(57)【要約】【課題】簡易な構成のＣＴ装置を提供する。【解決手段】ガントリの空洞部に半導体装置が貼り付けられており、半導体装置には画素がマトリクス状に設けられ、画素は光電変換デバイス、及び発光デバイスを有するＣＴ装置。発光デバイスは、赤外線を発する機能を有する。また、半導体装置は、可撓性を有する。発光デバイスから発せられた光はクレードルに配置されている被検体に照射され、透過した光を光電変換デバイスで検出することにより、被検体の断面画像を取得することができる。【選択図】図１
2020058645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガントリを有するＣＴ装置であって、
前記ガントリの空洞部には、半導体装置が貼り付けられており、
前記半導体装置には、画素がマトリクス状に設けられ、
前記画素は、光電変換デバイスと、発光デバイスと、を有するＣＴ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記発光デバイスは、赤外光を発する機能を有するＣＴ装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記画素は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、を有し、
前記発光デバイスの一方の電極は、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのゲートは、前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、
前記金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ又はＨｆ）と、を有するＣＴ装置。
【請求項４】
ガントリと、クレードルと、を有するＣＴ装置であって、
前記ガントリの空洞部には、半導体装置が貼り付けられており、
前記半導体装置は、第１の画素と、第２の画素と、を有し、
前記第１の画素は、第１の光電変換デバイスと、第１の発光デバイスと、を有し、
前記第２の画素は、第２の光電変換デバイスと、第２の発光デバイスと、を有し、
前記第１の発光デバイスから発せられた光である第１の光は、前記クレードルに配置された被検体に照射され、
前記被検体を透過した前記第１の光は、前記第２の光電変換デバイスにより検出され、
前記第２の発光デバイスから発せられた光である第２の光は、前記被検体に照射され、
前記被検体を透過した前記第２の光は、前記第１の光電変換デバイスにより検出されるＣＴ装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１の発光デバイスと、前記第２の発光デバイスと、は赤外光を発する機能を有するＣＴ装置。
【請求項６】
請求項４又は５において、
前記第１の画素は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、を有し、
前記第２の画素は、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、を有し、
前記第１の発光デバイスの一方の電極は、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのゲートは、前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第２の発光デバイスの一方の電極は、前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第３のトランジスタのゲートは、前記第４のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第２及び第４のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、
前記金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ又はＨｆ）と、を有するＣＴ装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記半導体装置は、可撓性を有するＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、ＣＴ装置、及びその動作方法に関する。
【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、又は、製造方法に関するものである。又は、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの駆動方法、又は、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
【０００３】
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、表示装置、撮像装置、電子機器等は、半導体装置を有する場合がある。また、半導体装置は、記憶装置、表示装置、撮像装置、電子機器等を示す場合がある。
【背景技術】
【０００４】
コンピュータ断層撮影装置（以下、ＣＴ装置）が、特に医療用に広く使用されている。ＣＴ装置により、人体等の被検体の内部の断面画像を取得することができる。例えば、薄スライス投影データから厚スライスを簡単かつ適切に再構成できるＣＴ装置が特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、基板上に形成された酸化物半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。例えば、酸化物半導体を有するオフ電流が極めて低いトランジスタを画素回路に用いる構成の撮像装置が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１９８５０７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１９７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＣＴ装置では一般的に、Ｘ線を被検体に照射し、透過したＸ線を検出器で測定することにより断面画像を取得する。この場合、被検体が人体である場合、Ｘ線被爆により健康状態に影響を及ぼす場合がある。また、一般的なＣＴ装置では、Ｘ線源及びＸ線検出器が設けられているガントリ、又は被検体が配置されているクレードルを回転させる。この場合、装置の構成が複雑となり、コストが高くなる場合がある。また、ガントリ又はクレードルを回転させる際の振動により、取得する断面画像にノイズが生じる場合がある。
【０００８】
本発明の一態様では、可撓性を有する半導体装置が貼り付けられているＣＴ装置を提供することを課題の一つとする。又は、簡易な構成のＣＴ装置を提供することを課題の一つとする。又は、低価格なＣＴ装置を提供することを課題の一つとする。又は、ノイズが少ない断面画像を取得することができるＣＴ装置を提供することを課題の一つとする。又は、安全性の高いＣＴ装置を提供することを課題の一つとする。又は、光の検出感度が高い半導体装置を有するＣＴ装置を提供することを課題の一つとする。又は、高速に動作するＣＴ装置を提供することを課題の一つとする。又は、低消費電力のＣＴ装置を提供することを課題の一つとする。又は、高輝度の光を発することができる発光デバイスを有するＣＴ装置を提供することを課題の一つとする。又は、信頼性の高いＣＴ装置を提供することを課題の一つとする。又は、新規なＣＴ装置を提供することを課題の一つとする。又は、新規な半導体装置等を提供することを課題の一つとする。
【０００９】
又は、可撓性を有する半導体装置が貼り付けられているＣＴ装置の動作方法を提供することを課題の一つとする。又は、簡易な構成のＣＴ装置の動作方法を提供することを課題の一つとする。又は、低価格なＣＴ装置の動作方法を提供することを課題の一つとする。又は、ノイズが少ない断面画像を取得することができるＣＴ装置の動作方法を提供することを課題の一つとする。又は、安全性の高いＣＴ装置の動作方法を提供することを課題の一つとする。又は、光の検出感度が高い半導体装置を有するＣＴ装置の動作方法を提供することを課題の一つとする。又は、高速に動作するＣＴ装置の動作方法を提供することを課題の一つとする。又は、低消費電力のＣＴ装置の動作方法を提供することを課題の一つとする。又は、高輝度の光を発することができる発光デバイスを有するＣＴ装置の動作方法を提供することを課題の一つとする。又は、信頼性の高いＣＴ装置の動作方法を提供することを課題の一つとする。又は、新規なＣＴ装置の動作方法を提供することを課題の一つとする。又は、新規な半導体装置等を提供することを課題の一つとする。
【００１０】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項等の記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項等の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、ガントリを有するＣＴ装置であって、ガントリの空洞部には、半導体装置が貼り付けられており、半導体装置には、画素がマトリクス状に設けられ、画素は、光電変換デバイスと、発光デバイスと、を有するＣＴ装置である。
【００１２】
又は、上記態様において、発光デバイスは、赤外光を発する機能を有してもよい。
【００１３】
又は、上記態様において、画素は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、を有し、発光デバイスの一方の電極は、第１のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、第１のトランジスタのゲートは、第２のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、第２のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ又はＨｆ）と、を有してもよい。
【００１４】
又は、本発明の一態様は、ガントリと、クレードルと、を有するＣＴ装置であって、ガントリの空洞部には、半導体装置が貼り付けられており、半導体装置は、第１の画素と、第２の画素と、を有し、第１の画素は、第１の光電変換デバイスと、第１の発光デバイスと、を有し、第２の画素は、第２の光電変換デバイスと、第２の発光デバイスと、を有し、第１の発光デバイスから発せられた光である第１の光は、クレードルに配置された被検体に照射され、被検体を透過した第１の光は、第２の光電変換デバイスにより検出され、第２の発光デバイスから発せられた光である第２の光は、被検体に照射され、被検体を透過した第２の光は、第１の光電変換デバイスにより検出されるＣＴ装置である。
【００１５】
又は、上記態様において、第１の発光デバイスと、第２の発光デバイスと、は赤外光を発する機能を有してもよい。
【００１６】
又は、上記態様において、第１の画素は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、を有し、第２の画素は、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、を有し、第１の発光デバイスの一方の電極は、第１のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、第１のトランジスタのゲートは、第２のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、第２の発光デバイスの一方の電極は、第３のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、第３のトランジスタのゲートは、第４のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、第２及び第４のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ又はＨｆ）と、を有してもよい。
【００１７】
又は、上記態様において、半導体装置は、可撓性を有してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一態様により、可撓性を有する半導体装置が貼り付けられているＣＴ装置を提供することができる。又は、簡易な構成のＣＴ装置を提供することができる。又は、低価格なＣＴ装置を提供することができる。又は、ノイズが少ない断面画像を取得することができるＣＴ装置を提供することができる。又は、安全性の高いＣＴ装置を提供することができる。又は、光の検出感度が高い半導体装置を有するＣＴ装置を提供することができる。又は、高速に動作するＣＴ装置を提供することができる。又は、低消費電力のＣＴ装置を提供することができる。又は、高輝度の光を発することができる発光デバイスを有するＣＴ装置を提供することができる。又は、信頼性の高いＣＴ装置を提供することができる。又は、新規なＣＴ装置を提供することができる。又は、新規な半導体装置等を提供することができる。
【００１９】
又は、可撓性を有する半導体装置が貼り付けられているＣＴ装置の動作方法を提供することができる。又は、簡易な構成のＣＴ装置の動作方法を提供することができる。又は、低価格なＣＴ装置の動作方法を提供することができる。又は、ノイズが少ない断面画像を取得することができるＣＴ装置の動作方法を提供することができる。又は、安全性の高いＣＴ装置の動作方法を提供することができる。又は、光の検出感度が高い半導体装置を有するＣＴ装置の動作方法を提供することができる。又は、高速に動作するＣＴ装置の動作方法を提供することができる。又は、低消費電力のＣＴ装置の動作方法を提供することができる。又は、高輝度の光を発することができる発光デバイスを有するＣＴ装置の動作方法を提供することができる。又は、信頼性の高いＣＴ装置の動作方法を提供することができる。又は、新規なＣＴ装置の動作方法を提供することができる。又は、新規な半導体装置等を提供することができる。
