(57)【要約】【課題】スイッチに流れるリーク電流を低減し、消費電力を小さく抑えることができる遠隔操作システムを提供する。【解決手段】携帯情報端末と、サーバーと、電気機器を有し、携帯情報端末からサーバーに送信された情報により、電気機器が有するスイッチのオン状態またはオフ状態を制御する遠隔操作システム。スイッチは、チャネル形成領域にバンドギャップが単結晶シリコンよりも広い半導体を含むトランジスタを用いる。【選択図】図１
2020004974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信回路と、電力供給回路と、を有し、
前記通信回路は、前記電力供給回路に接続され、
前記電力供給回路は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、電圧調整回路と、電源スイッチ制御回路と、を有し、
前記第１のトランジスタのゲートは、前記電源スイッチ制御回路に接続され、
前記第２のトランジスタのゲートは、前記電源スイッチ制御回路に接続され、
前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記電圧調整回路に接続され、
前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記電圧調整回路に接続される電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器の遠隔操作に関する。また、電気機器の低消費電力化に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やスマートホン等に代表される携帯情報端末を用いて、電気機器を遠隔操
作する要望が増している。また、電気機器は、商用電源やバッテリーに接続されたスイッ
チ素子を制御することにより、電気機器への電力供給を制御するよう構成されることが多
い（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０６９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
遠隔操作による電気機器の動作制御の一例として、電気機器が有する負荷へ電力を供給す
るスイッチ素子のオン・オフ動作制御が挙げられる。電力供給源から電気機器が有する負
荷への電力供給を制御するスイッチ素子（以下、単に「スイッチ」ともいう。）としては
、大電力が必要な負荷へ電力供給を行う場合、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕ
ｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いることが一般的
である。また、電子回路等の負荷への電力の供給の場合、薄膜トランジスタを用いること
が一般的である。パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ及び薄膜トランジスタは、いずれもシリ
コンを含む材料で構成される。
【０００５】
電力供給を制御するスイッチ素子に、シリコンを含む材料で構成されるスイッチ素子を用
いると、電力不使用時の待機電力が多くなりやすいという問題がある。待機電力は、主に
電力不使用時にスイッチ素子を流れるリーク電流によるものであり、待機電力の増加は消
費電力の増加に繋がる。従って、消費電力を低減するためには、スイッチ素子に流れるリ
ーク電流を低減する必要がある。
【０００６】
このように従来のスイッチ素子では、待機時においてもスイッチ素子にリーク電流が流れ
てしまうので、待機時の消費電力の低減が困難であった。
【０００７】
上述したような技術的背景のもと、本発明は、スイッチ素子に流れるリーク電流を低減し
、消費電力を小さく抑えることができる遠隔操作システムの提供を、課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、携帯情報端末と、サーバーと、電気機器を有し、サーバーは、携帯情
報端末から送信された情報に基づいて、電気機器が有するスイッチのオン状態またはオフ
状態を制御する情報を送信する遠隔操作システムであって、電気機器が有するスイッチは
、チャネルが形成される半導体層にバンドギャップが単結晶シリコンよりも広い半導体を
含むトランジスタを用いることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様は、携帯情報端末と、携帯情報端末と情報の送受信を行うサーバーと、電
気機器と、を有し、電気機器は、通信回路と、電力供給回路と、負荷と、を有し、電気機
器は、通信回路によりサーバーと情報の送受信を行い、電力供給回路は、サーバーから送
信された情報によりオン状態とオフ状態が制御されるスイッチを有し、電力供給回路は、
スイッチを介して負荷に電力を供給し、スイッチは、チャネルが形成される半導体層にバ
ンドギャップが単結晶シリコンより広い半導体を含むトランジスタであることを特徴とす
る。
【００１０】
携帯情報端末と、サーバーは、例えば、電話回線またはインターネット回線により接続し
、情報の送受信を行うことができる。また、サーバーと電気機器は、通信回路を有し、例
えば、ＬＡＮケーブルなどを用いた有線通信や、無線ＬＡＮなどを用いた無線通信により
接続し、情報の送受信を行ことができる。また、可視光や赤外光などを用いた光通信によ
り情報の送受信を行ってもよい。
【００１１】
また、サーバーに記憶された情報により、スイッチのオン状態またはオフ状態を決定する
こともできる。また、電気機器の動作状況を、サーバーを介して携帯情報端末に送信する
こともできる。
【００１２】
また、サーバーを介さず、携帯情報端末と電気機器が直接通信してもよい。
【００１３】
また、上記のバンドギャップが単結晶シリコンより広い半導体としては、酸化物半導体を
用いることが好ましい。チャネルが形成される半導体層（活性層）に酸化物半導体を用い
たトランジスタは、耐電圧性が高く、ソースとドレイン間の電圧を１００Ｖ以上、好まし
くは２００Ｖ以上、より好ましくは５００Ｖ以上としても絶縁破壊に至らない耐電圧性の
高いトランジスタを実現することが可能となる。また、活性層に酸化物半導体を用いたト
ランジスタは、オン状態の時のソースとドレインの間の抵抗が小さい。よって、電力供給
用のスイッチとして、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジス
タを用いると、スイッチングに起因する電力損失を小さく抑えることができる。また、チ
ャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ状態の時にソ
ースとドレインの間に流れる電流（以下、「オフ電流」ともいう。）が著しく小さい。よ
って、電気機器の非動作時の消費電力を低減することが可能となる。
【００１４】
なお、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタは、電力供給
用のスイッチに限らず、他のスイッチとして用いることも可能である。
【００１５】
また、酸化物半導体を形成した後、真空雰囲気下、窒素雰囲気下、酸素雰囲気下、または
窒素と酸素の混合雰囲気下で９００℃以上１５００℃以下の加熱処理を行うことで、酸化
物半導体の単結晶とほぼ同じレベルの密度と、酸化物半導体の単結晶とほぼ同じレベルの
結晶性を得ることができる。
【００１６】
また、本明細書に示す電気機器は、コンピュータ、検知器、テレビジョン等の電子機器や
、コンピュータシステムを構成する機器（ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤ、プリンタ、モニター
など）や自動車に組み込まれる電気制御機器であってもよい。或いは、ＣＰＵや半導体メ
モリのようなＬＳＩの内部構成であってもよい。なおここで、コンピュータとは、タブレ
ット型のコンピュータや、ノート型のコンピュータや、デスクトップ型のコンピュータの
他、サーバシステムのような大型のコンピュータを含むものである。なお、本明細書に示
す電気機器の概念は、電力供給システムが必要な、社会インフラストラクチャーにも適用
可能である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様により、スイッチ素子に流れるリーク電流を低減し、消費電力を小さく抑
えることができる遠隔操作システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一態様に係る遠隔操作システムの構成例を示す図である。
【図２】電気機器の構成例を示す図である。
【図３】電気機器の構成例を示す図である。
【図４】本発明の一態様を説明するための等価回路図である。
【図５】本発明の一態様を説明するための等価回路図である。
【図６】本発明の一態様に係る遠隔操作システムの構成例を示す図である。
【図７】本発明の一態様に係る遠隔操作システムの構成例を示す図である。
【図８】電気機器の構成例を示す図である。
【図９】スイッチに適用可能なトランジスタの構成例を示す図である。
【図１０】スイッチに適用可能なトランジスタの構成例を示す図である。
【図１１】本発明の一態様を説明するための斜視図である。
【図１２】半導体装置の構成例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。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。
【００２０】
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
全般を指し、例えば、電気光学装置、表示装置、発光装置、半導体回路及び電気機器は半
導体装置を有している場合が多い。
【００２１】
また、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの序数は、構成要素の混同
を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。
【００２２】
また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解しやすくするため
、実際の位置、大きさ、範囲など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、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【００２３】
また、トランジスタの「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを
採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることが
ある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて
用いることができるものとする。
【００２４】
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限
定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、
その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配
線」が一体となって形成されている場合なども含む。
【００２５】
また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す
。
【００２６】
なお、ＸとＹとが接続されている、と明示的に記載する場合は、ＸとＹとが電気的に接続
されている場合と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合と、ＸとＹとが直接接続され
ている場合とを含むものとする。ここで、Ｘ、Ｙは、対象物（例えば、装置、素子、回路
、配線、電極、端子、導電層、絶縁層、など）であるとする。したがって、所定の接続関
係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接
続関係以外のものも含むものとする。
【００２７】
なお、図面中の回路記号において、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用い
るトランジスタと明確に判明できるように、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導
体を用いるトランジスタの回路記号には「ＯＳ」と記載している。
【００２８】
（実施の形態１）
本発明の一態様を、図１を用いて説明する。図１（Ａ）に示す家屋１００は、サーバー１
２０、電気機器２００を有する。電気機器２００は有線通信回路２１２を有し、サーバー
１２０と有線ＬＡＮ１２５を介して接続される。サーバー１２０は、通信回路１２１とコ
ントローラー１２２を有する。通信回路１２１は、電話回線やインターネット回線などの
電気通信回線を介して、携帯情報端末１３０と情報を送受信する。情報の送受信は、情報
を暗号化して行うことが好ましい。サーバー１２０は、コントローラー１２２によって電
気機器２００の動作を制御し、電気機器２００の動作状況を把握することができる。携帯
情報端末１３０は、電気通信回線を介してサーバー１２０を遠隔操作することができる。
よって、携帯情報端末１３０は、サーバー１２０を介して、電気機器２００を遠隔操作す
ることができる。
【００２９】
次に、遠隔操作による電気機器２００の動作制御の一例として、遠隔操作による電気機器
２００への電源供給制御について、図２を用いて説明する。電気機器２０１は、少なくと
