(57)【要約】【課題】医療行為の迅速化及び効率化を可能にする検査素子を提供する。【解決手段】アンテナと、検体がしみ込む吸湿部と、検体と反応する試薬部と、試薬部の色調の変化を検出するフォトセンサ及び無線交信可能な半導体装置を有するチップとを有し、試薬部の変化をフォトセンサによって検知し、検知したデータを無線交信可能な半導体装置内に記憶させ、かつデータを外部のデータベースに送信する検査素子に関する。あるいは、検体を収納する有底筒状体の底面近傍に、検体がしみ込む吸湿部と、吸湿部と接して設けられ検体と反応する試薬部と、試薬部の色調の変化を検出するフォトセンサと、フォトセンサの出力を読み取る信号処理回路と、信号処理回路の出力を外部装置に出力する通信回路とを有する検査素子が備えられている検査容器に関するものである。さらに、電源を供給するバッテリが設けられてもよい。【選択図】図１
2008096426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナと、
検体がしみ込む吸湿部と、
前記吸湿部と接して設けられ前記検体と反応する試薬部と、
前記試薬部の色調の変化を検出するフォトセンサ及び無線交信可能な半導体装置を有するチップと、
前記アンテナ、前記チップを覆う透光性の保護膜と、
を有し、
前記試薬部の変化を、前記フォトセンサによって検知し、前記検知したデータを前記無線交信可能な半導体装置内に記憶させ、かつ前記データを外部のデータベースに送信することを特徴とする検査素子。
【請求項２】
検体がしみ込む吸湿部と、
前記吸湿部と接して設けられ前記検体と反応する試薬部と、
前記試薬部の色調の変化を検出するフォトセンサと、
前記フォトセンサの出力を読み取る信号処理回路と、
前記信号処理回路の出力を外部装置に出力する通信回路と
を有することを特徴とする検査素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記フォトセンサは、
フォトダイオードと、
前記フォトダイオードの出力電流を増幅させる増幅回路を有していることを特徴とする検査素子。
【請求項４】
請求項１において、
前記無線交信可能な半導体装置は、メモリ回路を有しており、
前記メモリ回路に、前記検知したデータが記憶され、前記記憶されたデータが、前記外部のデータベースに送信されることを特徴とする検査素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
電源を供給するバッテリが設けられることを特徴とする検査素子。
【請求項６】
容器と、
前記容器内に設けられた検査素子と、
を有し、
前記検査素子は、アンテナと、フォトセンサ及び無線交信可能な半導体装置を有するチップと、前記アンテナ、前記チップを覆う透光性の保護膜と、試薬部と、吸湿部とを有し、
前記試薬部の変化を、前記フォトセンサによって検知し、前記検知したデータを前記無線交信可能な半導体装置内に記憶させ、かつ前記データを外部のデータベースに送信することを特徴とする検査容器。
【請求項７】
検体を収納する有底筒状体の底面近傍に、
前記検体がしみ込む吸湿部と、
前記吸湿部と接して設けられ前記検体と反応する試薬部と、
前記試薬部の色調の変化を検出するフォトセンサと、
前記フォトセンサの出力を読み取る信号処理回路と、
前記信号処理回路の出力を外部装置に出力する通信回路と、
を有する検査素子が備えられていることを特徴とする検査容器。
【請求項８】
検体を収納する有底筒状体の底面近傍に、
前記検体がしみ込む吸湿部と、前記吸湿部と接して設けられ前記検体と反応する試薬部と、前記試薬部の色調の変化を検出するフォトセンサと、前記フォトセンサの出力を読み取る信号処理回路と、前記信号処理回路の出力を外部装置に出力する通信回路を有する検査素子が備えられ、
前記有底筒状体の底面若しくは側面に形成されたアンテナと、前記検査素子が接続されていることを特徴とする検査容器。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれか１項において、
前記フォトセンサは、
フォトダイオードと、
前記フォトダイオードの出力電流を増幅させる増幅回路を有していることを特徴とする検査容器。
【請求項１０】
請求項６において、
前記無線交信可能な半導体装置は、メモリ回路を有しており、
前記メモリ回路に、前記検知したデータが記憶され、前記記憶されたデータが、前記外部のデータベースに送信されることを特徴とする検査容器。
【請求項１１】
請求項６乃至請求項１０のいずれか１項において、
電源を供給するバッテリが設けられることを特徴とする検査容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信可能な半導体装置、フォトセンサ等を有する尿検査システム及び尿検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
尿検査は、腎臓疾患を主とし、また他の様々な疾患を検査する。従来、尿検査は尿検査用の紙コップが用意され、尿試験紙に収集された尿を付けることにより試験紙に現れた反応を、人為的に採取する方法がとられている。
【０００３】
尿検査試験紙で行うことができる検査には、尿蛋白、尿糖、ケトン体、ビリルビン、ウロビリノーゲン、潜血、亜硝酸塩、ｐＨ、比重などがある。近年情報記述の発達により医療現場にも高度なネットワークが構築されつつあるが、このような人為的な検査結果については電子的に情報端末に結びつける術はない。すなわち、検査の結果は人間の手で情報端末に情報を入力しなくてはならず、迅速化、効率化が妨げられてきた。
【０００４】
自動化装置としては、防水性ケースに検査孔が設けられ、その検査孔を密閉する試薬部を有する尿検査具内に、試薬部の発色の度合いを光学的に検出する発光素子及び受光素子からなるセンサユニットを備えた自動尿検査装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、検体の入った容器に尿検査具を一定時間浸し、試薬部の発色度合いをその都度測定する方式では多くの検体を処理するのに時間がかかってしまう。さらに検体ごとに試薬部の付いた尿検査具とセンサユニットを分解して、新たな尿検査具と取り替えなければならない。
【特許文献１】特開平５−１８９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明では、検体分析の自動化を図り、医療行為の迅速化および効率化を課題とする。
【０００７】
また本発明は医療行為にとどまらず、液体を検査する検査手段及び検査方法において、迅速化及び効率化を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、検体検査において好適に用いることができる検査素子若しくは検査容器であって、試薬部の変化を検出するセンサと、該センサ出力を無線通信によりコンピュータに出力する機能を備えたことを要旨とする。
【０００９】
本発明は、アンテナと、検体がしみ込む吸湿部と、前記吸湿部と接して設けられ前記検体と反応する試薬部と、前記試薬部の色調の変化を検出するフォトセンサ及び無線交信可能な半導体装置を有するチップと、前記アンテナ、前記チップを覆う透光性の保護膜とを有し、前記試薬部の変化を、前記フォトセンサによって検知し、前記検知したデータを前記無線交信可能な半導体装置内に記憶させ、かつ前記データを外部のデータベースに送信することを特徴とする検査素子に関するものである。
【００１０】
また本発明は、検体がしみ込む吸湿部と、前記吸湿部と接して設けられ前記検体と反応する試薬部と、前記試薬部の色調の変化を検出するフォトセンサと、前記フォトセンサの出力を読み取る信号処理回路と、前記信号処理回路の出力を外部装置に出力する通信回路とを有することを特徴とする検査素子に関するものである。
【００１１】
また本発明は、容器と、前記容器内に設けられた検査素子とを有し、前記検査素子は、アンテナと、フォトセンサ及び無線交信可能な半導体装置を有するチップと、前記アンテナ、前記チップを覆う透光性の保護膜と、試薬部と、吸湿部とを有し、前記試薬部の変化を、前記フォトセンサによって検知し、前記検知したデータを前記無線交信可能な半導体装置内に記憶させ、かつ前記データを外部のデータベースに送信することを特徴とする検査容器に関するものである。
【００１２】
また本発明は、検体を収納する有底筒状体の底面近傍に、前記検体がしみ込む吸湿部と、前記吸湿部と接して設けられ前記検体と反応する試薬部と、前記試薬部の色調の変化を検出するフォトセンサと、前記フォトセンサの出力を読み取る信号処理回路と、前記信号処理回路の出力を外部装置に出力する通信回路と、を有する検査素子が備えられていることを特徴とする検査容器に関するものである。
【００１３】
また本発明は、検体を収納する有底筒状体の底面近傍に、前記検体がしみ込む吸湿部と、前記吸湿部と接して設けられ前記検体と反応する試薬部と、前記試薬部の色調の変化を検出するフォトセンサと、前記フォトセンサの出力を読み取る信号処理回路と、前記信号処理回路の出力を外部装置に出力する通信回路を有する検査素子が備えられ、前記有底筒状体の底面若しくは側面に形成されたアンテナと、前記検査素子が接続されていることを特徴とする検査容器に関するものである。
【００１４】
本発明において、前記フォトセンサは、フォトダイオードと、前記フォトダイオードの出力電流を増幅させる増幅回路を有している。
【００１５】
本発明において、前記無線交信可能な半導体装置は、メモリ回路を有しており、前記メモリ回路に、前記検知したデータが記憶され、前記記憶されたデータが、前記外部のデータベースに送信される。
【００１６】
本発明において、電源を供給するバッテリが設けられるものである。
【００１７】
また本発明において、前記バッテリはＲＦバッテリである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、医療検査が迅速化され、かつ医療業務を効率化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施の形態を示す。本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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、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。
【００２０】
なお、実施の形態を説明するための全図において、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付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２１】