【００２０】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ＣＴ装置の構成例を説明する図。
【図２】半導体装置の構成例を説明する図。
【図３】ＣＴ装置の動作方法の一例を説明する図。
【図４】半導体装置の構成例、及びＣＴ装置の構成例を説明する図。
【図５】ＣＴ装置の構成例を説明する図。
【図６】半導体装置の構成例を説明する図。
【図７】半導体装置の構成例を説明する図。
【図８】半導体装置の構成例を説明する図。
【図９】画素の構成例を説明する図。
【図１０】画素の構成例を説明する図。
【図１１】画素の動作方法の一例を説明する図。
【図１２】画素の構成例を説明する図。
【図１３】画素の構成例、及び画素の動作方法の一例を説明する図。
【図１４】画素の構成例を説明する図。
【図１５】画素の構成例を説明する図。
【図１６】トランジスタの構成例を説明する図。
【図１７】市場イメージを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２３】
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【００２４】
また、図面において示す各構成の、位置、大きさ、範囲等は、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲等を表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、範囲等に限定されない。
【００２５】
なお、「膜」という用語と、「層」という用語とは、場合によっては、又は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能である。又は、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能である。
【００２６】
本明細書等において、金属酸化物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ）とは、広い意味での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体（透明酸化物導電体を含む）、酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ又は単にＯＳともいう）等に分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、ＯＳ  ＦＥＴと記載する場合においては、金属酸化物又は酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
【００２７】
また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。
【００２８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様であるＣＴ装置の構成例について、図面を参照して説明する。
【００２９】
＜ＣＴ装置の構成例１＞
図１（Ａ）は、本発明の一態様のＣＴ装置であるＣＴ装置１０の構成例を示す図である。ＣＴ装置１０は、ガントリ１１と、クレードル１２と、を有する。
【００３０】
ガントリ１１には空洞部２１が設けられ、空洞部２１の側壁に貼り付けるようにして半導体装置２０が設けられる。クレードル１２には被検体２２が配置される。
【００３１】
図１（Ａ）において、半導体装置２０にハッチングを付して示している。ここで、半導体装置２０は可撓性を有することが好ましい。これにより、図１（Ａ）に示すように空洞部２１の側壁が曲面を有する場合であっても、半導体装置２０を空洞部２１の側壁に貼り付けることができる。
【００３２】
ガントリ１１は、空洞部２１に入った被検体の断面画像を取得する機能を有する。ＣＴ装置１０では、被検体２２が配置されたクレードル１２が空洞部２１に入ることにより、被検体２２の断面画像を取得することができる。
【００３３】
本明細書等においてＣＴ装置とは、被検体の断面画像を取得する機能を有する装置全般を示す。
【００３４】
クレードル１２は、被検体２２を空洞部２１に搬送する機能を有する。被検体２２を配置したクレードル１２が空洞部２１へ移動することにより、被検体２２を空洞部２１に搬送することができる。
【００３５】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の一点鎖線Ａ１−Ａ２の断面図であり、被検体２２が配置されたクレードル１２が空洞部２１に入っている状態を示している。図１（Ｂ）に示すように、半導体装置２０は被検体２２を覆うように設けることができる。例えば、空洞部２１の側壁全体に、半導体装置２０を貼り付けることができる。
【００３６】
図１（Ｂ）に示すように、半導体装置２０には画素３０が配列されている。よって、空洞部２１に入った被検体２２が画素３０に取り囲まれるような構成とすることができる。
【００３７】
＜半導体装置の構成例１＞
図２は、図１（Ａ）の二点鎖線Ｂ１−Ｂ２で半導体装置２０を切断した場合における、半導体装置２０の構成例を示すブロック図である。半導体装置２０は、マトリクス状に配列された画素３０を有する画素アレイ４０と、ゲートドライバ回路４１と、ソースドライバ回路４２と、を有する。画素３０には、光電変換デバイス３１及び発光デバイス３２が設けられる。
【００３８】
ゲートドライバ回路４１は、行方向に延伸する配線を介して、画素３０と電気的に接続されている。ソースドライバ回路４２は、列方向に延伸する配線を介して、画素３０と電気的に接続されている。
【００３９】
ゲートドライバ回路４１は、画素アレイ４０の行を選択する機能を有する。ソースドライバ回路４２は、光電変換デバイス３１に露光された光の照度に応じた撮像データを、半導体装置２０の外部に出力する機能を有する。また、ソースドライバ回路４２は、発光デバイス３２の発光輝度を制御する機能を有する。
【００４０】
図２に示すように、図１（Ａ）の二点鎖線Ｂ１−Ｂ２は、画素アレイ４０の列方向に相当する構成とすることができる。この場合、Ｂ１−Ｂ２と垂直な方向が、画素アレイ４０の行方向に相当する構成とすることができる。例えば図１（Ｂ）に示すように、Ｂ１−Ｂ２と垂直な方向であるＡ１−Ａ２方向における半導体装置２０の断面が円形である場合、円周方向を画素アレイ４０の行方向とすることができる。
【００４１】
＜半導体装置の動作方法の一例＞
図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、半導体装置２０の動作方法の一例を、図１（Ａ）の一点鎖線Ａ１−Ａ２の断面図を用いて示している。なお、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、１行の画素３０を示しており、画素３０が１行あたり３２個設けられている場合を示している。また、図１（Ａ）の一点鎖線Ａ１−Ａ２の断面図を示す他の図でも、画素３０が１行あたり３２個設けられている場合を示す場合がある。
【００４２】
本明細書等において、複数の画素３０を区別するために、画素３０［１］、画素３０［２］等と表記する。例えば、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、半導体装置２０の断面が円形である場合は、画素３０［１］乃至画素３０［３２］が時計回りに配列された構成とすることができる。また、他の要素においても、複数の要素を区別するために、同様の表記を行う場合がある。
【００４３】
また、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、発光デバイス３２が光を発している画素３０には、図２に示す発光デバイス３２に付したハッチングと同じハッチングを付している。また、光電変換デバイス３１による露光、つまり画素３０に照射される光の検出を行う画素３０には、図２に示す光電変換デバイス３１に付したハッチングと同じハッチングを付している。
【００４４】
図３（Ａ）では、画素３０［１］に設けられている発光デバイス３２が光３８を発して被検体２２に照射され、被検体２２を透過した光３８が、画素３０［１７］に設けられている光電変換デバイス３１により検出されている場合を示している。つまり、光３８を発している発光デバイス３２が設けられた画素３０の、被検体２２に対して反対方向に配置されている画素３０に設けられた光電変換デバイス３１により、光３８を検出する場合を示している。ここで、光３８が発せられる方向を実線矢印で示している。なお、半導体装置２０の動作方法の一例を示す他の図においても、同様の表記をする。
【００４５】
次に、画素３０［２］に設けられている発光デバイス３２が光を発して被検体２２に照射され、被検体２２を透過した光を、画素３０［１８］に設けられている光電変換デバイス３１により検出する。同様に、画素３０［３］乃至画素３０［３２］まで順に発光デバイス３２が光を発し、画素３０［１９］乃至画素３０［３２］、及び画素３０［１］乃至画素３０［１６］まで順に光電変換デバイス３１による光の検出を行う。以上が１行の画素３０の動作方法の一例である。
【００４６】
上記動作により、被検体２２の断面画像を取得することができる。上記動作は、例えば全ての行の画素３０について、１行毎に行うことができる。又は、２行以上の画素３０について同時に、上記動作を行うことができる。上記動作を行う行は、図２に示すゲートドライバ回路４１により選択することができる。つまり、選択した行の画素３０に設けられている発光デバイス３２が光を発し、選択した行の画素３０に設けられている光電変換デバイス３１が光を検出することができる。
【００４７】
ＣＴ装置１０では、ガントリ１１、又はクレードル１２を回転させなくても、被検体２２の断面画像を取得することができる。これにより、ＣＴ装置１０の構成を簡易なものとすることができるので、ＣＴ装置１０を低価格なものとすることができる。また、ガントリ１１又はクレードル１２を回転させる際の振動が発生しないので、ノイズが少ない断面画像を取得することができる。
【００４８】
被検体２２は、人体に限らない。例えば、動物、魚類、昆虫等、人体以外の生体であってもよい。この場合、人体以外の生体の病理診断を行うことができる。又は、被検体２２は食品、又は工業製品であってもよい。この場合、異物検査、不良解析等の非破壊検査を行うことができる。特に、被検体２２を薄い物体とすると、発光デバイス３２から発せられる光の、被検体２２による光の透過率が高くなるため好ましい。
【００４９】
発光デバイス３２から発せられる光は、例えば赤外光とすることが好ましい。赤外光はＸ線等より、人体に照射された場合において健康状態に与える影響が小さい。よって、被検体２２が人体である場合、被検体２２に対する安全性を高めることができる。なお、被検体２２が人体以外である場合であっても、発光デバイス３２から発せられる光を赤外光とすることにより、ＣＴ装置１０を操作する者等に対する安全性を高めることができるので、ＣＴ装置１０の安全性を高めることができる。また、発光デバイス３２から、赤色光等の可視光が発せられてもよい。
【００５０】
本明細書等において、赤外光とは、例えば波長が０．７μｍ以上１０００μｍ以下の光を示す。また、例えば波長が０．７μｍ以上２．５μｍ以下の光である近赤外光を、単に赤外光という場合がある。又は、近赤外光、及び波長が２．５μｍ以上１０μｍ以下の光である中赤外光を、単に赤外光という場合がある。また、本明細書等において、赤色光とは、例えば波長が０．６μｍ以上０．７５μｍ以下の光を示す。
【００５１】
ここで、被検体２２を人体等の生体とする場合、発光デバイス３２から発せられる光の波長は、０．６５μｍ以上１．８μｍ以下、特に０．６５μｍ以上１．１μｍ以下とすることが好ましい。当該波長の光は、血液に対する透過率、及び水に対する透過率のいずれもが高い。このため、病理診断等を正確に行うことができる。
【００５２】
なお、全ての画素３０に設けられた発光デバイス３２が、同一の波長の光を発する機能を有していなくてもよい。例えば、０．６５μｍ以上０．８μｍ未満の光を発する発光デバイス３２が設けられる画素３０と、０．８μｍ以上の光を発する発光デバイス３２が設けられる画素３０と、を混在して設けてもよい。これにより、被検体２２が人体等である場合、血管、特に静脈を検出しつつ、病理診断を行うことができる。つまり、異なる波長の光を発する光電変換デバイス３１を混在して設けることにより、ＣＴ装置１０に多くの機能を持たせることができる。
【００５３】
図３（Ａ）では、１個の画素３０に設けられている発光デバイス３２が発する光を、１個の画素３０に設けられている光電変換デバイス３１により検出する場合を示しているが、本発明の一態様はこれに限らない。発光デバイス３２が発する光が広がる場合、例えば、１個の画素３０に設けられている発光デバイス３２が発する光を、２個以上の画素３０に設けられている光電変換デバイス３１により検出してもよい。
【００５４】
図３（Ｂ）は、画素３０［１］に設けられている発光デバイス３２が光を発して被検体２２に照射され、被検体２２を透過した光が、画素３０［１６］乃至画素３０［１８］に設けられている光電変換デバイス３１により検出されている場合を示している。つまり、発光デバイス３２が発する光を、隣接する３個の画素３０に設けられている光電変換デバイス３１により検出する場合を示している。
【００５５】