も有線通信回路２１２、電力供給回路１４０を有する。また、電気機器２０１を構成する
他の回路を負荷２１１として示す。図２では、負荷２１１の一例としてＣＰＵ２３１を例
示している。また、電力供給回路１４０は、パワースイッチ１５１、パワースイッチ１５
２、電圧調整回路１４１、及び電源スイッチ制御回路１４２を有する。
【００３０】
図２（Ａ）において、配線１６１に供給された第１電位がパワースイッチ１５１を介して
電圧調整回路１４１に供給され、配線１６２に供給された第２電位がパワースイッチ１５
２を介して電圧調整回路１４１に供給される。パワースイッチ１５１は電圧調整回路１４
１に第１電位の入力を制御する機能を有し、パワースイッチ１５２は電圧調整回路１４１
に第２電位の入力を制御する機能を有する。電源スイッチ制御回路１４２は、有線通信回
路２１２を介してサーバー１２０に接続され、サーバー１２０の制御信号に基づきパワー
スイッチ１５１及びパワースイッチ１５２のオン状態オフ状態を制御する。
【００３１】
また、有線通信回路２１２は電源スイッチ制御回路１４２内に設けてもよいし、図２に示
す電気機器２０１とは別の電気機器２０１として、別途設けてもよい。
【００３２】
また、パワースイッチ１５１は、配線１６１と電圧調整回路１４１の間、もしくは、電圧
調整回路１４１と負荷２１１の間の一方または両方に設けることができる。また、パワー
スイッチ１５２は、配線１６２と電圧調整回路１４１の間、もしくは、電圧調整回路１４
１と負荷２１１の間の一方または両方に設けることができる。
【００３３】
また、パワースイッチ１５１又はパワースイッチ１５２の一方を省略してもよい。また、
第１電位又は第２電位の一方を接地電位としてもよい。
【００３４】
本発明の一態様では、パワースイッチ１５１及びパワースイッチ１５２として、耐電圧性
が高いトランジスタを用いる。具体的には、上記トランジスタは、バンドギャップが単結
晶シリコンより広い半導体を活性層に用いる。例えば、バンドギャップが、１．１ｅＶよ
り大きく、好ましくは２．５ｅＶ以上４ｅＶ以下、より好ましくは３ｅＶ以上３．８ｅＶ
以下の半導体を活性層に用いればよい。バンドギャップが単結晶シリコンより広い半導体
の一例として、酸化物半導体、窒化ガリウム、炭化珪素などを挙げることができる。この
ような材料を活性層に用いることで、ソースとドレイン間の電圧を１００Ｖ以上、好まし
くは２００Ｖ以上、より好ましくは５００Ｖ以上としても絶縁破壊に至らない耐電圧性の
高いトランジスタを実現することが可能となる。
【００３５】
特に、酸化物半導体を活性層に用いた電界効果トランジスタは、酸化物半導体は耐電圧性
が高いだけでなく、オン（導通状態）の時の抵抗（オン抵抗）が小さい。よって、トラン
ジスタのオン抵抗に起因する電力損失を小さく抑えることができる。
【００３６】
また、炭化珪素や窒化ガリウムなどを用いる場合、耐電圧性の高さとオン抵抗の低さを兼
ね備えた電界効果トランジスタを作製することが難しい。よって、例えば炭化珪素を用い
て４ｋＶ以上の耐電圧性を有するスイッチを形成する場合は、バイポーラトランジスタが
用いられる。しかし、バイポーラトランジスタは電界効果トランジスタよりも、オンとオ
フ（非導通状態）の切り換えであるスイッチングが遅いため、オンからオフ、或いはオフ
からオンへの過渡状態にある期間が長く、スイッチングに起因する電力損失を小さく抑え
ることが難しい。しかし、酸化物半導体を用いる場合、耐電圧性の高さとオン抵抗の低さ
を兼ね備えた電界効果トランジスタを比較的容易に作製することができる。よって、酸化
物半導体を活性層に用いた電界効果トランジスタを、パワースイッチ１５１及びパワース
イッチ１５２に用いることで、パワースイッチ１５１及びパワースイッチ１５２のスイッ
チングを高速にすることができ、それにより、スイッチングに起因する電力損失を小さく
抑えることができる。
【００３７】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示したパワースイッチ１５１及びパワースイッチ１５２を、
酸化物半導体を活性層に用いる耐電圧性の高いトランジスタ１５１Ｔ及びトランジスタ１
５２Ｔで形成した構成例を示している。また、トランジスタ１５１Ｔ及びトランジスタ１
５２Ｔのゲートは、電源スイッチ制御回路１４２に接続される。
【００３８】
なお、単結晶シリコンのバンドギャップは１．１ｅＶ程度であり、ドナーやアクセプタに
よるキャリアが全く存在しない状態（真性半導体）であっても、熱励起キャリアの濃度は
１×１０１１ｃｍ−３程度である。それに対して、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物半
導体のバンドギャップは、３．２ｅＶ程度であり、熱励起キャリア濃度は１×１０−７ｃ
ｍ−３程度となる。トランジスタのオフ抵抗（トランジスタがオフ状態の時における、ソ
ースとドレイン間の抵抗をいう。）は、チャネル形成領域における熱励起キャリアの濃度
に反比例するので、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物半導体のオフ時の抵抗率は、単結晶シリコ
ンと比較して１８桁も大きいことになる。
【００３９】
このようなバンドギャップが広い半導体をトランジスタに用いることにより、例えば、室
温（２５℃）でのオフ電流（ここでは、単位チャネル幅（１μｍ）あたりの値）は１００
ｚＡ（１ｚＡ（ゼプトアンペア）は１×１０−２１Ａ）以下、より好ましくは１０ｚＡ以
下となる。
【００４０】
よって、活性層に酸化物半導体を適用したトランジスタ１５１Ｔ及びトランジスタ１５２
Ｔは、オフ電流により負荷２１１に電力が供給されることを防ぐことが可能となる。よっ
て、電気機器の非動作時の消費電力を低減することが可能であり、家屋１００全体の消費
電力を低減することができる。
【００４１】
また、トランジスタ１５１Ｔ及びトランジスタ１５２Ｔを流れるオフ電流を著しく小さく
することで、負荷２１１側に蓄積された電荷を、負荷２１１の寄生容量で保持し続けるこ
とができる。そのため、再度トランジスタ１５１Ｔ及びトランジスタ１５２Ｔをオンにし
て電力の供給を再開した際に、動作の復帰を高速に行うことができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、パワースイッチ１５１及びパワースイッチ１５２が、それぞれ
一つのトランジスタで構成されている場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定さ
れない。パワースイッチ１５１もしくはパワースイッチ１５２の一方または両方を、複数
のトランジスタにより構成しても良い。
【００４３】
電圧調整回路１４１は、入力された電圧の調整を行う機能を有する。電圧調整回路１４１
における電圧の調整とは、交流電圧を直流電圧に変換すること、直流電圧を交流電圧に変
換すること、電圧の大きさを変えること、電圧の大きさが一定となるように平滑化するこ
と、のいずれか一つまたは複数を含む。
【００４４】
例えば、電圧調整回路１４１において、交流電圧を直流電圧へ変換する場合、電圧調整回
路１４１に整流回路を設ければよい。電圧調整回路１４１において、直流電圧を交流電圧
へ変換する場合、電圧調整回路１４１にＤＣＡＣインバーター回路を設ければよい。電圧
調整回路１４１において、電圧の大きさを変える場合、電圧調整回路１４１に昇圧型コン
バータまたは降圧型コンバータを設ければよい。電圧調整回路１４１において、電圧の大
きさを平滑化する場合、平滑回路を電圧調整回路１４１に設ければよい。
【００４５】
例えば、電圧調整回路１４１に商用電源より交流電圧が供給される場合、電圧調整回路１
４１は、整流回路により交流電圧を直流電圧に変換し、平滑回路により直流電圧の大きさ
が一定となるように平滑化し、降圧型コンバータにより、負荷２１１において必要とされ
る大きさにまで、平滑化された上記直流電圧を降圧すれば良い。電圧調整回路１４１にお
いて調整された電圧は、負荷２１１に供給される。
【００４６】
なお、電圧調整回路１４１は、電圧の調整を行う機能の他に、配線１６１及び配線１６２
と、負荷２１１を絶縁分離する機能を有していても良い。例えば、トランスを用いること
で、電圧調整回路１４１に配線１６１及び配線１６２と、負荷２１１を絶縁分離する機能
を付与することができる。
【００４７】
サーバー１２０は、携帯情報端末１３０からの命令により、パワースイッチ１５１及びパ
ワースイッチ１５２のオン状態とオフ状態を制御する。また、サーバー１２０にあらかじ
め動作プログラムを記憶させておき、携帯情報端末１３０の命令により動作プログラムを
起動させ、動作プログラムに従ってパワースイッチ１５１及びパワースイッチ１５２のオ
ン状態とオフ状態を制御してもよい。また、サーバー１２０にあらかじめ動作プログラム
を記憶させておくことで、携帯情報端末１３０からの命令がなくても電気機器２００を制
御することができる。また、電源スイッチ制御回路１４２に動作プログラムを記憶させ、
動作プログラムに従ってパワースイッチ１５１及びパワースイッチ１５２を動作させる構
成としてもよい。また、サーバー１２０は電気機器２００の動作状況を携帯情報端末１３
０に送信する機能も有する。
【００４８】
次に、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した有線ＬＡＮ１２５を無線ＬＡＮとした点が異な
る。図１（Ｂ）に示す電気機器２００は、無線通信回路２１３を有する。サーバー１２０
と電気機器２００は、無線通信回路２１３を用いた無線通信により接続される。
【００４９】
無線ＬＡＮによりサーバー１２０と接続する電気機器２００の構成例を、図３に示す。図
３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）で示した構成のうち、有線通信回
路２１２を無線通信回路２１３に置き換えた構成を有する。すなわち、図３（Ａ）及び図
３（Ｂ）では、電源スイッチ制御回路１４２は無線通信回路２１３に接続される。電源ス
イッチ制御回路１４２は、無線通信回路２１３を介してサーバー１２０に接続され、サー
バー１２０の制御信号に基づきパワースイッチ１５１及びパワースイッチ１５２のオン状
態オフ状態を制御する。
【００５０】
また、無線通信回路２１３は電源スイッチ制御回路１４２内に設けてもよいし、図３に示
す電気機器２０１とは別の電気機器２０１として、別途設けてもよい。電気機器２０１を
無線ＬＡＮによりサーバー１２０と接続することで、ＬＡＮケーブルの敷設が必要なく家
屋１００内のネットワーク構築や、電気機器の移動を容易とすることができる。
【００５１】
なお、サーバー１２０と電気機器２０１が無線ＬＡＮにより接続する構成の場合は、携帯
情報端末１３０と電気機器２０１が、サーバー１２０を介さず直接通信する構成とするこ
ともできる。
【００５２】
また、電気機器２０１は有線通信回路２１２や無線通信回路２１３以外の通信回路を有し
てもよい。例えば、可視光や赤外光などを用いた光通信を行うための通信回路を有してい
てもよい。また、複数個もしくは複数種類の通信回路を有していてもよい。
【００５３】
ここで、ＣＰＵ２３１の構成について図４及び図５を用いて説明しておく。ＣＰＵ２３１
は、揮発性記憶部２３２と不揮発性記憶部２３３が含まれ、電力供給回路１４０からの電
力供給が停止する前に、揮発性記憶部２３２のデータを不揮発性記憶部２３３に退避させ
、電力供給が再開すると、不揮発性記憶部２３３のデータを揮発性記憶部２３２に復帰さ
せる。
【００５４】
揮発性記憶部２３２は、複数の揮発性記憶素子を含んでおり、当該複数の揮発性記憶素子
の制御関連の回路なども含む。なお、揮発性記憶部２３２に含まれる揮発性記憶素子は、
少なくとも後述する不揮発性記憶部２３３に含まれる不揮発性記憶素子よりもアクセス速
度が速いものとする。
【００５５】
上記揮発性記憶素子を構成するトランジスタに用いる半導体材料は特に限定されないが、
後述する不揮発性記憶素子を構成するトランジスタに用いる半導体材料とは、異なる禁制
帯幅を持つ材料とすることが好ましい。このような半導体材料としては、例えば、シリコ
ン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、またはガリウムヒ素等を用いることができ、
単結晶半導体を用いることが好ましい。データの処理速度を向上させるという観点からは
、例えば、単結晶シリコンを用いたトランジスタなど、スイッチング速度の高いトランジ
スタを適用するのが好適である。
【００５６】
不揮発性記憶部２３３は、複数の不揮発性記憶素子を含んでおり、当該複数の不揮発性記
憶素子の制御関連の回路なども含む。不揮発性記憶素子は、揮発性記憶素子のデータに対
応する電荷が保持されたノードと電気的に接続されており、電源が遮断されている間に揮
発性記憶素子のデータを退避させるために用いる。よって、不揮発性記憶部２３３に含ま
れる不揮発性記憶素子は、少なくとも電源が供給されていないときの上記揮発性記憶素子
よりデータの保持時間が長いものとする。
【００５７】
ここで、不揮発性記憶部２３３に設けられる不揮発性記憶素子の構成例について、図４（
Ａ）乃至図４（Ｃ）に示す回路図を用いて説明する。
【００５８】
図４（Ａ）に示す不揮発性記憶部２３３は、トランジスタ２４０と、容量素子２４１と、
を有しており、トランジスタ２４０を介して揮発性記憶部２３２と電気的に接続されてい
る。なお本実施の形態において、トランジスタ２４０は、ｎチャネル型トランジスタであ
るものとして説明するが、適宜ｐチャネル型トランジスタを用いてもよく、その場合は適
宜ゲート電極に与える電位を入れ替えて用いればよい。
【００５９】