なお、本明細書でいう半導体装置とは、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ものとする。
【００２２】
本実施の形態を、図１（Ａ）〜図１（Ｂ）、図２（Ａ）〜図２（Ｂ）、図３（Ａ）〜図３（Ｂ）、図４（Ａ）〜図４（Ｂ）、図５、図６、図７（Ａ）〜図７（Ｂ）、図８、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｂ）、図１２、図１３、図１４、図１５（Ａ）〜図１５（Ｂ）、図１６（Ａ）〜図１６（Ｅ）、図１７、図１８、図１９、図２０を用いて説明する。
【００２３】
尿検査用の容器１１１、例えば有底筒状体物、具体的には紙コップの内部に貼り付けられた検査用の検査素子１０１は（図１（Ａ）参照）、ポリイミド等の樹脂からなる基板１０２と基板上に設けられたチップ１０５と、銅などの導電体からなるアンテナ１０３と、基板上に設けられた発光素子（発光ダイオード（ＬＥＤ））１０４と、チップ１０５上に設けられた透光性の保護膜１０７と、保護膜１０７上に設けられた試薬部１０８と、試薬部１０８上に設けられた吸湿部１０９とからなる（図１（Ｂ）参照）。なお図１（Ｂ）では、チップ１０５を保護する透光性のパシベーション膜１０６を設けているが、保護膜１０７があるので、パシベーション膜１０６を形成しなくてもよい。
【００２４】
なお吸湿部１０９に用いられる吸湿材は、検体、本実施の形態では液体を吸湿するものであれば材料であればよく、例えば樹脂や多孔体などが挙げられる。
【００２５】
従来使用した尿検査用の紙コップ内部（好ましくは底部）に、検査用の検査素子を貼り付ける。紙コップ内に収集された尿（検体）を検査素子の上面に設けられた試験紙が反応し、その反応を検査素子に搭載されたフォトセンサによって読み取り、検査結果のデータを無線交信可能な半導体装置に送り、検査素子に搭載された無線交信可能な半導体装置が情報を電子化し無線交信可能な半導体装置に内蔵されたメモリに、一時蓄積する。リーダで読み取った情報は、リーダに一時保存され、尿自動検査装置に送信される（パケット通信）。さらに分析装置を通過し分析結果を付与された情報は、各患者ごとに分けられたデータベースに加えられる。
【００２６】
近年様々なメーカから尿試験紙が販売されているがそれぞれ判定値が異なることから、日本臨床検査標準協議会（ＪＣＣＣＳ）の尿検査標準化委員会は、尿検査紙の糖、蛋白、潜血の標準化を進めている。本検査装置の上記の基準を用いた検査装置とすることが好ましい。
【００２７】
また試験紙や試薬部、あるいはフォトセンサの感度等を変えれば、尿検査だけではなく、様々な液体の検査及びデータ化が可能である。例えば、血液検査、水質検査など、様々な分野に援用でき、検査の迅速化と効率化を図ることが可能となる。
【００２８】
チップ１０５内には、センサとしてフォトセンサ（光電変換装置）２０２、無線交信可能な半導体装置２０１、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）２０３が設けられており（図２（Ａ）参照）、必要であればそれぞれの素子に電源を供給する手段として、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バッテリ２０４を配置してもよい（図２（Ｂ）参照）。なお、ＬＥＤ１０４とＬＥＤ２０３は、いずれか一方を設ければよい。ただし後述のようにＬＥＤ１０４及びＬＥＤ２０３は設けなくてもよい。
【００２９】
図２（Ａ）では、同一平面上にフォトセンサ２０２、無線交信可能な半導体装置２０１、ＬＥＤ２０３を配置する。また図２（Ｂ）では、同一平面上にフォトセンサ２０２、無線交信可能な半導体装置２０１、ＬＥＤ２０３、バッテリ２０４を配置する。一方、それぞれの素子を別々の基板に形成し、それらを貼り合わせて形成してもよい。図３（Ａ）に、無線交信可能な半導体装置２０１、フォトセンサ２０２、ＬＥＤ２０３を貼り合わせたチップ１０５、図３（Ｂ）に、無線交信可能な半導体装置２０１、フォトセンサ２０２、ＬＥＤ２０３、バッテリ２０４を貼り合わせたチップ１０５を示す。無線交信可能な半導体装置２０１、フォトセンサ２０２、ＬＥＤ２０３、バッテリ２０４の積層の順番は図３（Ａ）あるいは図３（Ｂ）に示すものでなくてもよい。各基板に貫通孔を設け、導電材料によって各基板を電気的に接続させる。またＬＥＤ２０３は面発光させてもよい。
【００３０】
またＬＥＤ１０４及びＬＥＤ２０３はフォトセンサ２０２が検知できるほど十分な光が得られた場合は設けなくてもよい。あるいは容器１１１の底面、あるいは全面を透光性の材料で形成し、検査素子１０１の外部に設けられた光源からの光を、容器１１１の透光性の材料で形成された領域を介して取り込み、フォトセンサ２０２による検知を行ってもよい。
【００３１】
図４（Ａ）〜図４（Ｂ）、図５、図７（Ａ）〜図７（Ｂ）、図８、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｂ）、を用いて、フォトセンサ２０２について説明を行う。本実施の形態のフォトセンサ２０２は、フォトダイオード３０３と、フォトダイオード３０３の出力電流（光電流）を増幅する増幅回路３０１を有している。図４（Ａ）は、フォトセンサ２０２の上面図、図４（Ｂ）は回路図を示している。なお必要であればその他の処理回路３０７、例えば出力電流を処理して無線交信可能な半導体装置２０１に送るための信号に変換する処理回路、フォトダイオード３０３の出力を読み取る信号処理回路と、前記信号処理回路の出力を外部装置に出力する通信回路等を設けてもよい。
【００３２】
本実施の形態では、増幅回路３０１としてカレントミラー回路を用い、その基本構成として、参照側の薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＴＦＴ））３０４と増幅側のＴＦＴ３０５を設ける。
【００３３】
図４（Ｂ）では、カレントミラー回路３０１を構成するＴＦＴ３０４のゲート電極は、カレントミラー回路３０１を構成するもう１つのＴＦＴ３０５のゲート電極に電気的に接続され、更にＴＦＴ３０４のソース電極またはドレイン電極の一方であるドレイン電極（「ドレイン端子」ともいう）に電気的に接続されている。
【００３４】
ＴＦＴ３０４のドレイン端子は、フォトダイオード３０３、ＴＦＴ３０５のドレイン端子、及び高電位電源ＶＤＤに電気的に接続されている。
【００３５】
ＴＦＴ３０４のソース電極またはドレイン電極の他方であるソース電極（「ソース端子」ともいう）は、低電位電源ＶＳＳ及びＴＦＴ３０５のソース端子に電気的に接続されている。
【００３６】
図４（Ｂ）では、カレントミラー回路３０１を構成するＴＦＴ３０５のゲート電極は、ＴＦＴ３０４のゲート電極及びドレイン端子に電気的に接続されている。
【００３７】
また、ＴＦＴ３０４及びＴＦＴ３０５のゲート電極は互いに接続されているので共通の電位が印加される。
【００３８】
図４（Ｂ）では２個のＴＦＴによる、カレントミラー回路の例を図示している。この時、ＴＦＴ３０４とＴＦＴ３０５が同一の特性を有する場合、参照電流と出力電流の比は、１：１の関係となる。
【００３９】
出力値をｎ倍とするための回路構成を図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す。図７（Ａ）の回路構成は、図４（Ｂ）のＴＦＴ３０５をｎ個にしたものに相当する。図７（Ａ）に示すようにｎチャネル型ＴＦＴ３０４とｎチャネル型ＴＦＴ３０５の比を１：ｎにすることで、出力値をｎ倍とすることが可能となる。これは、ＴＦＴのチャネル幅Ｗを増加させ、ＴＦＴに流すことのできる電流の許容量をｎ倍とすることと同様の原理である。
【００４０】
例えば、出力値を１００倍に設計する場合、ｎチャネルＴＦＴ３０４を１個、ｎチャネル型ＴＦＴ３０５を１００個並列接続することで、目標とした電流を得ることが可能となる。
【００４１】
図７（Ａ）中の回路３１８ｉ（回路３１８ａ、回路３１８ｂ、等）の詳細な回路構成を図７（Ｂ）に示す。
【００４２】
図７（Ｂ）の回路構成は、図４（Ｂ）及び図７（Ａ）の回路構成を基にしており、同じ素子は同じ符号で表されている。すなわち、ＴＦＴ３０５ｉのゲート電極は、端子３１９ｉに電気的に接続されており、またＴＦＴ３０５ｉのドレイン端子は、端子３２０ｉに電気的に接続されている。またＴＦＴ３０５ｉのソース端子は、端子３２１ｉに電気的に接続されている。
【００４３】
なお図７（Ａ）中の回路３１８ａ、回路３１８ｂ、等を、説明するために、そのうちの１つである回路３１８ｉを図７（Ｂ）に示している。回路３１８ｉは図４（Ｂ）及び図７（Ａ）の回路構成を基にしているので、図７（Ｂ）の符号において「ｉ」の付いている符号は、図４（Ｂ）の「ｉ」の付いていない符号と同じものである。すなわち、例えば図４（Ｂ）のＴＦＴ３０５と図７（Ｂ）のＴＦＴ３０５ｉは同じものである。
【００４４】
したがって図７（Ａ）においては、ｎチャネル型ＴＦＴ３０５は、ｎ個のｎチャネル型ＴＦＴ３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｉ、等から構成されていることとなる。これによりＴＦＴ３０４に流れる電流がｎ倍に増幅されて出力される。
【００４５】
尚、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）において図４（Ｂ）と同じものを指示している場合は、同じ符号で示してある。
【００４６】
また、図４（Ｂ）はカレントミラー回路３０１を、ｎチャネル型ＴＦＴを用いた等価回路として図示したものであるが、このｎチャネル型ＴＦＴに代えてｐチャネル型ＴＦＴを用いてもよい。
【００４７】
増幅回路をｐチャネル型ＴＦＴで形成する場合は、図８に示す等価回路となる。図８に示すように、カレントミラー回路３３３はｐチャネル型ＴＦＴ３３１及び３３２を有している。なお図４（Ｂ）と図８で同じものは同じ符号で示している。
【００４８】
図４（Ｂ）のＴＦＴ３０４及び３０５を含むカレントミラー回路３０１及びフォトダイオード３０３を含む回路の断面図を図５に示す。
【００４９】
図５において、基板２１０、下地絶縁膜２１２、ゲート絶縁膜２１３を示している。
【００５０】
また、接続電極２８５、端子電極２８１、ＴＦＴ３０４のソース電極またはドレイン電極２８２、及びＴＦＴ３０５のソース電極またはドレイン電極２８３は、高融点金属膜と低抵抗金属膜（アルミニウム合金または純アルミニウムなど）との積層構造となっている。ここでは、ソース電極またはドレイン電極２８２及び２８３は、チタン膜（Ｔｉ膜）とアルミニウム膜（Ａｌ膜）とＴｉ膜とを順に積み重ねた三層構造とする。
【００５１】