画素３０［１］に設けられている発光デバイス３２による発光が終了した後は、例えば画素３０［２］に設けられている発光デバイス３２が光を発して被検体２２に照射され、被検体２２を透過した光を、画素３０［１７］乃至画素３０［１９］に設けられている光電変換デバイス３１により検出する。次に、画素３０［３］に設けられている発光デバイス３２が光を発して被検体２２に照射され、被検体２２を透過した光を、画素３０［１８］乃至画素３０［２０］に設けられている光電変換デバイス３１により検出する。同様に、画素３０［４］乃至画素３０［３２］まで順に発光デバイス３２が光を発し、対応する画素３０に設けられている光電変換デバイス３１による光の検出を行う。以上が１行の画素３０の動作方法の一例である。
【００５６】
上記動作方法では、１個の画素３０に、３個分の画素３０から射出された光が露光される。例えば、画素３０［１８］には、画素３０［１］乃至画素３０［３］に設けられている発光デバイス３２が発する光が露光される。よって、画素３０への露光量を多くすることができるので、半導体装置２０による光の検出感度を高めることができる。
【００５７】
又は、画素３０［１］に設けられている発光デバイス３２による発光が終了した後は、例えば画素３０［４］に設けられている発光デバイス３２が光を発して被検体２２に照射され、被検体２２を透過した光を、画素３０［１９］乃至画素３０［２１］に設けられている光電変換デバイス３１により検出してもよい。この場合、全ての発光デバイス３２を発光させなくても、全ての光電変換デバイス３１に対して露光を行うことができる。以上により、ＣＴ装置１０を高速に動作させることができる。
【００５８】
図３（Ａ）、（Ｂ）では、１度に発光させる発光デバイス３２を１個としているが、本発明の一態様はこれに限らない。例えば、複数の発光デバイス３２を１度に発光させてもよい。図３（Ｃ）は、画素３０［３２］、画素３０［１］、及び画素３０［２］に設けられている発光デバイス３２が光を発して被検体２２に照射され、被検体２２を透過した光が、画素３０［１６］乃至画素３０［１８］に設けられている光電変換デバイス３１により検出されている場合を示している。つまり、隣接する３個の画素３０に設けられている発光デバイス３２が１度に発光し、隣接する３個の画素３０に設けられている光電変換デバイス３１により光を検出する場合を示している。
【００５９】
画素３０［３２］、画素３０［１］、及び画素３０［２］に設けられている発光デバイス３２による発光が終了した後は、例えば画素３０［３］乃至画素３０［５］に設けられている発光デバイス３２が１度に発光して被検体２２に照射される。被検体２２を透過した光は、画素３０［１９］乃至画素３０［２１］に設けられている光電変換デバイス３１により検出される。同様に、画素３０［６］乃至画素３０［３１］まで順に発光デバイス３２が光を発し、画素３０［２２］乃至画素３０［３２］、及び画素３０［１］乃至画素３０［１５］まで順に光電変換デバイス３１による光の検出を行う。以上が１行の画素３０の動作方法の一例である。
【００６０】
上記動作方法では、発光デバイス３２を１個ずつ発光させる場合より、ＣＴ装置１０を高速に動作させることができる。また、１個の画素３０に３個分の画素３０から射出された光が露光されるので、画素３０への露光量を多くすることができ、半導体装置２０による光の検出感度を高めることができる。
【００６１】
又は、画素３０［３２］、画素３０［１］、及び画素３０［２］に設けられている発光デバイス３２による発光が終了した後に、画素３０［１］乃至画素３０［３］に設けられている発光デバイス３２による発光を行ってもよい。この場合、画素３０への露光量をさらに多くすることができるので、半導体装置２０による光の検出感度をさらに高めることができる。
【００６２】
＜半導体装置の構成例２＞
図２に示す構成の半導体装置２０では、ゲートドライバ回路、及びソースドライバ回路をそれぞれ１個ずつ有しているが、本発明の一態様はこれに限らない。図４（Ａ）は、図２に示す構成の半導体装置２０の変形例であり、ソースドライバ回路としてソースドライバ回路４２ａ、及びソースドライバ回路４２ｂが設けられている点が、図２に示す半導体装置２０の構成と異なる。
【００６３】
ソースドライバ回路４２ａは、列方向に延伸する配線を介して、画素アレイ４０の左半分の列に設けられる画素３０と電気的に接続されている。ソースドライバ回路４２ｂは、列方向に延伸する配線を介して、画素アレイ４０の右半分の列に設けられる画素３０と電気的に接続されている。つまり、例えば画素アレイ４０に３２列の画素３０（画素３０［１］乃至画素３０［３２］）が設けられる場合、ソースドライバ回路４２ａは画素３０［１］乃至画素３０［１６］と電気的に接続され、ソースドライバ回路４２ｂは画素３０［１７］乃至画素３０［３２］と電気的に接続される構成とすることができる。
【００６４】
図４（Ｂ）は、図１（Ａ）の一点鎖線Ａ１−Ａ２の断面図である。図４（Ｂ）では、半導体装置２０が図４（Ａ）に示す構成である場合において、被検体２２の断面画像を取得する際に発光デバイス３２による発光を行う画素３０を発光デバイス３２と同様のハッチングで示している。また、光電変換デバイス３１による光の検出を行う画素３０を光電変換デバイス３１と同様のハッチングで示している。
【００６５】
図４（Ｂ）に示すように、例えばソースドライバ回路４２ａと電気的に接続されている画素３０［１］乃至画素３０［１６］に設けられた発光デバイス３２が発光する。また、例えばソースドライバ回路４２ｂと電気的に接続されている画素３０［１７］乃至画素３０［３２］に設けられている光電変換デバイス３１により、被検体２２を透過した光の検出を行う。なお、ソースドライバ回路４２ｂと電気的に接続されている画素３０［１７］乃至画素３０［３２］に設けられている発光デバイス３２を発光させ、ソースドライバ回路４２ａと電気的に接続されている画素３０［１］乃至画素３０［１６］に設けられている光電変換デバイス３１により、被検体２２を透過した光の検出を行ってもよい。
【００６６】
以上より、図４（Ａ）に示す構成の半導体装置２０では、光を発する画素３０と、光を検出する画素３０と、を分離することができる。よって、全ての発光デバイス３２を発光させ、全ての光電変換デバイス３１により光を検出しなくても、半導体装置２０による被検体２２の断面画像の取得を行うことができる。したがって、ＣＴ装置１０を高速に動作させることができる。
【００６７】
＜ＣＴ装置の構成例２＞
図１（Ａ）、（Ｂ）に示す構成のガントリ１１では、空洞部２１の側壁全体に半導体装置２０が貼り付けられているが、本発明の一態様はこれに限らない。図５（Ａ）、（Ｂ）は、図１（Ａ）、（Ｂ）の変形例であり、空洞部２１の側壁の一部に半導体装置２０が貼り付けられている点が、図１（Ａ）、（Ｂ）に示す構成と異なる。
【００６８】
図５（Ｂ）に示す構成のガントリ１１では、画素３０［１］乃至画素３０［３２］のうち、画素３０［１］乃至画素３０［４］、画素３０［１３］乃至画素３０［２０］、及び画素３０［２９］乃至画素３０［３２］を設けない構成としている。つまり、被検体２２の上方に画素３０を設けない構成としている。また、画素３０を省略した位置の、被検体２２に対して反対方向の位置（図５（Ｂ）では、被検体２２の下方）の画素３０も省略している。図５（Ｂ）に示す構成のガントリ１１では、画素３０［５］乃至画素３０［１２］が設けられている半導体装置２０と、画素３０［２１］乃至画素３０［２８］が設けられている半導体装置２０と、を別の半導体装置とすることができる。つまり、図５（Ｂ）に示す構成のガントリ１１は、空洞部２１の側壁に半導体装置２０が２個貼り付けられているということができる。なお、空洞部２１の側壁には、半導体装置２０を３個以上貼り付ける構成としてもよい。例えば、空洞部２１の側壁に半導体装置２０が４個貼り付けられていてもよいし、６個貼り付けられていてもよいし、８個貼り付けられていてもよいし、１６個貼り付けられていてもよい。半導体装置２０を複数設ける場合、半導体装置２０を設けた位置の、被検体２２に対して反対方向の位置に半導体装置２０を設けると、一方の半導体装置２０に設けられている発光デバイス３２が発した光を、他方の半導体装置２０に設けられている光電変換デバイス３１が効率よく受光できるので好ましい。
【００６９】
ガントリ１１を図５（Ａ）、（Ｂ）に示す構成とすることにより、半導体装置２０を小型化することができるので、半導体装置２０を低コストで作製することができる。よって、ＣＴ装置１０を低価格なものとすることができる。また、１個の半導体装置２０が有する画素３０の個数を少なくすることができるので、ＣＴ装置１０を高速に動作させることができる。
【００７０】
＜半導体装置の構成例３＞
図２等では、全ての画素３０が光電変換デバイス３１と、発光デバイス３２と、の両方を有しているが、本発明の一態様はこれに限らない。図６は、図２に示す構成の半導体装置２０の変形例であり、一部の画素３０にのみ発光デバイス３２が設けられている点が図２に示す半導体装置２０の構成と異なる。
【００７１】
半導体装置２０を図６に示す構成とすることにより、発光デバイス３２が設けられていない画素３０について、光電変換デバイス３１の受光面積を大きくすることができる。よって、半導体装置２０による光の検出感度を高めることができる。ここで、発光デバイス３２が発する光の指向性が低いほど、発光デバイス３２が発する光が広がるので、発光デバイス３２が設けられる画素３０の個数を減らしても、多くの光電変換デバイス３１に対して露光を行うことができる。
【００７２】
＜半導体装置の構成例４＞
図７は、半導体装置２０の構成例を示すブロック図である。図７に示す構成の半導体装置２０は、層５１と、層５２と、を有する。層５１と層５２は、互いに積層して設けられる。
【００７３】
層５１には、マトリクス状に配列された画素３０を有する画素アレイ４０が設けられる。層５２には、ゲートドライバ回路４１と、ソースドライバ回路４２と、が設けられる。
【００７４】
図７に示す構成の半導体装置２０は、層５１に設けられている画素アレイ４０と、層５２に設けられているゲートドライバ回路４１、及びソースドライバ回路４２が重なる領域を有する。例えば、一部の画素３０が、ゲートドライバ回路４１又はソースドライバ回路４２と重なる領域を有する。
【００７５】
なお、図７では、層５１と層５２の位置関係を一点鎖線及び白抜き丸印で示しており、一点鎖線で結ばれた、層５１の白抜き丸印と層５２の白抜き丸印が互いに重なっている。なお、他の図においても、同様の表記を行う。
【００７６】
半導体装置２０を図７に示す構成とすることにより、半導体装置２０を狭額縁化することができる。これにより、デッドスペース（被検体２２の断面画像を取得できない範囲）を小さくすることができる。
【００７７】
また、層５２に設けられるゲートドライバ回路４１、及びソースドライバ回路４２が、明確に分離されず重なる領域を有する構成とすることができる。当該領域を領域４３とする。領域４３を有する構成とすることにより、ゲートドライバ回路４１及びソースドライバ回路４２の占有面積を小さくすることができる。よって、画素アレイ４０の面積が小さい場合であっても、ゲートドライバ回路４１及びソースドライバ回路４２を、画素アレイ４０からはみ出すことなく設けることができる。又は、ゲートドライバ回路４１及びソースドライバ回路４２の、画素アレイ４０と重ならない領域の面積を小さくすることができる。以上より、領域４３を有さない場合より半導体装置２０をさらに狭額縁化することができ、デッドスペースを小さくすることができる。
【００７８】
図７には、層５２にゲートドライバ回路４１、及びソースドライバ回路４２が１個ずつ設けられた構成を示しているが、本発明の一態様はこれに限らない。例えば、層５２にゲートドライバ回路４１、及びソースドライバ回路４２をそれぞれ複数設けてもよい。図８は、図７に示す構成の変形例であり、層５２に３行３列のゲートドライバ回路４１、及びソースドライバ回路４２が設けられる場合の、半導体装置２０の構成例を示している。なお、層５２には、２行２列のゲートドライバ回路４１、及びソースドライバ回路４２が設けられていてもよいし、４行４列のゲートドライバ回路４１、及びソースドライバ回路４２が設けられていてもよい。また、層５２に設けられるゲートドライバ回路４１及びソースドライバ回路４２の行数と列数は異なっていてもよい。
【００７９】
なお、図８では、図の明瞭化のため、画素３０と、ゲートドライバ回路４１及びソースドライバ回路４２との電気的な接続関係を省略しているが、画素３０は、ゲートドライバ回路４１及びソースドライバ回路４２と電気的に接続されている。また、図８では、ゲートドライバ回路４１及びソースドライバ回路４２の個数と同数の画素アレイ４０が、層５１に設けられているとしている。
【００８０】
図８に示す構成の半導体装置２０では、画素３０の動作を、画素アレイ４０毎に制御することができる。これにより、例えば必要とする部分についてのみ、被検体２２の断面画像を取得することができる。例えば、ＣＴ装置１０を病理診断に用いる場合には、患部の近傍の断面画像のみを取得することができる。又は、ＣＴ装置１０を非破壊検査に用いる場合には、異常を検出したい部分、例えば異常が発生すると製品である被検体２２の信頼性が大きく低下する部分についてのみ検査することができる。以上により、ＣＴ装置１０を高速に動作させることができる。また、ＣＴ装置１０の消費電力を低減することができる。
【００８１】
＜画素の回路構成例１＞
図９（Ａ）は、画素３０の構成例を説明する回路図である。画素３０は、撮像回路１００と、発光回路１１０と、を有する。撮像回路１００は、光電変換デバイス３１と、トランジスタ１０３と、トランジスタ１０４と、トランジスタ１０５と、トランジスタ１０６と、容量素子１０８を有する。なお、容量素子１０８を設けない構成としてもよい。
【００８２】