具体的には、トランジスタ２４０のソース電極（またはドレイン電極）と、揮発性記憶部
２３２のデータに対応する電荷が保持されたノードとが電気的に接続されている。また、
トランジスタ２４０のドレイン電極（またはソース電極）と、容量素子２４１の一方の電
極と、が電気的に接続されている（以下、当該ノードをノードＭ１と呼ぶ場合がある）。
また、トランジスタ２４０のゲート電極には、書き込み制御信号ＷＥが与えられており、
トランジスタ２４０は書き込み制御信号ＷＥの電位に応じてオン状態またはオフ状態とな
る。また、容量素子２４１の他方の電極には、所定の電位が与えられている。ここで、所
定の電位とは、例えば接地電位（ＧＮＤ）などである。このように、容量素子２４１を設
けることにより、ノードＭ１に多くの電荷を保持することができ、データの保持特性を向
上させることができる。
【００６０】
トランジスタ２４０としては、オフ電流が極めて小さいトランジスタを用いることが好ま
しい。本実施の形態では、トランジスタ２４０に用いるオフ電流の極めて低いトランジス
タとして、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を含むトランジスタを用いる。
【００６１】
揮発性記憶部２３２からデータの退避を行う際は、書き込み制御信号ＷＥとして高電位Ｈ
を与えてトランジスタ２４０をオン状態とすることにより、揮発性記憶部２３２のデータ
に対応する電荷が保持されたノードの電位が、ノードＭ１に与えられる。その後、書き込
み制御信号ＷＥの電位として低電位Ｌを与えてトランジスタ２４０をオフ状態とすること
により、ノードＭ１に与えられた電荷が保持される。ここで、トランジスタ２４０のオフ
電流は極めて低いので、ノードＭ１の電荷は長時間にわたって保持される。
【００６２】
また、揮発性記憶部２３２にデータの復帰を行う際は、書き込み制御信号ＷＥとして高電
位Ｈを与えてトランジスタ２４０をオン状態とすることにより、ノードＭ１の電位が、揮
発性記憶部２３２のデータに対応する電荷が保持されるノードに与えられる。
【００６３】
このように、バンドギャップが広い半導体をトランジスタ２４０に用いることにより、ト
ランジスタ２４０におけるオフ電流を極めて小さくすることができる。よって、トランジ
スタ２４０をオフ状態とすることで、ノードＭ１の電位を極めて長時間にわたって保持す
ることが可能である。このような構成とすることにより、不揮発性記憶部２３３を電源の
供給なしでデータを保持することができる不揮発型の記憶素子として用いることができる
。
【００６４】
また不揮発性記憶部２３３は図４（Ｂ）に示すように、図４（Ａ）に示す構成に加えて、
さらにトランジスタ２４２を設けた構成としても良い。トランジスタ２４２は、ゲート電
極とノードＭ１とが電気的に接続されており、ドレイン電極（またはソース電極）と揮発
性記憶部２３２のデータに対応する電荷が保持されたノードとが電気的に接続されており
、ソース電極（またはドレイン電極）に所定の電位が与えられている。
【００６５】
図４（Ｂ）に示す不揮発性記憶部２３３では、上記データの退避でノードＭ１に保持され
た電位に応じてトランジスタ２４２の状態が異なる。すなわち、上記データの退避で高電
位Ｈが与えられた場合には、トランジスタ２４２が「オン状態」となり、低電位Ｌが与え
られた場合には、トランジスタ２４２が「オフ状態」となる。
【００６６】
データの復帰においては、トランジスタ２４２のドレイン電極の電位が、揮発性記憶部２
３２のデータに対応する電荷が保持されるノードに与えられる。すなわち、上記データの
退避でノードＭ１に高電位Ｈが与えられた場合には、トランジスタ２４２が「オン状態」
となっておりトランジスタ２４２のソース電極の電位が揮発性記憶部２３２に与えられる
。また、上記データの退避でノードＭ１に低電位Ｌが与えられた場合には、トランジスタ
２４２が「オフ状態」となっておりトランジスタ２４２のソース電極の電位は揮発性記憶
部２３２に与えられない。
【００６７】
また、トランジスタ２４２は、情報の読み出し速度を向上させるという観点から、上述の
揮発性記憶素子に用いたトランジスタと同様のトランジスタを用いることが好ましい。
【００６８】
なお、トランジスタ２４２のソース電極と容量素子２４１の他方の電極とは、同じ電位と
しても良いし、異なる電位としても良い。トランジスタ２４２のソース電極と容量素子２
４１の他方の電極とが電気的に接続されている構成としても良い。また、容量素子２４１
は必ずしも設ける必要はなく、例えば、トランジスタ２４２の寄生容量が大きい場合は、
当該寄生容量で容量素子２４１の代替とすることができる。
【００６９】
ここで、トランジスタ２４０のドレイン電極およびトランジスタ２４２のゲート電極、す
なわちノードＭ１は、不揮発性メモリ素子として用いられるフローティングゲート型トラ
ンジスタのフローティングゲートと同等の作用を奏する。しかしながら、トランジスタ２
４０のオン・オフで直接的にデータの書き換えを行うことができるので、高電圧を用いて
のフローティングゲート内への電荷の注入およびフローティングゲートからの電荷の引き
抜きが不要である。つまり、不揮発性記憶部２３３では、従来のフローティングゲート型
トランジスタにおいて書き込みや消去の際に必要であった高電圧が不要である。よって、
本実施の形態に記載の不揮発性記憶部２３３を用いることにより、データの退避の際に必
要な消費電力の低減を図ることができる。
【００７０】
また同様の理由により、データの書き込み動作や消去動作に起因する動作速度の低下を抑
制することができるので、不揮発性記憶部２３３の動作の高速化が実現される。また同様
の理由により、従来のフローティングゲート型トランジスタにおいて指摘されているゲー
ト絶縁膜（トンネル絶縁膜）の劣化という問題が存在しない。つまり、本実施の形態に記
載の不揮発性記憶部２３３は、従来のフローティングゲート型トランジスタと異なり、原
理的な書き込み回数の制限が存在しないことを意味する。以上により、不揮発性記憶部２
３３は、レジスタなどの多くの書き換え回数や高速動作を要求される記憶装置としても十
分に用いることができる。
【００７１】
また不揮発性記憶部２３３は図４（Ｃ）に示すように、図４（Ｂ）に示す構成に加えて、
さらにトランジスタ２４３を設けた構成としても良い。トランジスタ２４３は、ゲート電
極に読み出し制御信号ＲＤが与えられており、ドレイン電極（またはソース電極）と揮発
性記憶部２３２のデータに対応する電荷が保持されたノードとが電気的に接続されており
、ソース電極（またはドレイン電極）とトランジスタ２４２のドレイン電極とが電気的に
接続されている。
【００７２】
ここで読み出し制御信号ＲＤは、上記データの復帰を行う際にトランジスタ２４３のゲー
ト電極に高電位Ｈを与える信号であり、このときにトランジスタ２４３をオン状態とする
ことができる。これにより、データの復帰を行う際にトランジスタ２４２のオン状態また
はオフ状態に応じた電位を、揮発性記憶部２３２のデータに対応する電荷が保持されるノ
ードに与えることができる。
【００７３】
なお、トランジスタ２４３は、情報の読み出し速度を向上させるという観点から、上述の
揮発性記憶素子に用いたトランジスタと同様のトランジスタを用いることが好ましい。
【００７４】
図５に、図４（Ｃ）に示す不揮発性記憶部２３３の構成を用いた、１ビットのデータを保
持可能な、不揮発性を有するレジスタの回路構成の一例を示す。なお、図５において、図
４（Ｃ）に示す構成と対応するものについては、同符号を用いる。
【００７５】
図５に示すレジスタの回路構成は、フリップフロップ２４８と、不揮発性記憶部２３３と
、セレクタ２４５と、を含む。なお、図５に示すレジスタは、図４（Ｃ）に示す揮発性記
憶部２３２をフリップフロップ２４８としたものである。
【００７６】
フリップフロップ２４８には、リセット信号ＲＳＴ、クロック信号ＣＬＫ、及びデータ信
号Ｄが与えられる。フリップフロップ２４８は、クロック信号ＣＬＫに従って入力される
データ信号Ｄのデータを保持し、データ信号Ｑとして出力する機能を有する。
【００７７】
不揮発性記憶部２３３には、書き込み制御信号ＷＥ、読み出し制御信号ＲＤ、及びデータ
信号Ｑが与えられる。
【００７８】
不揮発性記憶部２３３は、書き込み制御信号ＷＥに従って、入力されるデータ信号Ｑのデ
ータを記憶し、読み出し制御信号ＲＤに従って、記憶されたデータを出力する機能を有す
る。
【００７９】
セレクタ２４５は、読み出し制御信号ＲＤに従って、データ信号Ｄまたは不揮発性記憶部
２３３から出力されるデータ信号を選択して、フリップフロップ２４８に入力する。
【００８０】
また図５に示すように不揮発性記憶部２３３には、トランジスタ２４０及び容量素子２４
１が設けられている。
【００８１】
トランジスタ２４０は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ２４０のソース
電極及びドレイン電極の一方は、フリップフロップ２４８の出力端子に電気的に接続され
ている。トランジスタ２４０は、書き込み制御信号ＷＥに従ってフリップフロップ２４８
から出力されるデータ信号の保持を制御する機能を有する。
【００８２】
トランジスタ２４０としては、図４（Ｃ）に示す構成と同様にオフ電流の低い、酸化物半
導体を有するトランジスタを用いることができる。
【００８３】
容量素子２４１の一対の電極の一方はトランジスタ２４０のソース電極及びドレイン電極
の他方に電気的に接続されている（以下、当該ノードをノードＭ１と呼ぶ場合がある）。
また、容量素子２４１の一対の電極の他方には低電位Ｌが与えられる。容量素子２４１は
、記憶するデータ信号Ｑのデータに基づく電荷をノードＭ１に保持する機能を有する。ト
ランジスタ２４０のオフ電流が極めて小さいため、電源電圧の供給が停止してもノードＭ
１の電荷は保持され、データが保持される。
【００８４】
トランジスタ２４４は、ｐチャネル型トランジスタである。トランジスタ２４４のソース
電極及びドレイン電極の一方には高電位Ｈが与えられ、ゲート電極には、読み出し制御信
号が入力される。ここで、高電位Ｈとは、低電位Ｌよりも高い電位を示す。また、低電位
Ｌとは、高電位Ｈよりも低い電位を示す。また、接地電位を高電位Ｈまたは低電位Ｌとし
て用いることもできる。例えば高電位Ｈが接地電位の場合には、低電位Ｌは接地電位より
低い電位であり、低電位Ｌが接地電位の場合には、高電位Ｈは接地電位より高い電位であ
る。
【００８５】
トランジスタ２４３は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ２４３のソース
電極及びドレイン電極の一方は、トランジスタ２４４のソース電極及びドレイン電極の他
方に電気的に接続されている（以下、当該ノードをノードＭ１と呼ぶ場合がある）。また
、トランジスタ２４３のゲート電極には、読み出し制御信号ＲＤが入力される。
【００８６】
トランジスタ２４２は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ２４２のソース
電極及びドレイン電極の一方は、トランジスタ２４３のソース電極及びドレイン電極の他
方に電気的に接続されており、ソース電極及びドレイン電極の他方には、低電位Ｌが与え
られる。
【００８７】
インバータ２４６の入力端子は、トランジスタ２４４のソース電極及びドレイン電極の他
方に電気的に接続されている。また、インバータ２４６の出力端子は、セレクタ２４５の
入力端子に電気的に接続される。
【００８８】
容量素子２４７の一対の電極の一方はインバータ２４６の入力端子に電気的に接続され、
他方には低電位Ｌが与えられる。容量素子２４７は、インバータ２４６に入力されるデー
タ信号のデータに基づく電荷を保持する機能を有する。
【００８９】
以上のような構成を有する図５に示すレジスタは、フリップフロップ２４８からデータの
退避を行う際は、書き込み制御信号ＷＥとして高電位Ｈを与えてトランジスタ２４０をオ
ン状態とすることにより、フリップフロップ２４８のデータ信号Ｑのデータに基づく電荷
が、ノードＭ１に与えられる。その後、書き込み制御信号ＷＥの電位として低電位Ｌを与
えてトランジスタ２４０をオフ状態とすることにより、ノードＭ１に与えられた電荷が保
持される。また、読み出し制御信号ＲＤの電位として低電位Ｌが与えられている間は、ト
ランジスタ２４３がオフ状態、トランジスタ２４４がオン状態となり、ノードＭ２の電位
は高電位Ｈになる。
【００９０】
フリップフロップ２４８からデータの復帰を行う際は、読み出し制御信号ＲＤとして高電
位Ｈを与えてトランジスタ２４４がオフ状態、トランジスタ２４３がオン状態となり、ノ
ードＭ１に保持された電荷に応じた電位がノードＭ２に与えられる。ノードＭ１にデータ
信号Ｑの高電位Ｈに対応する電荷が保持されている場合、トランジスタ２４２がオン状態
であり、ノードＭ２に低電位Ｌが与えられ、インバータ２４６を介して高電位Ｈがフリッ
プフロップ２４８に戻される。また、ノードＭ１にデータ信号Ｑの低電位Ｌに対応する電
荷が保持されている場合、トランジスタ２４２がオフ状態であり、読み出し制御信号ＲＤ
の電位として低電位Ｌが与えられていたときのノードＭ２の高電位Ｈが保持されており、
インバータ２４６を介して低電位Ｌがフリップフロップ２４８に戻される。
【００９１】
上述のように、ＣＰＵ２３１に揮発性記憶部２３２と不揮発性記憶部２３３を設けること
により、ＣＰＵ２３１への電源供給が遮断される前に、揮発性記憶部２３２から不揮発性
記憶部２３３にデータを退避させることができ、ＣＰＵ２３１への電源供給が再開された
ときに、不揮発性記憶部２３３から揮発性記憶部２３２にデータを素早く復帰させること
ができる。
【００９２】
このようにデータの退避および復帰を行うことによって、電源遮断が行われるたびに揮発