図５における、接続電極２８５、端子電極２８１、ＴＦＴ３０４のソース電極またはドレイン電極２８２、及びＴＦＴ３０５のソース電極またはドレイン電極２８３は、高融点金属膜と低抵抗金属膜との積層構造となっている。
【００５２】
このような低抵抗金属膜として、アルミニウム合金または純アルミニウムなどが挙げられる。また本実施の形態では、このような高融点金属膜と低抵抗金属膜との積層構造として、チタン膜（Ｔｉ膜）とアルミニウム膜（Ａｌ膜）とＴｉ膜とを順に積み重ねた三層構造とする。
【００５３】
また、高融点金属膜と低抵抗金属膜との積層構造の代わりに、単層の導電膜により形成することもできる。このような単層の導電膜として、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ネオジウム（Ｎｄ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる単層膜、或いは、これらの窒化物、例えば、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化モリブデンからなる単層膜を用いることができる。
【００５４】
また図５においては、ｎチャネル型ＴＦＴ３０４及び３０５は１つのチャネル形成領域を含む構造（本明細書では「シングルゲート構造」という）のトップゲート型ＴＦＴの例を示しているが、チャネル形成領域が複数ある構造にしてオン電流値のバラツキを低減させてもよい。
【００５５】
また、オフ電流値を低減するため、ｎチャネル型ＴＦＴ３０４及び３０５に低濃度ドレイン（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ（ＬＤＤ））領域を設けてもよい。ＬＤＤ領域とは、チャネル形成領域と、高濃度に不純物元素を添加して形成するソース領域またはドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した領域のことであり、ＬＤＤ領域を設けると、ドレイン領域近傍の電界を緩和してホットキャリア注入による劣化を防ぐという効果がある。
【００５６】
また、ホットキャリアによるオン電流値の劣化を防ぐため、ｎチャネル型ＴＦＴ３０４及び３０５を、ゲート絶縁膜を介してＬＤＤ領域をゲート電極と重ねて配置させた構造（本明細書では「ＧＯＬＤ（Ｇａｔｅ−ｄｒａｉｎ  Ｏｖｅｒｌａｐｐｅｄ  ＬＤＤ）構造」と呼ぶ）としてもよい。
【００５７】
ＧＯＬＤ構造を用いた場合、ＬＤＤ領域ゲート電極と重ねて形成しなかった場合よりも、さらにドレイン領域近傍の電界を緩和してホットキャリア注入による劣化を防ぐ効果がある。このようなＧＯＬＤ構造とすることで、ドレイン領域近傍の電界強度が緩和されてホットキャリア注入を防ぎ、劣化現象の防止に有効である。
【００５８】
またカレントミラー回路３０１を形成するＴＦＴ３０４及びＴＦＴ３０５は、トップゲート型ＴＦＴだけでなく、ボトムゲート型ＴＦＴ、例えば逆スタガ型ＴＦＴでもよい。
【００５９】
また、配線２１５はＴＦＴ３０４のドレイン配線（ドレイン電極とも呼ぶ）またはソース配線（ソース電極とも呼ぶ）と接続している。また、層間絶縁膜２１６、層間絶縁膜２１７、接続電極２８５を有している。なお、層間絶縁膜２１７は、ＣＶＤ法により形成される酸化珪素膜を用いることが好ましい。層間絶縁膜２１７をＣＶＤ法で形成する酸化珪素膜とすると固着強度が向上する。
【００６０】
また、端子電極２５０は、配線２１５と同一工程で形成され、端子電極２８１は接続電極２８５と同一工程で形成されている。
【００６１】
また、端子電極２２１は、半田２６４で基板２６０の電極２６１に実装されている。また、端子電極２２２は端子電極２２１と同一工程で形成され、半田２６３で基板２６０の電極２６２に実装されている。
【００６２】
以下に、図５に示す、フォトダイオード３０３、並びにＴＦＴ３０４及び３０５を有するカレントミラー回路３０１を含む半導体装置を作製する工程について、図５、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｂ）を用いて説明する。
【００６３】
まず、基板（第１の基板２１０）上に素子を形成する。ここでは基板２１０として、ガラス基板の一つであり市販されている無アルカリガラス基板を用いる。
【００６４】
次いで、プラズマＣＶＤ法で下地絶縁膜２１２となる窒素を含む酸化珪素膜（膜厚１００ｎｍ）を形成し、さらに大気にふれることなく、半導体膜例えば水素を含む非晶質珪素膜（膜厚５４ｎｍ）を積層形成する。また、下地絶縁膜２１２は酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜を用いた積層してもよい。例えば、下地絶縁膜２１２として、酸素を含む窒化珪素膜を５０ｎｍ、さらに窒素を含む酸化珪素膜を１００ｎｍ積層した膜を形成してもよい。なお、窒素を含む酸化珪素膜や窒化珪素膜は、ガラス基板からのアルカリ金属などの不純物拡散を防止するブロッキング層として機能する。
【００６５】
次いで、上記非晶質珪素膜を固相成長法、レーザ結晶化方法、触媒金属を用いた結晶化方法などにより結晶化させて、結晶構造を有する半導体膜（結晶性半導体膜）、例えば多結晶珪素膜を形成する。ここでは、触媒元素を用いた結晶化方法を用いて多結晶珪素膜を得る。重量換算で１０ｐｐｍのニッケルを含む溶液をスピナーを用いて非晶質珪素膜表面に添加する。なお、スピナーで添加する方法に代えてスパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用いてもよい。次いで、加熱処理を行い結晶化させて結晶構造を有する半導体膜（ここでは多結晶珪素膜）を形成する。ここでは熱処理（５００℃、１時間）の後、結晶化のための熱処理（５５０℃、４時間）を行って多結晶珪素膜を得る。
【００６６】
次いで、多結晶珪素膜表面の酸化膜を希フッ酸等で除去する。その後、結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するためのレーザビームの照射を行う。
【００６７】
なお、非晶質珪素膜をレーザ結晶化方法で結晶化して結晶性半導体膜を得る場合、もしくは結晶構造を有する半導体膜を得た後結晶粒内に残される欠陥を補修するためにレーザ照射を行う場合には、以下に述べるレーザ照射方法で行えばよい。
【００６８】
レーザ照射は、連続発振型のレーザビーム（ＣＷレーザビーム）やパルス発振型のレーザビーム（パルスレーザビーム）を行うことができる。ここで用いることができるレーザビームは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザなどの気体レーザ、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザビームの基本波、及びこれらの基本波の第２高調波から第４高調波のレーザビームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いることができる。このときレーザのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ２）が必要である。そして、走査速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度として照射する。
【００６９】
なお、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、Ｋｒイオンレーザ、またはＴｉ：サファイアレーザは、連続発振をさせることが可能であり、Ｑスイッチ動作やモード同期などを行うことによって１０ＭＨｚ以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。１０ＭＨｚ以上の発振周波数でレーザビームを発振させると、半導体膜がレーザによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルスレーザを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるため、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。
【００７０】
媒質としてセラミック（多結晶）を用いると、短時間かつ低コストで自由な形状に媒質を形成することが可能である。単結晶を用いる場合、通常、直径数ｍｍ、長さ数十ｍｍの円柱状の媒質が用いられているが、セラミックを用いる場合はさらに大きいものを作ることが可能である。
【００７１】
発光に直接寄与する媒質中のＮｄ、Ｙｂなどのドーパントの濃度は、単結晶中でも多結晶中でも大きくは変えられないため、濃度を増加させることによるレーザの出力向上にはある程度限界がある。しかしながら、セラミックの場合、単結晶と比較して媒質の大きさを著しく大きくすることができるため大幅に出力が向上する。
【００７２】
さらに、セラミックの場合では、平行六面体形状や直方体形状の媒質を容易に形成することが可能である。このような形状の媒質を用いて、発振光を媒質の内部でジグザグに進行させると、発振光路を長くとることができる。そのため、増幅が大きくなり、大出力で発振させることが可能になる。また、このような形状の媒質から射出されるレーザビームは射出時の断面形状が四角形状であるため、丸状のビームと比較すると、線状ビームに整形するのに有利である。このように射出されたレーザビームを、光学系を用いて整形することによって、短辺の長さ１ｍｍ以下、長辺の長さ数ｍｍ〜数ｍの線状ビームを容易に得ることが可能となる。また、励起光を媒質に均一に照射することにより、線状ビームは長辺方向にエネルギー分布の均一なものとなる。
【００７３】
この線状ビームを半導体膜に照射することによって、半導体膜の全面をより均一にアニールすることが可能になる。線状ビームの両端まで均一なアニールが必要な場合は、その両端にスリットを配置し、エネルギーの減衰部を遮光するなどの工夫が必要となる。
【００７４】
なお、レーザ照射を大気中、または酸素雰囲気中で行う場合は、レーザビームの照射により表面に酸化膜が形成される。
【００７５】
次いで、上記レーザビームの照射により形成された酸化膜に加え、オゾン水で表面を１２０秒処理して合計１〜５ｎｍの酸化膜からなるバリア層を形成する。このバリア層は、結晶化させるために添加した触媒元素、例えばニッケル（Ｎｉ）を膜中から除去するために形成する。ここではオゾン水を用いてバリア層を形成したが、酸素雰囲気下の紫外線の照射で結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する方法や酸素プラズマ処理により結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する方法やプラズマＣＶＤ法やスパッタ法や蒸着法などで１〜１０ｎｍ程度の酸化膜を堆積してバリア層を形成してもよい。また、バリア層を形成する前にレーザビームの照射により形成された酸化膜を除去してもよい。