光電変換デバイス３１の一方の電極（カソード）は、トランジスタ１０３のソース又はドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０３のソース又はドレインの他方は、トランジスタ１０４のソース又はドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０４のソース又はドレインの一方は、容量素子１０８の一方の電極と電気的に接続される。容量素子１０８の一方の電極は、トランジスタ１０５のゲートと電気的に接続される。トランジスタ１０５のソース又はドレインの一方は、トランジスタ１０６のソース又はドレインの一方と電気的に接続される。
【００８３】
ここで、トランジスタ１０３のソース又はドレインの他方、トランジスタ１０４のソース又はドレインの一方、容量素子１０８の一方の電極、トランジスタ１０５のゲートを接続する配線をノードＦＤとする。ノードＦＤは電荷蓄積部として機能させることができる。
【００８４】
光電変換デバイス３１の他方の電極（アノード）は、配線１２１と電気的に接続される。トランジスタ１０３のゲートは、配線１２７と電気的に接続される。トランジスタ１０４のソース又はドレインの他方、及びトランジスタ１０５のソース又はドレインの他方は、配線１２２と電気的に接続される。トランジスタ１０４のゲートは、配線１２６と電気的に接続される。トランジスタ１０６のゲートは、配線１２８と電気的に接続される。容量素子１０８の他方の電極は、例えばＧＮＤ配線等の基準電位線と電気的に接続される。トランジスタ１０６のソース又はドレインの他方は、配線１２９と電気的に接続される。
【００８５】
発光回路１１０は、発光デバイス３２を有する。発光デバイス３２の一方の電極は、配線１３０と電気的に接続される。発光デバイス３２の他方の電極は、例えばＧＮＤ配線等の基準電位線と電気的に接続される。当該構成では、撮像回路１００と発光回路１１０との電気的な接続はないため、発光デバイス３２に対する入力電位、及び発光のタイミングは独立して制御することができる。
【００８６】
配線１２７及び配線１２８は、各トランジスタの導通を制御する信号線として機能させることができる。配線１２９は出力線として機能させることができる。
【００８７】
配線１２１、及び配線１２２は、電源線としての機能を有する。図９（Ａ）に示す構成では光電変換デバイス３１のカソード側がトランジスタ１０３と電気的に接続する構成であり、ノードＦＤを高電位にリセットして動作させる構成であるため、配線１２２は高電位（配線１２１よりも高い電位）とする。
【００８８】
また、配線１３０は、発光デバイス３２の一方の電極に供給する電位を制御する機能を有する。発光デバイス３２を発光させる期間では、発光デバイス３２の電圧（発光デバイス３２の一方の電極の電位と、発光デバイス３２の他方の電極の電位と、の差）が順方向バイアスとなるように、配線１３０の電位を制御する。一方、発光デバイス３２を発光させない期間では、発光デバイス３２の電圧が逆方向バイアスとなるように、配線１３０の電位を制御する。例えば、発光デバイス３２の他方の電極の電位を接地電位とすると、発光デバイス３２を発光させる期間では、配線１３０の電位を正電位とし、発光デバイス３２を発光させない期間では、配線１３０の電位を接地電位、又は負電位とする。
【００８９】
図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の構成にトランジスタ１０７を加えた構成である。トランジスタ１０７のソース又はドレインの一方は、発光デバイス３２の一方の電極と電気的に接続されている。トランジスタ１０７のソース又はドレインの他方は、配線１３０と電気的に接続されている。トランジスタ１０７のゲートは、配線１３１と電気的に接続されている。配線１３１は、トランジスタ１０７の導通を制御する信号線としての機能を有する。
【００９０】
図９（Ｂ）に示す構成の画素３０では、配線１３１はゲートドライバ回路４１と電気的に接続することができ、配線１３０はソースドライバ回路４２と電気的に接続することができる。これにより、発光デバイス３２の発光・非発光を画素３０ごとに制御することができる。また、配線１３０の電位を制御することにより、発光デバイス３２の発光輝度を画素３０ごとに制御することができる。例えば、赤外線の透過率が低い被検体の断面画像を取得する場合には配線１３０の電位を大きくして発光デバイス３２の発光輝度を高くして、赤外線の透過率が高い被検体の断面画像を取得する場合には配線１３０の電位を小さくして発光デバイス３２の発光輝度を低くすることができる。
【００９１】
なお、配線１３０はソースドライバ回路４２と電気的に接続されていなくてもよい。この場合、配線１３０は例えば電源線として機能させることができる。
【００９２】
図９（Ａ）、（Ｂ）では、光電変換デバイス３１のカソードをトランジスタ１０３のソース又はドレインの一方と電気的に接続する構成を示したが、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように光電変換デバイス３１のアノードをトランジスタ１０３のソース又はドレインの一方と電気的に接続する構成としてもよい。
【００９３】
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す構成では、光電変換デバイス３１の一方の電極が配線１２２と電気的に接続され、光電変換デバイス３１の他方の電極がトランジスタ１０３のソース又はドレインの一方と電気的に接続される。また、トランジスタ１０４のソース又はドレインの他方が配線１３２と電気的に接続される。
【００９４】
配線１３２は、電源線又はリセット電位の供給線としての機能を有する。図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す構成では光電変換デバイス３１のアノード側をトランジスタ１０３と電気的に接続する構成であり、ノードＦＤを低電位にリセットして動作させる構成であるため、配線１３２は低電位（配線１２２よりも低い電位）とする。
【００９５】
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す発光デバイス３２及びその周辺要素との接続形態の説明は、図９（Ａ）、（Ｂ）の説明を参照することができる。
【００９６】
トランジスタ１０３は、ノードＦＤの電位を制御する機能を有する。トランジスタ１０４は、ノードＦＤの電位をリセットする機能を有する。トランジスタ１０５はソースフォロア回路として機能し、ノードＦＤの電位を撮像データとして配線１２９に出力することができる。トランジスタ１０６は撮像データを出力する画素を選択する機能を有する。
【００９７】
トランジスタ１０３及びトランジスタ１０４にはチャネル形成領域に金属酸化物を用いたトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタ）を用いることが好ましい。ＯＳトランジスタは、オフ電流が極めて低い特性を有する。トランジスタ１０３及びトランジスタ１０４にＯＳトランジスタを用いることによって、ノードＦＤで電荷を保持できる期間を極めて長くすることができる。そのため、画素３０への露光動作、つまり電荷の蓄積動作を行うことにより画素３０が撮像データを取得した後、取得した撮像データをすぐに読み出す必要が無い。例えば、全ての画素３０が撮像データを取得した後に撮像データを読み出すことができる。これにより、撮像データを短時間で取得することができるので、動体の撮像であっても歪の少ない画像を得ることができる。例えば、被検体２２が生きた状態の動物、魚類、昆虫等であっても、歪みの無い断面画像を取得することができる。
【００９８】
画素３０にチャネル形成領域にＳｉを用いたトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタ）等の比較的オフ電流の高いトランジスタを用いた場合は、電荷蓄積部からデータ電位が流出しやすい。このため、画素３０に撮像データを長期間保持するには、別途メモリ回路等を設ける必要があり、複雑な動作を高速で行わなければならない。一方で、トランジスタ１０３及びトランジスタ１０４にＯＳトランジスタを用いた場合は、電荷蓄積部からのデータ電位の流出がほとんどないため、容易に撮像データを長期間保持することができる。
【００９９】
また、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）に示すトランジスタ１０７にもＯＳトランジスタを用いることが好ましい。前述のように、ＯＳトランジスタはオフ電流が極めて低いので、トランジスタ１０７がオフ状態である場合に発光デバイス３２に電流が流れることを抑制することができる。これにより、半導体装置２０が取得する断面画像にノイズが発生することを抑制することができる。
【０１００】
なお、トランジスタ１０５及びトランジスタ１０６にもＯＳトランジスタを適用してもよい。また、ＯＳトランジスタ及びＳｉトランジスタを任意に組み合わせて適用してもよい。また、全てのトランジスタをＯＳトランジスタ又はＳｉトランジスタとしてもよい。Ｓｉトランジスタとしては、アモルファスシリコンを有するトランジスタ、結晶性のシリコン（代表的には、低温ポリシリコン、単結晶シリコン等）を有するトランジスタ等が挙げられる。
【０１０１】
次に、図９（Ａ）、（Ｂ）に示す撮像回路１００の動作の一例を図１１（Ａ）のタイミングチャートを用いて説明する。なお、本明細書におけるタイミングチャートの説明においては、高電位を“Ｈ”、低電位を“Ｌ”で表す。配線１２１には常時“Ｌ”が供給され、配線１２２には常時“Ｈ”が供給されている状態とする。
【０１０２】
期間Ｔ１において、配線１２６の電位を“Ｈ”、配線１２７の電位を“Ｈ”、配線１２８の電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１０３、１０４が導通し、ノードＦＤには配線１２３の電位“Ｈ”が供給される（リセット動作）。
【０１０３】
期間Ｔ２において、配線１２６の電位を“Ｌ”、配線１２７の電位を“Ｈ”、配線１２８の電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１０４が非導通となってリセット電位の供給が遮断される。また、光電変換デバイス３１に照射される光の照度に応じてノードＦＤの電位が低下する（露光動作）。
【０１０４】
期間Ｔ３において、配線１２６の電位を“Ｌ”、配線１２７の電位を“Ｌ”、配線１２８の電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１０３が非導通となり、ノードＦＤの電位は確定し、保持される（保持動作）。このとき、ノードＦＤに接続されるトランジスタ１０３及びトランジスタ１０４にオフ電流の低いＯＳトランジスタを用いることによって、ノードＦＤからの不必要な電荷の流出を抑えることができ、データの保持時間の延ばすことができる。
【０１０５】
期間Ｔ４において、配線１２６の電位を“Ｌ”、配線１２７の電位を“Ｌ”、配線１２８の電位を“Ｈ”とすると、トランジスタ１０６が導通し、トランジスタ１０５のソースフォロア動作によりノードＦＤの電位が配線１２９に読み出される（読み出し動作）。
【０１０６】
以上が図９（Ａ）、（Ｂ）に示す撮像回路１００の動作の一例である。
【０１０７】
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す撮像回路１００は、図１１（Ｂ）のタイミングチャートに従って動作させることができる。なお、配線１２２には常時“Ｈ”が供給され、配線１３２には常時“Ｌ”が供給されている状態とする。基本的な動作は、上記の図１１（Ａ）のタイミングチャートの説明と同様である。
【０１０８】
図１２（Ａ）、（Ｂ）は、図９（Ｂ）に示す構成の画素３０が有するトランジスタ１０３乃至トランジスタ１０７にバックゲートを設けた構成である。図１２（Ａ）は、バックゲートがフロントゲートと電気的に接続された構成を示しており、オン電流を高める効果を有する。図１２（Ｂ）は、バックゲートが定電位を供給できる配線と電気的に接続された構成を示しており、トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。
【０１０９】
また、図１２（Ａ）、（Ｂ）を組み合わせる等、それぞれのトランジスタが適切な動作が行えるような構成としてもよい。また、バックゲートが設けられないトランジスタを画素回路が有していてもよい。なお、トランジスタにバックゲートを設ける構成は、図９（Ａ）、（Ｂ）、及び図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すいずれの構成においても適用することができる。
【０１１０】
＜画素の回路構成例２＞
図１３（Ａ）は、発光回路１１０の構成例を説明する回路図である。図１３（Ａ）に示す構成の発光回路１１０は、トランジスタ２１１、トランジスタ２１３、トランジスタ２２１、容量素子２１５、容量素子２１７、及び発光デバイス３２を有する。また発光回路１１０には、信号線としての機能を有する配線２３１ａ、及び配線２３１ｂが電気的に接続され、データ線としての機能を有する配線２３２ａ、及び配線２３２ｂが電気的に接続されている。ここで、配線２３１ａ及び配線２３１ｂは、例えば図２等に示すゲートドライバ回路４１と電気的に接続することができ、配線２３２ａ及び配線２３２ｂは、例えば図２等に示すソースドライバ回路４２と電気的に接続することができる。
【０１１１】
トランジスタ２１１のソース又はドレインの一方は、容量素子２１５の一方の電極と電気的に接続されている。トランジスタ２１３のソース又はドレインの一方は、容量素子２１５の他方の電極と電気的に接続されている。容量素子２１５の他方の電極は、容量素子２１７の一方の電極と電気的に接続されている。容量素子２１７の一方の電極は、トランジスタ２２１のゲートと電気的に接続されている。トランジスタ２２１のソース又はドレインの一方は、発光デバイス３２の一方の電極と電気的に接続されている。
