時徹底去除烴及碳。
如上所述，藉由作為絕緣體130使用至少不包含氫、烴和碳的材料或者氫、烴和碳中的至少一個的含量極少的材料，可以提高絕緣體130的結晶性，而可以具有高鐵電性。
藉由徹底去除絕緣體130的膜中的雜質，在此是氫、烴和碳中的至少一個，可以形成高純度且本質的具有鐵電性的膜。另外，可以形成包括高純度且本質的具有鐵電性的膜的電容器。
如上所述那樣，作為絕緣體130藉由利用熱ALD法使用不採用烴的前驅物(典型的是氯系前驅物)和氧化劑(典型的是O 3)形成鐵電層。然後，藉由將基板溫度典型地設定為400℃以上，形成上部電極120b。在基板溫度為400℃以上時，也可以在形成上部電極120b之後不對絕緣體130進行用來晶化的加熱。換言之，藉由利用形成上部電極120b時的溫度，可以提高絕緣體130的結晶性或鐵電性。注意，有時將不進行形成上部電極120b之後的加熱而利用形成上部電極120b時的溫度提高絕緣體130的結晶性或鐵電性的處理稱為自行退火。
絕緣體130較佳為利用上述方法形成薄膜。絕緣體130的厚度較佳為100nm以下，更佳為50nm以下，進一步較佳為20nm以下，特別較佳為10nm以下。藉由將微型化的電晶體11與薄膜化的絕緣體130組合，記憶體裝置的積體度得到提高。即便將氧化鉿或氧化鉿及氧化鋯的複合材料薄到幾nm也會具有鐵電性，所以是較佳的。
絕緣體130所包含的鐵電性材料具有被施加電場而內部發生極化且即使將該電場變為0也依然有極化的性質。因此，將該材料用作介電體的電容器可以為非揮發性記憶元件。有時將包含鐵電性材料的電容器稱為鐵電電容器，使用鐵電電容器的非揮發性記憶元件有時被稱為FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory：鐵電隨機存取記憶體)、鐵電記憶體等。就是說，記憶單元MC可被用作鐵電記憶體。
絕緣體130較佳為具有包含鐵電性材料的鐵電層和絕緣耐應力高的材料的層的疊層結構。作為絕緣耐應力高的材料，有氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、添加有氟的氧化矽、添加有碳的氧化矽、添加有碳及氮的氧化矽、具有空孔的氧化矽或樹脂等。藉由層疊地使用這樣的絕緣耐應力高的絕緣體的層與鐵電層，可以提高絕緣耐應力而抑制電容器10的洩漏電流。
接著，說明圖8B所示的下部電極120a。下部電極120a可以使用與上部電極120b相同的製程及材料形成。就是說，下部電極120a可以藉由ALD法形成膜。與上部電極120b不同，下部電極120a可以在形成絕緣體130之前形成膜，所以除了ALD法以外還可以使用濺射法或CVD法等形成膜。此外，下部電極120a較佳為包含氮化鈦。
上部電極120b可以採用導電膜的單層結構或疊層結構。另外，下部電極120a可以採用導電膜的單層結構或疊層結構。上部電極120b也可以具有氮化鈦、鋁及銅的疊層結構。下部電極120a也可以具有氮化鈦、鋁及銅的疊層結構。當上部電極120b或下部電極120a具有疊層結構時，可以抑制洩漏。
接著，圖10A示出鐵電層所具有的磁滯特性。在圖10A中，橫軸表示施加到鐵電層的電壓。
另外，在圖10A中，縱軸表示鐵電層的極化量，在極化量為正值時表示正電荷偏於電容器10的一個電極一側且負電荷偏於電容器10的另一個電極一側。另一方面，在極化量為負值時表示正電荷偏於電容器10的另一個電極一側且負電荷偏於電容器10的一個電極一側。
另外，圖10A的圖表的橫軸所示的電壓也可以為電容器10的另一個電極的電位與電容器10的一個電極的電位之差。另外，圖10A的圖表的縱軸所示的極化量也可以在正電荷偏於電容器10的另一個電極一側且負電荷偏於電容器10的一個電極一側時為正值，並且在正電荷偏於電容器10的一個電極一側且負電荷偏於電容器10的另一個電極一側時為負值。
如圖10A所示，鐵電層的磁滯特性可以以曲線51及曲線52表示。將曲線51和曲線52的交點的電壓作為VSP及-VSP。可以說，VSP和-VSP的極性不同。
當在對鐵電層施加-VSP以下的電壓之後提高施加到鐵電層的電壓時，鐵電層的極化量根據曲線51增加。另一方面，當對鐵電層施加VSP以上的電壓之後降低施加到鐵電層的電壓時，鐵電層的極化量根據曲線52減少。因此，VSP及-VSP可以說是飽和極化電壓。注意，有時例如將VSP稱為第一飽和極化電壓並將-VSP稱為第二飽和極化電壓。另外，在圖10A中第一飽和極化電壓的絕對值和第二飽和極化電壓的絕對值相等，但也可以不相等。
在此，將當在鐵電層的極化量根據曲線51變化的情況下鐵電層的極化量為“0”時施加到鐵電層的電壓作為Vc。另外，將當在鐵電層的極化量根據曲線52變化的情況下鐵電層的極化量為“0”時施加到鐵電層的電壓作為Vc。Vc及-Vc可以說是矯頑電壓。Vc的值及-Vc的值可以說是-VSP和VSP間的值。注意，有時例如將Vc稱為第一矯頑電壓並將-Vc稱為第二矯頑電壓。另外，在圖10A中第一矯頑電壓的絕對值和第二矯頑電壓的絕對值相等，但也可以不相等。藉由減小矯頑電壓，可以以低電壓使記憶單元MC工作。
如上所述那樣，施加到電容器10所包括的鐵電層的電壓可以以電容器10的一個電極的電位和電容器10的另一個電極的電位之差表示。另外，如上所述那樣，電容器10的另一個電極與佈線PL電連接。因此，藉由控制佈線PL的電位，可以控制施加到鐵電層的電壓。
參照圖10B說明在圖8A中示出其電路結構的記憶單元MC的驅動方法的一個例子。在以下說明中，施加到電容器10的鐵電層的電壓表示電容器10的一個電極的電位和電容器10的另一個電極(佈線PL)的電位之差。另外，電晶體11的極性為n通道型。
圖10B是示出圖8A所示的記憶單元MC的驅動方法的一個例子的時序圖。圖10B示出向記憶單元MC寫入2值的數位資料並將其讀出的例子。明確而言，圖10B示出如下例子：在時刻T01至時刻T02向記憶單元MC寫入資料“1”，在時刻T03至時刻T05進行讀出及改寫，在時刻T11至時刻T13進行讀出並向記憶單元MC寫入資料“0”，在時刻T14至時刻T16進行讀出及改寫，並且在時刻T17至時刻T19進行讀出並向記憶單元MC寫入資料“1”。
與佈線BL電連接的感測放大器SA被供應Vref作為參考電位。在圖10B所示的讀出工作中，在佈線BL的電位高於Vref時藉由列電路讀出資料“1”。另一方面，在佈線BL的電位低於Vref時藉由列電路讀出資料“0”。
在時刻T01至時刻T02，使佈線WL的電位成為高電位。由此，電晶體11成為開啟狀態。另外，使佈線BL的電位成為Vw。因為電晶體11為開啟狀態，所以電容器10的一個電極的電位成為Vw。並且，佈線PL的電位為GND。由此，施加到電容器10的鐵電層的電壓成為“Vw-GND”。由此，可以向記憶單元MC寫入資料“1”。因此，時刻T01至時刻T02可以說是進行寫入工作的期間。
在此，Vw較佳為VSP以上，例如較佳為相等於VSP。另外，GND例如可以為接地電位，但如果可以以滿足本發明的一個實施方式的精神的方式驅動記憶單元MC，就不需為接地電位。例如，當第一飽和極化電壓的絕對值和第二飽和極化電壓的絕對值不同且第一矯頑電壓的絕對值和第二矯頑電壓的絕對值不同時，GND可以為接地之外的電位。
在時刻T02至時刻T03，使佈線BL的電位及佈線PL的電位成為GND。由此，施加到電容器10的鐵電層的電壓成為0V。在時刻T01至時刻T02施加到電容器10的鐵電層的電壓“Vw-GND”可以為VSP以上，由此在時刻T02至時刻T03，電容器10的鐵電層的極化量根據圖10A所示的曲線52變化。由此，在時刻T02至時刻T03，電容器10的鐵電層中不發生極化反轉。
使佈線BL的電位及佈線PL的電位成為GND，然後使佈線WL的電位成為低電位。由此，電晶體11成為關閉狀態。由此，寫入工作結束，資料“1”保持在記憶單元MC中。注意，如果電容器10的鐵電層中不發生極化反轉，亦即施加到電容器10的鐵電層的電壓為第二矯頑電壓的-Vc以上，佈線BL及佈線PL的電位就可以為任意電位。
在時刻T03至時刻T04，使佈線WL的電位成為高電位。由此，電晶體11成為開啟狀態。另外，使佈線PL的電位成為Vw。使佈線PL的電位成為Vw，由此施加到電容器10的鐵電層的電壓成為“GND-Vw”。如上所述那樣，在時刻T01至時刻T02施加到電容器10的鐵電層的電壓為“Vw-GND”。因此，電容器10的鐵電層中發生極化反轉。在極化反轉中，電流流過佈線BL，而佈線BL的電位高於Vref。由此，列電路可以讀出記憶單元MC所保持的資料“1”。因此，時刻T03至時刻T04可以說是進行讀出工作的期間。注意，雖然設想Vref高於GND且低於Vw，但例如也可以高於Vw。
因為上述讀出是破壞讀出，所以記憶單元MC所保持的資料“1”消失。於是，在時刻T04至時刻T05，使佈線BL及佈線PL的電位分別成為Vw及GND。由此，向記憶單元MC改寫資料“1”。因此，時刻T04至時刻T05可以說是進行改寫工作的期間。
在時刻T05至時刻T11，使佈線BL的電位及佈線PL的電位成為GND。然後，使佈線WL的電位成為低電位。由此，改寫工作結束，資料“1”保持在記憶單元MC中。
在時刻T11至時刻T12，使佈線WL的電位及佈線PL的電位分別成為高電位及Vw。因為記憶單元MC保持資料“1”，所以佈線BL的電位高於Vref，而記憶單元MC所保持的資料“1”被讀出。因此，時刻T11至時刻T12可以說是進行讀出工作的期間。
在時刻T12至時刻T13，使佈線BL的電位成為GND。因為電晶體11為開啟狀態，所以電容器10的一個電極的電位成為GND。另外，佈線PL的電位為Vw。由此，施加到電容器10的鐵電層的電壓成為“GND-Vw”。由此，可以向記憶單元MC寫入資料“0”。因此，時刻T12至時刻T13可以說是進行寫入工作的期間。
在時刻T13至時刻T14，使佈線BL的電位及佈線PL的電位成為GND。由此，施加到電容器10的鐵電層的電壓成為0V。在時刻T12至時刻T13施加到電容器10的鐵電層的電壓“GND-Vw”可以為-VSP以下，由此在時刻T13至時刻T14，電容器10的鐵電層的極化量根據圖10A所示的曲線51變化。由此，在時刻T13至時刻T14，電容器10的鐵電層中不發生極化反轉。
使佈線BL的電位及佈線PL的電位成為GND，然後使佈線WL的電位成為低電位。由此，電晶體11成為關閉狀態。由此，寫入工作結束，資料“0”保持在記憶單元MC中。注意，如果電容器10的鐵電層中不發生極化反轉，亦即施加到電容器10的鐵電層的電壓為第一矯頑電壓的Vc以下，佈線BL及佈線PL的電位就可以為任意電位。
在時刻T14至時刻T15，使佈線WL的電位成為高電位。由此，電晶體11成為開啟狀態。另外，使佈線PL的電位成為Vw。使佈線PL的電位成為Vw，由此施加到電容器10的鐵電層的電壓成為“GND-Vw”。如上所述那樣，在時刻T12至時刻T13施加到電容器10的鐵電層的電壓為“GND-Vw”。因此，電容器10的鐵電層中不發生極化反轉。因此，流過佈線BL的電流量比電容器10的鐵電層中發生極化反轉的情況更小。由此，佈線BL的電位的上升幅度比電容器10的鐵電層中發生極化反轉的情況更小，明確而言，佈線BL的電位成為Vref以下。由此，列電路可以讀出記憶單元MC所保持的資料“0”。因此，時刻T14至時刻T15可以說是進行讀出工作的期間。
在時刻T15至時刻T16，使佈線BL的電位成為GND。佈線PL的電位為Vw。由此，向記憶單元MC改寫資料“0”。因此，時刻T15至時刻T16可以說是進行改寫工作的期間。
在時刻T16至時刻T17，使佈線BL的電位及佈線PL的電位成為GND。然後，使佈線WL的電位成為低電位。由此，改寫工作結束，資料“0”保持在記憶單元MC中。
在時刻T17至時刻T18，使佈線WL的電位及佈線PL的電位分別成為高電位及Vw。因為記憶單元MC保持資料“0”，所以佈線BL的電位低於Vref，而記憶單元MC所保持的資料“0”被讀出。因此，時刻T17至時刻T18可以說是進行讀出工作的期間。
在時刻T18至時刻T19，使佈線BL的電位成為Vw。因為電晶體11為開啟狀態，所以電容器10的一個電極的電位成為Vw。另外，佈線PL的電位為GND。由此，施加到電容器10的鐵電層的電壓成為“Vw-GND”。由此，可以向記憶單元MC寫入資料“1”。因此，時刻T18至時刻T19可以說是進行寫入工作的期間。
在時刻T19之後，使佈線BL的電位及佈線PL的電位成為GND。然後，使佈線WL的電位成為低電位。由此，寫入工作結束，資料“1”保持在記憶單元MC中。包括鐵電層的記憶單元MC可以利用VSP及-VSP這兩個電壓值保持資料。記憶單元MC可被用作能夠改寫且改寫次數為10 10次以上且10 12次以下的非揮發性記憶體。此外，記憶單元MC能夠以低電壓進行工作。
接著，圖11示出記憶單元MC的剖面結構。在該剖面結構中，將電容器10配置在電晶體11的上方。
圖11A所示的電晶體11設置在基板311上，並包括：被用作閘極的導電體316、被用作閘極絕緣體的絕緣體315、由基板311的一部分構成的半導體區域313以及被用作源極區域或汲極區域的低電阻區域314a及低電阻區域314b。電晶體11可以使用p通道型或n通道型。
在上述電晶體11中，形成通道的半導體區域313(基板311的一部分)具有凸形狀。因此，在通道寬度方向等上，可以以隔著絕緣體315覆蓋半導體區域313的側面及頂面的方式設置導電體316。因為利用半導體基板的凸部，所以這種電晶體11也被稱為FIN型電晶體。此外，也可以以與凸部的上表面接觸的方式具有用來形成凸部的遮罩的絕緣體。此外，雖然在此示出對半導體基板的一部分進行加工來形成凸部的情況，但是也可以對SOI基板進行加工來形成具有凸部的半導體膜。