【００７６】
次いで、バリア層上にスパッタ法にてゲッタリングサイトとなるアルゴン元素を含む非晶質珪素膜を１０ｎｍ〜４００ｎｍ、ここでは膜厚１００ｎｍで成膜する。ここでは、アルゴン元素を含む非晶質珪素膜は、シリコンターゲットを用いてアルゴンを含む雰囲気下で形成する。プラズマＣＶＤ法を用いてアルゴン元素を含む非晶質珪素膜を形成する場合、成膜条件は、モノシランとアルゴンの流量比（ＳｉＨ４：Ａｒ）を１：９９とし、成膜圧力を６．６６５Ｐａとし、ＲＦパワー密度を０．０８７Ｗ／ｃｍ２とし、成膜温度を３５０℃とする。
【００７７】
その後、６５０℃に加熱された炉に入れて３分の熱処理を行い触媒元素を除去（ゲッタリング）する。これにより結晶構造を有する半導体膜中の触媒元素濃度が低減される。炉に代えてランプアニール装置を用いてもよい。
【００７８】
次いで、バリア層をエッチングストッパとして、ゲッタリングサイトであるアルゴン元素を含む非晶質珪素膜を選択的に除去した後、バリア層を希フッ酸で選択的に除去する。なお、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、酸化膜からなるバリア層をゲッタリング後に除去することが望ましい。
【００７９】
なお、触媒元素を用いて半導体膜の結晶化を行わない場合には、上述したバリア層の形成、ゲッタリングサイトの形成、ゲッタリングのための熱処理、ゲッタリングサイトの除去、バリア層の除去などの工程は不要である。
【００８０】
次いで、得られた結晶構造を有する半導体膜（例えば結晶性珪素膜）の表面にオゾン水で薄い酸化膜を形成した後、フォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体膜（本明細書では「島状半導体領域」という）２３１及び２３２を形成する（図９（Ａ）参照）。島状半導体領域を形成した後、レジストからなるマスクを除去する。
【００８１】
次いで、必要があればＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ホウ素またはリン）のドーピングを行う。ここでは、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法を用いる。
【００８２】
次いで、フッ酸を含むエッチャントで酸化膜を除去すると同時に島状半導体領域２３１及び２３２の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜２１３となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。ここでは、プラズマＣＶＤ法により１１５ｎｍの厚さで窒素を含む酸化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成する。
【００８３】
次いで、ゲート絶縁膜２１３上に金属膜を形成した後、ゲート電極２３４及びゲート電極２３５、配線２１４及び配線２１５、端子電極２５０を形成する（図９（Ｂ）参照）。
【００８４】
また、ゲート電極２３４及びゲート電極２３５、配線２１４及び配線２１５、端子電極２５０として、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ネオジウム（Ｎｄ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる単層膜、或いは、これらの窒化物、例えば、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化モリブデンからなる単層膜を用いることができる。
【００８５】
また、上記の単層膜の代わりに積層膜を用いてもよい。例えば、ゲート電極２３４及びゲート電極２３５、配線２１４及び配線２１５、端子電極２５０として、窒化タンタル及びタングステン（Ｗ）をそれぞれ３０ｎｍ、３７０ｎｍ積層した膜を用てもよい。
【００８６】
次いで、島状半導体領域２３１及び島状半導体領域２３２への一導電型を付与する不純物の導入を行って、ＴＦＴ３０５のソース領域またはドレイン領域２３７、及びＴＦＴ３０４のソース領域またはドレイン領域２３８の形成を行う。本実施の形態ではｎチャネル型ＴＦＴを形成するので、ｎ型の不純物、例えばリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）を島状半導体領域２３１及び島状半導体領域２３２に導入する（図９（Ｃ）参照）。
【００８７】
次いで、ＣＶＤ法により酸化珪素膜を含む第１の層間絶縁膜（図示しない）を５０ｎｍ形成した後、それぞれの島状半導体領域に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工程は、ランプ光源を用いたラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）、或いはＹＡＧレーザまたはエキシマレーザを裏面から照射する方法、或いは炉を用いた熱処理、或いはこれらの方法のうち、いずれかと組み合わせた方法によって行う。
【００８８】
次いで、水素及び酸素を含む窒化珪素膜を含む第２の層間絶縁膜２１６を、例えば１０ｎｍの膜厚で形成する。
【００８９】
次いで、第２の層間絶縁膜２１６上に絶縁物材料から成る第３の層間絶縁膜２１７を形成する（図１０（Ａ）参照）。第３の層間絶縁膜２１７はＣＶＤ法で得られる絶縁膜を用いることができる。本実施の形態においては密着性を向上させるため、第３の層間絶縁膜２１７として、９００ｎｍの膜厚で形成した窒素を含む酸化珪素膜を形成する。
【００９０】
次に、熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理、例えば窒素雰囲気中４１０℃で１時間）を行い、島状半導体膜を水素化する。この工程は第２の層間絶縁膜２１６に含まれる水素により島状半導体膜のダングリングボンドを終端させるために行うものである。ゲート絶縁膜２１３の存在に関係なく島状半導体膜を水素化することができる。
【００９１】
また第３の層間絶縁膜２１７として、シロキサンを用いた絶縁膜、及びそれらの積層構造を用いることも可能である。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造で構成される。置換基として、少なくとも水素を含む化合物（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フッ素を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む化合物と、フッ素とを用いてもよい。
【００９２】
第３の層間絶縁膜２１７としてシロキサンを用いた絶縁膜、及びそれらの積層構造を用いた場合は、第２の層間絶縁膜２１６を形成後、島状半導体膜を水素化するための熱処理を行い、次に第３の層間絶縁膜２１７を形成することもできる。
【００９３】
次いで、レジストからなるマスクを形成し、第１の層間絶縁膜、第２の層間絶縁膜２１６及び第３の層間絶縁膜２１７またはゲート絶縁膜２１３を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。そして、レジストからなるマスクを除去する。
【００９４】
なお、第３の層間絶縁膜２１７は必要に応じて形成すればよく、第３の層間絶縁膜２１７を形成しない場合は、第２の層間絶縁膜２１６を形成後に第１の層間絶縁膜、第２の層間絶縁膜２１６及びゲート絶縁膜２１３を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。
【００９５】
次いで、スパッタ法で金属積層膜を成膜した後、レジストからなるマスクを形成し、選択的に金属膜をエッチングして、配線２８４、接続電極２８５、端子電極２８１、ＴＦＴ３０４のソース電極またはドレイン電極２８２、ＴＦＴ３０５のソース電極またはドレイン電極２８３を形成する（図１０（Ｂ）参照）。
【００９６】
図１０（Ｂ）では、配線２８４、接続電極２８５、端子電極２８１、ＴＦＴ３０４のソース電極またはドレイン電極２８２、及びＴＦＴ３０５のソース電極またはドレイン電極２８３を、単層の導電膜から形成している。
【００９７】
このような単層として、耐熱性及び導電率等の点からチタン膜（Ｔｉ膜）が好ましい。またチタン膜に変えて、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ネオジウム（Ｎｄ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる単層膜、或いは、これらの窒化物、例えば、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化モリブデンからなる単層膜を用いることができる。配線２８４、接続電極２８５、端子電極２８１、及びＴＦＴ３０４のソース電極またはドレイン電極２８２、及びＴＦＴ３０５のソース電極またはドレイン電極２８３を単層膜にすることにより、作製工程において成膜回数を減少させることが可能となる。
【００９８】
また、配線２１９、接続電極２２０、端子電極２５１、ＴＦＴ３０４のソース電極またはドレイン電極２４１、及びＴＦＴ３０５のソース電極またはドレイン電極２４２に保護電極を設けた場合について図１０（Ｃ）に示す。
【００９９】
まず配線２１９、接続電極２２０、端子電極２５１、ＴＦＴ３０４のソース電極またはドレイン電極２４１、及びＴＦＴ３０５のソース電極またはドレイン電極２４２のそれぞれの下層導電膜は、高融点金属膜と低抵抗金属膜（アルミニウム合金または純アルミニウムなど）との積層構造となっている。ここでは、配線２１９、ソース電極またはドレイン電極２４１及び２４２の下層導電膜は、チタン膜（Ｔｉ膜）とアルミニウム膜（Ａｌ膜）とＴｉ膜とを順に積み重ねた三層構造とする。
【０１００】
さらに配線２１９、接続電極２２０、端子電極２５１、ＴＦＴ３０４のソース電極またはドレイン電極２４１、及びＴＦＴ３０５のソース電極またはドレイン電極２４２を覆うように、それぞれ保護電極２１８、保護電極２４５、保護電極２４８、保護電極２４６及び保護電極２４７が形成されている。
【０１０１】