【０１１２】
トランジスタ２１１のゲートは、配線２３１ａと電気的に接続されている。トランジスタ２１３のゲートは、配線２３１ｂと電気的に接続されている。トランジスタ２１１のソース又はドレインの他方は、配線２３２ａと電気的に接続されている。トランジスタ２１３のソース又はドレインの他方は、配線２３２ｂと電気的に接続されている。容量素子２１７の他方の電極は、配線２３５と電気的に接続されている。トランジスタ２２１のソース又はドレインの他方は、配線２３７と電気的に接続されている。発光デバイス３２の他方の電極は、配線２３９と電気的に接続されている。
【０１１３】
ここで、トランジスタ２１１のソース又はドレインの他方、及び容量素子２１５の一方の電極を接続する配線をノードＮ１とする。また、トランジスタ２１３のソース又はドレインの他方、容量素子２１５の他方の電極、容量素子２１７の一方の電極、及びトランジスタ２２１のゲートを接続する配線をノードＮ２とする。
【０１１４】
配線２３５は、半導体装置２０に設けられた例えば全ての発光回路１１０について、共通の配線とすることができる。この場合、配線２３５に供給される電位は共通電位となる。また、配線２３７及び配線２３９には、定電位を供給することができる。例えば、配線２３７には高電位を供給することができ、配線２３９には低電位を供給することができる。
【０１１５】
トランジスタ２２１は、発光デバイス３２に供給する電流を制御する機能を有する。具体的には、トランジスタ２２１は、ノードＮ２の電位に対応する電流を発光デバイス３２に供給する機能を有する。容量素子２１７は保持容量としての機能を有する。容量素子２１７は省略してもよい。
【０１１６】
なお、図１３（Ａ）では発光デバイス３２のアノード側がトランジスタ２２１と電気的に接続される構成を示しているが、カソード側にトランジスタ２２１を電気的に接続してもよい。この場合、配線２３７の電位を低電位とし、配線２３９の電位を高電位とすることができる。
【０１１７】
発光回路１１０は、トランジスタ２１１をオフ状態とすることで、ノードＮ１の電位を保持することができる。また、トランジスタ２１３をオフ状態とすることで、ノードＮ２の電位を保持することができる。さらに、トランジスタ２１３をオフ状態として、トランジスタ２１１を介してノードＮ１に所定の電位を書き込むことで、容量素子２１５を介した容量結合により、ノードＮ１の電位の変位に応じてノードＮ２の電位を変化させることができる。
【０１１８】
トランジスタ２１１及びトランジスタ２１３には、ＯＳトランジスタを適用することができる。前述のように、ＯＳトランジスタは、オフ電流が極めて低い特性を有する。トランジスタ２１１及びトランジスタ２１３にＯＳトランジスタを用いることによって、ノードＮ１及びノードＮ２で電荷を保持できる期間を極めて長くすることができる。これにより、トランジスタ２１１及びトランジスタ２１３にオフ電流が高いトランジスタを用いる場合より、ノードＮ１及びノードＮ２への電位の書き込みの頻度を減少させることができる。よって、ＣＴ装置１０の消費電力を低減することができる。
【０１１９】
また、トランジスタ２２１にもＯＳトランジスタを適用することができる。これにより、トランジスタ２２１がオフ状態である場合に発光デバイス３２に電流が流れることを抑制することができる。これにより、半導体装置２０が取得する断面画像にノイズが発生することを抑制することができる。
【０１２０】
次に、図１３（Ａ）に示す発光回路１１０の動作の一例を図１３（Ｂ）のタイミングチャートを用いて説明する。
【０１２１】
図１３（Ｂ）に示す動作では、１フレーム期間を期間Ｔ１と期間Ｔ２とに分ける。期間Ｔ１はノードＮ２に電位を書き込む期間であり、期間Ｔ２はノードＮ１に電位を書き込む期間である。
【０１２２】
期間Ｔ１では、配線２３１ａと配線２３１ｂの両方に、トランジスタをオン状態にする電位を供給する。また、配線２３２ａには固定電位である電位Ｖｒｅｆを供給し、配線２３２ｂには電位Ｖｗを供給する。
【０１２３】
ノードＮ１には、トランジスタ２１１を介して配線２３２ａから電位Ｖｒｅｆが供給される。また、ノードＮ２には、トランジスタ２１３を介して配線２３２ｂから電位Ｖｗが供給される。したがって、容量素子２１５には電位差Ｖｗ−Ｖｒｅｆが保持された状態となる。
【０１２４】
続いて期間Ｔ２では、配線２３１ａにはトランジスタ２１１をオン状態とする電位を供給し、配線２３１ｂにはトランジスタ２１３をオフ状態とする電位を供給する。また、配線２３２ａには電位Ｖｄａｔａを供給し、配線２３２ｂには所定の定電位を供給する。なお、配線２３２ｂの電位はフローティングとしてもよい。
【０１２５】
ノードＮ１には、トランジスタ２１１を介して電位Ｖｄａｔａが供給される。このとき、容量素子２１５による容量結合により、電位Ｖｄａｔａに応じてノードＮ２の電位が電位ｄＶだけ変化する。
【０１２６】
ここで、電位ｄＶは、容量素子２１５の容量値と、容量素子２１７の容量値と、トランジスタ２２１のゲート容量の容量値と、によって概ね決定される。容量素子２１５の容量値が、容量素子２１７の容量値とトランジスタ２２１のゲート容量の容量値の合計よりも十分に大きい場合、電位ｄＶは電位差Ｖｄａｔａ−Ｖｒｅｆに近い電位となる。
【０１２７】
期間Ｔ２において、ノードＮ２の電位は、電位Ｖｗ及び電位Ｖｄａｔａに依存した値となる。よって、発光デバイス３２の発光輝度は、配線２３２ａの電位、及び配線２３２ｂの電位に対応する輝度となる。例えば、赤外線の透過率が低い被検体の断面画像を取得する場合には、電位Ｖｗ及び電位Ｖｄａｔａの値を大きくして発光デバイス３２の発光輝度を高くすることができる。一方、赤外線の透過率が高い被検体の断面画像を取得する場合には、電位Ｖｗ及び電位Ｖｄａｔａの値を小さくして発光デバイス３２の発光輝度を低くすることができる。
【０１２８】
また、電位Ｖｄａｔａが電位Ｖｒｅｆより大きく、電位Ｖｒｅｆを例えば接地電位以下の電位とすると、期間Ｔ２におけるノードＮ２の電位は、電位Ｖｗ及び電位Ｖｄａｔａのいずれよりも大きくなる。例えば、電位Ｖｒｅｆを接地電位とすると、期間Ｔ２におけるノードＮ２の電位は、“Ｖｗ＋Ｖｄａｔａ”に近い電位となる。このため、配線２３２ａ及び配線２３２ｂと電気的に接続されているソースドライバ回路４２等が生成可能な最大電位を超える電位を、ノードＮ２に供給することができる。よって、発光デバイス３２が高輝度の光を発することができるので、被検体２２が赤外線の透過率が低い被検体であっても、鮮明な断面画像を取得することができる。また、ソースドライバ回路４２等を高耐圧なものとしなくてよいため、ＣＴ装置１０を低価格なものとすることができる。
【０１２９】
例えば、被検体２２が人体である場合、被検体２２における赤外線の透過率は、Ｘ線の透過率よりも低い場合がある。したがって、発光デバイス３２から発せられる赤外線の輝度が低い場合、被検体２２の断面画像を正しく取得できない場合がある。そこで、発光回路１１０を図１３（Ａ）に示す構成とすることで、発光デバイス３２から発せられる赤外線の輝度を高め、被検体２２の断面画像を正しく取得することができる。
【０１３０】
なお、発光回路１１０は図１３（Ａ）で示した回路に限られず、別途トランジスタや容量素子等を追加した構成としてもよい。例えば、図１３（Ａ）に示す構成から、トランジスタと容量素子を１個ずつ追加することにより、電位を保持することができるノードを３つとすることができることができる。つまり、電位を保持することができるノードを、ノードＮ１とノードＮ２以外にもう１個、発光回路１１０に設ける構成とすることができる。これにより、ノードＮ２の電位をさらに高いものとすることができる。よって、発光デバイス３２にさらに大きな電流を流すことができるので、発光デバイス３２の発光輝度をさらに高くすることができる。
【０１３１】
図１３（Ａ）に示す構成の発光回路１１０において、トランジスタ２１１、トランジスタ２１３、及び容量素子２１５を除いた回路を回路２０１とする。図１４（Ａ）乃至（Ｃ）は、回路２０１の構成例を示す図である。図１４（Ａ）に示す構成の回路２０１は、図１３（Ａ）に示す構成の回路２０１と同様に、容量素子２１７と、トランジスタ２２１と、発光デバイス３２と、を有する。
【０１３２】
図１４（Ａ）に示す構成の回路２０１において、ノードＮ２には、トランジスタ２２１のゲート、及び容量素子２１７の一方の電極が電気的に接続されている。トランジスタ２２１のソース又はドレインの一方は、配線２３７と電気的に接続されている。トランジスタ２２１のソース又はドレインの他方は、容量素子２１７の他方の電極と電気的に接続されている。容量素子２１７の他方の電極は、発光デバイス３２の一方の電極と電気的に接続されている。発光デバイス３２の他方の電極は、配線２３９と電気的に接続されている。
【０１３３】
図１４（Ｂ）に示す構成の回路２０１も、図１４（Ａ）に示す構成の回路２０１と同様に、容量素子２１７と、トランジスタ２２１と、発光デバイス３２と、を有する。
【０１３４】
図１４（Ｂ）に示す構成の回路２０１において、ノードＮ２には、トランジスタ２２１のゲート、及び容量素子２１７の一方の電極が電気的に接続されている。発光デバイス３２の一方の電極は、配線２３７と電気的に接続されている。発光デバイス３２の他方の電極は、トランジスタ２２１のソース又はドレインの一方と電気的に接続されている。トランジスタ２２１のソース又はドレインの他方は、容量素子２１７の他方の電極と電気的に接続されている。容量素子２１７の他方の電極は、配線２３９と電気的に接続されている。
【０１３５】
図１４（Ｃ）には、図１４（Ａ）に示す回路２０１にトランジスタ２２５を付加した場合の、回路２０１の構成例を示している。トランジスタ２２５のソース又はドレインの一方は、トランジスタ２２１のソース又はドレインの他方、及び容量素子２１７の他方の電極と電気的に接続されている。トランジスタ２２５のソース又はドレインの他方は、発光デバイス３２の一方の電極と電気的に接続されている。トランジスタ２２５のゲートは、配線２４１と電気的に接続されている。配線２４１は、トランジスタ２２５の導通を制御する信号線としての機能を有する。
【０１３６】
図１４（Ｃ）に示す構成の回路２０１を有する発光回路１１０では、ノードＮ２の電位がトランジスタ２２１のしきい値電圧以上となっても、トランジスタ２２５をオン状態としなければ発光デバイス３２に電流が流れない。このため、半導体装置２０の誤動作を抑制することができる。
【０１３７】
＜画素の断面構成例＞
図１５は、画素３０の構成例を説明する断面図である。画素３０は、基板３６０と基板３５０との間に、トランジスタ、光電変換デバイス３１、発光デバイス３２等が設けられる。なお、図１５では、トランジスタとして、トランジスタ１０３、及びトランジスタ１０７の構成例を示している。
【０１３８】
ここで、基板３６０及び基板３５０は、可撓性を有する基板（以下、可撓性基板）とする。これにより、半導体装置２０を、可撓性を有する半導体装置とすることができる。
【０１３９】
図１５に示すように、画素３０は、層１０１と、層１０２と、の積層構成とすることができる。層１０１には、基板３６０と、絶縁層３８６と、絶縁層３８１と、トランジスタ１０３及びトランジスタ１０７と、絶縁層３８２と、が設けられる。トランジスタ１０３及びトランジスタ１０７は、絶縁層３８１と絶縁層３８２の間に設けられる。また、トランジスタ１０３及びトランジスタ１０７のチャネル形成領域、ソース領域、及びドレイン領域を覆うように絶縁層３８５、及び絶縁層３８４が設けられる。また、絶縁層３８４と絶縁層３８２の間に、絶縁層３８３が設けられる。
【０１４０】
基板３６０と、絶縁層３８６と、の間には接着層３６３が設けられており、接着層３６３により基板３６０が絶縁層３８６に貼り合わされている。
【０１４１】
トランジスタ１０３のソース又はドレインの一方と電気的に接続されるように導電層３２１が設けられ、トランジスタ１０３のソース又はドレインの他方と電気的に接続されるように導電層３２２が設けられる。また、トランジスタ１０７のソース又はドレインの一方と電気的に接続されるように導電層３２３が設けられ、トランジスタ１０７のソース又はドレインの他方と電気的に接続されるように導電層３２４が設けられる。なお、導電層３２１乃至導電層３２４を、配線という場合がある。また、本発明の一態様のＣＴ装置に貼り付けられている半導体装置に設けられる他の導電層についても、配線という場合がある。
【０１４２】
絶縁層３８１乃至絶縁層３８６の少なくとも一層に、水や水素等の不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁層をバリア膜として機能させることができるので、トランジスタ１０３及びトランジスタ１０７等に不純物が入り込むことを効果的に抑制することができる。よって、本発明の一態様のＣＴ装置の信頼性を高めることができる。
【０１４３】
トランジスタ１０３及びトランジスタ１０７等、層１０１に設けられるトランジスタとして、ＯＳトランジスタ等の薄膜トランジスタとすることが好ましい。これにより、フィールド酸化膜等の素子間分離層を設けなくても、層１０１に設けられたトランジスタ等の素子について素子間分離を行うことができる。よって、ＣＴ装置１０を簡易な方法で作製することができる。
【０１４４】
層１０２には絶縁層３３２と、発光デバイス３２と、光電変換デバイス３１と、絶縁層３３３と、が設けられる。また、層１０２には基板３５０と、絶縁層３５４と、フィルタ３５１と、が設けられる。基板３６０と基板３５０は封止層３５２を介して封止されている。また、基板３５０と、絶縁層３５４と、の間には接着層３５３が設けられており、接着層３５３により基板３５０が絶縁層３５４に貼り合わされている。