注意，上述電晶體11的結構只是一個例子，不侷限於上述結構，根據電路結構及驅動方法使用適當的電晶體即可。
在電晶體11與電容器10之間也可以設置有包括層間膜、佈線及插頭等的佈線層。此外，佈線層可以根據設計而設置為多個層。在此，在具有插頭或佈線的功能的導電體中，有時使用同一符號表示多個結構。此外，在本說明書等中，佈線、與佈線電連接的插頭也可以以不分開製程的方式連續地形成。就是說，導電體的一部分有時被用作佈線，並且導電體的一部分有時被用作插頭。
例如，在電晶體11上，作為層間膜依次層疊地設置有絕緣體320及絕緣體322。較佳為還設置被用作對氫具有阻擋性的絕緣膜的絕緣體287。絕緣體287較佳為包含氮化矽或氧化鋁。這是因為氮化矽或氧化鋁對氫具有高阻擋性。
絕緣體320、絕緣體322及絕緣體287嵌入有電連接電容器10與電晶體11的導電體357等。注意，導電體357被用作插頭及/或佈線。
此外，被用作層間膜的絕緣體可以被用作覆蓋其下方的凹凸形狀的平坦化膜。例如，為了提高絕緣體322的頂面的平坦性，也可以藉由利用化學機械拋光(CMP)法等的平坦化處理實現平坦化。
佈線層也可以設置在電容器10上。圖11B作為佈線層在電容器10上包括導電體330、導電體356及導電體357。以覆蓋導電體330的方式設置絕緣體352。以覆蓋導電體356的方式設置絕緣體354。以覆蓋導電體357的方式設置絕緣體210。佈線層具有包括兩個以上的導電體的多層結構。
佈線層也可以設置在電晶體11與電容器10之間。例如，在圖12中，可以形成絕緣體320及絕緣體322，以嵌入導電體328的方式形成佈線層的一部分，形成絕緣體324及絕緣體326，以嵌入導電體330的方式形成佈線層的其他一部分，形成絕緣體350、絕緣體352及絕緣體354，以嵌入導電體356的方式形成佈線層的其他一部分，形成絕緣體210及絕緣體287，以嵌入導電體357的方式形成佈線層的其他一部分。絕緣體287被用作對氫具有阻擋性的絕緣膜。佈線層為層疊四層導電體的佈線層。注意，導電體328、導電體330、導電體356及導電體357各自被用作插頭及/或佈線。
作為上述絕緣體，有具有絕緣性的氧化物、氮化物、氧氮化物、氮氧化物、金屬氧化物、金屬氧氮化物、金屬氮氧化物等。
藉由將相對介電常數低的材料用於上述絕緣體，可以減少產生在佈線之間的寄生電容。因此，較佳為根據絕緣體的功能選擇材料。
作為上述絕緣體較佳為使用相對介電常數低的絕緣體。例如，該絕緣體較佳為含有添加有氟的氧化矽、添加有碳的氧化矽、添加有碳及氮的氧化矽、具有空孔的氧化矽、樹脂等。或者，該絕緣體較佳為具有氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、添加有氟的氧化矽、添加有碳的氧化矽、添加有碳及氮的氧化矽或具有空孔的氧化矽和樹脂的疊層結構。由於氧化矽及氧氮化矽具有熱穩定性，因此藉由將其與樹脂組合，可以實現具有熱穩定性且相對介電常數低的疊層結構。作為樹脂，例如可以舉出聚酯、聚烯烴、聚醯胺(尼龍、芳香族聚醯胺等)、聚醯亞胺、聚碳酸酯、丙烯酸樹脂等。
導電體可被用作佈線、插頭。作為該導電體較佳為使用包含選自鋁、鉻、銅、銀、金、鉑、鉭、鎳、鈦、鉬、鎢、鉿、釩、鈮、錳、鎂、鋯、鈹、銦以及釕等的金屬元素中的一種以上的材料。此外，也可以使用以包含磷等雜質元素的多晶矽為代表的導電率高的半導體以及鎳矽化物等矽化物。
例如，作為上述導電體可以以單層或疊層使用由上述材料形成的金屬材料、合金材料、金屬氮化物材料、金屬氧化物材料等導電材料。較佳為使用兼具耐熱性和導電性的鎢、鉬等高熔點材料，尤其較佳為使用鎢。或者，較佳為使用鋁、銅等低電阻導電材料形成。藉由使用低電阻導電材料可以降低佈線電阻。
另外，在圖11A、圖11B及圖12所示的電容器10中，藉由利用熱ALD法等需要對基板進行加熱的方法形成上部電極120b，即使在形成上部電極120b之後不進行高溫烘烤也可以提高絕緣體130的鐵電性。由此，可以不進行高溫烘烤而製造半導體裝置，因此可以使用熔點低的銅等低電阻導電材料。
導電體357的頂面與導電體110的底面接觸。導電體110的頂面至少與電容器10的下部電極120a的底面接觸。如此，被用作電容器10的下部電極的下部電極120a與被用作電晶體11的源極和汲極中的一個的低電阻區域314a至少藉由導電體357電連接。
另外，圖11A、圖11B及圖12所示的記憶體裝置具有由配置在電容器10的下側的絕緣體287與配置在電容器10的上側的絕緣體152a及絕緣體152b密封電容器10的結構。可以抑制氫從絕緣體287及絕緣體152b的外部擴散到電容器10而降低電容器10的絕緣體130的氫濃度或維持降低狀態。因此，可以提高絕緣體130的鐵電性。絕緣體152a及絕緣體152b較佳為各自包含氮化矽或氧化鋁。
另外，較佳為絕緣體152a的下側設置有絕緣體155。絕緣體155較佳為使用具有俘獲且固定氫的功能的絕緣體。例如，較佳為使用氧化鋁等。藉由以覆蓋電容器10的方式設置這種絕緣體155，可以俘獲且固定電容器10的絕緣體130所包含的氫而降低絕緣體130的氫濃度。由此，可以提高絕緣體130的鐵電性。另外，可以減少導電體110和導電體120間的洩漏電流。注意，不侷限於此，也可以採用沒有設置絕緣體155的結構。
圖11A、圖11B及圖12中還設置有覆蓋絕緣體152b的絕緣體286。絕緣體286可以包含與絕緣體320及絕緣體322相同的材料。
具有圖11A、圖11B及圖12所示的剖面結構的記憶單元MC可以實現記憶體電路的高積體度化、高速驅動化、高耐久化或低功耗化。
以上，本實施方式所示的結構、方法等的至少一部分可以與本說明書所記載的其他實施方式及其他實施例等適當地組合而實施。
實施方式3 在本實施方式中，說明使用本發明的一個實施方式的控制電路保護的二次電池的一個例子。
＜二次電池的結構例子1＞ 以下，例示出正極、負極及電解液被外包裝體包圍的二次電池。
[正極] 正極包括正極活性物質層及正極集電器。正極活性物質層包含正極活性物質，也可以包含導電材料及黏合劑。
作為正極活性物質，例如有具有橄欖石型結晶結構、層狀岩鹽型結晶結構或尖晶石型結晶結構的複合氧化物等。例如，可以舉出LiFePO 4、LiFeO 2、LiNiO 2、LiMn 2O 4、V 2O 5、Cr 2O 5、MnO 2等化合物。
鈷酸鋰(LiCoO 2)等具有層狀岩鹽型結晶結構的材料的放電容量高，已被認為是優異的二次電池的正極活性物質。作為具有層狀岩鹽型結晶結構的材料，例如可以舉出以LiMO 2表示的複合氧化物。作為元素M的一個例子，可以舉出選自Co、Ni及Mn中的一個以上。此外，作為元素M的一個例子，除了選自Co、Ni及Mn中的一個以上以外，還可以舉出選自Al及Mg中的一個以上。
另外，作為正極活性物質，較佳為對LiMn 2O 4等含有錳的具有尖晶石型結晶結構的含鋰材料中混合鎳酸鋰(LiNiO 2或LiNi 1-xM xO 2(0＜x＜1)(M=Co、Al等))。藉由採用該結構可以提高二次電池的特性。
另外，作為正極活性物質，可以使用能夠以組成式Li aMn bM cO d表示的鋰錳複合氧化物。在此，元素M較佳為使用從鋰、錳之外的金屬元素選擇的金屬元素或矽、磷，更佳為使用鎳。另外，在對鋰錳複合氧化物的粒子整體進行測量時，較佳為放電時滿足0＜a/(b+c)＜2、c＞0且0.26≤(b+c)/d＜0.5。鋰錳複合氧化物的粒子整體的金屬、矽、磷等的組成例如可以利用ICP-MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry：感應耦合電漿質譜)測量。另外，鋰錳複合氧化物的粒子整體的氧的組成，例如可以利用EDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy：能量色散型X射線分析)進行測定。另外，還可以與ICP-MS分析一起利用融合氣體分析(fusion gas analysis)、XAFS (X-ray Absorption Fine Structure：X射線吸收微細結構)分析的價數評價來算出。注意，鋰錳複合氧化物是指至少包含鋰和錳的氧化物，還可以包含選自鉻、鈷、鋁、鎳、鐵、鎂、鉬、鋅、銦、鎵、銅、鈦、鈮、矽和磷等中的至少一種元素。
[負極] 負極包括負極活性物質層及負極集電器。負極活性物質層也可以包含導電材料及黏合劑。
作為負極活性物質，例如可以使用合金類材料及碳類材料等中的至少一個。
作為負極活性物質，可以使用能夠藉由與鋰的合金化/脫合金化反應進行充放電反應的元素。例如，可以使用包含矽、錫、鎵、鋁、鍺、鉛、銻、鉍、銀、鋅、鎘和銦等中的至少一個的材料。這種元素的容量比碳大，尤其是矽的理論容量大，為4200mAh/g。因此，較佳為將矽用於負極活性物質。此外，也可以使用含有這些元素的化合物。例如可以舉出SiO、Mg 2Si、Mg 2Ge、SnO、SnO 2、Mg 2Sn、SnS 2、V 2Sn 3、FeSn 2、CoSn 2、Ni 3Sn 2、Cu 6Sn 5、Ag 3Sn、Ag 3Sb、Ni 2MnSb、CeSb 3、LaSn 3、La 3Co 2Sn 7、CoSb 3、InSb和SbSn等。有時將能夠藉由與鋰的合金化/脫合金化反應進行充放電反應的元素及包含該元素的化合物等稱為合金類材料。
在本說明書等中，SiO例如是指一氧化矽。或者SiO也可以表示為SiO x。在此，x較佳為表示1附近的值。例如x較佳為0.2以上且1.5以下，更佳為0.3以上且1.2以下。
作為碳類材料，可以使用石墨、易石墨化碳(軟碳)、難石墨化碳(硬碳)、碳奈米管、石墨烯、碳黑等。
作為石墨，可以舉出人造石墨或天然石墨等。作為人造石墨例如可以舉出中間相碳微球(MCMB)、焦炭基人造石墨(coke-based artificial graphite)、瀝青基人造石墨(pitch-based artificial graphite)等。在此，作為人造石墨可以使用具有球狀形狀的球狀石墨。例如，MCMB有時具有球狀形狀，所以是較佳的。此外，MCMB比較容易減小其表面積，所以有時是較佳的。作為天然石墨，例如可以舉出鱗片狀石墨、球狀化天然石墨等。
當鋰離子被嵌入在石墨中時(鋰-石墨層間化合物的生成時)石墨示出與鋰金屬相同程度的低電位(0.05V以上且0.3V以下vs. Li/ Li +)。由此，鋰離子二次電池可以示出高工作電壓。石墨還有如下優點：每單位體積的容量較大；體積膨脹比較小；較便宜；與鋰金屬相比安全性高等，所以是較佳的。
此外，作為負極活性物質，可以使用氧化物諸如二氧化鈦(TiO 2)、鋰鈦氧化物(Li 4Ti 5O 12)、鋰-石墨層間化合物(Li xC 6)、五氧化二鈮(Nb 2O 5)、氧化鎢(WO 2)、氧化鉬(MoO 2)等。
此外，作為負極活性物質，可以使用包含鋰和過渡金屬的氮化物的具有Li 3N型結構的Li 3-xM xN (M=Co、Ni、Cu)。例如，Li 2.6Co 0.4N 3示出較大的充放電容量(900mAh/g，1890mAh/cm 3)，所以是較佳的。
當作為負極活性物質使用包含鋰和過渡金屬的氮化物時，在負極活性物質中含有鋰離子，因此可以將該負極活性物質與用作正極活性物質的V 2O 5、Cr 3O 8等不包含鋰離子的材料組合，所以是較佳的。注意，當將含有鋰離子的材料用作正極活性物質時，藉由預先使包含在正極活性物質中的鋰離子脫離，作為負極活性物質，也可以使用包含鋰和過渡金屬的氮化物。
此外，也可以將引起轉化反應的材料用於負極活性物質。例如，將氧化鈷(CoO)、氧化鎳(NiO)、氧化鐵(FeO)等不與鋰形成合金的過渡金屬氧化物用於負極活性物質。作為引起轉化反應的材料，還可以舉出Fe 2O 3、CuO、Cu 2O、RuO 2、Cr 2O 3等氧化物、CoS 0.89、NiS、CuS等硫化物、Zn 3N 2、Cu 3N、Ge 3N 4等氮化物、NiP 2、FeP 2、CoP 3等磷化物、FeF 3、BiF 3等氟化物。
作為負極活性物質層可包含的導電材料及黏合劑，可以使用與正極活性物質層可包含的導電材料及黏合劑同樣的材料。
[集電器] 作為正極集電器及負極集電器，較佳為使用不與鋰等載體離子合金化的材料。作為集電器，可以使用鋁、銅或鈦等。
[電解質] 作為電解質，可以使用包含溶劑及鹽的溶液。作為溶劑，較佳為使用非質子有機溶劑，例如可以使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯、碳酸氯乙烯酯、碳酸伸乙烯酯、γ-丁內酯、γ-戊內酯、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、1,3-二氧六環、1,4-二氧六環、乙二醇二甲醚(DME)、二甲亞碸、二乙醚、甲基二甘醇二甲醚(methyl diglyme)、乙腈、苯腈、四氫呋喃、環丁碸、磺內酯等中的一種，或者可以以任意組合及比率使用上述中的兩種以上。
此外，藉由作為溶劑使用一種或多種具有阻燃性及難揮發性的離子液體(室溫融鹽)，即使因二次電池的內部短路及過充電等而使內部溫度上升也可以防止二次電池的破裂或起火等。離子液體由陽離子和陰離子構成，包含有機陽離子和陰離子。作為用於電解液的有機陽離子，可以舉出四級銨陽離子、三級鋶陽離子及四級鏻陽離子等脂肪族鎓陽離子及咪唑鎓陽離子及吡啶鎓陽離子等芳香族陽離子。此外，作為用於電解液的陰離子可以舉出一價醯胺類陰離子、一價甲基化物類陰離子、氟磺酸陰離子、全氟烷基磺酸陰離子、四氟硼酸陰離子、全氟烷基硼酸陰離子、六氟磷酸陰離子或全氟烷基磷酸陰離子等。