光電変換層３０３をエッチングする際に、配線２１９は、覆っている保護電極２１８によって保護される。保護電極２１８の材料は、光電変換層３０３をエッチングするガス（またはエッチャント）に対して光電変換層３０３よりもエッチング速度の小さい導電材料であることが好ましい。加えて、保護電極２１８の材料は、光電変換層３０３と反応して合金とならない導電材料であることが好ましい。なおその他の保護電極２４５、保護電極２４８、保護電極２４６及び保護電極２４７も保護電極２１８と同様の材料及び作製工程により形成される。
【０１０２】
例えば、後に形成される光電変換層（代表的にはアモルファスシリコン）と反応して合金になりにくい導電性の金属膜（チタン（Ｔｉ）またはモリブデン（Ｍｏ）など）を成膜した後、レジストからなるマスクを形成し、選択的に導電性の金属膜をエッチングして配線２８４を覆う保護電極２１８を形成する。ここではスパッタ法で得られる膜厚２００ｎｍのＴｉ膜を用いる。なお、同様に接続電極２８５、端子電極２８１、ＴＦＴ３０４のソース電極またはドレイン電極２８２、ＴＦＴ３０５のソース電極またはドレイン電極２８３も導電性の金属膜で覆われ、それぞれ保護電極２４５、２４８、２４６、２４７が形成される。従って、導電性の金属膜は、これらの電極における２層目のＡｌ膜が露呈されている側面も覆い、導電性の金属膜は光電変換層へのアルミニウム原子の拡散も防止できる。
【０１０３】
次に第３の層間絶縁膜２１７上に、ｐ型半導体層３０３ｐ、ｉ型半導体層３０３ｉ及びｎ型半導体層３０３ｎを含む光電変換層３０３を形成する。
【０１０４】
ｐ型半導体層３０３ｐは、１３属の不純物元素、例えばホウ素（Ｂ）を含んだアモルファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜して形成すればよい。
【０１０５】
図１１（Ａ）では、配線２８４に光電変換層３０３の最下層、本実施の形態ではｐ型半導体層３０３ｐと接している。
【０１０６】
また保護電極を形成する場合は、配線２８４及び保護電極２１８は光電変換層３０３の最下層、本実施の形態ではｐ型半導体層３０３ｐと接することとなる。
【０１０７】
ｐ型半導体層３０３ｐを形成したら、さらにｉ型半導体層３０３ｉ及びｎ型半導体層３０３ｎを順に形成する。これによりｐ型半導体層３０３ｐ、ｉ型半導体層３０３ｉ及びｎ型半導体層３０３ｎを有する光電変換層３０３が形成される。
【０１０８】
ｉ型半導体層３０３ｉとしては、例えばプラズマＣＶＤ法でアモルファスシリコン膜を形成すればよい。またｎ型半導体層３０３ｎとしては、１５属の不純物元素、例えばリン（Ｐ）を含むアモルファスシリコン膜を形成してもよいし、アモルファスシリコン膜を形成後、１５属の不純物元素を導入してもよい。
【０１０９】
またｐ型半導体層３０３ｐ、ｉ型半導体層３０３ｉ、ｎ型半導体層３０３ｎとして、アモルファス半導体膜だけではなく、セミアモルファス半導体膜を用いてもよい。
【０１１０】
次いで、全面に絶縁物材料（例えば珪素を含む無機絶縁膜）からなる封止層２２４を厚さ（１μｍ〜３０μｍ）で形成して図１１（Ａ）の状態を得る。ここでは絶縁物材料膜としてＣＶＤ法により、膜厚１μｍの窒素を含む酸化珪素膜を形成する。ＣＶＤ法による絶縁膜を用いることによって密着性の向上を図っている。
【０１１１】
次いで、封止層２２４をエッチングして開口部を設けた後、スパッタ法により端子電極２２１及び端子電極２２２を形成する。端子電極２２１及び端子電極２２２は、チタン膜（Ｔｉ膜）（１００ｎｍ）と、ニッケル膜（Ｎｉ）膜（３００ｎｍ）と、金膜（Ａｕ膜）（５０ｎｍ）との積層膜とする。こうして得られる端子電極２２１及び端子電極２２２の固着強度は５Ｎを超え、端子電極として十分な固着強度を有している。
【０１１２】
以上の工程で、半田接続が可能な端子電極２２１及び端子電極２２２が形成され、図１１（Ｂ）に示す構造が得られる。
【０１１３】
次いで、得られたフォトセンサを基板２６０の実装面に実装する。なお、端子電極２２１と電極２６１、並びに端子電極２２２と電極２６２との接続には、それぞれ半田２６４及び半田２６３を用い、予め基板２６０の電極２６１及び２６２上にスクリーン印刷法などによって形成しておき、半田と端子電極を当接した状態にしてから半田リフロー処理を行って実装する。半田リフロー処理は、例えば不活性ガス雰囲気中、２５５℃〜２６５℃程度の温度で約１０秒行う。また、半田の他に金属（金、銀等）で形成されるバンプ、または導電性樹脂で形成されるバンプ等を用いることができる。また、環境問題を考慮して鉛フリーはんだを用いて実装してもよい（図５参照）。
【０１１４】
以上のようにして、光電変換層３０３を含む光電変換装置、カレントミラー回路３０１を有する半導体装置を得ることが可能である。
【０１１５】
次いで、図６、図１２、図１３を用いて、本実施の形態の無線交信可能な半導体装置２０１の構成と動作について説明する。
【０１１６】
始めに構成について説明する。図６に示すように、本発明の無線交信可能な半導体装置（ＲＦＩＤ、ＩＤチップ、ＩＣチップ、ＩＣタグ、ＩＤタグ、無線チップ、ともいう）２０１は、アンテナ９１７、高周波回路９１４、電源回路９１５、リセット回路９１１、整流回路９０６、復調回路９０７、アナログアンプ９０８、クロック発生回路９０３、変調回路９０９、信号出力制御回路９０１、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ  Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ  Ｃｏｄｅ（巡回冗長コード））回路９０２およびメモリ回路９００の回路ブロックを有する。また、電源回路９１５は、整流回路９１３および保持容量９１２の回路ブロックを有する。さらに、図１２に示すように、メモリ回路９００は、メモリセルアレイ９２０、列デコーダ９２１および行デコーダ９２２を有する。
【０１１７】
ここで、アンテナ９１７は、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ、ループアンテナ、及び八木アンテナのいずれのアンテナも用いることができる。
【０１１８】
また、アンテナ９１７において無線信号を送受信する方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式、及び電波方式のいずれであってもよい。
【０１１９】
次に、本発明の無線交信可能な半導体装置２０１の動作について説明する。図１３に示すように、質問器（リーダ／ライタともいう）３４３に電気的に接続されたアンテナユニット３４２から無線信号が送信される。無線信号には質問器３４３から無線交信可能な半導体装置２０１への命令が含まれている。
【０１２０】
アンテナ９１７により受信された無線信号は高周波回路９１４を介して各回路ブロックに送られる。高周波回路９１４を介して電源回路９１５に送られた信号が整流回路９１３に入力される。
【０１２１】
ここで、整流回路９１３は無線信号の極性を整える作用を持っている。当該信号は整流され、さらに保持容量９１２により平滑化される。そして、高電源電位（ＶＤＤ）が生成される。
【０１２２】
また、アンテナ９１７により受信された無線信号は高周波回路９１４を介して整流回路９０６にも送られる。当該信号は整流され、復調回路９０７により復調される。復調された信号は、アナログアンプ９０８により増幅される。
【０１２３】
さらに、アンテナ９１７により受信された無線信号は高周波回路９１４を介してクロック発生回路９０３にも送られる。クロック発生回路９０３に送られた信号は分周されて基本クロック信号となる。ここで、基本クロック信号は各回路ブロックに送られ、信号のラッチ、信号の選択等で用いられる。
【０１２４】
前記アナログアンプ９０８により増幅された信号および前記基本クロック信号は、コード抽出回路９０４に送られる。コード抽出回路９０４では、前記アナログアンプ９０８により増幅された信号から、前記質問器３４３から無線交信可能な半導体装置２０１へ送られた命令を抽出する。また、コード判定回路９０５を制御する信号も作成している。
【０１２５】
前記コード抽出回路９０４により抽出された命令は、コード判定回路９０５に送られる。コード判定回路９０５では、前記質問器３４３からどのような命令が送られてきたのかを判別する。また、ＣＲＣ回路９０２、メモリ回路９００、信号出力制御回路９０１を制御する役割も有している。
【０１２６】
こうして、前記質問器（リーダ／ライタともいう）３４３からどのような命令が送られてきたのかを判別し、判別された命令により、ＣＲＣ回路９０２、メモリ回路９００、信号出力制御回路９０１を動作させる。そして、メモリ回路９００に記憶または書き込まれたデータを含んだ信号を出力する。
【０１２７】
メモリ回路９００にはあらかじめ記憶されたデータを有しており、かつ、フォトセンサ２０２からのデータが書き込まれる。あらかじめ記憶されたデータとは、検査のためのシリアル番号や、患者の個人情報等のデータ等であってもよい。フォトセンサ２０２からのデータとは、後述する試薬部１０８の発光あるいは発色の変化、発光あるいは発色の程度を分析処理したデータであってもよい。
【０１２８】
メモリ回路９００はメモリセルアレイ９２０、列デコーダ９２１および行デコーダ９２２を有している。
【０１２９】
また、信号出力制御回路９０１は、メモリ回路９００に記憶または書き込まれたデータを含んだ信号を、ＩＳＯ等の規格に則った符号化方式で符号化した信号に変える役割ももっている。
【０１３０】
最後に、前記符号化された信号にしたがって、変調回路９０９により、アンテナ９１７に送られてきている信号に変調をかける。
【０１３１】
変調をかけられた信号は、質問器３４３に電気的に接続されたアンテナユニット３４２で受信される。そして、受信された信号は質問器３４３で解析され、本発明の無線交信可能な半導体装置２０１のデータを認識することができる。
【０１３２】
本発明を用いて作成されたＩＣを用いた無線通信が可能な無線交信可能な半導体装置２０１を用いた無線通信システムでは、無線交信可能な半導体装置２０１と公知の構成の質問器３４３、質問器に電気的に接続されたアンテナ、及び質問器を制御する制御用端末を用いることができる。無線交信可能な半導体装置２０１と質問器に電気的に接続されたアンテナとの通信方式は、単方向通信または双方向通信であって、空間分割多重化方式、偏波面分割多重化方式、周波数分割多重化方式、時分割多重化方式、符号分割多重化方式、直交周波数分割多重化方式のいずれも用いることができる。
【０１３３】
前記無線信号は、搬送波を変調した信号である。搬送波の変調は、アナログ変調またはデジタル変調であって、振幅変調、位相変調、周波数変調、及びスペクトラム拡散のいずれであってもよい。
【０１３４】