【０１４５】
導電層３２１乃至導電層３２４を覆うように絶縁層３３２が設けられ、絶縁層３３２上に発光デバイス３２及び光電変換デバイス３１が設けられる。
【０１４６】
発光デバイス３２は、絶縁層３３２側から、導電層３５、ＥＬ層３６、導電層３７が順に積層された構成とすることができる。つまり、発光デバイス３２は、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）デバイスとすることができる。また、光電変換デバイスは、絶縁層３３２側から、導電層３３、活性層３４、導電層３７が順に積層された構成とすることができる。
【０１４７】
ここで、導電層３５と導電層３３は同一の工程で形成することができる。具体的には、導電層３２１乃至導電層３２４、及び絶縁層３３２上に絶縁膜を成膜し、導電層３２１に達する開口部、及び導電層３２３に達する開口部を当該絶縁膜に設けることにより、絶縁層３３２を形成する。次に、絶縁層３３２上、及び上記開口部に導電膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法等によりパターニングを行う。その後、形成したパターンに従って、当該導電膜をエッチング法等により加工する。以上により、導電層３５及び導電層３３を形成することができる。
【０１４８】
導電層３５は、発光デバイス３２の画素電極としての機能を有することができる。導電層３３は、光電変換デバイス３１の画素電極としての機能を有することができる。また、導電層３７は、発光デバイス３２の共通電極と、光電変換デバイス３１の共通電極の両方を兼ねることができる。よって、図１５に示す構成の画素３０を有する半導体装置２０は、発光デバイスの画素電極及び共通電極と、光電変換デバイスの電極及び共通電極と、を異なる工程で形成する場合より、簡易な方法で作製することができる。したがって、ＣＴ装置１０を低価格なものとすることができる。
【０１４９】
なお、図１５に示す構成の画素３０では、発光デバイス３２の共通電極に供給する電位と、光電変換デバイス３１の共通電極に供給する電位と、が等しくなる。よって、画素３０が例えば図１０（Ｂ）に示す構成である場合に、図１５に示す構成を適用することができる。なお、図１０（Ｂ）に示す構成の画素３０に図１５に示す構成を適用する場合、配線１２２と配線１３０が電気的に接続される。また、画素３０が図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す構成である場合において、光電変換デバイス３１の一方の電極と電気的に接続される配線と、トランジスタ１０５のソース又はドレインの一方と、が配線１２２により電気的に接続されていなくてもよい。つまり、光電変換デバイス３１の一方の電極と電気的に接続される電源線と、トランジスタ１０５のソース又はドレインの一方と電気的に接続される電源線と、が異なっていてもよい。
【０１５０】
導電層３５は、絶縁層３３２に設けられた開口を介して、導電層３２３と電気的に接続されている。導電層３３は、絶縁層３３２に設けられた開口を介して、導電層３２１と電気的に接続されている。また、導電層３５の端、及び導電層３３の端を覆うように、絶縁層３３３が設けられている。
【０１５１】
フィルタ３５１は、光電変換デバイス３１及び発光デバイス３２と重なる領域を有するように設けられる。フィルタ３５１は、特定の波長の光を吸収する機能を有する。例えば、可視光（波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）を吸収する機能を有する。又は、例えば波長４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の光を吸収する機能を有する。又は、例えば波長４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の光を吸収する機能を有する。なお、フィルタ３５１は、波長４００ｎｍ未満の光、例えば紫外光、Ｘ線等を吸収する機能を有してもよい。
【０１５２】
発光デバイス３２と重なる領域を有するようにフィルタ３５１を設けることにより、赤外光等、特定の波長の光のみを、発光デバイス３２から画素３０の外部に射出することができる。また、光電変換デバイス３１と重なる領域を有するようにフィルタ３５１を設けることにより、上記特定の波長の光以外の波長の光が、光電変換デバイス３１に入射することを抑制することができる。これにより、発光デバイス３２から画素３０の外部に射出される光以外の光が、光電変換デバイス３１に入射することを抑制することができる。以上により、半導体装置２０による光の検出感度を高めることができる。よって、ＣＴ装置１０の信頼性を高めることができる。なお、フィルタ３５１は設けなくてもよい。
【０１５３】
封止層３５２は、光電変換デバイス３１及び発光デバイス３２と、フィルタ３５１及び絶縁層３５４と、の間に設けることができる。封止層３５２は、発光デバイス３２及び光電変換デバイス３１に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が入り込むことを抑制する機能を有する。
【０１５４】
以下では、画素３０の各構成要素が有する材料等について説明する。
【０１５５】
前述のように、基板３６０及び基板３５０として、可撓性基板を用いる。可撓性基板として、フィルムを用いた基板とすることが好ましく、特に樹脂フィルムを用いた基板とすることが好ましい。これにより、本発明の一態様の半導体装置の可撓性を高めることができ、また軽量化、薄型化が可能となる。
【０１５６】
可撓性基板として、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリアミド樹脂（ナイロン、アラミド等）、ポリシロキサン樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ＡＢＳ樹脂、セルロースナノファイバー等を用いることができる。又は、可撓性を有する程度の厚さのガラスを用いてもよい。
【０１５７】
接着層３６３及び接着層３５３には、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤等の各種硬化型接着剤を用いることができる。また、接着シート等を用いてもよい。
【０１５８】
絶縁層３８１乃至絶縁層３８６、絶縁層３３２、絶縁層３３３、絶縁層３５４、トランジスタのゲート絶縁層等、半導体装置２０が有する絶縁膜として、例えば酸化絶縁膜、窒化絶縁膜、酸化窒化絶縁膜、又は窒化酸化絶縁膜を用いることができる。当該絶縁膜は、単層又は積層で形成することができる。酸化絶縁膜としては、酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化ゲルマニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ランタン膜、酸化ネオジム膜、酸化ハフニウム膜、及び酸化タンタル膜等が挙げられる。窒化絶縁膜としては、窒化シリコン膜、及び窒化アルミニウム等が挙げられる。酸化窒化絶縁膜としては、酸化窒化シリコン膜等が挙げられる。窒化酸化絶縁膜としては、窒化酸化シリコン膜等が挙げられる。
【０１５９】
本明細書等において「酸化窒化シリコン」とは、その組成として、酸素の含有量が窒素の含有量よりも多いものをいう。また、本明細書等において、「窒化酸化シリコン」とは、その組成として、窒素の含有量が酸素の含有量よりも多いものをいう。
【０１６０】
導電層３２１乃至導電層３２４、導電層３３、導電層３５、トランジスタのソース電極、ドレイン電極、ソース電極等、半導体装置２０が有する導電膜として、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一種以上を用いて形成することができる。
【０１６１】
導電層３７として、透光性を有する導電層を用いることができる。例えば、発光デバイス３２が赤外光を発する機能を有する場合、導電層３７として赤外光を透過する透光性導電層を用いることができる。例えば、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物等を用いることができる。又は、カドミウム錫酸化物（ＣＴＯ：Ｃａｄｍｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等を用いることができる。
【０１６２】
ＥＬ層３６は、発光材料を有する。つまり、ＥＬ層３６は、発光層であるということができる。発光デバイス３２は、当該発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬデバイス、後者は無機ＥＬデバイスと呼ばれている。
【０１６３】
有機ＥＬデバイスは、電圧を印加することにより、一方の電極から電子、他方の電極から正孔がそれぞれＥＬ層に注入される。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０１６４】
ＥＬ層は、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法などの方法で形成することができる。
【０１６５】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。
【０１６６】
発光デバイス３２は、ＥＬ層３６を構成する材料に応じて様々な波長の光を発することができる。本発明の一態様では、ＥＬ層３６を構成する材料に近赤外光にピークを有する光を発する材料を用いる。例えば、７２０ｎｍ、７６０ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍおよびこれらの波長近傍の光を発する材料を用途に応じて用いればよい。
【０１６７】
なお、本発明の一態様においては、ＥＬ層３６の発光材料（ゲスト材料、またはドーパント材料ともいう）として、近赤外光を呈する有機金属イリジウム錯体を有すると好ましい。当該有機金属イリジウム錯体としては、ジメチルフェニル骨格とキノキサリン骨格とを有すると好適である。また、上記有機金属イリジウム錯体としては、代表的には、ビス｛４，６−ジメチル−２−［３−（３，５−ジメチルフェニル）−２−キノキサリニル−κＮ］フェニル−κＣ｝（２，２’，６，６’−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト−κ２Ｏ，Ｏ’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｄｍｄｐｑ）２（ｄｐｍ））などを用いることができる。上記有機金属イリジウム錯体を用いることで、量子効率または発光効率の高い撮像素子を提供することができる。
【０１６８】
また、上記有機金属イリジウム錯体を分散状態にするために用いる物質（すなわちホスト材料）としては、例えば、２，３−ビス（４−ジフェニルアミノフェニル）キノキサリン（略称：ＴＰＡＱｎ）、ＮＰＢのようなアリールアミン骨格を有する化合物の他、ＣＢＰ、４，４’，４’’−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）等のカルバゾール誘導体や、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ピリジナト］亜鉛（略称：Ｚｎｐｐ２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンズオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）等の金属錯体が好ましい。また、ＰＶＫのような高分子化合物を用いることもできる。
【０１６９】
なお、上記有機金属イリジウム錯体を分散状態にするために用いる材料（ホスト材料）としては、Ｎ−（１，１’−ビフェニル−４−イル）−Ｎ−［４−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）フェニル］−９，９−ジメチル−９Ｈ−フルオレン−２−アミン（略称：ＰＣＢＢｉＦ）を用いると好適である。
【０１７０】
活性層３４は、ｐ型半導体とｎ型半導体とを積層し、ｐｎ接合を実現した積層構造、又は、ｐ型半導体、ｉ型半導体、及びｎ型半導体を積層し、ｐｉｎ接合を実現した積層構造等とすることができる。
【０１７１】
活性層３４に用いる半導体として、シリコン等の無機半導体、又は有機化合物を含む有機半導体を用いることができる。特に、活性層３４が有機半導体材料を有し、ＥＬ層３６が発光材料として有機化合物を有する構成とすると、発光デバイス３２のＥＬ層３６と、活性層３４とをそれぞれ同じ製造装置で形成することができるため好ましい。
【０１７２】
活性層３４として有機半導体材料を用いる場合、ｎ型半導体の材料としては、フラーレン（例えばＣ６０、Ｃ７０等）又はその誘導体等の電子受容性の有機半導体材料を用いることができる。また、ｐ型半導体の材料としては、銅（ＩＩ）フタロシアニン（Ｃｏｐｐｅｒ（ＩＩ）  ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ；ＣｕＰｃ）やテトラフェニルジベンゾペリフランテン（Ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｄｉｂｅｎｚｏｐｅｒｉｆｌａｎｔｈｅｎｅ；ＤＢＰ）等の電子供与性の有機半導体材料を用いることができる。活性層３４は、電子受容性の半導体材料と電子供与性の半導体材料の積層構造（ｐ−ｎ積層構造）としてもよいし、これらの間に電子受容性の半導体材料と電子供与性の半導体材料を共蒸着したバルクへテロ構造層を設けた積層構造（ｐ−ｉ−ｎ積層構造）としてもよい。また光を照射していない時の、暗電流を抑制する目的で、上記のｐ−ｎ積層構造又はｐ−ｉ−ｎ積層構造の周辺（上側又は下側）に、ホールブロック層として機能する層や、電子ブロック層として機能する層を設けてもよい。