此外，作為溶解於上述溶劑中的鹽，例如可以使用LiPF 6、LiClO 4、LiAsF 6、LiBF 4、LiAlCl 4、LiSCN、LiBr、LiI、Li 2SO 4、Li 2B 10Cl 10、Li 2B 12Cl 12、LiCF 3SO 3、LiC 4F 9SO 3、LiC(CF 3SO 2) 3、LiC(C 2F 5SO 2) 3、LiN(CF 3SO 2) 2、LiN(C 4F 9SO 2)(CF 3SO 2)、LiN(C 2F 5SO 2) 2等鋰鹽中的一種，或者可以以任意組合及比率使用上述中的兩種以上。
作為被用作用於二次電池的電解質的溶液，較佳為使用粒狀的塵埃及電解液的構成元素以外的元素(以下，簡稱為“雜質”)的含量少的高度純化的溶液。明確而言，雜質在溶液的重量中所佔的比率為1%以下，較佳為0.1%以下，更佳為0.01%以下。
此外，也可以對溶液添加碳酸伸乙烯酯、丙磺酸內酯(PS)、三級丁基苯(TBB)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、雙乙二酸硼酸鋰(LiBOB)或丁二腈、己二腈等二腈化合物等添加劑。將添加的材料的濃度可以設定為例如在溶劑整體中佔0.1wt%以上且5wt%以下。
此外，也可以使用用溶液使聚合物溶脹了的聚合物凝膠電解質。
此外，藉由使用聚合物凝膠電解質，針對液體洩漏的安全性得到提高。而且，可以實現二次電池的薄型化以及輕量化。
作為凝膠化的聚合物，可以使用矽酮凝膠、丙烯類酸膠、丙烯腈類凝膠、聚氧化乙烯類凝膠、聚氧化丙烯類凝膠、氟類聚合物凝膠等。
作為聚合物，例如，可以使用聚氧化乙烯(PEO)等具有聚氧化烷烯結構的聚合物、PVDF、聚丙烯腈等以及包含這些的共聚物等。例如，可以使用作為PVDF及六氟丙烯(HFP)的共聚物的PVDF-HFP。此外，所形成的聚合物也可以具有多孔形狀。
此外，可以使用包含硫化物類或氧化物類等的無機材料的固體電解質、或者包含PEO(聚氧化乙烯)類等的高分子材料的固體電解質代替電解液。當使用固體電解質時，不需要設置隔離體及間隔物中的至少一個。此外，由於可以使電池整體固態化，所以沒有液體洩漏的擔憂而顯著提高安全性。
此外，作為電解質可以使用固體電解質。作為固體電解質，例如可以使用硫化物類固體電解質、氧化物類固體電解質、鹵化物類固體電解質等。
作為硫化物類固體電解質，有Thio-LISICON類(Li 10GeP 2S 12、Li 3.25Ge 0.25P 0.75S 4等)；硫化物玻璃(70Li 2S･30P 2S 5、30Li 2S･26B 2S 3･44LiI、63Li 2S･36SiS 2･1Li 3PO 4、57Li 2S･38SiS 2･5Li 4SiO 4、50Li 2S･50GeS 2等)；硫化物晶化玻璃(Li 7P 3S 11、Li 3.25P 0.95S 4等)。硫化物類固體電解質具有如下優點：有具有高導電率的材料；能夠以低溫度合成；由於較軟質所以經過充放電也容易保持導電路徑；等。
作為氧化物類固體電解質，可以舉出：具有鈣鈦礦型結晶結構的材料(La 2/3-xLi 3xTiO 3等)；具有NASICON型結晶結構的材料(Li 1-XAl XTi 2-X(PO 4) 3等)；具有石榴子石型結晶結構的材料(Li 7La 3Zr 2O 12等)；具有LISICON型結晶結構的材料(Li 14ZnGe 4O 16等)；LLZO(Li 7La 3Zr 2O 12)；氧化物玻璃(Li 3PO 4-Li 4SiO 4、50Li 4SiO 4･50Li 3BO 3等)；氧化物晶化玻璃(Li 1.07Al 0.69Ti 1.46(PO 4) 3；Li 1.5Al 0.5Ge 1.5(PO 4) 3等)。氧化物類固體電解質具有在大氣中穩定的優點。
作為鹵化物類固體電解質，可以舉出LiAlCl 4、Li 3InBr 6、LiF、LiCl、LiBr、LiI等。另外，也可以將以這些鹵化物類固體電解質充填多孔氧化鋁或多孔二氧化矽的細孔而成的複合材料用作固體電解質。
另外，也可以將不同固體電解質混合而使用。
其中，具有NASICON型結晶結構的 Li 1 ＋ xAl xTi 2-x(PO 4) 3(0＜x＜1)(以下記作LATP)包含可以用於本發明的一個實施方式的二次電池的正極活性物質的元素的鋁和鈦，因此可以期待對循環特性的提高具有相乘效果，所以是較佳的。此外，還可以期待製程減少以提高生產率。注意，在本說明書等中，NASICON型結晶結構是指由M 2(XO 4) 3(M：過渡金屬、X：S、P、As、Mo、W等)表示的化合物，具有MO 6八面體和XO 4四面體共有頂點以三維配列的結構。
[隔離體] 此外，二次電池較佳為包括隔離體。作為隔離體，例如可以使用如下材料：紙、不織布、玻璃纖維、陶瓷或包含尼龍(聚醯胺)、維尼綸(聚乙烯醇類纖維)、聚醯亞胺、聚酯、丙烯酸樹脂、聚烯烴、聚氨酯的合成纖維等。較佳為將隔離體加工為袋狀，並以包圍正極和負極中的任一個的方式配置。
隔離體可以具有多層結構。例如，可以對聚丙烯、聚乙烯等有機材料薄膜塗佈陶瓷類材料、氟類材料、聚醯胺類材料或其混合物。作為陶瓷類材料，例如可以使用氧化鋁粒子、氧化矽粒子等。作為氟類材料，例如可以使用PVDF、聚四氟乙烯等。作為聚醯胺類材料，例如可以使用尼龍、芳香族聚醯胺(間位芳香族聚醯胺、對位芳香族聚醯胺)等。
藉由塗佈陶瓷類材料可以提高抗氧化性，由此可以抑制高電壓充放電時隔離體劣化，從而可以提高二次電池的可靠性。藉由塗佈氟類材料易於使隔離體與電極密接，而可以提高輸出特性。藉由塗佈聚醯胺類材料(尤其是芳香族聚醯胺)可以提高耐熱性，由此可以提高二次電池的安全性。
例如，可以對聚丙烯薄膜的兩面塗佈氧化鋁與芳香族聚醯胺的混合材料。或者，也可以對聚丙烯薄膜的與正極接觸的面塗佈氧化鋁與芳香族聚醯胺的混合材料而對與負極接觸的面塗佈氟類材料。
藉由採用多層結構的隔離體即使隔離體的總厚度較小也可以確保二次電池的安全性，因此可以增大二次電池的單位體積的容量。
[外包裝體] 作為二次電池所包括的外包裝體例如可以使用鋁等金屬材料及樹脂材料。此外，也可以使用薄膜狀的外包裝體。作為薄膜，例如可以使用如下三層結構的薄膜：在由聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、離子聚合物、聚醯胺等的材料構成的膜上設置鋁、不鏽鋼、銅、鎳等的撓性優良的金屬薄膜，在該金屬薄膜上還可以設置聚醯胺類樹脂、聚酯類樹脂等的絕緣性合成樹脂膜作為外包裝體的外表面。
本實施方式可以與其他實施方式適當地組合而使用。
實施方式4 在本實施方式中，詳細地說明使用本發明的一個實施方式的控制電路保護的二次電池的正極活性物質。
較佳的是，二次電池的正極活性物質在高充電電壓下也可以充電。藉由提高充電電壓，可以提高二次電池的能量密度。因此，可以延長二次電池的持續時間。另外，因為對較小的容積也可以實現高能量密度，所以可以實現電子裝置的小型化及輕量化。
藉由使用本發明的一個實施方式的控制電路，可以對過充電、過放電、充電過電流、放電過電流、短路電流及電池平衡等進行檢測、控制或抑制。本發明的一個實施方式的控制電路的異常檢測精度很高。例如，在過充電或過放電時的檢測工作中，可以使實際的二次電池的電壓與在設計時設定的電壓之間的差異極小。相同地，可以使實際的二次電池的電流與在設計時設定的電流之間的差異極小。
因此，在使用充電電壓高且特性優異的正極活性物質的情況下也可以使用本發明的一個實施方式的控制電路保持安全性，從而可以充分發揮正極活性物質的優異特性。
以下，說明正極活性物質。
[正極活性物質的結構] 如上述實施方式所示，鈷酸鋰(LiCoO 2)等具有層狀岩鹽型結晶結構的材料的放電容量高，已被認為是優異的二次電池的正極活性物質。作為具有層狀岩鹽型結晶結構的材料，例如可以舉出以LiMO 2表示的複合氧化物。作為元素M的一個例子，可以舉出選自Co、Ni及Mn中的一個以上。此外，作為元素M的一個例子，除了選自Co、Ni及Mn中的一個以上以外，還可以舉出選自Al及Mg中的一個以上。
過渡金屬氧化物的楊-泰勒效應的大小被認為是根據過渡金屬的d軌域的電子個數而改變的。
含有鎳的化合物有時因楊-泰勒效應而容易發生歪斜。由此，在LiNiO 2以高電壓充放電的情況下，有發生起因於歪斜的結晶結構崩塌的憂慮。LiCoO 2的楊-泰勒效應的負面影響小，有時高電壓下的耐充放電性更優異，所以是較佳的。
以下參照圖13及圖14說明正極活性物質的結構等。在圖13及圖14中，說明使用鈷作為正極活性物質含有的過渡金屬的情況。
圖14所示的正極活性物質是沒添加有鹵素及鎂的鈷酸鋰(LiCoO 2)，結晶結構根據充電深度而改變。參照圖14說明結晶結構變化的樣子。
如圖14所示，充電深度是0(放電狀態)的鈷酸鋰包括具有空間群R-3m的結晶結構的區域，在單位晶胞中包括三個CoO 2層。由此有時該結晶結構被稱為O3型結晶結構。注意，CoO 2層是指鈷和六個配位氧形成的八面體結構在一個平面上維持棱線共用的狀態的結構。
在充電深度是1時，具有空間群P-3m1的結晶結構，並且單位晶胞包括一個CoO 2層。由此有時該結晶結構被稱為O1型結晶結構。
在充電深度是0.88左右時，鈷酸鋰具有空間群R-3m的結晶結構。也可以說該結構是如P-3m1(O1)那樣的CoO 2結構與如R-3m(O3)那樣的LiCoO 2結構交替地層疊的結構。由此，有時該結晶結構被稱為H1-3型結晶結構。實際上，H1-3型結晶結構的單位晶胞中的鈷原子的數量為其他結構的2倍。但是，在如圖14等本說明書中，為了容易與其他結構進行比較，以單位晶胞的1/2的方式表示H1-3型結晶結構中的c軸。
作為H1-3型結晶結構的一個例子，單位晶胞中的鈷和氧的座標可以由Co(0,0,0.42150±0.00016)、O 1(0,0,0.27671±0.00045)、O 2(0,0,0.11535±0.00045)表示。O 1和O 2都是氧原子。像這樣，以使用一個鈷和兩個氧的單位晶胞表示H1-3型結晶結構。另一方面，如下所述，較佳為以使用一個鈷和一個氧的單位晶胞表示O3’型結晶結構。這表示O3’型結晶結構與H1-3型結晶結構的不同之處在於鈷和氧的對稱性，O3’型結晶結構比起H1-3型結晶結構來從O3結構的變化小。例如，在對XRD圖案進行裏特沃爾德分析時的GOF(good of fitness：擬合優度)值儘量小的條件下選擇任一單位晶胞，以更合適地表示正極活性物質具有的結晶結構即可。
當反復進行其充電電壓相對於鋰金屬的氧化還原電位為4.6V以上的高電壓充電或其充電深度為0.8以上的深度深的充電和放電時，鈷酸鋰的結晶結構在H1-3型結晶結構和放電狀態的R-3m(O3)的結晶結構之間反復變化(亦即，非平衡相變)。
但是，上述兩種結晶結構的CoO 2層的偏離較大。如圖14中以虛線及箭頭所示，在H1-3結晶結構中，CoO 2層明顯偏離於R-3m(O3)。這樣動態的結構變化會對結晶結構穩定性帶來不良影響。
並且，體積差也較大。在按每相同數量的鈷原子進行比較時，H1-3型結晶結構和放電狀態的O3型結晶結構的體積差是3.0%以上。
除了上述以外，H1-3型結晶結構所具有的如P-3m1(O1)那樣的CoO 2層連續的結構不穩定的可能性較高。
由此，當反復進行高電壓充放電時，鈷酸鋰的結晶結構會崩塌。而結晶結構的崩塌會引起循環特性的惡化。這是由於結晶結構崩塌造成鋰可穩定存在的位置減少，且鋰的嵌入及脫離變得困難的緣故。
接著，圖13所示的正極活性物質即使在高電壓下反復進行充放電也可以減少CoO 2層的偏離。再者，可以減少體積變化。因此，該化合物可以實現優異的循環特性。此外，該化合物在高電壓的充電狀態下也可以具有穩定的結晶結構。由此，該化合物在保持高電壓的充電狀態時也不容易發生短路，穩定性進一步得到提高，所以是較佳的。
上述正極活性物質在充分放電的狀態和以高電壓充電的狀態下的結晶結構的變化及按每相同數量的過渡金屬原子進行比較時的體積差小。
圖13示出充放電前後的結晶結構。正極活性物質是包含鋰、作為過渡金屬的鈷及氧的複合氧化物。較佳的是，除了上述以外作為添加元素還包含鎂。此外，較佳為作為添加元素包含氟、氯等鹵素。
圖13的充電深度0(放電狀態)的結晶結構是R-3m(O3)。其是與圖14相同的結晶結構。但是，在圖13中，在具有充分充電的充電深度時具有與圖14所示的H1-3型結晶結構不同的結晶結構。圖13所示的結晶結構為空間群R-3m，而不是尖晶石型結晶結構，但是鈷、鎂等的離子佔氧6配位位置，陽離子的配列具有與尖晶石型相似的對稱性。在圖13所示的結晶結構中，CoO 2層的對稱性與O3型相同。因此，在本說明書等中將圖13所示的結晶結構稱為O3’型結晶結構或擬尖晶石型結晶結構。此外，為了說明鈷原子的對稱性以及氧原子的對稱性，在圖13所示的O3’型結晶結構的圖中省略鋰的表示，但是實際上在CoO 2層間存在有相對於鈷的例如20atomic%以下的鋰。此外，在O3型結晶結構和O3’型結晶結構中，都較佳為在CoO 2層間亦即在鋰位置存在有少量的鎂。此外，在氧位置較佳為無規律地存在有少量的氟等鹵素。
此外，在O3’型結晶結構中，有時鋰等的輕元素佔氧4配位位置，在此情況下離子的配列也具有與尖晶石型相似的對稱性。