また、搬送波の周波数は、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３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、長波である３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、及び超長波である３ｋＨｚ〜３０ｋＨｚのいずれの周波数も用いることができる。
【０１３５】
また、図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示されるように、本実施の形態のチップ１０５は、バッテリ２０４を有していてもよい。本実施の形態に用いられるバッテリについて、図１４、図１５（Ａ）〜図１５（Ｂ）、図１６（Ａ）〜図１６（Ｅ）、図１７、図１８、図１９、図２０を用いて以下に説明する。
【０１３６】
本明細書において、アンテナと、アンテナが受信した電磁波により生ずる起電力をバッテリに充電する回路と、該起電力を充電する媒体とを備えたバッテリをＲＦバッテリ又は無線電池とも呼ぶ。
【０１３７】
また、本明細書において、バッテリとは、二次電池又は蓄電池とよばれるもので、外部電源から得た電気的エネルギーを化学的エネルギーの形に変化して蓄え、必要に応じて再び電力として取り出す装置をいう。また、コンデンサとは、絶縁した二つの導体が近接し、二つの導体の一方が正、他方が負の電荷を帯びることでその電気間の引力により電荷が蓄えられる装置をいう。
【０１３８】
なお、本明細書においてバッテリとは、充電することで連続使用時間を回復することができるものである。なおバッテリとしては、その用途により異なるが、薄膜なシート状や径の小さい筒状に形成された電池を用いることが好ましく、例えばリチウム電池、好ましくはゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池や、リチウムイオン電池等を用いることで、小型化が可能である。勿論、充電可能な電池であればなんでもよく、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池などの充電放電可能な電池であってもよいし、また大容量のコンデンサなどを用いても良い。
【０１３９】
本実施の形態のバッテリとして用いることのできる大容量のコンデンサとしては、電極の対向面積が大きいものであることが望ましい。活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブなど比表面積の大きい電極用材料を用いた電解二重層コンデンサを用いることが好適である。コンデンサは電池に較べ構成が単純であり薄膜化や積層化も容易である。電気二重層コンデンサは蓄電機能を有し、充放電の回数が増えても劣化が小さく、急速充電特性にも優れているため好適である。
【０１４０】
図１４において、内部アンテナ回路４１１は外部アンテナ回路４１５によって発生した無線信号を受信する。内部アンテナ回路４１１によって受信した信号は整流回路４１２に入力され、直流に変換される。充電回路４１３は整流回路４１２の電力をもとに電流を発生させ、バッテリ４０７に充電を行う。充電制御回路４１４はバッテリ４０７が過充電にならないように監視をおこない、充電量が増えた場合には充電回路４１３を制御し、充電量を抑える。なお、充電回路４１３は、例えば電圧制御回路（レギュレータとも言う）とスイッチ回路とにより構成することができる。なお、スイッチ回路をダイオードにすることにより、充電制御回路を省略する構成としてもよい。また、電圧制御回路は、電圧及び電流制御回路や定電流源回路であってもよい。
【０１４１】
なお、内部アンテナ回路４１１と外部アンテナ回路４１５として、例えば図１５（Ａ）に示すようなアンテナ５０１、共振容量５０２によって構成されるアンテナ回路５０３を用いることができる。また、整流回路４１２は、内部アンテナ回路４１１及び外部アンテナ回路４１５が受信する電磁波により誘導される交流信号を直流信号に変換する回路であればよい。例えば、図１５（Ｂ）に示すように、ダイオード５０４、ダイオード５０５、平滑容量５０６によって構成することができる。
【０１４２】
なお、本実施の形態において内部アンテナ回路４１１で受信する無線信号として、例えば、１２５ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚなどの周波数帯の信号を用いることができる。勿論、内部アンテナ回路で受信される信号の周波数はこれに限定されず、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３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、長波である３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、及び超長波である３ｋＨｚ〜３０ｋＨｚのいずれの周波数も用いることができる。
【０１４３】
また、内部アンテナ回路４１１と外部アンテナ回路４１５との間で送受信される信号は、搬送波を変調した信号である。搬送波の変調方式は、アナログ変調であってもデジタル変調であってよく、振幅変調、位相変調、周波数変調、及びスペクトラム拡散のいずれであってもよい。望ましくは、振幅変調、または、周波数変調にするとよい。また、無線信号として携帯電話の中継局の電波（８００〜９００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ、１．９〜２．１ＧＨｚ帯等）、帯携帯電話から発振される電波、電波時計の電波（４０ｋＨｚ等）、家庭用の交流電源のノイズ（６０Ｈｚ等）等の外部から無作為に受信される信号を利用することも可能である。また、内部アンテナ回路４１１として、それぞれ長さや形状の異なるアンテナを用いた複数のアンテナ回路を設けることによって、バッテリ４０７の充電に様々な無線信号を利用することができる。
【０１４４】
また、内部アンテナ回路４１１及び外部アンテナ回路４１５に設けられるアンテナの形状は、これらの無線信号を受信しやすい長さや形状で設ける。また、これらの電波を複数受信する場合には、長さや形状の異なるアンテナを含む複数のアンテナ回路を設けることが好ましい。
【０１４５】
また、内部アンテナ回路４１１又は外部アンテナ回路４１５に設けられるアンテナの形状についても特に限定されない。つまり、内部アンテナ回路４１１又は外部アンテナ回路４１５に適用する信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式又はマイクロ波方式等を用いることができる。伝送方式は、実施者が適宜使用用途を考慮して選択すればよく、伝送方式に伴って最適な長さや形状のアンテナを設ければよい。
【０１４６】
例えば、伝送方式として、電磁結合方式又は電磁誘導方式（例えば、１３．５６ＭＨｚ帯）を適用する場合には、電界密度の変化による電磁誘導を利用するため、アンテナとして機能する導電膜を輪状（例えば、ループアンテナ）、らせん状（例えば、スパイラルアンテナ、ヘリカルアンテナ）に形成する。
【０１４７】
また、伝送方式としてマイクロ波方式（例えば、ＵＨＦ帯（８６０〜９６０ＭＨｚ帯）、２．４５ＧＨｚ帯等）を適用する場合には、信号の伝送に用いる電波の波長を考慮してアンテナとして機能する導電膜の長さや形状を適宜設定すればよく、アンテナとして機能する導電膜を例えば、線状（例えば、ダイポールアンテナ）、平坦な形状（例えば、パッチアンテナ）等に形成することができる。また、アンテナとして機能する導電膜の形状は線状に限られず、電磁波の波長を考慮して曲線状や蛇行形状またはこれらを組み合わせた形状で設けてもよい。
【０１４８】
ここで、内部アンテナ回路４１１又は外部アンテナ回路４１５に設けるアンテナの形状の一例を図１６に示す。例えば、図１６（Ａ）に示すように様々な回路等が設けられた回路素子５２２の周りに一面のアンテナ５２３を配した構造を取っても良い。ただし回路素子５２２とは、無線交信可能な半導体装置２０１の各素子から、内部アンテナ回路４１１あるいは外部アンテナ回路４１５を除いたものを示している。
【０１４９】
また、図１６（Ｂ）に示すように様々な回路等が設けられた回路素子５２２の周りに細いアンテナ５２３を回路素子５２２の周りを回るように配した構造をとってもよい。また、図１６（Ｃ）に示すように様々な回路等が設けられた回路素子５２２に対して、高周波数の電磁波を受信するためのアンテナ５２３の形状をとってもよい。また、図１６（Ｄ）に示すように様々な回路等が設けられた回路素子５２２に対して１８０度無指向性（どの方向からでも同じく受信可能）なアンテナ５２３での形状をとってもよい。また、図１６（Ｅ）に示すように、様々な回路等が設けられた回路素子５２２に対して、棒状に長く伸ばしたアンテナ５２３の形状をとってもよい。内部アンテナ回路４１１又は外部アンテナ回路４１５はこれらの形状のアンテナを組み合わせて用いることができる。
【０１５０】
また、図１６（Ａ）〜図１６（Ｅ）において、様々な回路等が設けられた回路素子５２２とアンテナとの接続については特に限定されない。例えば、アンテナ５２３と回路等が設けられた回路素子５２２をワイヤボンディング接続やバンプ接続を用いて接続する、あるいは回路素子５２２の一部を電極にしてアンテナ５２３に貼り付けるという方法を取ってもよい。この方式ではＡＣＦ（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｆｉｌｍ；異方性導電性フィルム）を用いて回路素子５２２をアンテナ５２３に貼り付けることができる。また、アンテナ５２３に必要な長さは受信に用いる周波数によって異なる。例えば周波数が２．４５ＧＨｚの場合、半波長ダイポールアンテナを設けるなら約６０ｍｍ（１／２波長）、モノポールアンテナを設けるなら約３０ｍｍ（１／４波長）の長さとするとよい。
【０１５１】
なお、内部アンテナ回路４１１は複数の周波数帯の電磁波を受信可能なマルチバンドアンテナ構造であってもよい。例えば、図１７に示すように内部アンテナ回路が複数のアンテナ回路によって形成されていてもよい。図１７に示す構造において、基板１７０１上に、第１のアンテナ回路１７０５ａ、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃと、制御回路を有する回路素子１７０２と、バッテリ１７０３とを有している。なお、第１のアンテナ回路１７０５ａ、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃと回路素子１７０２に設けられた制御回路とは電気的に接続されている。なお、１７０６はバッテリを充電するための電磁波を送信するための送信機であり、表示部等に設けられている。
【０１５２】