【０１７３】
発光デバイス３２が発光層としてＥＬ層３６を有し、光電変換デバイス３１に設けられた活性層３４が有機半導体材料を有する構成とする場合、半導体装置２０を薄型化することができる。これにより、半導体装置２０の可撓性を高めることができる。
【０１７４】
封止層３５２として、窒素やアルゴン等の不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂、又は熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）又はＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）等を用いることができる。また、封止層３５２に乾燥剤が含まれていてもよい。
【０１７５】
また、封止層３５２の一部として、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）等の保護層を設けてもよい。なお、接着層３６３及び接着層３５３も、封止層３５２が有することができる材料と同様の材料を有する構成とすることができる。
【０１７６】
＜ＯＳトランジスタの断面構成例＞
図１６（Ａ）は、トランジスタ１０３等に適用することができるＯＳトランジスタの詳細な構成例である。図１６（Ａ）に示すＯＳトランジスタは、金属酸化物層及び導電層の積層上に絶縁層を設け、当該金属酸化物層に達する溝を当該絶縁層及び導電層に設けることでソース電極３０５及びドレイン電極３０６を形成する、セルフアライン型の構成である。
【０１７７】
ＯＳトランジスタは、金属酸化物層３０７に形成されるチャネル形成領域３１０、ソース領域３０３、及びドレイン領域３０４の他、ゲート電極３０１、ゲート絶縁層３０２、及びバックゲート電極３３５を有する構成とすることができる。ここで、上記溝には少なくともゲート絶縁層３０２及びゲート電極３０１が設けられる。当該溝には、さらに金属酸化物層３０８が設けられていてもよい。また、絶縁層３８５は、バックゲート電極３３５のゲート絶縁層としての機能を有する。
【０１７８】
なお、金属酸化物層３０７には、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウム及び亜鉛を含むことが好ましい。また、インジウムと、亜鉛と、他の種類の金属と、を含む、つまりＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であることがさらに好ましい。Ｍとして、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウム等から選ばれた一種、又は複数種とすることができる。
【０１７９】
金属酸化物層３０７がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットは、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比以上であることが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝６：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：２：５等が挙げられる。
【０１８０】
また、スパッタリングターゲットとしては、多結晶の酸化物を含むターゲットを用いると、結晶性を有する金属酸化物層３０７を形成しやすくなるため好ましい。なお、成膜される金属酸化物層３０７の原子数比は、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。例えば、金属酸化物層３０７に用いるスパッタリングターゲットの組成がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］の場合、成膜される金属酸化物層３０７の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］の近傍となる場合がある。
【０１８１】
なお、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍と記載する場合、Ｉｎの原子数比を４としたとき、Ｇａの原子数比が１以上３以下であり、Ｚｎの原子数比が２以上４以下である場合を含む。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６またはその近傍であると記載する場合、Ｉｎの原子数比を５としたときに、Ｇａの原子数比が０．１より大きく２以下であり、Ｚｎの原子数比が５以上７以下である場合を含む。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１またはその近傍であると記載する場合、Ｉｎの原子数比を１としたときに、Ｇａの原子数比が０．１より大きく２以下であり、Ｚｎの原子数比が０．１より大きく２以下である場合を含む。
【０１８２】
また、金属酸化物層３０７は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上である。このように、シリコンよりもエネルギーギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減できる。
【０１８３】
また、金属酸化物層３０７には、キャリア濃度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。金属酸化物のキャリア濃度を低くする場合においては、金属酸化物中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性という。なお、金属酸化物中の不純物としては、例えば、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
【０１８４】
特に、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、金属酸化物中に酸素欠損を形成する場合がある。金属酸化物中のチャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となる場合がある。さらに、酸素欠損に水素が入った欠陥はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成する場合がある。従って、水素が多く含まれている金属酸化物を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。
【０１８５】
酸素欠損に水素が入った欠陥は、金属酸化物のドナーとして機能しうる。しかしながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、金属酸化物においては、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等では、金属酸化物のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。
【０１８６】
よって、金属酸化物中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。水素などの不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
【０１８７】
また、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましく、１×１０１７ｃｍ−３未満であることがより好ましく、１×１０１６ｃｍ−３未満であることがさらに好ましく、１×１０１３ｃｍ−３未満であることがさらに好ましく、１×１０１２ｃｍ−３未満であることがさらに好ましい。なお、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度の下限値については、特に限定は無いが、例えば、１×１０−９ｃｍ−３とすることができる。
【０１８８】
ＯＳトランジスタは、図１６（Ｂ）に示すように、ゲート電極３０１をマスクとして金属酸化物層にソース領域３０３及びドレイン領域３０４を形成するセルフアライン型の構成としてもよい。
【０１８９】
又は、図１６（Ｃ）に示すように、ソース電極３０５又はドレイン電極３０６と、ゲート電極３０１と、が重なる領域を有するノンセルフアライン型のトップゲート型トランジスタであってもよい。
【０１９０】
バックゲート電極３３５は、図１６（Ｄ）に示すトランジスタのチャネル幅方向の断面図のように、対向して設けられるトランジスタのフロントゲートであるゲート電極３０１と電気的に接続してもよい。なお、図１６（Ｄ）は図１６（Ａ）のトランジスタを例として示しているが、その他の構造のトランジスタも同様である。また、バックゲート電極３３５にフロントゲートとは異なる固定電位を供給することができる構成であってもよい。
【０１９１】
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【０１９２】
（実施の形態２）
＜ＣＡＣ−ＯＳの構成＞
本実施の形態は、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳの構成について説明する。
【０１９３】
ＣＡＣ−ＯＳとは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、又はその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、又はその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、又はパッチ状ともいう。
【０１９４】
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳ（ＣＡＣ−ＯＳの中でもＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を、特にＣＡＣ−ＩＧＺＯと呼称してもよい。）とは、インジウム酸化物（以下、ＩｎＯＸ１（Ｘ１は０よりも大きい実数）とする。）、又はインジウム亜鉛酸化物（以下、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２（Ｘ２、Ｙ２、及びＺ２は０よりも大きい実数）とする。）等と、ガリウム酸化物（以下、ＧａＯＸ３（Ｘ３は０よりも大きい実数）とする。）、又はガリウム亜鉛酸化物（以下、ＧａＸ４ＺｎＹ４ＯＺ４（Ｘ４、Ｙ４、及びＺ４は０よりも大きい実数）とする。）等と、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のＩｎＯＸ１、又はＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２が、膜中に均一に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。
【０１９５】
つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。なお、本明細書において、例えば、第１の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、第２の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比よりも大きいことを、第１の領域は、第２の領域と比較して、Ｉｎの濃度が高いとする。
【０１９６】
なお、ＩＧＺＯは通称であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯによる１つの化合物をいう場合がある。代表例として、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ１（ｍ１は自然数）、又はＩｎ（１＋ｘ０）Ｇａ（１−ｘ０）Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ０（−１≦ｘ０≦１、ｍ０は任意数）で表される結晶性の化合物が挙げられる。
【０１９７】
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、又はＣＡＡＣ（Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有する。なお、ＣＡＡＣ構造とは、複数のＩＧＺＯのナノ結晶がｃ軸配向を有し、かつａ−ｂ面においては配向せずに連結した結晶構造である。
【０１９８】
一方、ＣＡＣ−ＯＳは、金属酸化物の材料構成に関する。ＣＡＣ−ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。従って、ＣＡＣ−ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
【０１９９】
なお、ＣＡＣ−ＯＳは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Ｉｎを主成分とする膜と、Ｇａを主成分とする膜との２層からなる構造は、含まない。
【０２００】
なお、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
【０２０１】
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウム等から選ばれた一種、又は複数種が含まれている場合、ＣＡＣ−ＯＳは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。
【０２０２】