性記憶部２３２が初期化された状態からＣＰＵ２３１を起動し直す必要がなくなるので、
電源供給の再開後ＣＰＵ２３１は速やかに測定に係る演算処理を開始することができる。
【００９３】
なお、上記において不揮発性記憶部２３３は、図４および図５に示す構成に限られるもの
ではない。例えば、相変化メモリ（ＰＣＭ：Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｏｒｙ）
、抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ：Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ
Ｍｅｍｏｒｙ）、磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒ
ａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ：Ｆｅｒｒｏ
ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリな
どを用いることができる。
【００９４】
また、揮発性記憶部２３２に含まれる複数の揮発性記憶素子は、例えばバッファレジスタ
や、汎用レジスタなどのレジスタを構成することができる。また、揮発性記憶部２３２に
ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などからなるキ
ャッシュメモリを設けることもできる。これらのレジスタやキャッシュメモリは上記の不
揮発性記憶部２３３にデータを退避させることができる。
【００９５】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００９６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、電気機器２００の具体例について、図６及び図７を用いて説明する。
図６に示す家屋１００は、複数の電気機器２００を有している。本実施の形態では、電気
機器２００として照明装置１０１、空調装置１０２、電話機１０３、冷蔵庫１０４、オー
ブンレンジ１０５、食器洗浄機１０６、洗濯機１０７、コンピュータ１０８、オーディオ
１０９、テレビジョン１１０、自走式掃除機１１１、充電ステーション１１２、浴室１１
３、浴室制御装置１１４、撮像装置１１５、録画装置１１６を例示している。
【００９７】
複数の電気機器２００は、それぞれに固有のＩＰアドレスが付与され、有線ＬＡＮ１２５
を介してサーバー１２０に接続する。サーバー１２０は有線ＬＡＮ１２５を介して他の電
気機器２００と通信することにより、個々の電気機器２００の動作を制御し、また、個々
の電気機器２００の動作状況を把握する機能を有する。また、サーバー１２０は、電話回
線やインターネット回線などの電気通信回線を介して携帯情報端末１３０と接続し、携帯
情報端末１３０と情報を送受信する機能を有する。また、携帯情報端末１３０は、電気通
信回線を介してサーバー１２０を遠隔操作することができる。よって、携帯情報端末１３
０は、サーバー１２０を介して、電気機器２００を遠隔操作することができる。
【００９８】
有線ＬＡＮ１２５には、１００ＢＡＳＥ−ＴＸや１０００ＢＡＳＥ−ＴＸなどの通信規格
を適用することができる。また、ＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔ
ｉｏｎ）を用いてもよい。ＰＬＣを用いると、家屋１００内の電源線をＬＡＮケーブルと
して用いるため、新たにＬＡＮケーブルを敷設する必要がなく、家屋１００内のネットワ
ーク構築を容易とすることができる。
【００９９】
また、携帯情報端末１３０を用いて家屋１００が有する電気機器のうち、任意の電気機器
を動作させることができる。例えば、外出先から携帯情報端末１３０を用いて、サーバー
１２０を介して浴室制御装置１１４に接続し、浴室制御装置１１４を動作させることで帰
宅後すぐに浴室１１３を入浴可能な状態とすることができる。
【０１００】
また、外出先で家屋１００内のオーブンレンジ１０５の停止忘れを思い出した場合、携帯
情報端末１３０を用いて、サーバー１２０を介してオーブンレンジ１０５に接続し、オー
ブンレンジ１０５への電力供給を停止させることができる。よって、火災等の災害を未然
に防ぐことができる。
【０１０１】
また、携帯情報端末１３０を用いて、サーバー１２０を介して家屋１００内に設置した撮
像装置１１５を動作させ、家屋１００内の様子を確認することができる。なお、撮像装置
１１５を家屋１００外に設置し、屋外の様子を確認することも可能である。撮像装置１１
５で得られた映像は、電気機器２００のうち、撮像装置１１５、サーバー１２０、録画装
置１１６、またはコンピュータ１０８などの録画機能を有する電気機器２００に記録する
ことができる。また、撮像装置１１５で得られた映像を携帯情報端末１３０に転送し、携
帯情報端末１３０でその映像を確認することもできる。また、撮像装置１１５に集音機能
を付与してもよい。集音された音声は、録音機能を有する電気機器２００に記録すること
ができる。また、集音された音声を携帯情報端末１３０に転送し、携帯情報端末１３０で
その音声を確認することもできる。
【０１０２】
また、携帯情報端末１３０を用いて、サーバー１２０を介して自走式掃除機１１１を動作
させることができる。自走式掃除機１１１は充電池や容量素子などの蓄電装置、モーター
、吸引装置、センサーなどを有し、センサーから得られた情報をもとに設定された動作プ
ログラムに従って、自動で清掃を行うことができる。携帯情報端末１３０から自走式掃除
機１１１への動作命令は、充電ステーション１１２を介して自走式掃除機１１１に伝えら
れる。なお、充電ステーション１１２を介さずに自走式掃除機１１１へ伝える構成として
もよい。
【０１０３】
また、自走式掃除機１１１はアクティブ型ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  
Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグを有し、アクティブ型ＲＦＩＤタグにより充電ステ
ーション１１２に位置情報を送受信することができる。清掃終了後、または、清掃中に蓄
電装置の蓄電容量が一定値以下に低下した場合、自走式掃除機１１１は充電ステーション
１１２に戻り、充電ステーション１１２から自走式掃除機１１１の蓄電装置へ電力供給が
行われる。電力供給は、充電ステーション１１２が有する電力供給装置と自走式掃除機１
１１が有する蓄電装置を直接接続して行っても良いし、電界結合方式、電磁誘導方式、共
鳴方式などを用いた非接触のワイヤレス給電により行ってもよい。また共鳴方式のワイヤ
レス給電を用いると、自走式掃除機１１１と充電ステーション１１２が近接していなくて
も電力供給が可能となり、例えば、自走式掃除機１１１の清掃動作中に電力供給を行うこ
とができる。
【０１０４】
ここで、充電ステーション１１２から自走式掃除機１１１へ電磁誘導方式のワイヤレス給
電によりの電力供給を行う場合の、自走式掃除機１１１の構成例について図８を用いて説
明しておく。図８に示す自走式掃除機１１１は、電力供給回路１４０、蓄電装置２１４、
通信回路２１５、電圧検出回路２１６を有する。また、自走式掃除機１１１を構成する他
の回路を負荷２１１として示す。通信回路２１５は、前述したアクティブ型ＲＦＩＤタグ
による通信以外にも、光通信や超音波通信などを用いた通信回路を用いることができる。
【０１０５】
また、電力供給回路１４０の受電アンテナ１５３と電力放射回路２２１の送電アンテナ２
２２を情報通信用のアンテナとして用いて、自走式掃除機１１１と充電ステーション１１
２の通信を行うこともできる。
【０１０６】
この場合、自走式掃除機１１１と充電ステーション１１２間の通信に用いる周波数として
、電力供給のために電力放射回路２２１から放射される交流電力の周波数と異なる周波数
を用いることで、電力供給中に受電アンテナ１５３と送電アンテナ２２２を介して通信を
行うことができる。具体的には、電力供給に用いる周波数に、電力供給に比べて十分小さ
い電力の通信用信号を重畳させて、自走式掃除機１１１と充電ステーション１１２間の通
信を行う。
【０１０７】
また、電力供給中に、電力放射回路２２１と電力供給回路１４０のインピーダンスを変化
させることで交流電力の振幅を変化させ、自走式掃除機１１１と充電ステーション１１２
間の通信を行うこともできる。
【０１０８】
また、図８に示す電力供給回路１４０は、電源スイッチ制御回路１４２、電圧調整回路１
４１、パワースイッチ１５１、パワースイッチ１５２、受電アンテナ１５３、容量素子１
５４を有する。
【０１０９】
充電ステーション１１２が有する電力放射回路２２１から放射される交流電力の周波数と
、受電アンテナ１５３のインダクタンスＬと、容量素子１５４のコンダクタンスＣの組み
合わせにより決定される共振周波数を一致させることで、ファラデーの電磁誘導の法則に
より受電アンテナ１５３に誘導起電力を生じさせ、充電ステーション１１２から自走式掃
除機１１１への電力供給を実現することができる。
【０１１０】
電力放射回路２２１から放射される交流電力の周波数は、特定の周波数に限定されず、例
えばサブミリ波である３００ＧＨｚ〜３ＴＨｚ、ミリ波である３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ
、マイクロ波である３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ、極超短波である３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ、超
短波である３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ、短波である３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、中波である３
００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、長波である３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、及び超長波である３ｋＨ
ｚ〜３０ｋＨｚのいずれかを用いることができる。
【０１１１】
電力放射回路２２１から供給された電力は、電圧調整回路１４１、パワースイッチ１５１
、パワースイッチ１５２を介して蓄電装置２１４に充電される。蓄電装置２１４の充電状
況は電圧検出回路２１６により検出される。電圧検出回路２１６と電源スイッチ制御回路
１４２は接続されている。電圧検出回路２１６は、蓄電装置２１４が過充電とならないよ
うに、電源スイッチ制御回路１４２を介してパワースイッチ１５１及びパワースイッチ１
５２のオン状態とオフ状態を制御する。電圧検出回路２１６と通信回路２１５は接続され
ている。蓄電装置２１４は、負荷２１１、電圧検出回路２１６、通信回路２１５などの、
自走式掃除機１１１を構成する回路に電力を供給する。また、自走式掃除機１１１は、通
信回路２１５を介して充電ステーション１１２と情報を送受信することができる。図８（
Ｂ）は、図８（Ａ）に示したパワースイッチ１５１及びパワースイッチ１５２を、酸化物
半導体を活性層に用いる耐電圧性の高いトランジスタ１５１Ｔ及びトランジスタ１５２Ｔ
で形成した構成例を示している。
【０１１２】
次に、図６と異なる構成について図７を用いて説明する。図７は、図６に示した有線ＬＡ
Ｎ１２５を無線ＬＡＮとした点が異なる。図７に示す電気機器２００は、それぞれが無線
通信回路２１３を有する。サーバー１２０と電気機器２００は、無線通信回路２１３を用
いた無線通信により接続される。また、電気機器２００は、それぞれを識別するため固有
のＩＰアドレスが付与される。また、電気機器２００ごとにＲＦＩＤタグを設けてもよい
。
【０１１３】
無線通信を行うための通信規格として、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１
ｂ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ、ＩＥＥＥ８０２．１５．１など
を用いることができる。
【０１１４】
また、無線通信時の不正アクセスや、混信による動作不良を防ぐため、通信内容を暗号化
してもよい。暗号化規格として、ＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓ
ｔａｎｄａｒｄ）方式、ＴＫＩＰ（Ｔｅｍｐｏｒａｌ  Ｋｅｙ  Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ  Ｐ
ｒｏｔｏｃｏｌ）方式、ＷＥＰ（Ｗｉｒｅｄ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｐｒｉｖａｃｙ）
方式などを用いることができる。
【０１１５】
なお、本明細書等ではサーバー１２０と電気機器２００を区別して説明しているが、サー
バー１２０も電気機器２００の一種として考えることもできる。
【０１１６】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１１７】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態に開示したパワースイッチ１５１及びパワースイッチ
１５２に適用可能なトランジスタの構造及び作製方法について、図９を用いて説明する。
【０１１８】
図９（Ａ）は、パワースイッチ１５１及びパワースイッチ１５２に適用可能なトランジス
タ３００の上面図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）中にＡ１−Ａ２の二点破線で示した