第１のアンテナ回路１７０５ａ、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃにより受信された電波は、回路素子１７０２に形成された制御回路における整流回路を介してバッテリ１７０３に入力され、バッテリ１７０３が充電される。
【０１５３】
ここでは、送信機１７０６から送信された電波を第１のアンテナ回路１７０５ａで受信し、外部の無線信号１７０７を第２のアンテナ回路１７０５ｂ、１７０５ｃで受信している例を示している。また、第１のアンテナ回路１７０５ａ、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃの接続関係については特に限定されず、例えば、全てのアンテナが電気的に接続されていてもよいし、それぞれが電気的に接続せず独立に設けられていてもよい。
【０１５４】
なお、バッテリ１７０３の充電に用いられる第１のアンテナ回路１７０５ａ、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃのアンテナの長さや形状は図１７に示した構造に限られない。ここでは、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃのアンテナとして、長さの異なる線状のアンテナ（ダイポールアンテナ）を設けた例を示したが、例えば、ダイポールアンテナとコイル状のアンテナを組み合わせて用いてもよいし、ダイポールアンテナとパッチアンテナを組み合わせて用いてもよい。このように、バッテリ１７０３の充電に用いられるアンテナとして、長さや形状の異なるものを複数設けることによって、様々な無線信号を受信することができるため、充電効率を向上させることができる。特に、パッチアンテナとダイポールアンテナ等の形状の異なるアンテナを組み合わせて設けることによって（例えば、パッチアンテナの周囲に折り返しダイポールアンテナを設ける）、限られたスペースを有効に活用することが可能となる。本実施の形態で示す電子ペンは、３つのアンテナ回路１７０５ａ、１７０５ｂ、１７０５ｃを設けた例を示したが、これに限られず、１つのアンテナ回路又は３つ以上のアンテナ回路を設けた構成としてもよい。
【０１５５】
また、例えば、第１のアンテナ回路１７０５ａと送信機１７０６間で送受信される信号として、１２５ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚなどの周波数帯の信号を用いることができ、それぞれＩＳＯ規格などが設定される。勿論、第１のアンテナ回路１７０５ａと送信機１７０６間で送受信される信号の周波数はこれに限定されず、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３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、長波である３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、及び超長波である３ｋＨｚ〜３０ｋＨｚのいずれの周波数も用いることができる。また、第１のアンテナ回路１７０５ａと送信機１７０６間で送受信される信号は、搬送波を変調した信号である。搬送波の変調方式は、アナログ変調であってもデジタル変調であってよく、振幅変調、位相変調、周波数変調、及びスペクトラム拡散のいずれであってもよい。望ましくは、振幅変調、または、周波数変調にするとよい。
【０１５６】
また、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、１７０５ｃのアンテナで受信する外部の無線信号１７０７として、例えば、携帯電話の中継局の電波（８００〜９００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ、１．９〜２．１ＧＨｚ帯等）、帯携帯電話から発振される電波、電波時計の電波（４０ｋＨｚ等）、家庭用の交流電源のノイズ（６０Ｈｚ等）、他のリーダ／ライタ等から無作為に生じている電波等を利用することができる。外部の無線信号を受信してバッテリの充電を無線で行うことによって、バッテリを充電するための充電器等を別途必要としないため、より低コストで電子ペンを作製することができる。また、図１７に示すように、それぞれ長さや形状の異なるアンテナを用いた複数のアンテナ回路を設けることによって、バッテリ１７０３の充電用として様々な無線信号を利用することができる。また、第２のアンテナ回路１７０５ｂ、第３のアンテナ回路１７０５ｃに設けられるアンテナの形状は、これらの無線信号を受信しやすい長さや形状で設けるとよい。また、図１７では、第１のアンテナ回路は送信機１７０６からの電磁波を受信する形態としたが、これに限定されず全てのアンテナ回路で外部の無線信号を受信してバッテリを充電する形態としてもよい。
【０１５７】
なお、図１７では、同一の基板１７０１上に複数のアンテナ回路１７０５ａ、１７０５ｂ、１７０５ｃ、回路素子１７０２及びバッテリ１７０３を設けた例を示したが、図１７に示す構造に限られることはなく、それぞれを別々の基板上に設けてもよい。
【０１５８】
次いで、図１４に示すバッテリ４０７として薄膜状のバッテリの構成例について説明する。本実施の形態では、リチウムイオン電池を用いた場合のバッテリの構成例を図１８に示す。
【０１５９】
図１８は薄膜状のバッテリの断面模式図である。まず、基板７１０１上に電極となる集電体薄膜７１０２を成膜する。集電体薄膜７１０２は負極活物質層７１０３と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、アルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどを用いることができる。次に集電体薄膜７１０２上に負極活物質層７１０３を成膜する。一般には酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）などが用いられる。次に負極活物質層７１０３上に固体電解質層７１０４を成膜する。一般にはリン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）などが用いられる。次に固体電解質層７１０４上に正極活物質層７１０５を成膜する。一般にはマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）などが用いられる。コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）を用いても良い。次に正極活物質層７１０５上に電極となる集電体薄膜７１０６を成膜する。集電体薄膜７１０６は正極活物質層７１０５と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、アルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどを用いることができる。なお、リチウムイオン電池は、ニッカド電池、鉛電池などと比べて、メモリ効果がなく、電流量を大きく取ることができる。
【０１６０】
また、上記集電体薄膜７１０２、負極活物質層７１０３、固体電解質層７１０４、正極活物質層７１０５、集電体薄膜７１０６の薄膜層は、スパッタ技術を用いて形成しても良いし、蒸着技術を用いても良い。また集電体薄膜７１０２、負極活物質層７１０３、固体電解質層７１０４、正極活物質層７１０５、集電体薄膜７１０６の厚さは０．１μｍ〜３μｍが望ましい。
【０１６１】
次に以下に充電時、放電時の動作を説明する。充電時には、正極活物質からリチウムがイオンとなって離脱する。そのリチウムイオンは固体電解質層を介して負極活物質に吸収される。このときに、正極活物質から外部へ電子が放出される。
【０１６２】
また放電時には、負極活物質からリチウムがイオンとなって離脱する。そのリチウムイオンは固体電解質層を介して、正極活物質に吸収される。このとき負極活物質層から外部に電子が放出される。この様にして薄膜二次電池は動作する。
【０１６３】
なお、再度集電体薄膜７１０２、負極活物質層７１０３、固体電解質層７１０４、正極活物質層７１０５、集電体薄膜７１０６の薄膜層を重ねて形成することで、より大きい電力の充放電が可能になるため好適である。
【０１６４】
本実施の形態のバッテリは厚さ１０μｍ以下程度の薄膜状であり、且つ充放電可能なバッテリであるため、本実施の形態のバッテリを用いることにより小型で軽量な検査素子を作製することができる。
【０１６５】
バッテリとして充電可能な電池を使用する場合、一般に、充放電の制御が必要である。つまり、充電をおこなう際に過充電にならないように、充電状況をモニターしながら充電を行う必要がある。本実施の形態において、充電制御をおこなうための回路について説明する。図１９に、図１４に示した充電回路４１３、充電制御回路４１４、バッテリ４０７のブロック図を示す。
【０１６６】
図１９に示す例では充電回路４１３は定電流源回路４２５、スイッチ回路４２６から構成され、充電制御回路４１４、バッテリ４０７と接続されている。なお、図１９に示す充電回路は一例であり、この様な構成に限定されるものではなく、他の構成であっても良い。本実施の形態は定電流によって、バッテリ４０７に充電をおこなっているが、定電流だけの充電ではなく、途中で定電圧充電に切り替えても良い。定電流を用いない別の方式であっても良い。また、以下の回路を構成するトランジスタは薄膜トランジスタであっても良いし、単結晶基板上のトランジスタや有機トランジスタであっても良い。
【０１６７】
図２０は図１９の回路をさらに詳細にしたものである。以下に動作を説明する。定電流源回路４２５、スイッチ回路４２６、充電制御回路４１４は高電位電源線７７６、低電位電源線７７７を電源線として用いている。図１９では低電位電源線７７７をＧＮＤ線として用いているが、ＧＮＤ線には限定されず他の電位であっても良い。
【０１６８】
定電流源回路４２５はトランジスタ７５２〜７６１、抵抗７５１、７６２によって構成されている。高電位電源線７７６より抵抗７５１を介してトランジスタ７５２、７５３に電流が流れ、トランジスタ７５２、７５３がオン（ＯＮ）する。
【０１６９】
トランジスタ７５４、７５５、７５６、７５７、７５８は帰還型の差動アンプを構成し、トランジスタ７５６のゲート電位はトランジスタ７５２ゲート電位とほぼ同じとなる。トランジスタ７６１のドレイン電流はトランジスタ７５７のゲート電位と低電位電源線７７７の差電位を抵抗７６２の抵抗値で割った値となる。その電流をトランジスタ７５９、７６０によって構成されるカレントミラー回路に入力し、カレントミラー回路の出力電流をスイッチ回路４２６に供給する。定電流源回路４２５は本構成に限定されず他の構成を用いても良い。
【０１７０】