此外，O3’型結晶結構雖然在層間無規律地含有Li，但是也可以具有與CdCl 2型結晶結構類似的結晶結構。該與CdCl 2型類似的結晶結構近似於使鎳酸鋰充電至充電深度0.94(Li 0.06NiO 2)的結晶結構，但是純鈷酸鋰或含有大量鈷的層狀岩鹽型的正極活性物質通常不具有這樣的結晶結構。
在上述正極活性物質中，與不包含鎂等的正極活性物質相比，以高電壓充電使得大量鋰脫離時的結晶結構的變化得到進一步抑制。例如，如圖13中虛線所示，在上述結晶結構中幾乎沒有CoO 2層的偏離。
更詳細地說，圖13所示的正極活性物質在充電電壓高的情況下也具有結構穩定性。例如，不包含鎂等的圖14所示的正極活性物質在相對於鋰金屬的電位為4.6V左右的充電電壓下具有H1-3型結晶結構，但是圖13所示的正極活性物質在該4.6V左右的充電電壓下也能夠保持R-3m(O3)的結晶結構。圖13所示的正極活性物質在更高的充電電壓，例如相對於鋰金屬的電位為4.65V至4.7V左右的電壓下也能夠保持O3’型結晶結構。並且，當將充電電壓提高到大於4.7V的電壓時，圖13所示的正極活性物質才會有觀察到H1-3型結晶的情況。另外，在更低的充電電壓，例如相對於鋰金屬的電位為4.5V以上且低於4.6V的充電電壓下，圖13所示的正極活性物質也有時能夠保持O3’型結晶結構。
例如，在使用石墨作為二次電池的負極活性物質的情況下，二次電池的電壓比上述情況減少石墨的電位與鋰金屬的電位之差。石墨的電位相對於鋰金屬的電位為0.05V至0.2V左右。因此，例如在使用石墨作為負極活性物質的二次電池的4.3V以上且4.5V以下的電壓下，圖13所示的正極活性物質也能夠保持R-3m(O3)的結晶結構，在進一步提高充電電壓的區域中，例如在二次電池的超過4.5V且為4.6V以下的電壓下也能夠保持O3’型結晶結構。並且，在更低的充電電壓，例如二次電池的4.2V以上且低於4.3V的電壓下，圖13所示的正極活性物質也有時能夠保持O3’型結晶結構。
由此，即使以高電壓反復充放電，圖13所示的正極活性物質的結晶結構也不容易崩塌。
另外，在正極活性物質中，充電深度是0的O3型結晶結構和充電深度是0.8左右的O3’型結晶結構的每個晶胞的體積差是2.5%以下，具體是2.2%以下。
O3’型結晶結構的單位晶胞中的鈷及氧的座標分別可以以Co(0,0,0.5)、O(0,0,x)(0.20≤x≤0.25)表示。
在CoO 2層間(亦即，鋰位置)無規律地少量存在的鎂等添加元素具有抑制CoO 2層的偏離的效果。由此當在CoO 2層間存在鎂時容易得到O3’型結晶結構。因此，較佳的是，鎂分佈在正極活性物質的粒子整體。此外，為了使鎂分佈在粒子整體，較佳為在正極活性物質的製程中進行加熱處理。
但是，在加熱處理的溫度過高時，發生陽離子混排(cation mixing)而鎂等添加元素侵入鈷位置的可能性增高。存在於鈷位置的鎂在高電壓充電時不具有保持R-3m的效果。再者，在加熱處理溫度過高時，還有產生鈷被還原而成為2價、鋰蒸發等不利影響的擔憂。
於是，較佳為在進行用來使鎂分佈在粒子整體的加熱處理之前，對鈷酸鋰添加氟化合物等鹵素化合物。藉由添加鹵素化合物，使鈷酸鋰的熔點下降。藉由使熔點下降，可以在不容易發生陽離子混排的溫度下容易地使鎂分佈到粒子整體。在還存在有氟化合物時可以期待提高對因電解液分解而產生的氫氟酸的抗腐蝕性。
注意，鎂濃度高達所希望的值以上時，有時結晶結構穩定化的效果變小。這是因為鎂不但進入鋰位置而且還進入鈷位置的緣故。正極活性物質含有的鎂的原子個數較佳為過渡金屬的原子個數的0.001倍以上且0.1倍以下，更佳為大於0.01倍且小於0.04倍，進一步較佳為0.02倍左右。這裡所示的鎂的濃度例如既可為使用ICP-MS等對正極活性物質的粒子整體進行了元素分析的值又可為根據正極活性物質的製造過程中的原料混合的值而得到的。
例如，較佳為對鈷酸鋰添加作為鈷以外的金屬(添加元素)的選自鎳、鋁、錳、鈦、釩及鉻中的一種以上的金屬，特別較佳為添加鎳及鋁中的一個以上。錳、鈦、釩及鉻有時穩定而易於成為4價，有時非常有助於結構穩定化。藉由添加添加元素，可以使正極活性物質例如在高電壓的充電狀態下的結晶結構變得更穩定。在此，較佳為將添加元素以不大改變鈷酸鋰的結晶性的濃度添加到正極活性物質。例如，添加量較佳為不引起上述楊-泰勒效應等的程度。
如圖13中的凡例所示，鎳、錳等過渡金屬及鋁較佳為存在於鈷位置，但是其一部分也可以存在於鋰位置。此外，鎂較佳為存在於鋰位置。氧的一部分也可以被氟取代。
正極活性物質的鎂濃度的增高有時使得正極活性物質的容量變少。這主要可能是因為例如鎂進入鋰位置使得有助於充放電的鋰量減少的緣故。此外，過剩的鎂有時產生無助於充放電的鎂化合物。正極活性物質除了鎂以外還含有鎳作為添加元素，由此有時可以提高每單位重量及體積的容量。此外，正極活性物質除了鎂以外還含有鋁作為添加元素，由此有時可以提高每單位重量及體積的容量。此外，正極活性物質除了鎂以外還含有鎳及鋁，由此有時可以提高每單位重量及體積的容量。
以下以原子個數表示正極活性物質含有的鎂等的元素的濃度。
正極活性物質含有的鎳的原子個數較佳為鈷的原子個數的10%以下，更佳為7.5%以下，進一步較佳為0.05%以上且4%以下，特別較佳為0.1%以上且2%以下。這裡所示的鎳的濃度例如既可為使用ICP-MS等對正極活性物質的粒子整體進行了元素分析的值又可為根據正極活性物質的製造過程中的原料混合的值而得到的。
當長時間保持高電壓充電狀態時，正極活性物質中的過渡金屬溶解於電解液中，結晶結構可能會變形。但是，藉由以上述比例含有鎳，有時可以抑制正極活性物質中的過渡金屬溶解。正極活性物質含有的鋁的原子個數較佳為鈷的原子個數的0.05%以上且4%以下，更佳為0.1%以上且2%以下。這裡所示的鋁的濃度例如既可為使用ICP-MS等對正極活性物質的粒子整體進行了元素分析的值又可為根據正極活性物質的製造過程中的原料混合的值而得到的。
正極活性物質較佳為含有添加元素X，並較佳為使用磷作為添加元素X。此外，本發明的一個實施方式的正極活性物質更佳為含有包含磷及氧的化合物。
正極活性物質含有包含添加元素X的化合物，由此有時在保持高電壓充電狀態的情況下也不容易發生短路。
在正極活性物質含有磷作為添加元素X的情況下，有可能因電解液的分解而產生的氟化氫和磷起反應，使得電解液中的氟化氫的濃度下降。
在電解液含有LiPF 6的情況下，有時因水解而產生氟化氫。此外，有時因用作正極的組件的PVDF和鹼起反應而產生氟化氫。藉由降低電解液中的氟化氫濃度，有時可以抑制集電器的腐蝕及/或膜剝離。此外，有時還可以抑制由PVDF的凝膠化及/或不溶解性導致的黏合性的降低。
當正極活性物質除了添加元素X以外還含有鎂時，其在高電壓的充電狀態下的穩定性極高。在添加元素X為磷的情況下，磷的原子個數較佳為鈷的原子個數的1%以上且20%以下，更佳為2%以上且10%以下，進一步較佳為3%以上且8%以下，再者，鎂的原子個數較佳為鈷的原子個數的0.1%以上且10%以下，更佳為0.5%以上且5%以下，進一步較佳為0.7%以上且4%以下。這裡所示的磷及鎂的濃度例如既可為使用ICP-MS等對正極活性物質的粒子整體進行了元素分析的值又可為根據正極活性物質的製造過程中的原料混合的值而得到的。
在正極活性物質含有裂縫的情況下，有時其內部存在著磷，更明確而言，存在著包含磷及氧的化合物，使得裂縫的擴展得到抑制。
注意，從在圖13中由箭頭表示的氧原子明顯看出，O3型結晶結構與O3’型結晶結構的氧原子的對稱性稍微不同。明確而言，O3型結晶結構中的氧原子沿著由虛線表示的(-1 0 2)面排列，O3’型結晶結構中的氧原子嚴密地說不沿著(-1 0 2)面排列。這是因為：在O3’型結晶結構中，隨著鋰的減少而四價的鈷增加，因楊-泰勒效應而發生的應變變大，CoO 6的八面體結構發生歪斜。此外，受到隨著鋰的減少而CoO 2層的各氧的排斥變強的影響。
鎂較佳為在正極活性物質的粒子整體中分佈，但是除此之外，表層部的鎂濃度較佳為高於粒子整體的平均。例如，藉由XPS等測量的表層部的鎂濃度較佳為高於藉由ICP-MS等測量的粒子整體的平均鎂濃度。
此外，在正極活性物質包含鈷以外的元素，例如，選自鎳、鋁、錳、鐵及鉻中的一種以上的金屬的情況下，粒子表面附近的該金屬的濃度高於粒子整體的平均。例如，藉由XPS等測量的表層部的鈷以外的元素的濃度較佳為高於藉由ICP-MS等測量的粒子整體的該元素的平均濃度。
粒子表面都是結晶缺陷而且由於充電時表面的鋰被抽出所以表面的鋰濃度比內部的鋰濃度低。因此，粒子表面趨於不穩定而結晶結構容易被破壞。在表層部的鎂濃度高時，可以更有效地抑制結晶結構的變化。此外，表層部的鎂濃度高時，可期待提高對因電解液分解而產生的氫氟酸的抗腐蝕性。
此外，較佳的是，正極活性物質的表層部中的氟等鹵素的濃度高於粒子整體的平均。藉由在與電解液接觸的區域的表層部中存在的鹵素，可以有效地提高對氫氟酸的抗腐蝕性。
如此，較佳的是：正極活性物質的表層部的鎂及氟等添加元素的濃度比內部高；具有與內部不同的組成。作為該組成較佳為採用在常溫下穩定的結晶結構。由此，表層部也可以具有與內部不同的結晶結構。例如，正極活性物質的表層部中的至少一部分可以具有岩鹽型結晶結構。注意，在表層部具有與內部不同的結晶結構時，表層部和內部的結晶的配向較佳為大致一致。
層狀岩鹽型結晶及岩鹽型結晶的陰離子分別形成立方最密堆積結構(面心立方晶格結構)。可以推測O3’型結晶中的陰離子也具有立方最密堆積結構。當這些結晶接觸時，存在陰離子所構成的立方最密堆積結構的配向一致的結晶面。層狀岩鹽型結晶及O3’型結晶的空間群為R-3m，亦即與岩鹽型結晶的空間群Fm-3m(一般的岩鹽型結晶的空間群)及Fd-3m(具有最簡單的對稱性的岩鹽型結晶的空間群)不同，因此層狀岩鹽型結晶及O3’型結晶與岩鹽型結晶的滿足上述條件的結晶面的密勒指數不同。在本說明書中，有時在層狀岩鹽型結晶、O3’型結晶及岩鹽型結晶中，陰離子所構成的立方最密堆積結構的配向一致是指結晶定向大致一致。
可以根據TEM(穿透式電子顯微鏡)影像、STEM(掃描穿透式電子顯微鏡)影像、HAADF-STEM(高角度環形暗場-掃描穿透式電子顯微鏡)影像、ABF-STEM(環形明場掃描穿透式電子顯微鏡)影像等，判斷兩個區域的結晶定向大致一致。此外，可以將X射線繞射(XRD)、電子繞射、中子繞射等用作判斷依據。當結晶定向大致一致時，在TEM影像等中可以觀察到陽離子和陰離子以直線狀交替排列的列的方向上的差異為5度以下更佳為2.5度以下。注意，在TEM影像等中，有時不能明確地觀察到氧、氟等輕元素，在此情況下，可以根據金屬元素的排列判斷配向的一致。
但是，在表層部只有MgO或者只有MgO與CoO(II)固溶的結構時，很難發生鋰的嵌入及脫離。由此表層部需要至少包含鈷，在放電時還包含鋰以具有鋰的嵌入及脫離的路徑。此外，鈷的濃度較佳為高於鎂的濃度。
此外，添加元素X較佳為位於正極活性物質的粒子的表層部。例如，正極活性物質也可以被含有添加元素X的膜覆蓋。
＜晶界＞ 正極活性物質所包含的添加元素X可以無規律且少量地存在於內部，但是更佳的是，其一部分在晶界偏析。
換言之，正極活性物質的晶界及其附近的添加元素X的濃度較佳為高於內部的其他區域。
與粒子表面同樣，晶界也是面缺陷。由此，容易不穩定而結晶結構容易開始變化。由此，在晶界及其附近的添加元素X的濃度高時，可以更有效地抑制結晶結構的變化。
此外，在晶界及其附近的添加元素X的濃度高時，即使在沿著正極活性物質的粒子的晶界產生裂縫的情況下，也在因裂縫產生的表面附近添加元素X的濃度變高。因此也可以提高裂縫產生之後的正極活性物質的對氫氟酸的抗腐蝕性。
注意，在本說明書等中，晶界的附近是指從晶界至10nm左右的範圍的區域。
＜粒徑＞ 在正極活性物質的粒徑過大時有如下問題：鋰的擴散變難；在集電器上塗佈時，活性物質層的表面過粗等。另一方面，在正極活性物質的粒徑過小時有如下問題：在集電器上塗佈時不容易擔持活性物質層；與電解液的反應過度等。因此，較佳為平均粒徑(D50：中值粒徑)為1μm以上且100μm以下，更佳為2μm以上且40μm以下，進一步較佳為5μm以上且30μm以下。
＜分析方法＞ 為了判斷某一正極活性物質是否是在以高電壓被充電時示出O3’型結晶結構，可以將以高電壓被充電的正極藉由使用XRD、電子繞射、中子繞射、電子自旋共振法(ESR)、核磁共振法(NMR)等分析進行判斷。尤其是，XRD具有如下優點，所以是較佳的：對正極活性物質所具有的鈷等過渡金屬的對稱性可以以高解析度進行分析；可以比較結晶性的高度與結晶的配向性；可以分析晶格的週期性畸變及晶粒尺寸；在直接測量藉由將二次電池拆開而得到的正極時也可以獲得足夠的精度等。
如上所述，正極活性物質的特徵是：高電壓充電狀態與放電狀態之間的結晶結構變化少。高電壓充電時與放電時之間的變化大的結晶結構佔50wt%以上的材料因為不能承受高電壓充放電，所以不是較佳的。注意，有時只藉由添加添加元素不能實現想要的結晶結構。例如，作為包含鎂及氟的鈷酸鋰的正極活性物質，在以高電壓進行充電的狀態下，有時具有60wt%以上的O3’型結晶結構，有時具有50wt%以上的H1-3型結晶結構。此外，在使用規定的電壓時O3’型結晶結構幾乎成為100wt%，並且在進一步增高該規定的電壓時有時產生H1-3型結晶結構。由此，在判斷是否是正極活性物質時，需要進行XRD等的對結晶結構的分析。
但是，有時高電壓充電狀態或放電狀態的正極活性物質遇空氣結晶結構發生變化。例如，有時從O3’型結晶結構變為H1-3型結晶結構。因此，所有樣本較佳為在氬氛圍等惰性氛圍中處理。