部位の積層構成を示す断面図である。なお、図をわかりやすくするため、図９（Ａ）では
一部の構成要素の記載を省略している。
【０１１９】
図９に示すトランジスタ３００は、パワーＭＯＳＦＥＴであり、放熱板３０１上に形成さ
れた半導体基板３０３をバックゲート電極とし、半導体基板３０３上に絶縁層３０２が設
けられ、絶縁層３０２上にバッファ層３０５が設けられ、バッファ層３０５上に結晶構造
を有する酸化物半導体層３０７が設けられている。なお、バックゲート電極は、ゲート電
極とバックゲート電極で半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置され、ゲート電極
と同様に機能させることができる。また、バックゲート電極の電位を変化させることで、
トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
【０１２０】
また、酸化物半導体層３０７上の一部を覆って、導電層でなる第１の端子３０９及び第２
の端子３１１が設けられ、酸化物半導体層３０７、第１の端子３０９、及び第２の端子３
１１を覆って絶縁層３１３が設けられている。また、絶縁層３１３上に、酸化物半導体層
３０７、第１の端子３０９、及び第２の端子３１１それぞれの少なくとも一部に重畳して
、導電層でなるゲート電極３１５が設けられている。
【０１２１】
半導体基板３０３は、少なくとも、後の加熱処理（９００℃以上）に耐えうる程度の耐熱
性を有していることが必要となる。半導体基板３０３としては、単結晶シリコン基板、Ｓ
ｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＧａＡｓ基板などを用いる。また、半導体基板３０３としてシリ
コンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板を用いてもよい。本実施の形態で
は、半導体基板３０３として単結晶シリコン基板を用いる。
【０１２２】
絶縁層３０２は、塩化水素などを用いた熱酸化などで得られる酸化シリコン、プラズマＣ
ＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタリング法な
どで得られる酸化シリコン、酸化窒化シリコンや酸化窒化アルミニウムなどの酸化窒化絶
縁物、窒化酸化シリコンなどの窒化酸化絶縁物などを単層または積層して形成することが
できる。また、絶縁層３０２を上記材料の積層として形成する場合、同じの材料の積層と
してもよいし、異なる材料の積層としてもよい。なお、「窒化酸化」とは、その組成とし
て、酸素よりも窒素の含有量が多いものをいい、「酸化窒化」とは、その組成として、窒
素よりも酸素の含有量が多いものをいう。
【０１２３】
また、絶縁層３０２は、プラズマＣＶＤ法などで得られる窒化シリコンを用いて形成して
もよい。ただし、窒化シリコンを用いる場合には、形成後の熱処理によって水素又は水素
化合物がほとんど放出されない窒化シリコン、例えば、供給ガスをシラン（ＳｉＨ４）、
窒素（Ｎ２）及びアンモニア（ＮＨ３）の混合ガスとして形成された窒化シリコンを用い
ることが好ましい。本実施の形態では、絶縁層３０２として熱酸化により形成する酸化シ
リコンを用いる。
【０１２４】
また、酸化物半導体層３０７にシリコンや塩素が混入しない構造とするため、半導体基板
３０３と酸化物半導体層３０７との間にバッファ層３０５を設ける。また、半導体基板３
０３表面に形成した絶縁層３０２と酸化物半導体層３０７との間にバッファ層３０５を設
ける。
【０１２５】
バッファ層３０５は、酸化ガリウム、酸化インジウムガリウム、酸化ハフニウム、酸化イ
ットリウム、酸化アルミニウムなどを単層または積層して形成することができる。また、
バッファ層３０５は、後にバッファ層３０５に接して形成される酸化物半導体層３０７と
同種の成分を含む材料を用いると好ましい。このような材料は酸化物半導体との相性が良
く、これを酸化物半導体と接する層に用いることで、半導体層と該層の界面状態を良好に
保つことができる。ここで、「酸化物半導体と同種の成分」とは、酸化物半導体の構成元
素から選択される一または複数の元素を含むことを意味する。例えば、酸化物半導体層３
０７がＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系の酸化物半導体材料によって構成される場合、同種の成分を含
む絶縁材料としては、例えば、酸化ガリウムや酸化ガリウム亜鉛、酸化インジウムガリウ
ムなどがある。
【０１２６】
また、バッファ層３０５を積層構造とする場合には、バッファ層３０５と接して形成され
る酸化物半導体層３０７と同種の成分でなる絶縁材料で形成された層ａと、層ａと異なる
材料を含む層ｂとの積層構造としてもよい。また、バッファ層３０５の他の材料として、
Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の原子数比のターゲットを用いて成膜されるＩｎ−Ｇａ−
Ｚｎ系酸化物膜を用いてもよい。
【０１２７】
結晶構造を有する酸化物半導体層３０７は、少なくともＩｎを含み金属元素Ｍ（ＭはＧａ
、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｎなど）を含む酸化物、例えば二元系金属の酸化物であるＩｎ−
Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、三元系金属の酸化物であるＩ
ｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する。）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ
−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−
Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅ
ｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ
−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−
Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元系金属の酸
化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−
Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物などを用いることができる。
【０１２８】
また、酸化物半導体層３０７は、単層に限定されず、多層としてもよく、組成の異なる層
の積層としてもよい。酸化物半導体層３０７として組成の異なる層の積層を用いても、一
方の層が結晶の核となり、もう一方の層の結晶化を助長させる。例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚ
ｎ＝３：１：２の原子数比のターゲットを用いて形成されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物上
にＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の原子数比のターゲットを用いて形成されるＩｎ−Ｇａ
−Ｚｎ系酸化物を積層する２層構造としてもよい。この２層構造に加熱処理を行うと２層
ともに結晶性の高い膜となり、同一の結晶構造、即ちＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａ
ｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の
積層となる。また、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の原子数比のターゲットを用いて形成
されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物上にＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２の原子数比のターゲ
ットを用いて成膜されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を形成し、その上にＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ
＝１：１：１の原子数比のターゲットを用いて成膜されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を積
層する３層構造としてもよい。
【０１２９】
以下では、酸化物半導体膜の構造について説明する。
【０１３０】
酸化物半導体膜は、単結晶酸化物半導体膜と非単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非
単結晶酸化物半導体膜とは、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化
物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜などをいう。
【０１３１】
非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶成分を有さない酸
化物半導体膜である。微小領域においても結晶部を有さず、膜全体が完全な非晶質構造の
酸化物半導体膜が典型である。
【０１３２】
微結晶酸化物半導体膜は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ未満の大きさの微結晶（ナノ結晶
ともいう。）を含む。従って、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原
子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜より
も欠陥準位密度が低いという特徴がある。
【０１３３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結
晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内
に収まる大きさの場合も含まれる。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠
陥準位密度が低いという特徴がある。以下、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について詳細な説明を行う
。
【０１３４】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち結
晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【０１３５】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略平行な方向からＴＥＭによって観察（断面ＴＥＭ観察
）すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子
の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸
を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。
【０１３６】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面ＴＥ
Ｍ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列しているこ
とを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られな
い。
【０１３７】
断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有して
いることがわかる。
【０１３８】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に酸素が含まれる場合、酸素の一部は窒素で置換されてもよい。また、
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を構成する個々の結晶部分のｃ軸は一定の方向（例えば、ＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓ膜が形成される基板面、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の表面などに垂直な方向）に揃っていてもよ
い。または、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を構成する個々の結晶部分のａｂ面の法線は一定の方向（
例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成される基板面、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の表面などに垂直な方
向）を向いていてもよい。
【０１３９】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜において、異なる結晶部間で、それぞれａ軸およびｂ軸の向きが
異なっていてもよい。本明細書において、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００