ＣＡＣ−ＯＳは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、ＣＡＣ−ＯＳをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つ又は複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。
【０２０３】
ＣＡＣ−ＯＳは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定法のひとつであるＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、Ｘ線回折から、測定領域のａ−ｂ面方向、及びｃ軸方向の配向は見られないことが分かる。
【０２０４】
またＣＡＣ−ＯＳは、プローブ径が１ｎｍの電子線（ナノビーム電子線ともいう。）を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域と、該リング領域に複数の輝点が観測される。従って、電子線回折パターンから、ＣＡＣ−ＯＳの結晶構造が、平面方向、及び断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することがわかる。
【０２０５】
また例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
【０２０６】
ＣＡＣ−ＯＳは、金属元素が均一に分布したＩＧＺＯ化合物とは異なる構造であり、ＩＧＺＯ化合物と異なる性質を有する。つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３等が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。
【０２０７】
ここで、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域は、ＧａＯＸ３等が主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、金属酸化物としての導電性が発現する。従って、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域が、金属酸化物中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度（μ）が実現できる。
【０２０８】
一方、ＧａＯＸ３等が主成分である領域は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、ＧａＯＸ３等が主成分である領域が、金属酸化物中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。
【０２０９】
従って、ＣＡＣ−ＯＳを半導体素子に用いた場合、ＧａＯＸ３等に起因する絶縁性と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流（Ｉｏｎ）、及び高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。
【０２１０】
また、ＣＡＣ−ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。従って、ＣＡＣ−ＯＳは、ディスプレイをはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
【０２１１】
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【０２１２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を用いることができる市場イメージについて説明する。
【０２１３】
＜市場イメージ＞
まず、本発明の一態様の半導体装置を用いることができる市場イメージを図１７に示す。図１７において、領域７０１は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタを適用したディスプレイ（Ｄｉｓｐｌａｙ）に応用可能な製品領域（ＯＳ  Ｄｉｓｐｌａｙ）を表し、領域７０２は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタを適用したＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）をアナログ（ａｎａｌｏｇ）に応用可能な製品領域（ＯＳ  ＬＳＩ  ａｎａｌｏｇ）を表し、領域７０３は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタを適用したＬＳＩをデジタル（ｄｉｇｉｔａｌ）に応用可能な製品領域（ＯＳ  ＬＳＩ  ｄｉｇｉｔａｌ）を表す。本発明の一態様の半導体装置は、図１７に示す領域７０１、領域７０２、及び領域７０３の３つの領域、別言すると３つの大きな市場に好適に用いることができる。
【０２１４】
また、図１７において、領域７０４は、領域７０１と、領域７０２とが重なった領域を表し、領域７０５は、領域７０２と、領域７０３とが重なった領域を表し、領域７０６は、領域７０１と、領域７０３とが重なった領域を表し、領域７０７は、領域７０１と、領域７０２と、領域７０３とが、それぞれ重なった領域を表す。
【０２１５】
ＯＳ  Ｄｉｓｐｌａｙでは、例えば、Ｂｏｔｔｏｍ  Ｇａｔｅ型のＯＳ  ＦＥＴ（ＢＧ  ＯＳＦＥＴ）、Ｔｏｐ  Ｇａｔｅ型のＯＳ  ＦＥＴ（ＴＧ  ＯＳ  ＦＥＴ）などのＦＥＴ構造を好適に用いることができる。なお、Ｂｏｔｔｏｍ  Ｇａｔｅ型のＯＳ  ＦＥＴには、チャネルエッチ型のＦＥＴ、及びチャネル保護型のＦＥＴも含まれる。また、Ｔｏｐ  Ｇａｔｅ型のＯＳ  ＦＥＴには、ＴＧＳＡ（Ｔｏｐ  Ｇａｔｅ  Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ）型のＦＥＴも含まれる。
【０２１６】
また、ＯＳ  ＬＳＩ  ａｎａｌｏｇ及びＯＳ  ＬＳＩ  ｄｉｇｉｔａｌでは、例えば、Ｇａｔｅ  Ｌａｓｔ型のＯＳ  ＦＥＴ（ＧＬ  ＯＳ  ＦＥＴ）を好適に用いることができる。
【０２１７】
なお、上述のトランジスタは、それぞれ、ゲート電極が１つのＳｉｎｇｌｅ  Ｇａｔｅ構造のトランジスタ、ゲート電極が２つのＤｕａｌ  Ｇａｔｅ構造のトランジスタ、またはゲート電極が３つ以上のトランジスタを含む。また、Ｄｕａｌ  Ｇａｔｅ構造のトランジスタの中でも特に、Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ（ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ）構造のトランジスタを用いると好適である。
【０２１８】
なお、本明細書等において、Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造のトランジスタとは、一対のゲート電極の一方および他方の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を表す。
【０２１９】
また、ＯＳ  Ｄｉｓｐｌａｙ（領域７０１）に含まれる製品としては、ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ）、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、及びＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を表示デバイスに有する製品が挙げられる。または、上記表示デバイスと、Ｑ−Ｄｏｔ（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｄｏｔ）とを組み合わせることも好適である。
【０２２０】
なお、本実施の形態において、ＥＬとは、有機ＥＬ、及び無機ＥＬを含む。また、本実施の形態において、ＬＥＤとは、マイクロＬＥＤ、ミニＬＥＤ、及びマクロＬＥＤを含む。なお、本明細書等において、チップの面積が１００００μｍ２以下の発光ダイオードをマイクロＬＥＤ、チップの面積が１００００μｍ２より大きく１ｍｍ２以下の発光ダイオードをミニＬＥＤ、チップの面積が１ｍｍ２より大きい発光ダイオードをマクロＬＥＤと記す場合がある。
【０２２１】
また、ＯＳ  ＬＳＩ  ａｎａｌｏｇ（領域７０２）に含まれる製品としては、様々な周波数の音域（例えば、周波数が２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの可聴音、または２０ｋＨｚ以上の超音波など）に対応する音源定位デバイス、あるいはバッテリー制御用デバイス（バッテリー制御用ＩＣ、バッテリー保護用ＩＣ、またはバッテリマネジメントシステム）などが挙げられる。
【０２２２】
また、ＯＳ  ＬＳＩ  ｄｉｇｉｔａｌ（領域７０３）に含まれる製品としては、メモリーデバイス、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）デバイス、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）デバイス、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）デバイス、パワーデバイス、ＯＳ  ＬＳＩと、Ｓｉ  ＬＳＩとを積層または混在させたハイブリッドデバイス、発光デバイスなどが挙げられる。
【０２２３】
また、領域７０４に含まれる製品としては、表示領域に赤外線センサ、または近赤外線センサを有する表示デバイス、あるいはＯＳ  ＦＥＴを有するセンサ付き信号処理デバイス、または埋め込み型バイオセンサデバイスなどが挙げられる。また、領域７０５に含まれる製品としては、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路などを有する処理回路、あるいは、当該処理回路を有するＡＩ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）デバイスなどが挙げられる。また、領域７０６に含まれる製品としては、Ｐｉｘｅｌ  ＡＩ技術が適用された表示デバイスなどが挙げられる。なお、本明細書等において、Ｐｉｘｅｌ  ＡＩ技術とは、ディスプレイの画素回路に搭載されたＯＳ  ＦＥＴなどにより構成されるメモリを活用する技術をいう。
【０２２４】
また、領域７０７に含まれる製品としては、上記領域７０１乃至領域７０６に含まれる、あらゆる製品を組み合わせた複合的な製品が挙げられる。
【０２２５】
以上のように、本発明の一態様の半導体装置は、図１７に示すように、あらゆる製品領域に適用することが可能である。すなわち、本発明の一態様の半導体装置は、多くの市場に適用することが可能である。
【０２２６】
なお、本実施の形態に示す構成は、本明細書等に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０２２７】
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０２２８】
１０    ＣＴ装置
１１    ガントリ
１２    クレードル
２０    半導体装置
２１    空洞部
２２    被検体
３０    画素
３１    光電変換デバイス
３２    発光デバイス
３３    導電層
３４    活性層
３５    導電層
３６    ＥＬ層
３７    導電層
３８    光
４０    画素アレイ
４１    ゲートドライバ回路
４２    ソースドライバ回路
４２ａ    ソースドライバ回路
４２ｂ    ソースドライバ回路
４３    領域
５１    層
５２    層
１００    撮像回路
１０１    層
１０２    層
１０３    トランジスタ
１０４    トランジスタ
１０５    トランジスタ
１０６    トランジスタ
１０７    トランジスタ
１０８    容量素子
１１０    発光回路
１２１    配線
１２２    配線
１２３    配線
１２６    配線
１２７    配線
１２８    配線
１２９    配線
１３０    配線
１３１    配線
１３２    配線
２０１    回路
２１１    トランジスタ
２１３    トランジスタ
２１５    容量素子
２１７    容量素子
２２１    トランジスタ
２２５    トランジスタ
２３１ａ    配線
２３１ｂ    配線
２３２ａ    配線
２３２ｂ    配線
２３５    配線
２３７    配線
２３９    配線
２４１    配線
３０１    ゲート電極
３０２    ゲート絶縁層
３０３    ソース領域
３０４    ドレイン領域
３０５    ソース電極
３０６    ドレイン電極
３０７    金属酸化物層
３０８    金属酸化物層
３１０    チャネル形成領域
３２１    導電層
３２２    導電層
３２３    導電層
３２４    導電層
３３２    絶縁層
３３３    絶縁層
３３５    バックゲート電極
３５０    基板
３５１    フィルタ
３５２    封止層
３５３    接着層
３５４    絶縁層
３６０    基板
３６３    接着層
３８１    絶縁層
３８２    絶縁層
３８３    絶縁層
３８４    絶縁層
３８５    絶縁層
３８６    絶縁層
７０１    領域
７０２    領域
７０３    領域
７０４    領域
７０５    領域
７０６    領域
７０７    領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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