實施方式5 在本實施方式中，參照圖15說明將上述實施方式所說明的二次電池的控制電路用作電子構件的例子。
圖15示出印刷電路板(Printed Circuit Board：PCB)1203上設置有多個晶片的例子。在圖15中，印刷電路板1203上設置有晶片1201。晶片1201中設置有本發明的一個實施方式的控制電路。晶片1201的背面設置有多個凸塊1202，其與印刷電路板1203電連接。
藉由設置本發明的一個實施方式的控制電路，可以減小電子構件的容積。另外，可以降低電子構件的功耗。
另外，因為本發明的一個實施方式的控制電路可以實現晶片的集成化，所以可以在可攜式終端及其他各種電子裝置中減小控制電路的佔有體積，從而可以實現電子裝置的小型化。
另外，因為本發明的一個實施方式的控制電路的功耗很低，所以可以延長二次電池的持續時間。另外，由於控制電路的小型化，也可以增大電池的佔有體積。因此，可以延長二次電池的持續時間。
較佳為印刷電路板1203上作為第二晶片設置有積體電路1223。積體電路1223具有向晶片1201供應控制信號或電源等的功能。
作為設置在印刷電路板1203上的各種晶片，也可以設置有DRAM1221、FeRAM1222等記憶體裝置。另外，也可以在印刷電路板1203上作為具有無線通訊功能的晶片設置有晶片1225。
另外，積體電路1223也可以具有進行影像處理的功能和進行積和運算的功能中的至少一個。
另外，積體電路1223也可以具有A/D(類比/數位)轉換電路及D/A(數位/類比)轉換電路中的一者或兩者。
本實施方式可以與其他實施方式的記載適當地組合。
實施方式6 在本實施方式中，對可以使用包括在上述實施方式中說明的控制電路的電子構件的蓄電系統的結構進行說明。
[圓筒型二次電池] 參照圖16A說明圓筒型二次電池的例子。如圖16A所示，圓筒型二次電池400的頂面包括正極蓋(電池蓋)401，其側面及底面包括電池罐(外包裝罐)402。這些正極蓋401與電池罐(外裝罐)402藉由墊片(絕緣墊片)410絕緣。
圖16B是示意性地示出圓筒型二次電池的剖面的圖。圖16B所示的圓筒型的二次電池在頂面具有正極蓋(電池蓋)601，並在側面及底面具有電池罐(外裝罐)602。上述正極蓋與電池罐(外裝罐)602藉由墊片(絕緣墊片)610絕緣。
在中空圓柱狀電池罐602的內側設置有帶狀正極604和帶狀負極606夾著隔離體605被捲繞的電池元件。雖然未圖示，但是電池元件以中心銷為中心被捲繞。電池罐602的一端關閉且另一端開著。作為電池罐602可以使用對電解液具有抗腐蝕性的鎳、鋁、鈦等金屬或它們的合金以及它們和其他金屬的合金(例如不鏽鋼等)。另外，為了防止電解液所引起的腐蝕，電池罐602較佳為被鎳或鋁等覆蓋。在電池罐602的內側，正極、負極及隔離體被捲繞的電池元件由對置的一對絕緣板608和絕緣板609夾著。另外，在設置有電池元件的電池罐602的內部中注入有非水電解液(未圖示)。作為非水電解液，可以使用與硬幣型二次電池相同的電解液。
因為用於圓筒型蓄電池的正極及負極被捲繞，從而活性物質較佳為形成在集電器的兩個表面。正極604與正極端子(正極集流引線)603電連接，而負極606與負極端子(負極集流引線)607電連接。正極端子603及負極端子607都可以使用鋁等金屬材料。將正極端子603電阻銲接到安全閥機構613，而將負極端子607電阻銲接到電池罐602底。安全閥機構613與正極蓋601藉由PTC(Positive Temperature Coefficient：正溫度係數)元件611電連接。當電池的內壓上升到超過指定的臨界值時，安全閥機構613切斷正極蓋601與正極604的電連接。另外，PTC元件611是在溫度上升時其電阻增大的熱敏感電阻器，並藉由電阻的增大來限制電流量以防止異常發熱。PTC元件可以使用鈦酸鋇(BaTiO 3)類半導體陶瓷等。
圖16C示出蓄電系統415的一個例子。蓄電系統415包括多個二次電池400。每個二次電池400的正極接觸於由絕緣體425分離的導電體424而該正極彼此電連接。導電體424藉由佈線423與控制電路420電連接。此外，每個二次電池400的負極藉由佈線426與控制電路420電連接。作為控制電路420可以使用上述實施方式所說明的控制電路。
圖16D示出蓄電系統415的一個例子。蓄電系統415包括多個二次電池400，多個二次電池400夾在導電板413和導電板414之間。多個二次電池400藉由佈線416與導電板413及導電板414電連接。多個二次電池400可以並聯連接，串聯連接或者並聯連接後再串聯連接。藉由構成包括多個二次電池400的蓄電系統415，可以獲取大電力。
考慮多個二次電池400並聯電連接之後還串聯電連接的情況。在此情況下，一個控制電路與並聯電連接的多個二次電池電連接。
另外，也可以在多個二次電池400之間包括溫度控制裝置。在二次電池400過熱時可以藉由溫度控制裝置冷卻，在二次電池400過冷時可以藉由溫度控制裝置加熱。因此，蓄電系統415的性能不容易受到大氣溫度的影響。
另外，在圖16D中，蓄電系統415藉由佈線421及佈線422與控制電路420電連接。作為控制電路420可以使用上述實施方式所說明的控制電路。佈線421藉由導電板413與多個二次電池400的正極電連接，佈線422藉由導電板414與多個二次電池400的負極電連接。
另外，也可以使用圖24A至圖24C所示那樣的包括捲繞體950a的二次電池913。圖24A所示的捲繞體950a包括負極931、正極932、隔離體933。負極931包括負極活性物質層931a。正極932包括正極活性物質層932a。隔離體933的寬度大於負極活性物質層931a及正極活性物質層932a，並且隔離體933以與負極活性物質層931a及正極活性物質層932a重疊的方式被捲繞。另外，從安全性的觀點來看，較佳為負極活性物質層931a的寬度大於正極活性物質層932a。另外，上述形狀的捲繞體950a的安全性及生產率良好，所以是較佳的。
如圖24B所示，負極931與端子951電連接。端子951與端子911a電連接。另外，正極932與端子952電連接。端子952與端子911b電連接。
如圖24C所示，捲繞體950a及電解液被外殼930覆蓋而成為二次電池913。外殼930較佳為設置有安全閥、過電流保護元件等。
如圖24B所示，二次電池913也可以包括多個捲繞體950a。藉由使用多個捲繞體950a，可以實現充放電容量更大的二次電池913。
藉由將上述實施方式所說明的正極活性物質用於正極932，可以製造充放電容量高且循環特性良好的二次電池913。
[二次電池組] 接著，參照圖17對本發明的一個實施方式的蓄電系統的例子進行說明。
圖17A是示出二次電池組531的外觀的圖。圖17B是說明二次電池組531的結構的圖。二次電池組531包括電路板501及二次電池513。二次電池513貼合有簽條509。電路板501由密封帶515固定。此外，二次電池組531包括天線517。
電路板501包括控制電路590。作為控制電路590，可以使用上述實施方式所示的控制電路。例如，如圖17B所示那樣，在電路板501上包括控制電路590。另外，電路板501與端子511電連接。另外，電路板501與天線517、二次電池513的正極引線及負極引線中的一個551、正極引線及負極引線中的另一個552電連接。
另外，如圖17C所示那樣，也可以包括設置在電路板501上的電路系統590a以及藉由端子511與電路板501電連接的電路系統590b。例如，本發明的一個實施方式的控制電路的一部分設置在電路系統590a中，其他的一部分設置在電路系統590b中。
另外，天線517的形狀不侷限於線圈狀，例如可以為線狀、板狀。另外，還可以使用平面天線、口徑天線、行波天線、EH天線、磁場天線或介質天線等天線。或者，天線517也可以為平板狀的導體。該平板狀的導體也可以用作電場耦合用的導體之一。換言之，也可以將天線517用作電容器所具有的兩個導體中之一。由此，不但利用電磁、磁場，而且還可以利用電場交換電力。
二次電池組531在天線517和二次電池513之間包括層519。層519例如具有可以遮蔽來自二次電池513的電磁場的功能。作為層519，例如可以使用磁性體。
二次電池513例如為隔著隔離體層疊負極和正極且捲繞該疊層的膜。
本實施方式可以與其他實施方式的記載適當地組合。
實施方式7 在本實施方式中，示出將本發明的一個實施方式的蓄電系統安裝在車輛的例子。作為車輛，例如可以舉出汽車、二輪車和自行車等。
當將蓄電系統安裝在車輛時，可以實現混合動力汽車(HV)、電動汽車(EV)或插電式混合動力汽車(PHV)等新一代清潔能源汽車。
在圖18中，例示出使用本發明的一個實施方式的蓄電系統的車輛。圖18A所示的汽車8400是作為行駛的動力源使用電動機的電動汽車。或者，汽車8400是作為行駛的動力源能夠適當地使用電動機或引擎的混合動力汽車。藉由使用本發明的一個實施方式，可以實現行駛距離長的車輛。另外，汽車8400具備蓄電系統。蓄電系統不但驅動電發動機8406，而且還可以將電力供應到車頭燈8401及室內燈(未圖示)等發光裝置。
另外，蓄電系統可以將電力供應到汽車8400所具有的速度表、轉速計等顯示裝置。此外，蓄電系統可以將電力供應到汽車8400所具有的導航系統等。
在圖18B所示的汽車8500中，可以藉由利用插電方式或非接觸供電方式等從外部的充電設備接收電力，來對汽車8500所具有的蓄電系統8024進行充電。圖18B示出從地上設置型充電裝置8021藉由電纜8022對安裝在汽車8500中的蓄電系統8024進行充電的情況。當進行充電時，作為充電方法及連接器的規格等，可以適當地使用CHAdeMO(註冊商標)或聯合充電系統“Combined Charging System”等的規定的方式。作為充電裝置8021，也可以使用設置在商業設施的充電站或家庭的電源。例如，藉由利用插電技術從外部供應電力，可以對安裝在汽車8500中的蓄電系統8024進行充電。可以藉由AC/DC轉換器等轉換裝置將交流電力轉換成直流電力來進行充電。
另外，雖然未圖示，但是也可以將受電裝置安裝在車輛中並從地上的送電裝置非接觸地供應電力來進行充電。當利用非接觸供電方式時，藉由在公路或外壁中組裝送電裝置，不但在停車時而且在行駛時也可以進行充電。此外，也可以利用該非接觸供電方式，在車輛之間進行電力的發送及接收。再者，還可以在車輛的外部設置太陽能電池，在停車時或行駛時進行蓄電系統的充電。可以利用電磁感應方式及磁場共振方式實現這樣的非接觸供電。
圖18C是使用本發明的一個實施方式的蓄電系統的二輪車的例子。圖18C所示的小型摩托車8600包括蓄電系統8602、後視鏡8601及方向燈8603。蓄電系統8602可以對方向燈8603供電。
此外，在圖18C所示的小型摩托車8600中，可以將蓄電系統8602收納在座位下收納部8604中。即使座位下收納部8604空間小，也可以將蓄電系統8602收納在座位下收納部8604中。
另外，圖19A示出使用本發明的一個實施方式的蓄電系統的電動自行車的一個例子。圖19A所示的電動自行車8700可以使用本發明的一個實施方式的蓄電系統。本發明的一個實施方式的蓄電系統例如包括多個蓄電池、保護電路及神經網路。
電動自行車8700包括蓄電系統8702。蓄電系統8702對輔助駕駛者的電動機供應電力。另外，蓄電系統8702是可攜帶的，圖19B示出從自行車取出的蓄電系統8702。蓄電系統8702內置有多個本發明的一個實施方式的蓄電系統所包括的蓄電池8701，可以由顯示部8703顯示剩餘電量等。另外，蓄電系統8702包括本發明的一個實施方式的控制電路8704。控制電路8704與蓄電池8701的正極及負極電連接。作為控制電路8704可以使用上述實施方式所示的控制電路。
本實施方式可以與其他實施方式的記載適當地組合。
實施方式8 在本實施方式中，對將上述實施方式所示的蓄電系統安裝在電子裝置中的例子進行說明。
接著，圖20A和圖20B示出能夠進行對折的平板終端(包括clamshell型終端)的一個例子。圖20A和圖20B所示的平板終端9600包括外殼9630a、外殼9630b、連接外殼9630a和外殼9630b的可動部9640、顯示部9631、顯示模式切換開關9626、電源開關9627、省電模式切換開關9625、扣件9629以及操作開關9628。藉由將撓性面板用於顯示部9631，可以實現顯示部更大的平板終端。圖20A示出打開平板終端9600的狀態，圖20B示出合上平板終端9600的狀態。
平板終端9600在外殼9630a及外殼9630b的內部具備蓄電體9635。蓄電體9635穿過可動部9640設置在外殼9630a及外殼9630b。
在顯示部9631中，可以將其一部分用作觸控螢幕的區域，並且可以藉由接觸所顯示的操作鍵來輸入資料。此外，藉由使用手指或觸控筆等接觸觸控螢幕上的鍵盤顯示切換按鈕的位置，可以在顯示部9631上顯示鍵盤按鈕。
另外，顯示模式切換開關9626能夠進行豎屏顯示和橫屏顯示等顯示的方向的切換以及黑白顯示和彩色顯示的切換等。根據藉由平板終端9600所內置的光感測器所檢測的使用時的外光的光量，省電模式切換開關9625可以使顯示的亮度設定為最適合的亮度。平板終端除了光感測器以外還可以內置陀螺儀和加速度感測器等檢測傾斜度的感測器等的其他檢測裝置。
圖20B是平板終端9600被對折的狀態，並且平板終端9600包括外殼9630、太陽能電池9633及本發明的一個實施方式的蓄電系統。蓄電系統包括控制電路9634及蓄電體9635。作為控制電路9634可以使用上面實施方式所示的控制電路。