°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含ま
れる。また、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されてい
る状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。
【０１４０】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装
置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜
のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが
現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属される
ことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に概
略垂直な方向を向いていることが確認できる。
【０１４１】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、ｃ軸に概略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌ
ａｎｅ法による解析では、２θが５６°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは
、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸化
物半導体膜であれば、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）と
して試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、（１１０）面と等価な結晶面に
帰属されるピークが６本観察される。これに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の場合は、２θを５
６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
【０１４２】
以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は不
規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行
な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面ＴＥＭ観察で確認された層状に配
列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。
【０１４３】
なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行
った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面また
は上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形
状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面
または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
【０１４４】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜
の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面
近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、ＣＡＡ
Ｃ−ＯＳ膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分
的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。
【０１４５】
なお、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法
による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れ
る場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性
を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍に
ピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。
【０１４６】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動
が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
【０１４７】
なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【０１４８】
また、酸化物半導体層３０７の厚さは、ゲート電極３１５及びバックゲート電極として機
能する半導体基板３０３に負の電圧が印加されたときに、空乏層がチャネル領域に広がり
、トランジスタ３００をオフ状態とすることが可能な厚さとする。
【０１４９】
第１の端子３０９及び第２の端子３１１は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタ
ン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合
金、または上述した金属元素を組み合わせた合金などを用いて形成することができる。ま
た、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウムのいずれか一または複数から選
択された金属元素を用いてもよい。また、第１の端子３０９及び第２の端子３１１は、単
層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム層
の単層構造、アルミニウム層上にチタン層を積層する二層構造、窒化チタン層上にチタン
層を積層する二層構造、窒化チタン層上にタングステン層を積層する二層構造、窒化タン
タル層上にタングステン層を積層する二層構造、チタン層と、そのチタン層上にアルミニ
ウム層を積層し、さらにその上にチタン層を形成する三層構造などがある。また、アルミ
ニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジ
ウムから選ばれた元素の層、または複数組み合わせた合金層、もしくは窒化物層を用いて
もよい。
【０１５０】
また、第１の端子３０９及び第２の端子３１１は、インジウム錫酸化物、酸化タングステ
ンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタン
を含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物
、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を適用する
こともできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とする
こともできる。
【０１５１】
絶縁層３１３は、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法などで得られる酸化シリコン、酸
化アルミニウムなどの酸化絶縁物、酸化窒化シリコンや酸化窒化アルミニウムなどの酸化
窒化絶縁物、窒化酸化シリコンなどの窒化酸化絶縁物などを単層または積層して形成する
ことができる。また、絶縁層３１３を上記材料の積層として形成する場合、同じの材料の
積層としてもよいし、異なる材料の積層としてもよい。なお、絶縁層３１３と酸化物半導
体層３０７の間に第２のバッファ層を設けてもよい。第２のバッファ層は、バッファ層３
０５に用いることのできる材料を適宜用いることができる。
【０１５２】
ゲート電極３１５は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（
Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ネオジム（Ｎｄ）
、スカンジウム（Ｓｃ）から選ばれた金属材料、上述した金属元素を成分とする合金材料
、上述した金属元素の窒化物材料などを用いて形成することができる。また、マンガン（
Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ベリリウム（Ｂｅ）のいずれか
一または複数から選択された金属元素を含む材料用いてもよい。また、リン等の不純物元
素を含有させた多結晶シリコンに代表される半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイ
ドを用いてもよい。
【０１５３】
また、ゲート電極３１５は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、
シリコンを含むアルミニウムを用いた単層構造、アルミニウム上にチタンを積層する二層
構造、窒化チタン上にチタンを積層する二層構造、窒化チタン上にタングステンを積層す
る二層構造、窒化タンタル上にタングステンを積層する二層構造、Ｃｕ−Ｍｇ−Ａｌ合金
上に銅を積層する二層構造、窒化チタン上に銅を積層し、さらにその上にタングステンを
形成する三層構造、タングステン上に銅を積層し、さらにその上に窒化タンタルを形成す
る三層構造などがある。ゲート電極３１５に銅を用いることにより、ゲート電極３１５及
びゲート電極３１５と同じ層で形成される配線の配線抵抗を低減することができる。また
、銅を、タングステン、モリブデン、タンタルなどの高融点金属や、該金属の窒化物と積
層することで、銅の他の層への拡散を防止できる。
【０１５４】
また、ゲート電極３１５は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸
化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化
物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加し
たインジウム錫酸化物などの酸素を含む導電性材料を適用することもできる。また、上記
酸素を含む導電性材料と、上記金属元素を含む材料の積層構造とすることもできる。
【０１５５】
図９に示すトランジスタ３００は、チャネル領域に結晶構造を有する酸化物半導体層３０
７を用いるため、耐電圧性が高く、オン抵抗を低減することが可能であり、大電流を流す
ことが可能である。
【０１５６】
以下に、図９（Ａ）に示すトランジスタ３００の作製方法について説明する。
【０１５７】
バックゲート電極となる半導体基板３０３上に絶縁層３０２を形成する。本実施の形態で
は、塩化水素と酸素を用いた熱酸化により、半導体基板３０３表面を酸化させて形成する
。または、μ波（例えば、周波数２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤにより
、緻密で絶縁破壊が生じにくく、高品質な絶縁層３０２を形成してもよい。
【０１５８】
次いで、スパッタリング法、ＣＶＤ法、塗布法、パルスレーザー蒸着法等により、バッフ
ァ層３０５を形成する。バッファ層３０５は、半導体基板３０３または絶縁層３０２に含
まれる不純物の拡散をブロックできる材料、代表的にはガリウムを含む材料を用いる。
【０１５９】
上記構成において、半導体基板３０３は単結晶シリコン基板であり、絶縁層３０２は熱酸
化により形成された酸化シリコンである。本実施の形態では、絶縁層３０２と酸化物半導
体層３０７の間にバッファ層３０５を設けるため、熱酸化により絶縁層３０２を形成する
際に塩化水素を用いても、絶縁層３０２に含まれた塩素の拡散をバッファ層３０５によっ
て防ぐことができる。また、酸化シリコンで形成された絶縁層３０２上に直接酸化物半導
体層をスパッタリング法によって形成すると、スパッタリング時に絶縁層３０２中のシリ
コンが酸化物半導体層中に混入する恐れがあるが、バッファ層３０５により、酸化物半導
体層中にシリコンが混入することを防止できる。酸化物半導体層中にシリコンなどの不純
物が混入すると、結晶化が阻害されるため、できるだけ混入することを回避することが好
ましい。
【０１６０】
次いで、バッファ層３０５上に結晶構造を有する酸化物半導体層３０７を形成する。
【０１６１】
酸化物半導体層３０７は、スパッタリング法を用い、基板温度を加熱しながら形成して、
形成直後に結晶構造を有する酸化物半導体層３０７とすることが好ましい。具体的には、
基板温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下として形成
する。
【０１６２】
なお、基板温度を２００℃以上とすると、スパッタリングターゲットから微小なスパッタ
リング粒子が飛翔して基板上にそのスパッタリング粒子がはりつくようにして形成され、
且つ、基板が加熱されているため、再配列し高密度な酸化物半導体層となる。
【０１６３】
また、酸化物半導体層の形成後に、２００℃以上の加熱処理を行い、さらに緻密な層とし
てもよい。ただし、酸化物半導体層中の不純物元素（水素や、水など）が低減される際に
酸素欠損が生じる恐れがあるため、加熱処理を行う前に、酸化物半導体層上または酸化物