スイッチ回路４２６はトランスミッションゲート７６５、インバータ７６３，７６４から構成され、インバータ７６４の入力信号によって定電流源回路４２５の電流をバッテリ４０７に供給するか、否かを制御する。スイッチ回路はこの構成に限定されず他の構成を用いても良い。
【０１７１】
充電制御回路４１４はトランジスタ７６６〜７７４、抵抗７７５によって構成される。高電位電源線７７６より抵抗７７５を介してトランジスタ７７３、７７４に電流が流れ、トランジスタ７７３、７７４がオン（ＯＮ）する。トランジスタ７６８、７６９、７７０、７７１、７７２は差動型のコンパレーターを構成している。トランジスタ７７０のゲート電位がトランジスタ７７１のゲート電位より低い場合、トランジスタ７６８のドレイン電位はほぼ高電位電源線７７６の電位とほぼ等しくなり、トランジスタ７７０のゲート電位がトランジスタ７７１のゲート電位より高い場合、トランジスタ７６８のドレイン電位はトランジスタ７７０のソース電位とほぼ等しくなる。
【０１７２】
トランジスタ７６８のドレイン電位が高電位電源線とほぼ等しい場合、トランジスタ７６７、７６６で構成されるバッファを介して、充電量制御回路はロウを出力する。トランジスタ７６８のドレイン電位がトランジスタ７７０のソース電位とほぼ等しい場合、トランジスタ７６７、７６６で構成されるバッファを介して、充電量制御回路はハイを出力する。
【０１７３】
充電制御回路４１４の出力がロウの場合、バッテリ４０７にはスイッチ回路４２６を介して電流が供給される。また、充電制御回路４１４の出力がハイの場合は、スイッチ回路４２６はオフ（ＯＦＦ）して、バッテリ４０７に電流は供給されない。トランジスタ７７０のゲートはバッテリ４０７に接続されているため、バッテリ４０７が充電され、その電位が充電制御回路４１４のコンパレータのしきい値を超えると、充電が停止する。本実施の形態ではコンパレータのしきい値をトランジスタ７７３のゲート電位で設定しているが、この値に限定するものではなく、他の電位であっても良い。一般に設定電位は用途とバッテリの性能によって適宜決められるものである。なお、バッテリへの充電回路の構成は、この構成に限定されるものではない。
【０１７４】
図１（Ｂ）で示す、チップ１０５内に形成された、フォトセンサ２０２、無線交信可能な半導体装置２０１、バッテリ２０４は、上述の様にして形成される。
【０１７５】
図１（Ｂ）に示すように、吸湿部１０９が尿に浸されると、それは試薬部１０８へと到達する。その後ＬＥＤ１０４またはまたはＬＥＤ２０３を発光させ、試薬部１０８の発光または発色の変化、あるいは発光または発色の程度をフォトセンサ２０２で検出し、無線交信可能な半導体装置２０１内に記憶させ、かつ無線交信可能な半導体装置２０１に搭載された回路において分析処理を行う。その後、アンテナ１０３により、分析処理された検査データを、質問器３４３を介して外部のデータベース３４５等に送信する。そして検査データはデータベース３４５に蓄積される。
【０１７６】
アンテナ１０３は、アンテナ９１７、内部アンテナ回路４１１、外部アンテナ回路４１５のそれぞれと、電気的に接続されていてもよい。あるいは、アンテナ１０３は、アンテナ９１７、内部アンテナ回路４１１、外部アンテナ回路４１５のいずれか１つもしくは複数と兼ねていてもよい。
【０１７７】
本実施の形態の検査素子１０１は、上記の通り、尿検査の紙コップ内部（側部や底部）に貼り付けるものであるから、その大きさを超えない範囲であれば、チップサイズに制限はない。
【０１７８】
また試薬部１０８及び吸湿部１０９の周囲に接着部を設け着脱可能とすることで、検査素子１０１の再利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７９】
【図１】本発明の概要を示す図。
【図２】本発明の検査素子を示すブロック図。
【図３】本発明の検査素子を示すブロック図。
【図４】本発明のフォトセンサを示すブロック図及び回路図。
【図５】本発明のフォトセンサを示す断面図。
【図６】本発明の無線交信可能な半導体装置を示すブロック図。
【図７】本発明のフォトセンサを示す回路図。
【図８】本発明のフォトセンサを示す回路図。
【図９】本発明のフォトセンサの作製工程を示す図。
【図１０】本発明のフォトセンサの作製工程を示す図。
【図１１】本発明のフォトセンサの作製工程を示す図。
【図１２】本発明のメモリ回路を示すブロック図。
【図１３】本発明の検査システムを示す図。
【図１４】本発明のバッテリを示すブロック図。
【図１５】本発明のバッテリに含まれる回路図。
【図１６】本発明のバッテリに含まれる回路の上面図。
【図１７】本発明のバッテリに含まれる回路を示す図。
【図１８】本発明のバッテリの断面図。
【図１９】本発明のバッテリに含まれる回路を示すブロック図。
【図２０】本発明のバッテリに含まれる回路図。
【符号の説明】
【０１８０】
１０１    検査素子
１０２    基板
１０３    アンテナ
１０４    ＬＥＤ
１０５    チップ
１０６    パシベーション膜
１０７    保護膜
１０８    試薬部
１０９    吸湿部
１１１    容器
２０１    無線交信可能な半導体装置
２０２    フォトセンサ
２０３    ＬＥＤ
２０４    バッテリ
２１０    基板
２１２    下地絶縁膜
２１３    ゲート絶縁膜
２１４    配線
２１５    配線
２１６    層間絶縁膜
２１７    層間絶縁膜
２１８    保護電極
２１９    配線
２２０    接続電極
２２１    端子電極
２２２    端子電極
２２４    封止層
２３１    島状半導体領域
２３２    島状半導体領域
２３４    ゲート電極
２３５    ゲート電極
２３７    ソース領域またはドレイン領域
２３８    ソース領域またはドレイン領域
２４１    ソース電極またはドレイン電極
２４２    ソース電極またはドレイン電極
２４５    保護電極
２４６    保護電極
２４７    保護電極
２４８    保護電極
２５０    端子電極
２５１    端子電極
２６０    基板
２６１    電極
２６２    電極
２６３    半田
２６４    半田
２８１    端子電極
２８２    ソース電極またはドレイン電極
２８３    ソース電極またはドレイン電極
２８４    配線
２８５    接続電極
３０１    増幅回路
３０３    フォトダイオード
３０３ｉ    ｉ型半導体層
３０３ｎ    ｎ型半導体層
３０３ｐ    ｐ型半導体層
３０４    ＴＦＴ
３０５    ＴＦＴ
３０５ａ    ＴＦＴ
３０５ｂ    ＴＦＴ
３０５ｉ    ＴＦＴ
３０７    処理回路
３１８ａ    回路
３１８ｂ    回路
３１８ｉ    回路
３１９ａ    端子
３１９ｂ    端子
３１９ｉ    端子
３２０ａ    端子
３２０ｂ    端子
３２０ｉ    端子
３２１ａ    端子
３２１ｂ    端子
３２１ｉ    端子
３３１    ｐチャネル型ＴＦＴ
３３２    ｐチャネル型ＴＦＴ
３３３    カレントミラー回路
３４２    アンテナユニット
３４３    質問器
３４５    データベース
４０７    バッテリ
４１１    内部アンテナ回路
４１２    整流回路
４１３    充電回路
４１４    充電制御回路
４１５    外部アンテナ回路
４２５    定電流源回路
４２６    スイッチ回路
５０１    アンテナ
５０２    共振容量
５０３    アンテナ回路
５０４    ダイオード
５０５    ダイオード
５０６    平滑容量
５２２    回路素子
５２３    アンテナ
７０１    基板
７５１    抵抗
７５２    トランジスタ
７５３    トランジスタ
７５４    トランジスタ
７５５    トランジスタ
７５６    トランジスタ
７５７    トランジスタ
７５８    トランジスタ
７５９    トランジスタ
７６０    トランジスタ
７６１    トランジスタ
７６２    抵抗
７６３    インバータ
７６４    インバータ
７６５    トランスミッションゲート
７６６    トランジスタ
７６７    トランジスタ
７６８    トランジスタ
７６９    トランジスタ
７７０    トランジスタ
７７１    トランジスタ
７７２    トランジスタ
７７３    トランジスタ
７７４    トランジスタ
７７５    抵抗
７７６    高電位電源線
７７７    低電位電源線
９００    メモリ回路
９０１    信号出力制御回路
９０２    ＣＲＣ回路
９０３    クロック発生回路
９０４    コード抽出回路
９０５    コード判定回路
９０６    整流回路
９０７    復調回路
９０８    アナログアンプ
９０９    変調回路
９１１    リセット回路
９１２    保持容量
９１３    整流回路
９１４    高周波回路
９１５    電源回路
９１７    アンテナ
９２０    メモリセルアレイ
９２１    列デコーダ
９２２    行デコーダ
１７０１    基板
１７０２    回路素子
１７０３    バッテリ
１７０５ａ    アンテナ回路
１７０５ｂ    アンテナ回路
１７０５ｃ    アンテナ回路
１７０６    送信機
１７０７    無線信号
７１０１    基板
７１０２    集電体薄膜
７１０３    負極活物質層
７１０４    固体電解質層
７１０５    正極活物質層
７１０６    集電体薄膜
【図１】
2008096426.tif 000003
【図２】
2008096426.tif 000004
【図３】
2008096426.tif 000005
【図４】
2008096426.tif 000006
【図５】
2008096426.tif 000007
【図６】
2008096426.tif 000008
【図７】
2008096426.tif 000009
【図８】
2008096426.tif 000010
【図９】
2008096426.tif 000011
【図１０】
2008096426.tif 000012
【図１１】
2008096426.tif 000013
【図１２】
2008096426.tif 000014
【図１３】
2008096426.tif 000015
【図１４】
2008096426.tif 000016
【図１５】
2008096426.tif 000017
【図１６】
2008096426.tif 000018
【図１７】
2008096426.tif 000019
【図１８】
2008096426.tif 000020
【図１９】
2008096426.tif 000021
【図２０】
2008096426.tif 000022