此外，平板終端9600能夠進行對折，因此不使用時可以以重疊的方式折疊外殼9630a及外殼9630b。藉由折疊外殼9630a及外殼9630b，可以保護顯示部9631，而可以提高平板終端9600的耐久性。
此外，圖20A和圖20B所示的平板終端還可以具有如下功能：顯示各種各樣的資訊(靜態影像、動態影像、文字影像等)；將日曆、日期或時刻等顯示在顯示部上；對顯示在顯示部上的資訊進行觸摸輸入操作或編輯的觸摸輸入；藉由各種各樣的軟體(程式)控制處理等。
藉由利用安裝在平板終端的表面上的太陽能電池9633，可以將電力供應到觸控螢幕、顯示部或影像信號處理部等。注意，太陽能電池9633可以設置在外殼9630的一個表面或兩個表面，可以高效地對蓄電體9635進行充電。
另外，在圖20A及圖20B中說明將使用上面實施方式所示的電池控制電路的控制電路用於能夠進行對折的平板終端的結構，然而也可以採用其他結構。例如，如圖20C所示，可以用於作為clamshell型終端的膝上型個人電腦。圖20C示出膝上型個人電腦9601，其在外殼9630a中包括顯示部9631，在外殼9630b中包括鍵盤部9650。在膝上型個人電腦9601中包括圖20A及圖20B所說明的控制電路9634及蓄電體9635。作為控制電路9634可以使用上面實施方式所示的控制電路。
圖21示出其他電子裝置的例子。在圖21中，顯示裝置8000是安裝有本發明的一個實施方式的蓄電系統的電子裝置的一個例子。明確地說，顯示裝置8000相當於電視廣播接收用顯示裝置，包括外殼8001、顯示部8002、揚聲器部8003及二次電池8004等。本發明的一個實施方式的蓄電系統設置在外殼8001的內部。顯示裝置8000既可以接收來自商業電源的電力供應，又可以使用蓄積在二次電池8004中的電力。
作為顯示部8002，可以使用半導體顯示裝置諸如液晶顯示裝置、在每個像素中具備有機EL元件等發光元件的發光裝置、電泳顯示裝置、DMD(數位微鏡裝置：Digital Micromirror Device)、PDP(電漿顯示面板：Plasma Display Panel)及FED(場致發射顯示器：Field Emission Display)等。
另外，聲音輸入裝置8005也使用二次電池。聲音輸入裝置8005包括上面實施方式所示的蓄電系統。除了無線通訊元件之外，聲音輸入裝置8005還包括包含麥克風的多個感測器(光學感測器、溫度感測器、濕度感測器、氣壓感測器、照度感測器、動作感測器等)，根據使用者命令可以操作其他設備，例如可以操作顯示裝置8000的電源且調節照明設備8100的光量等。聲音輸入裝置8005藉由聲音可以進行周邊裝置的操作，而能夠代替手動遙控器。
另外，聲音輸入裝置8005包括車輪及機械式移動單元中的至少一個，向聽見使用者的聲音的方向移動且由內置有的麥克風正確地聽懂命令，並且在顯示部8008上顯示其內容或能夠進行顯示部8008的觸摸輸入操作。
另外，聲音輸入裝置8005可以被用作智慧手機等可攜式資訊終端8009的充電基座。可攜式資訊終端8009及聲音輸入裝置8005能夠以有線或無線進行電力的接受。可攜式資訊終端8009因為在屋裡內沒有特別攜帶的必要，並且在確保必要的容量的同時需要回避對二次電池施加負載而導致劣化，所以較佳為藉由聲音輸入裝置8005能夠進行二次電池的管理及維修。另外，聲音輸入裝置8005包括揚聲器8007及麥克風，因此即使對可攜式資訊終端8009進行充電時也可以免提通話。此外，在降低聲音輸入裝置8005的二次電池的容量時，向箭頭方向移動且藉由連接於外部電源的充電模組8010以無線充電進行充電即可。
另外，可以將聲音輸入裝置8005放在台上。此外，可以使聲音輸入裝置8005設有車輪及機械式移動單元中的至少一個來移動到所希望的位置，或者聲音輸入裝置8005不設有台及車輪而固定於所希望的位置，例如地板上等。
另外，除了電視廣播接收用的顯示裝置之外，顯示裝置還包括所有顯示資訊用顯示裝置，例如個人電腦用顯示裝置或廣告顯示用顯示裝置等。
在圖21中，安鑲型照明設備8100是使用由控制充電的微處理器(包括APS)控制的二次電池8103的電子裝置的一個例子。明確地說，照明設備8100包括外殼8101、光源8102及二次電池8103等。雖然在圖21中例示出二次電池8103設置在安鑲有外殼8101及光源8102的天花板8104的內部的情況，但是二次電池8103也可以設置在外殼8101的內部。照明設備8100既可以接收來自商業電源的電力供應，又可以使用蓄積在二次電池8103中的電力。
另外，雖然在圖21中例示出設置在天花板8104的安鑲型照明設備8100，但是二次電池8103可以用於設置在天花板8104以外的例如側壁8105、地板8106或窗戶8107等的安鑲型照明設備，也可以用於臺式照明設備等。
另外，作為光源8102，可以使用利用電力人工性地得到光的人工光源。明確地說，作為上述人工光源的一個例子，可以舉出白熾燈泡、螢光燈等放電燈以及LED或有機EL元件等發光元件。
在圖21中，具有室內機8200及室外機8204的空調器是使用二次電池8203的電子裝置的一個例子。明確地說，室內機8200包括外殼8201、出風口8202及二次電池8203等。雖然在圖21中例示出二次電池8203設置在室內機8200中的情況，但是二次電池8203也可以設置在室外機8204中。或者，也可以在室內機8200和室外機8204的兩者中設置有二次電池8203。空調器可以接收來自商業電源的電力供應，也可以使用蓄積在二次電池8203中的電力。
在圖21中，電冷藏冷凍箱8300是使用二次電池8304的電子裝置的一個例子。明確地說，電冷藏冷凍箱8300包括外殼8301、冷藏室門8302、冷凍室門8303及二次電池8304等。在圖21中，二次電池8304設置在外殼8301的內部。電冷藏冷凍箱8300可以接收來自商業電源的電力供應，也可以使用蓄積在二次電池8304中的電力。
另外，在不使用電子裝置的時間段，尤其是在商業電源的供應源能夠供應的電力總量中的實際使用的電力量的比率(稱為電力使用率)低的時間段中，將電力蓄積在二次電池中，由此可以抑制在上述時間段以外的時間段中電力使用率增高。例如，在為電冷藏冷凍箱8300時，在氣溫低且不進行冷藏室門8302或冷凍室門8303的開關的夜間，將電力蓄積在二次電池8304中。並且，在氣溫高且進行冷藏室門8302或冷凍室門8303的開關的白天，將二次電池8304用作輔助電源，由此可以抑制白天的電力使用率。
二次電池不侷限於安裝在上述電子裝置，也可以安裝在所有電子裝置。藉由採用本發明的一個實施方式，可以提高二次電池的循環特性。因此，藉由將控制本發明的一個實施方式的充電的微處理器(包括APS)安裝在本實施方式所說明的電子裝置，可以實現使用壽命更長的電子裝置。本實施方式可以與其他實施方式適當地組合而實施。
首先，圖22A至圖22E示出將本發明的一個實施方式的蓄電系統安裝在電子裝置的例子。作為應用本發明的一個實施方式的蓄電系統的電子裝置，例如可以舉出電視機(也稱為電視或電視接收機)、用於電腦等的顯示器、數位相機、數位攝影機、數位相框、行動電話機(也稱為行動電話、行動電話裝置)、可攜式遊戲機、可攜式資訊終端、音頻再生裝置、彈珠機等大型遊戲機等。
圖22A示出行動電話機的一個例子。行動電話機7400除了組裝在外殼7401中的顯示部7402之外還具備操作按鈕7403、外部連接埠7404、揚聲器7405、麥克風7406等。另外，行動電話機7400具有本發明的一個實施方式的蓄電系統。本發明的一個實施方式的蓄電系統例如包括蓄電池7407、上述實施方式所示的控制電路。
圖22B示出使行動電話機7400彎曲的狀態。在利用外部的力量使行動電話機7400變形而使其整體彎曲時，設置在其內部的蓄電池7407有時也會被彎曲。在此情況下，作為蓄電池7407，較佳為使用撓性蓄電池。圖22C示出撓性蓄電池的被彎曲的狀態。蓄電池與控制電路7408電連接。作為控制電路7408，可以使用上面實施方式所示的控制電路。
此外，也可以將具有撓性的蓄電池沿著在房屋或高樓的內壁或外壁、汽車的內部裝修或外部裝修的曲面組裝。
圖22D示出手鐲型的顯示裝置的一個例子。可攜式顯示裝置7100包括外殼7101、顯示部7102、操作按鈕7103及本發明的一個實施方式的蓄電系統。本發明的一個實施方式的蓄電系統包括例如蓄電池7104、上面實施方式所示的控制電路。
圖22E是手錶型可攜式資訊終端的一個例子。可攜式資訊終端7200包括外殼7201、顯示部7202、帶子7203、帶扣7204、操作按鈕7205、輸入輸出端子7206等。
可攜式資訊終端7200可以執行行動電話、電子郵件、文章的閱讀及編寫、音樂播放、網路通訊、電腦遊戲等各種應用程式。
顯示部7202的顯示面是彎曲的，能夠沿著彎曲的顯示面進行顯示。另外，顯示部7202具備觸控感測器，可以用手指或觸控筆等觸控螢幕幕來進行操作。例如，藉由觸摸顯示於顯示部7202的圖示7207，可以啟動應用程式。
操作按鈕7205除了時刻設定之外，還可以具有電源開關、無線通訊的開關、靜音模式的設置及取消、省電模式的設置及取消等各種功能。例如，藉由利用組裝在可攜式資訊終端7200中的作業系統，可以自由地設定操作按鈕7205的功能。
另外，可攜式資訊終端7200可以執行被通訊標準化的近距離無線通訊。例如，藉由與可無線通訊的耳麥通訊，可以進行免提通話。
另外，可攜式資訊終端7200具備輸入輸出端子7206，可以藉由連接器直接向其他資訊終端發送資料或從其他資訊終端接收資料。另外，也可以藉由輸入輸出端子7206進行充電。另外，充電工作也可以利用無線供電進行，而不利用輸入輸出端子7206。
可攜式資訊終端7200包括本發明的一個實施方式的蓄電系統。該蓄電系統包括蓄電池及上面實施方式所示的控制電路。
可攜式資訊終端7200較佳為包括感測器。作為感測器例如較佳為安裝指紋感測器、脈搏感測器、體溫感測器等人體感測器、觸控感測器、壓力感測器及加速度感測器等中的一個以上。
本實施方式可以與其他實施方式的記載適當地組合。
參照圖23對包括本發明的一個實施方式的控制電路的電子裝置的例子進行說明。
掃地機器人7140包括二次電池、配置在頂面的顯示器、配置在側面的多個照相機、刷子、操作按鈕及各種感測器等。雖然未圖示，但是掃地機器人7140安裝有輪胎、吸入口等。掃地機器人7140可以自動行走，檢測垃圾，可以從底面的吸入口吸引垃圾。藉由使用安裝有與掃地機器人7140的二次電池電連接的本發明的一個實施方式的控制電路的半導體裝置，可以減少所使用的構件且檢測二次電池的微短路等異常。
掃地機器人7140包括二次電池、照度感測器、麥克風、照相機、揚聲器、顯示器、各種感測器(紅外線感測器、超聲波感測器、加速度感測器、壓電感測器、光感測器、陀螺儀感測器等)及移動機構等。藉由對掃地機器人7140的二次電池使用安裝有本發明的一個實施方式的控制電路的半導體裝置，可以進行二次電池的控制及保護等。
麥克風具有檢測使用者的聲音及周圍的聲音等音訊信號的功能。此外，揚聲器具有發出聲音及警告音等音訊信號的功能。掃地機器人7140可以分析藉由麥克風輸入的音訊信號，從揚聲器發出所需要的音訊信號。掃地機器人7140可以藉由使用麥克風及揚聲器與使用者交流。
照相機具有拍攝掃地機器人7140的周圍的影像的功能。另外，掃地機器人7140具有使用移動機構移動的功能。掃地機器人7140可以藉由使用照相機拍攝周圍的影像而分析該影像，判斷移動時的障礙物的有無等。
機器人7000包括二次電池、照度感測器、麥克風、照相機、揚聲器、顯示部、障礙物感測器、移動機構、運算裝置等。
麥克風具有檢測使用者的聲音及周圍的聲音等的功能。另外，揚聲器具有發出聲音的功能。機器人7000可以藉由麥克風及揚聲器與使用者交流。
顯示部具有顯示各種資訊的功能。機器人7000可以將使用者所需的資訊顯示在顯示部上。顯示部也可以安裝有觸控螢幕。另外，顯示部可以是可拆卸的資訊終端，藉由將其設置在機器人7000的固定位置上，可以進行充電及資料的收發。
照相機具有對機器人7000的周圍環境進行拍攝的功能。另外，障礙物感測器可以利用移動機構檢測機器人7000前進時的前進方向是否存在障礙物。機器人7000可以利用照相機及障礙物感測器確認周圍環境而安全地移動。
機器人7000的內部包括根據本發明的一個實施方式的二次電池及半導體裝置或電子構件。藉由對機器人7000所包括的二次電池使用安裝有本發明的一個實施方式的控制電路的半導體裝置，可以進行二次電池的控制及保護等。
飛行物7120包括螺旋槳、照相機及二次電池等，並具有自主飛行功能。
藉由對飛行物7120的二次電池使用安裝有本發明的一個實施方式的控制電路的半導體裝置，除了輕量化以外還可以進行二次電池的控制及保護等。
作為移動體的一個例子示出電動汽車7160。電動汽車7160包括二次電池、輪胎、制動器、轉向裝置、照相機等。藉由使用安裝有與電動汽車7160的二次電池電連接的本發明的一個實施方式的控制電路的半導體裝置，可以減少所使用的構件且檢測二次電池的微短路等異常。
注意，雖然在上述例子中作為移動體的一個例子說明了電動汽車，但是移動體不侷限於電動汽車。例如，作為移動體，可以舉出電車、單軌鐵路、船舶、飛機(直升機、無人駕駛飛機(無人機)、飛機、火箭)等，藉由使用安裝有與這些移動體的二次電池電連接的本發明的一個實施方式的控制電路的半導體裝置，可以減少所使用的構件且檢測二次電池的微短路等異常。
可以將包括本發明的控制電路的電池組組裝於智慧手機7210、PC7220(個人電腦)、遊戲機7240等中。此外，也可以將本發明的一個實施方式的控制電路貼合於電池組。