半導体層下に酸素過剰の絶縁層を設けておくことが好ましく、加熱処理によって酸化物半
導体膜中の酸素欠損を低減することができる。
【０１６４】
また、基板温度を４００℃以上として酸化物半導体層を高密度化しておくと、後の９００
℃以上の加熱を行ってもピーリングなどの発生を抑えることができる。なお、酸化物半導
体層は形成直後に非晶質構造であっても、後に加熱処理を行って、結晶構造を有する酸化
物半導体層としてもよい。
【０１６５】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳを形成するために、以下の条件を適用することが好ましい。
【０１６６】
形成される酸化物半導体層中の不純物濃度を低減することで、不純物によって結晶状態が
崩れることを抑制できる。例えば、成膜室内に存在する不純物（水素、水、二酸化炭素お
よび窒素など）を低減すればよい。また、スパッタリングガス中の不純物を低減すればよ
い。具体的には、露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下であるスパッタリング
ガスを用いる。
【０１６７】
また、スパッタリングガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することでスパッタリング
時の被形成面へのプラズマダメージを軽減することが好ましい。スパッタリングガス中の
酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００体積％とする。
【０１６８】
ここで、スパッタリング用ターゲットの一例として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲッ
トについて説明しておく。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットは、ＩｎＯＸ粉末、Ｇａ
ＯＹ粉末およびＺｎＯＺ粉末を所定の比率で混合し、加圧処理後、１０００℃以上１５０
０℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲッ
トを作製することができる。なお、Ｘ、ＹおよびＺは任意の正数である。ここで、所定の
比率は、例えば、ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末およびＺｎＯＺ粉末が、２：２：１、８：
４：３、３：１：１、１：１：１、４：２：３または３：１：２のｍｏｌ数比である。な
お、粉末の種類、およびその混合する比率は、作製するスパッタリング用ターゲットによ
って適宜変更すればよい。
【０１６９】
バッファ層３０５上に結晶構造を有する酸化物半導体層３０７を形成した後、真空雰囲気
下、窒素雰囲気下、酸素雰囲気下、または窒素と酸素の混合雰囲気下で９００℃以上１５
００℃以下の加熱処理を行う。また、９００℃以上１５００℃以下の加熱処理を行うこと
で酸化物半導体の単結晶とほぼ同じレベルの密度と、酸化物半導体の単結晶とほぼ同じレ
ベルの結晶性を得ることができる。
【０１７０】
本実施の形態では、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の原子数比のターゲットを用いて形成
されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用い、基板温度を４００℃として、ＣＡＡＣ−ＯＳを
形成した後、９５０℃の加熱処理を行う。熱処理後においても、酸化物半導体層３０７は
、ｃ軸が酸化物半導体層の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方
向に揃い、かつａｂ面に垂直な方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有し、
ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列して
いる。
【０１７１】
なお、バッファ層３０５を形成した後、クリーンルームの大気に曝して、酸化物半導体層
を形成すると、クリーンルーム雰囲気に含まれるボロンがバッファ層３０５と酸化物半導
体層の界面に混入する恐れがある。従って、バッファ層３０５を形成した後、大気に触れ
ることなく酸化物半導体層を成膜することが好ましい。どちらもスパッタリング法で形成
することができ、ターゲットを変更するだけで連続的に成膜することができる。
【０１７２】
次いで、酸化物半導体層上にフォトリソグラフィ工程により形成したレジストを形成し、
レジストをマスクとして酸化物半導体層をエッチングして、島状の酸化物半導体層３０７
を形成する。島状の酸化物半導体層３０７の側面はテーパー形状となるようにする。なお
、結晶構造を有する酸化物半導体層３０７の側面と半導体基板平面がなすテーパー角は、
１０°以上７０°以下とする。
【０１７３】
なお、フォトリソグラフィ法を用いて導電層や絶縁層上に任意形状のレジストマスクを形
成する工程をフォトリソグラフィ工程というが、一般にレジストマスク形成後には、エッ
チング工程とレジストマスクの剥離工程が行われることが多い。このため、本明細書等に
おいては、特段の説明が無い限り、フォトリソグラフィ工程には、レジストマスクの形成
工程と、導電層または絶縁層のエッチング工程と、レジストマスクの剥離工程が含まれて
いるものとする。
【０１７４】
次いで、酸化物半導体層３０７上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電
層を形成し、フォトリソグラフィ工程を用いて、ソース電極として機能する第１の端子３
０９、ドレイン電極として機能する第２の端子３１１、及びこれらと同じ層で形成される
配線または電極を形成する。また、第１の端子３０９、及び第２の端子３１１は、印刷法
、インクジェット法等を用いて形成すれば、工程数を削減することができる。
【０１７５】
次いで、酸化物半導体層３０７、第１の端子３０９、及び第２の端子３１１上に絶縁層３
１３を形成する。本実施の形態では、絶縁層３１３として酸化シリコンを用いる。
【０１７６】
次いで、絶縁層３１３上にゲート電極３１５を形成する。絶縁層３１３上に、スパッタリ
ング法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電層を形成した後、フォトリソグラフィ工程により
、ゲート電極３１５、及びこれと同じ層で形成される配線または電極を形成することがで
きる。本実施の形態では、ゲート電極３１５を形成するための導電層として、窒化タンタ
ルとタングステンの積層を用いる。
【０１７７】
以上の工程により、結晶構造を有する島状の酸化物半導体層３０７をチャネル領域に有す
るトランジスタ３００を作製することができる。そして最後に、トランジスタ３００を放
熱板３０１に固定する。
【０１７８】
なお、放熱板３０１は、外部に延設しておくことで放熱機能をより高めることができる。
例えば図１１に示す斜視図のように、複数のトランジスタ３００が設けられた放熱板３０
１を筐体３３０に固定し、放熱板３０１を筐体３３０から外部に延設しておけばよい。
【０１７９】
また、筐体３３０は、トランジスタ３００を外部の素子に接続するための、端子Ｓ、端子
Ｄ、端子Ｇを有する構成にできる。例えば、端子Ｓはトランジスタ３００の第１の端子３
０９に接続され、端子Ｄは第２の端子３１１に接続され、端子Ｇはゲート電極３１５に接
続される。また、例えば、放熱板３０１と端子Ｓを接続し、放熱板３０１を端子Ｓとして
用いることもできる。
【０１８０】
次に、図１０に酸化物半導体層３０７上にｎ型領域３２１を設けたトランジスタ３２０の
断面構成の一例を示す。
【０１８１】
図１０に示すトランジスタ３２０において、ｎ型領域３２１は、リン、ボロン、または窒
素を含み、結晶構造を有する酸化物半導体層である。第１の端子３０９と酸化物半導体層
３０７の間、及び第２の端子３１１と酸化物半導体層３０７の間にｎ型領域３２１を形成
することで、接触抵抗を低減している。
【０１８２】
なお、バッファ層３０５を形成するまでの工程は同一であるため、ここではバッファ層３
０５を形成した後の工程を説明する。結晶構造を有する酸化物半導体層を形成した後、プ
ラズマ処理またはイオン注入法によりリン、ボロン、または窒素などの不純物元素を酸化
物半導体層の表面近傍に添加する。上記不純物元素を添加した領域は非晶質領域となりや
すい。なお、上記不純物元素を添加した領域の下方に結晶部を残存させておくことが好ま
しい。上記不純物元素を添加した後、真空雰囲気下、窒素雰囲気下、酸素雰囲気下、また
は窒素と酸素の混合雰囲気下で９００℃以上１５００℃以下の加熱処理を行う。この加熱
処理によって上記不純物元素を添加した領域を結晶化させることができる。
【０１８３】
次いで、上記不純物元素が添加された酸化物半導体層上に、フォトリソグラフィ法により
レジストを形成し、該レジストをマスクとして酸化物半導体層をエッチングして、島状の
酸化物半導体層を形成する。
【０１８４】
次いで、第１の端子３０９及び第２の端子３１１を形成するための導電層を形成し、フォ
トリソグラフィ工程により導電層を選択的にエッチングして第１の端子３０９及び第２の
端子３１１を形成する。そして、第１の端子３０９及び第２の端子３１１をマスクとして
上記不純物元素を添加した領域を選択的に除去する。こうして、第１の端子３０９及び第
２の端子３１１の下方にｎ型領域３２１を形成することができる。
【０１８５】
次いで、酸化物半導体層３０７、第１の端子３０９、及び第２の端子３１１上に絶縁層３
１３を形成する。
【０１８６】
次いで、絶縁層３１３上にゲート電極３１５を形成する。
【０１８７】
以上の工程により、結晶構造を有する酸化物半導体層３０７をチャネル領域に有するトラ
ンジスタ３２０を作製することができる。そして最後に、トランジスタ３２０を放熱板３
０１に固定する。
【０１８８】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１８９】
（実施の形態４）
本実施の形態では、不揮発性記憶部２３３に適用可能な半導体装置の構成例について説明
する。
【０１９０】
図１２に、不揮発性記憶部２３３に適用可能な半導体装置の構成例を示す。図１２（Ａ）
に、半導体装置の断面図を、図１２（Ｂ）に半導体装置の平面図を、図１２（Ｃ）に半導
体装置の回路図をそれぞれ示す。ここで、図１２（Ａ）は、図１２（Ｂ）のＣ１−Ｃ２、
及びＤ１−Ｄ２の二点破線で示した部位の積層構成を示す断面図である。なお、図をわか
りやすくするため、図１２（Ｂ）では、一部の構成要素の記載を省略している。
【０１９１】
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示す半導体装置は、下部に第１の半導体材料を用いたト
ランジスタ４６０を有し、上部に第２の半導体材料を用いたトランジスタ４６２と容量素
子４６４を有する。本実施の形態では、第１の半導体材料として単結晶シリコンを用い、
第２の半導体材料として酸化物半導体を用いる例について説明する。
【０１９２】
なお、本実施の形態におけるトランジスタ４６０は上記実施の形態に示したトランジスタ
２４２に相当し、トランジスタ４６２は、上記実施の形態に示したトランジスタ２４０に
相当し、容量素子４６４は、上記実施の形態に示した容量素子２４１に相当する。また、
トランジスタ４６２は、上記実施の形態に示したトランジスタ３００やトランジスタ３２
０と同様の構造及び作製方法を適用することができる。
【０１９３】
また、上記トランジスタは、いずれもｎチャネル型トランジスタであるものとして説明す
るが、ｐチャネル型トランジスタを用いることが可能なことはいうまでもない。また、ト
ランジスタの具体的な構成は、ここで開示するものに限定する必要はない。
【０１９４】
図１２（Ａ）におけるトランジスタ４６０は、半導体材料（本実施の形態では単結晶シリ
コン）を含む基板４８５に設けられたチャネル形成領域４１６と、チャネル形成領域４１
６を挟むように設けられた不純物領域４２０と、不純物領域４２０に接する金属間化合物
領域４２４と、チャネル形成領域４１６上に設けられたゲート絶縁層４０８と、ゲート絶
縁層４０８上に設けられたゲート電極４１０と、を有する。なお、図において、明示的に
はソース電極やドレイン電極を有しない場合があるが、便宜上、このような状態を含めて
トランジスタと呼ぶ場合がある。また、この場合、トランジスタの接続関係を説明するた
めに、ソース領域やドレイン領域を含めてソース電極やドレイン電極と表現することがあ
る。つまり、本明細書において、ソース電極との記載には、ソース領域が含まれうる。
【０１９５】
基板４８５において、トランジスタ４６０は素子分離領域４０６により他の半導体素子（
図示せず）と分離されている。素子分離領域４０６は、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉ
ｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）法またはＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ
Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法等を用いて形成することができる。また、トランジスタ４６０
を覆うように絶縁層４２８、及び絶縁層４３０が設けられている。なお、トランジスタ４
６０において、ゲート電極４１０の側面に側壁絶縁層（サイドウォール絶縁層）を設け、
不純物領域４２０に不純物濃度が異なる領域を設けてもよい。
【０１９６】
単結晶半導体を用いたトランジスタ４６０は、高速動作が可能である。このため、当該ト