智慧手機7210是可攜式資訊終端的一個例子。智慧手機7210包括麥克風、照相機、揚聲器、各種感測器及顯示部。藉由安裝有控制電路的半導體裝置控制這些週邊設備。藉由使用安裝有與智慧手機7210的二次電池電連接的本發明的一個實施方式的控制電路的半導體裝置，可以減少所使用的構件且進行二次電池的控制及保護等，由此可以提高安全性。
PC7220各自是筆記本型PC的例子。藉由使用安裝有與筆記本型PC的二次電池電連接的本發明的一個實施方式的控制電路的半導體裝置，可以減少所示用的構件且進行二次電池的控制及保護等，由此可以提高安全性。
遊戲機7240是可攜式遊戲機的例子。遊戲機7260是家用遊戲機的例子。遊戲機7260以無線或有線與控制器7262連接。藉由對控制器7262使用安裝有本發明的一個實施方式的控制電路的半導體裝置，可以減少所示用的構件且進行二次電池的控制及保護等，由此可以提高安全性。
本實施方式可以與其他實施方式等所記載的結構適當地組合而實施。
實施方式9 在本實施方式中，說明包括將本發明的一個實施方式的控制電路及二次電池的蓄電系統安裝在電子裝置或移動體中的例子。
首先，圖25A至圖25D示出將包括上述實施方式所說明的控制電路及二次電池的蓄電系統安裝在電子裝置的例子。作為應用蓄電系統的電子裝置，例如可以舉出電視機(也稱為電視或電視接收機)、用於電腦等的顯示器、數位相機、數位攝影機、數位相框、行動電話機(也稱為行動電話、行動電話裝置)、可攜式遊戲機、可攜式資訊終端、音頻再生裝置、彈珠機等大型遊戲機等。
另外，可以將二次電池用於移動體，典型為汽車。作為汽車，可以舉出混合動力汽車(HV)、電動汽車(EV)或插電式混合動力汽車(PHV)等新一代清潔能源汽車，並且作為汽車所安裝的電源之一可以使用二次電池。移動體不侷限於汽車。例如，作為移動體，也可以舉出電車、單軌鐵路、船舶、飛行物(直升機、無人駕駛飛機(無人機)、飛機、火箭)、電動自行車、電動摩托車等，可以對這些移動體應用包括本發明的一個實施方式的控制電路及二次電池的蓄電系統。
另外，也可以將包括本實施方式的控制電路及二次電池的蓄電系統應用於設置在住宅中的地上設置型充電裝置或設置在商業設施中的充電站。
圖25A示出行動電話機的一個例子。行動電話機2100除了安裝在外殼2101的顯示部2102之外還具備操作按鈕2103、外部連接埠2104、揚聲器2105、麥克風2106等。此外，行動電話機2100包括蓄電系統2107。
行動電話機2100可以執行行動電話、電子郵件、文章的閱讀及編寫、音樂播放、網路通訊、電腦遊戲等各種應用程式。
操作按鈕2103除了時刻設定之外，還可以具有電源開關、無線通訊的開關、靜音模式的設置及取消、省電模式的設置及取消等各種功能。例如，藉由利用組裝在行動電話機2100中的作業系統，可以自由地設定操作按鈕2103的功能。
另外，行動電話機2100可以執行被通訊標準化的近距離無線通訊。例如，藉由與可無線通訊的耳麥相互通訊，可以進行免提通話。
另外，行動電話機2100具備外部連接埠2104，可以藉由連接器直接向其他資訊終端發送資料或從其他資訊終端接收資料。另外，也可以藉由外部連接埠2104進行充電。此外，充電工作也可以利用無線供電進行，而不利用外部連接埠2104。
行動電話機2100較佳為包括感測器。作為感測器例如較佳為安裝指紋感測器、脈搏感測器、體溫感測器等人體感測器、觸控感測器、壓力感測器及加速度感測器等中的至少一個。
圖25B示出包括多個旋翼2302的無人航空載具2300。無人航空載具2300也被稱為無人機。無人航空載具2300包括本發明的一個實施方式的蓄電系統2301、相機2303及天線(未圖示)。無人航空載具2300可以藉由天線遠端操作。由於本發明的一個實施方式的蓄電系統具有高安全性，所以可以在長期間能夠長時間安全使用，從而適合用作安裝於無人航空載具2300的二次電池。
此外，如圖25C所示，可以將本發明的一個實施方式的蓄電系統2602安裝於混合動力汽車(HV)、電動汽車(EV)或插電式混合動力汽車(PHV)、其他電子裝置。蓄電系統2602包括多個二次電池2601。
圖25D示出具備蓄電系統2602的車輛的一個例子。車輛2603是使用電動機作為行駛的動力源的電動汽車。或者，車輛2603是作為行駛的動力源能夠適當地選擇使用電動機和引擎的混合動力汽車。使用電動發動機的車輛2603包括多個ECU(Electronic Control Unit)，由ECU進行引擎控制等。ECU包括微電腦。ECU與設置在電動車輛中的CAN(Controller Area Network)連接。CAN是作為車內LAN使用的串列通訊標準之一。藉由將本發明的一個實施方式的蓄電系統用作ECU的電源，可以實現安全性高且行駛距離長的車輛。
蓄電系統不但可以驅動電動機(未圖示)，而且還可以將電力供應到車頭燈及室內燈等發光裝置中的一個以上。另外，蓄電系統可以將電力供應到車輛2603所具有的速度表、轉速計、導航系統等的顯示裝置及半導體裝置。
在車輛2603中，可以藉由利用插電方式或非接觸供電方式等從外部的充電設備接收電力，來對蓄電系統2602所具有的二次電池2601進行充電。
圖25E示出從地上設置型的充電裝置2604藉由電纜對車輛2603進行充電的情況。當進行充電時，作為充電方法及連接器的規格等，可以根據CHAdeMO(註冊商標)或聯合充電系統“Combined Charging System”等的規定的方式而適當地進行。例如，藉由利用插電技術從外部供應電力，可以對安裝在車輛2603中的蓄電系統2602進行充電。可以藉由AC/DC轉換器等轉換裝置將交流電力轉換成直流電力來進行充電。充電裝置2604可以如圖25E所示設置在房屋中，也可以是設置在商業設施中的充電站。
另外，雖然未圖示，但是也可以將受電裝置安裝在車輛中並從地上的送電裝置非接觸地供應電力來進行充電。當利用非接觸供電方式時，藉由在公路或外壁中組裝送電裝置，不但在停車時而且在行駛時也可以進行充電。此外，也可以利用該非接觸供電方式，在車輛之間進行電力的發送及接收。再者，還可以在車輛的外部設置太陽能電池，在停車時或行駛時進行二次電池的充電。可以利用電磁感應方式及磁場共振方式實現這樣的非接觸供電。
接著，參照圖26A及圖26B說明本發明的一個實施方式的蓄電系統的一個例子。
圖26A所示的房屋包括具有本發明的一個實施方式的控制電路及二次電池的蓄電系統2612和太陽能電池板2610。蓄電系統2612藉由佈線2611等與太陽能電池板2610電連接。此外，蓄電系統2612可以與地上設置型充電裝置2604電連接。由太陽能電池板2610獲得的電力可以被充電到蓄電系統2612中。此外，存儲在蓄電系統2612中的電力可以藉由充電裝置2604被充電到車輛2603所包括的蓄電系統2602中。蓄電系統2612較佳為設置在地板下空間部中。藉由設置在地板下空間部中，可以有效地利用地板上空間。或者，蓄電系統2612也可以設置在地板上。
儲存在蓄電系統2612中的電力也可以供應到房屋中的其他電子裝置。因此，即使當由於停電等不能接收來自商業電源的電力供應時，藉由將本發明的一個實施方式的蓄電系統2612用作不斷電供應系統，也可以利用電子裝置。
圖26B示出本發明的一個實施方式的蓄電系統的一個例子。如圖26B所示，在建築物799的地板下空間部796中設置有本發明的一個實施方式的蓄電系統791。
在蓄電系統791中設置有控制裝置790，該控制裝置790藉由佈線與配電盤703、蓄電控制器705(也稱為控制裝置)、顯示器706以及路由器709電連接。
將電力從商業用電源701藉由引入線安裝部710供應到配電盤703。另外，將來自蓄電系統791的電力和來自商業用電源701的電力都供應到配電盤703，該配電盤703將被供應的電力藉由插座(未圖示)供應到一般負載707及蓄電負載708。
作為一般負載707，例如，可以舉出電視或個人電腦等電子裝置，並且作為蓄電負載708，例如，可以舉出微波爐、冰箱、空調器等電子裝置。
蓄電控制器705具有測量部711、預測部712以及計畫部713。測量部711具有測量一天(如0點至24點)中的一般負載707及蓄電負載708的耗電量的功能。另外，測量部711還可以具有測量蓄電系統791的電力量及從商業用電源701供應的電力量的功能。另外，預測部712具有根據一天中的一般負載707及蓄電負載708的耗電量而預測下一天將被一般負載707及蓄電負載708消耗的需要電量的功能。另外，計畫部713具有根據由預測部712預測的需要電量而決定蓄電系統791的充放電計畫的功能。
藉由測量部711所測量的一般負載707及蓄電負載708所消耗的電力量可以使用顯示器706確認。另外，也可以藉由路由器709利用電視機及個人電腦等的電子裝置確認。再者，還可以藉由路由器709利用智慧手機、平板終端等可攜式電子終端確認。另外，還可以利用顯示器706、電子裝置或可攜式電子終端確認由預測部712預測的各時段(或每一個小時)的需要電量等。
本實施方式可以與其他實施方式適當地組合而使用。
(關於本說明書等的記載的附加說明) 下面，對上述實施方式及實施方式中的各結構的說明進行附加說明。
各實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而構成本發明的一個實施方式。另外，當在一個實施方式中示出了多個結構例子時，可以適當地組合這些結構例子。
另外，可以將某一實施方式中說明的內容(或其一部分)應用於該實施方式中說明的其他內容(或其一部分)及/或一個或多個其他實施方式中說明的內容(或其一部分)、將某一實施方式中說明的內容(或其一部分)與該實施方式中說明的其他內容(或其一部分)及/或一個或多個其他實施方式中說明的內容(或其一部分)組合、用某一實施方式中說明的內容(或其一部分)替換該實施方式中說明的其他內容(或其一部分)及/或一個或多個其他實施方式中說明的內容(或其一部分)。
另外，實施方式中說明的內容是指在各實施方式中參照各個圖式所說明的內容或者利用說明書所記載的文字說明的內容。
另外，藉由將某一實施方式中示出的圖式(或其一部分)與該圖式的其他部分、該實施方式中示出的其他圖式(或其一部分)及/或一個或多個其他實施方式中示出的圖式(或其一部分)組合，可以構成更多的圖。
此外，在本說明書等中，按照功能對組件進行分類並在方塊中以彼此獨立的方塊表示。然而，在實際的電路等中難以根據功能對組件進行分類，有時一個電路涉及到多個功能或者多個電路涉及到一個功能。因此，方塊圖中的方塊不限定於在說明書中說明過的組件，而可以根據情況適當地換個方式表述。
此外，為了便於說明，在圖式中，任意示出尺寸、層的厚度或區域。因此，本發明並不限定於圖式中的尺寸。此外，圖式是為了明確起見而示意性地示出的，而不限定於圖式所示的形狀或數值等。例如，可以包括雜訊引起的信號、電壓或電流的不均勻、或者時間偏差引起的信號、電壓或電流的不均勻等。
在本說明書等中，當說明電晶體的連接關係時，記載為“源極和汲極中的一個”(或者第一電極或第一端子)或“源極和汲極中的另一個”(或者第二電極或第二端子)。這是因為電晶體的源極和汲極根據電晶體的結構或工作條件等而改變。此外，根據情況可以將電晶體的源極和汲極適當地換稱為源極(汲極)端子或源極(汲極)電極等。
此外，在本說明書等中，“電極”及“佈線”這樣的用語不在功能上限定其組件。例如，有時將“電極”用作“佈線”的一部分，反之亦然。再者，“電極”及“佈線”這樣的用語還包括多個“電極”及“佈線”被形成為一體的情況等。
另外，在本說明書等中，可以適當地換稱電壓和電位。電壓是指與成為基準的電位之間的電位差，例如在成為基準的電位為接地電壓時，可以將電壓換稱為電位。接地電位不一定意味著0V。此外，電位是相對的，對佈線等供應的電位有時根據成為基準的電位而變化。
此外，在本說明書等中，根據情況或狀況，可以互相調換“膜”和“層”等詞句。例如，有時可以將“導電層”這個用語變更為“導電膜”這個用語。此外，例如，有時可以將“絕緣膜”這個用語變更為“絕緣層”這個用語。
在本說明書等中，開關是指具有藉由變為導通狀態(開啟狀態)或非導通狀態(關閉狀態)來控制是否使電流流過的功能的元件。或者，開關是指具有切換電流的路徑的功能的元件。
在本說明書等中，例如，通道長度是指在電晶體的俯視圖中，半導體(或在電晶體處於導通狀態時在半導體中電流流過的部分)和閘極重疊的區域或者形成通道的區域中的源極和汲極之間的距離。
在本說明書等中，例如，通道寬度是指半導體(或在電晶體處於導通狀態時在半導體中電流流過的部分)和閘極重疊的區域或者形成通道的區域中的源極和汲極相對的部分的長度。
在本說明書等中，“A與B連接”除了包括A與B直接連接的情況以外，還包括A與B電連接的情況。在此，“A與B電連接”是指在A與B之間存在具有某種電作用的物件，能夠在A和B之間進行電信號的授受。