ランジスタを読み出し用のトランジスタとして用いることで、情報の読み出しを高速に行
うことができる。本実施の形態では、トランジスタ４６２および容量素子４６４の形成前
の処理として、絶縁層４２８、絶縁層４３０にＣＭＰ処理を施し、平坦化された絶縁層４
２８、絶縁層４３０としている。この時、同時にゲート電極４１０の上面を露出させる。
【０１９７】
絶縁層４２８、絶縁層４３０は、代表的には酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アル
ミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化シリコン
、窒化酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いることができる。絶縁層４２８、絶縁
層４３０は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて形成することができる。
【０１９８】
また、ポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、等の有機材料を用いるこ
ともできる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）等を用いること
もできる。有機材料を用いる場合、スピンコート法、印刷法などの湿式法によって絶縁層
４２８、絶縁層４３０を形成してもよい。
【０１９９】
本実施の形態では、絶縁層４２８として窒化シリコン、絶縁層４３０として酸化シリコン
を用いる。
【０２００】
絶縁層４３０表面において、少なくとも酸化物半導体層４４４を形成する領域に、平坦化
処理を行うことが好ましい。本実施の形態では、研磨処理（例えばＣＭＰ処理）により十
分に平坦化した（好ましくは絶縁層４３０表面の平均面粗さは０．１５ｎｍ以下）絶縁層
４３０上に酸化物半導体層４４４を形成する。
【０２０１】
図１２（Ａ）に示すトランジスタ４６２は、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導
体を用いたトランジスタである。よって、トランジスタ４６２は、オフ電流が極めて小さ
く、これを用いることにより長期にわたりデータを保持することが可能である。つまり、
リフレッシュ動作を必要としない、或いは、リフレッシュ動作の頻度が極めて少ない半導
体記憶装置とすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することができる。
【０２０２】
トランジスタ４６２は、酸化物半導体層４４４、ソース電極層及びドレイン電極層として
機能する電極４４２ａ及び電極４４２ｂ、ゲート絶縁層４４６、ゲート電極４４８を有す
る。また、電極４４２ａは、トランジスタ４６０のゲート電極４１０に接続する。
【０２０３】
トランジスタ４６２上には、絶縁層４３５、絶縁層４５０が設けられている。絶縁層４５
０は、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法などで得られる酸化シリコン、酸化アルミニ
ウムなどの酸化絶縁物、窒化シリコン、窒化アルミニウムなどの窒化絶縁物、酸化窒化シ
リコンや酸化窒化アルミニウムなどの酸化窒化絶縁物、窒化酸化シリコンなどの窒化酸化
絶縁物などを単層または積層して形成することができる。また、絶縁層４５０を上記材料
の積層として形成する場合、同じの材料の積層としてもよいし、異なる材料の積層として
もよい。本実施の形態では、絶縁層４５０として酸化窒化シリコン上に窒化シリコンを積
層した絶縁層を用いる。
【０２０４】
絶縁層４３５は、絶縁層４２８、絶縁層４３０、または絶縁層４５０と同様の材料及び方
法で形成することができる。本実施の形態では、絶縁層４３５として酸化窒化シリコンを
形成し、絶縁層４３５の表面をＣＭＰ処理により平坦化する。
【０２０５】
また、絶縁層４３５上の、トランジスタ４６２の電極４４２ａと重畳する領域に電極４５
３が設けられており、電極４４２ａ、ゲート絶縁層４４６、絶縁層４５０、絶縁層４３５
、電極４５３によって、容量素子４６４が構成される。すなわち、トランジスタ４６２の
電極４４２ａは、容量素子４６４の一方の電極として機能し、電極４５３は、容量素子４
６４の他方の電極として機能する。なお、容量が不要の場合には、容量素子４６４を設け
ない構成とすることもできる。また、容量素子４６４は、別途、トランジスタ４６２の上
方に設けてもよい。
【０２０６】
また、絶縁層４３５上に電極４５３と同じ導電層で形成された電極４５６が設けられてい
る。電極４５６は、絶縁層４３５、絶縁層４５０及びゲート絶縁層４４６に形成された開
口を介して電極４４２ｂと接続されている。また、電極４５３および電極４５６上に絶縁
層４５２が設けられている。絶縁層４５２上にさらに配線や絶縁層を設けてもよい。
【０２０７】
なお、電極４４２ｂ及び電極４５６の接続は、電極４４２ｂと電極４５６を直接接触させ
て行ってもよいし、電極４４２ｂと電極４５６の間に電極を設け、該電極を介して行って
もよい。また、間に介する電極は、複数であってもよい。
【０２０８】
次に、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に対応する回路構成の一例を図１２（Ｃ）に示す。
【０２０９】
図１２（Ｃ）において、第１の配線（１ｓｔ  Ｌｉｎｅ）とトランジスタ４６０のソース
電極とは、電気的に接続され、第２の配線（２ｎｄ  Ｌｉｎｅ）とトランジスタ４６０の
ドレイン電極とは、電気的に接続されている。また、第３の配線（３ｒｄ  Ｌｉｎｅ）と
トランジスタ４６２のソース電極またはドレイン電極の一方とは、電気的に接続され、第
４の配線（４ｔｈ  Ｌｉｎｅ）と、トランジスタ４６２のゲート電極とは、電気的に接続
されている。そして、トランジスタ４６０のゲート電極と、トランジスタ４６２のソース
電極またはドレイン電極の他方と、容量素子４６４の一方の電極はノードＮＤと電気的に
接続され、第５の配線（５ｔｈ  Ｌｉｎｅ）と、容量素子４６４の電極の他方は電気的に
接続されている。なお、本実施の形態におけるノードＮＤは、上記実施の形態におけるノ
ードＭ１に相当する。
【０２１０】
図１２（Ｃ）に示す半導体装置では、ノードＮＤにデータ（電荷）の書き込み、保持、読
み出しが可能である。トランジスタ４６２のオフ電流は極めて小さいため、ノードＮＤの
電荷は長時間にわたって保持される。
【０２１１】
本実施の形態に示す半導体装置では、チャネル形成領域に酸化物半導体を用いたオフ電流
の極めて小さいトランジスタを適用することで、極めて長期にわたりノードＮＤにデータ
（電荷）を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作が不要となるか、また
は、リフレッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分に
低減することができる。また、電力の供給がない場合（ただし、電位は固定されているこ
とが望ましい）であっても、長期にわたってノードＮＤの電荷を保持することが可能であ
る。
【０２１２】
また、本実施の形態に示す半導体装置では、情報の書き込みに高い電圧を必要とせず、素
子の劣化の問題もない。例えば、従来の不揮発性メモリのように、フローティングゲート
への電子の注入や、フローティングゲートからの電子の引き抜きを行う必要がないため、
ゲート絶縁層の劣化といった問題が全く生じない。すなわち、開示する発明に係る半導体
装置では、従来の不揮発性メモリで問題となっている書き換え可能回数に制限はなく、信
頼性が飛躍的に向上する。さらに、トランジスタのオン状態、オフ状態によって、情報の
書き込みが行われるため、高速な動作も容易に実現しうる。
【０２１３】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
【符号の説明】
【０２１４】
１００    家屋
１０１    照明装置
１０２    空調装置
１０３    電話機
１０４    冷蔵庫
１０５    オーブンレンジ
１０６    食器洗浄機
１０７    洗濯機
１０８    コンピュータ
１０９    オーディオ
１１０    テレビジョン
１１１    自走式掃除機
１１２    充電ステーション
１１３    浴室
１１４    浴室制御装置
１１５    撮像装置
１１６    録画装置
１２０    サーバー
１２１    通信回路
１２２    コントローラー
１２５    有線ＬＡＮ
１３０    携帯情報端末
１４０    電力供給回路
１４１    電圧調整回路
１４２    電源スイッチ制御回路
１５１    パワースイッチ
１５２    パワースイッチ
１５３    受電アンテナ
１５４    容量素子
１６１    配線
１６２    配線
２００    電気機器
２１１    負荷
２１２    有線通信回路
２１３    無線通信回路
２１４    蓄電装置
２１５    通信回路
２１６    電圧検出回路
２２１    電力放射回路
２２２    送電アンテナ
２３１    ＣＰＵ
２３２    揮発性記憶部
２３３    不揮発性記憶部
２４０    トランジスタ
２４１    容量素子
２４２    トランジスタ
２４３    トランジスタ
２４４    トランジスタ
２４５    セレクタ
２４６    インバータ
２４７    容量素子
２４８    フリップフロップ
３００    トランジスタ
３０１    放熱板
３０２    絶縁層
３０３    半導体基板
３０５    バッファ層
３０７    酸化物半導体層
３０９    端子
３１１    端子
３１３    絶縁層
３１５    ゲート電極
３２０    トランジスタ
３２１    ｎ型領域
３３０    筐体
１５１Ｔ    トランジスタ
１５２Ｔ    トランジスタ
Ｍ１    ノード
Ｍ２    ノード
ＮＤ    ノード
【図１】
2020004974.tif 000003
【図２】
2020004974.tif 000004
【図３】
2020004974.tif 000005
【図４】
2020004974.tif 000006
【図５】
2020004974.tif 000007
【図６】
2020004974.tif 000008
【図７】
2020004974.tif 000009
【図８】
2020004974.tif 000010
【図９】
2020004974.tif 000011
【図１０】
2020004974.tif 000012
【図１１】
2020004974.tif 000013
【図１２】
2020004974.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月30日(2019.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流供給回路と、蓄電装置と、を有し、
前記電流供給回路は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、電圧調整回路と、受電アンテナと、電源スイッチ制御回路と、を有し、
前記受電アンテナは、前記電圧調整回路と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのゲート、及び前記第２のトランジスタのゲートは、前記電源スイッチ制御回路と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方、及び前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記電圧調整回路と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのソース又はドレインの他方、及び前記第２のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記蓄電装置と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタ、及び前記第２のトランジスタは、半導体を含む電子機器。
【請求項２】
電流供給回路と、通信回路と、電圧検出回路と、蓄電装置と、を有し、
前記電流供給回路は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、電圧調整回路と、受電アンテナと、電源スイッチ制御回路と、を有し、
前記受電アンテナは、前記電圧調整回路と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのゲート、及び前記第２のトランジスタのゲートは、前記電源スイッチ制御回路と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方、及び前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記電圧調整回路と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのソース又はドレインの他方、及び前記第２のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記蓄電装置と電気的に接続され、
前記通信回路、前記電圧検出回路、及び前記蓄電装置の各々は、それぞれ電気的に接続され、
前記第１のトランジスタ、及び前記第２のトランジスタは、半導体を含む電子機器。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記半導体は、酸化物半導体である電子機器。