10:電容器 11:電晶體 51:曲線 52:曲線 99:開關 99_1:開關 99_2:開關 99_3:開關 110:導電體 111:組電池 113_1:比較器 113_2:比較器 113_3:比較器 113_4:比較器 113_5:比較器 120a:下部電極 120b:上部電極 121:控制部 122:電壓生成部 127:檢測部 128:檢測部 130:絕緣體 131:開關 140:充電器 141:開關 150A:功率電晶體 150B:功率電晶體 152a:絕緣體 152b:絕緣體 155:絕緣體 190:蓄電系統 191:控制電路 192:二次電池 193:負載 210:絕緣體 286:絕緣體 287:絕緣體 311:基板 313:半導體區域 314a:低電阻區域 314b:低電阻區域 315:絕緣體 316:導電體 320:絕緣體 322:絕緣體 324:絕緣體 326:絕緣體 328:導電體 330:導電體 350:絕緣體 352:絕緣體 354:絕緣體 356:導電體 357:導電體 400:二次電池 401:正極蓋 413:導電板 414:導電板 415:蓄電系統 416:佈線 420:控制電路 421:佈線 422:佈線 423:佈線 424:導電體 425:絕緣體 426:佈線 501:電路板 509:簽條 511:端子 513:二次電池 515:密封帶 517:天線 519:層 531:二次電池組 551:正極引線及負極引線中的一個 552:正極引線及負極引線中的另一個 590:控制電路 590a:電路系統 590b:電路系統 601:正極蓋 602:電池罐 603:正極端子 604:正極 605:隔離體 606:負極 607:負極端子 608:絕緣板 609:絕緣板 611:PTC元件 613:安全閥機構 701:商業用電源 703:配電盤 705:蓄電控制器 706:顯示器 707:一般負載 708:蓄電負載 709:路由器 710:引入線安裝部 711:測量部 712:預測部 713:計畫部 790:控制裝置 791:蓄電系統 796:地板下空間部 799:建築物 911a:端子 911b:端子 913:二次電池 930:外殼 931:負極 931a:負極活性物質層 932:正極 932a:正極活性物質層 933:隔離體 950a:捲繞體 951:端子 952:端子 1201:晶片 1202:凸塊 1203:印刷電路板 1213:類比運算部 1221:DRAM 1222:FeRAM 1223:積體電路 1225:晶片 2100:行動電話機 2101:外殼 2102:顯示部 2103:操作按鈕 2104:外部連接埠 2105:揚聲器 2106:麥克風 2107:蓄電系統 2300:無人航空載具 2301:蓄電系統 2302:旋翼 2303:相機 2601:二次電池 2602:蓄電系統 2603:車輛 2604:充電裝置 2610:太陽能電池板 2611:佈線 2612:蓄電系統 7000:機器人 7100:可攜式顯示裝置 7101:外殼 7102:顯示部 7103:操作按鈕 7104:蓄電池 7120:飛行物 7140:掃地機器人 7160:電動汽車 7200:可攜式資訊終端 7201:外殼 7202:顯示部 7203:帶子 7204:帶扣 7205:操作按鈕 7206:輸入輸出端子 7207:圖示 7210:智慧手機 7220:PC 7240:遊戲機 7260:遊戲機 7262:控制器 7400:行動電話機 7401:外殼 7402:顯示部 7403:操作按鈕 7404:外部連接埠 7405:揚聲器 7406:麥克風 7407:蓄電池 7408:控制電路 8000:顯示裝置 8001:外殼 8002:顯示部 8003:揚聲器部 8004:二次電池 8005:聲音輸入裝置 8007:揚聲器 8008:顯示部 8009:可攜式資訊終端 8010:充電模組 8021:充電裝置 8022:電纜 8024:蓄電系統 8100:照明設備 8101:外殼 8102:光源 8103:二次電池 8104:天花板 8105:側壁 8106:地板 8107:窗戶 8200:室內機 8201:外殼 8202:出風口 8203:二次電池 8204:室外機 8300:電冷藏冷凍箱 8301:外殼 8302:冷藏室門 8303:冷凍室門 8304:二次電池 8400:汽車 8401:車頭燈 8406:電發動機 8500:汽車 8600:小型摩托車 8601:後視鏡 8602:蓄電系統 8603:方向燈 8604:座位下收納部 8700:電動自行車 8701:蓄電池 8702:蓄電系統 8703:顯示部 8704:控制電路 9600:平板終端 9601:膝上型個人電腦 9625:開關 9626:開關 9627:電源開關 9628:操作開關 9629:夾子 9630:外殼 9630a:外殼 9630b:外殼 9631:顯示部 9633:太陽能電池 9634:控制電路 9635:蓄電體 9640:可動部 9650:鍵盤部
[圖1]是示出控制電路的結構例子的圖。 [圖2A]是示出電壓生成部的結構例子的圖。[圖2B]是示出能帶間隙基準電路的結構例子的圖。[圖2C]及[圖2D]是示出電阻電路的結構例子的圖。 [圖3A]至[圖3F]是示出控制電路的工作例子的圖。 [圖4A]及[圖4B]是示出記憶體電路的結構例子的圖。 [圖5]是示出蓄電系統的結構例子的圖。 [圖6A]是示出蓄電系統的結構例子的圖。[圖6B]是示出蓄電系統的一部分的結構例子的圖。 [圖7]是示出控制電路的工作例子的圖。 [圖8A]是示出記憶單元MC的電路圖的圖。[圖8B]是示出記憶單元MC的電容器的剖面的圖。 [圖9]是說明氧化鉿的結晶結構的模型圖。 [圖10A]是示出記憶單元MC所包括的鐵電層的磁滯特性的圖表。[圖10B]是示出記憶單元MC的驅動方法的圖。 [圖11A]及[圖11B]是示出記憶單元MC的剖面圖的圖。 [圖12]是示出記憶單元MC的剖面圖的圖。 [圖13]是說明正極活性物質的結晶結構的圖。 [圖14]是說明正極活性物質的結晶結構的圖。 [圖15]是示出電子構件的一個例子的圖。 [圖16A]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。[圖16B]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。[圖16C]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。[圖16D]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。 [圖17A]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。[圖17B]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。[圖17C]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。 [圖18A]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。[圖18B]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。[圖18C]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。 [圖19A]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。[圖19B]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。 [圖20A]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。[圖20B]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。[圖20C]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。 [圖21]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。 [圖22A]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。[圖22B]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。[圖22C]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。[圖22D]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。[圖22E]是說明本發明的一個實施方式的電器的圖。 [圖23]是本發明的一個實施方式的系統的一個例子。 [圖24A]至[圖24C]是說明二次電池的例子的圖。 [圖25A]至[圖25E]是示出電子裝置的立體圖。 [圖26A]及[圖26B]是說明本發明的一個實施方式的蓄電系統的圖。
113_1:比較器
113_2:比較器
113_3:比較器
113_4:比較器
113_5:比較器
121:控制部
122:電壓生成部
127:檢測部
128:檢測部
191:控制電路

Claims (13)

  1. 一種控制電路，包括： 第一電阻電路； 第二電阻電路； 比較器；以及 記憶體電路， 其中，該比較器包括第一輸入端子、第二輸入端子及輸出該第一輸入端子與該第二輸入端子的比較結果的第一輸出端子， 該第一電阻電路的一個端子與二次電池的正極電連接， 該第一電阻電路的另一個端子與該第一輸入端子及該第二電阻電路的一個端子電連接， 該記憶體電路具有保持第一資料的功能， 該控制電路具有： 使用該第一資料生成第一信號及第二信號的功能； 藉由將該第一信號供應到該第一電阻電路來調整該第一電阻電路的電阻的功能； 藉由將該第二信號供應到該第二電阻電路來調整該第二電阻電路的電阻的功能；以及 根據來自該第一輸出端子的輸出停止該二次電池的充電及放電中的一個的功能， 並且，該記憶體電路包括使用鐵電層的電容器。
  2. 如請求項1之控制電路， 其中該第一電阻電路包括一個電阻元件和一個開關的多個組， 在該一個電阻元件和該一個開關的該組中，該一個開關具有使流過該一個電阻元件的電流變動的功能， 並且該控制電路具有使用該第一信號控制該多個組各自包括的該開關的工作的功能。
  3. 如請求項1或2之控制電路，其中該第二輸入端子被供應與充電電壓的上限對應的信號或與放電電壓的下限對應的信號。
  4. 如請求項1或2之控制電路，還包括第三電阻電路及第二比較器， 其中該第二比較器包括第三輸入端子、第四輸入端子及輸出該第三輸入端子與該第四輸入端子的比較結果的第二輸出端子， 該第二電阻電路的另一個端子與該第三輸入端子及該第三電阻電路的一個端子電連接， 該第三電阻電路的另一個端子與該二次電池的負極電連接， 並且該控制電路具有： 使用該第一資料生成第三信號的功能； 藉由將該第三信號供應到該第三電阻電路來調整該第三電阻電路的電阻的功能；以及 根據該第二輸出端子的輸出停止該二次電池的充電及放電中的另一個的功能。
  5. 如請求項4之控制電路，其中與充電電壓的上限對應的信號及與放電電壓的下限對應的信號中的一個被供應到該第二輸入端子，另一個被供應到該第四輸入端子。
  6. 一種控制電路，包括： 與二次電池的正極電連接的第一端子； 與該二次電池的負極電連接的第二端子； 與控制該二次電池與充電器或負載的電連接的功率電晶體的閘極電連接的第三端子； 與該第一端子及該第二端子電連接的檢測部； 與該檢測部電連接的控制部；以及 與該控制部電連接的記憶體電路， 其中，該記憶體電路包括在一對電極間具有鐵電層的記憶單元、與該記憶單元電連接的電晶體及輸出來自該記憶單元的信號的解碼器， 該檢測部包括基於該記憶體電路所儲存的資料進行了電阻的調整的電阻電路， 並且，該控制部具有：基於從該檢測部輸入的參考電位與該第一端子的電位或該第二端子的電位的比較結果判斷該二次電池為過放電的功能；以及在被判斷為該過放電時向該第三端子輸出使該功率電晶體處於關閉狀態的信號的功能。
  7. 一種控制電路，包括： 與二次電池的正極電連接的第一端子； 與該二次電池的負極電連接的第二端子； 與控制該二次電池與充電器或負載的電連接的功率電晶體的閘極電連接的第三端子； 與該第一端子及該第二端子電連接的檢測部； 與該檢測部電連接的控制部；以及 與該控制部電連接的記憶體電路， 其中，該記憶體電路包括在一對電極間具有鐵電層的記憶單元、與該記憶單元電連接的電晶體及輸出來自該記憶單元的信號的解碼器， 該檢測部包括基於該記憶體電路所儲存的資料進行了電阻的調整的電阻電路， 並且，該控制部具有：基於從該檢測部輸入的參考電位與該第一端子的電位或該第二端子的電位的比較結果判斷該二次電池為過充電的功能；以及在被判斷為該過充電時向該第三端子輸出使該功率電晶體處於關閉狀態的信號的功能。
  8. 如請求項6或7之控制電路，其中藉由從該控制電路的外部供應信號來向該記憶體電路寫入資料，該控制電路包括被輸入來自該外部的信號的第四端子。
  9. 如請求項6至8中任一項之控制電路，其中該記憶體電路所包括的鐵電層所包含的該鐵電性材料包含含有鉿及鋯的氧化物。
  10. 如請求項6至9中任一項之控制電路，其中該鐵電層所包含的鐵電性材料的結晶結構為正交晶。
  11. 如請求項6至10中任一項之控制電路，其中該記憶體電路所包括的該一對電極包含氮化鈦。
  12. 如請求項6至11中任一項之控制電路，其中該電晶體為Si電晶體。
  13. 一種電子裝置，包括： 如請求項1至12中任一項之控制電路；以及 二次電池。
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