(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令部と、
第１のコンポーネントと、
第２のコンポーネントと、を有し、
前記第１のコンポーネントは、第１の電源線、第１の負荷、及び第１のスイッチを有し、
前記第２のコンポーネントは、第２の電源線、第２の負荷、及び第２のスイッチを有し、
前記第１のスイッチは、前記第１の電源線と前記第１の負荷との間の導通状態を切り替える機能を有し、
前記第２のスイッチは、前記第２の電源線と前記第２の負荷との間の導通状態を切り替える機能を有し、
前記指令部は、前記第１のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、前記第２のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、を有し、
前記第１のスイッチは、前記第１のスイッチがオフであるとき、前記第１の負荷に蓄積された電荷を保持する機能を有し、
前記第２のスイッチは、前記第２のスイッチがオフであるとき、前記第２の負荷に蓄積された電荷を保持する機能を有し、
前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチは、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広い半導体を含むトランジスタを有する電力供給システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の電源線は、前記第２の電源線に電気的に接続されている電力供給システム。
【請求項３】
第１の指令部と、
第２の指令部と、
第３の指令部と、
第１のコンポーネントと、
第２のコンポーネントと、
第３のコンポーネントと、
第４のコンポーネントと、を有し、
前記第１のコンポーネントは、第１の電源線、第１の負荷、及び第１のスイッチを有し、
前記第２のコンポーネントは、第２の電源線、第２の負荷、及び第２のスイッチを有し、
前記第３のコンポーネントは、第３の電源線、第３の負荷、及び第３のスイッチを有し、
前記第４のコンポーネントは、第４の電源線、第４の負荷、及び第４のスイッチを有し、
前記第１のスイッチは、前記第１の電源線と前記第１の負荷との間の導通状態を切り替える機能を有し、
前記第２のスイッチは、前記第２の電源線と前記第２の負荷との間の導通状態を切り替える機能を有し、
前記第３のスイッチは、前記第３の電源線と前記第３の負荷との間の導通状態を切り替える機能を有し、
前記第４のスイッチは、前記第４の電源線と前記第４の負荷との間の導通状態を切り替える機能を有し、
前記第１の指令部は、前記第１のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、前記第２のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、前記第３のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、前記第４のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、を有し、
前記第２の指令部は、前記第１のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、前記第２のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、を有し、
前記第３の指令部は、前記第３のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、前記第４のスイッチのオンまたはオフを制御する機能と、を有し、
前記第１のスイッチは、前記第１のスイッチがオフであるとき、前記第１の負荷に蓄積された電荷を保持する機能を有し、
前記第２のスイッチは、前記第２のスイッチがオフであるとき、前記第２の負荷に蓄積された電荷を保持する機能を有し、
前記第３のスイッチは、前記第３のスイッチがオフであるとき、前記第３の負荷に蓄積された電荷を保持する機能を有し、
前記第４のスイッチは、前記第４のスイッチがオフであるとき、前記第４の負荷に蓄積された電荷を保持する機能を有し、
前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、または前記第４のスイッチは、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広い半導体を含むトランジスタを有する電力供給システム。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１の電源線は、前記第２の電源線に電気的に接続されている電力供給システム。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、
前記第１の電源線は、前記第３の電源線に電気的に接続されている電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷を有する複数のコンポーネントへの、電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
負荷に対して電力を供給する電力供給システムは、一例としては、電力供給源である商用
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、電力供給源から負荷
への電力供給を制御するよう構成される（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】
電力供給源から負荷への電力供給を制御するスイッチ素子としては、大電力が必要な負荷
への電力供給の場合、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  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Ｍ
ＯＳＦＥＴ、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】
シリコンを含む材料で構成されるスイッチ素子は、電力不使用時の待機電力が問題となる
。この待機電力は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、実質的にノーマリー・オフの状態を作ることができなかった。
【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電力供給システムの提供を、課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る電力供給システムは、指令部と、電源線、負荷、及び電源線と負荷
との電気的な接続を切り替えるスイッチ、を有する複数のコンポーネントと、を有し、指
令部は、スイッチのオンまたはオフを個別に制御し、スイッチは、チャネル形成領域に、
バンドギャップがシリコンよりも広い半導体を含むトランジスタである。
【０００９】
或いは、本発明の一態様に係る電力供給システムは、第１の指令部と、第２の指令部と、
電源線、負荷、及び電源線と負荷との電気的な接続を切り替えるスイッチ、を有する複数
のコンポーネントと、を有し、第１の指令部は、第２の指令部を個別に制御し、第２の指
令部は、スイッチのオンまたはオフを個別に制御し、スイッチは、チャネル形成領域に、
バンドギャップがシリコンよりも広い半導体を含むトランジスタである。
【００１０】
或いは、本発明の一態様に係る電力供給システムは、指令部と、第１の電源線、第１の負
荷、及び第１の電源線と第１の負荷との電気的な接続を切り替える第１のスイッチ、を有
するＬ個（Ｌは２以上の自然数）の第１のコンポーネントと、Ｌ個の第１のコンポーネン
トのいずれか一が有する第１の電源線より分配された第２の電源線、第２の負荷、及び第
２の電源線と第２の負荷との電気的な接続を切り替える第２のスイッチ、を有するＭ個（
Ｍは１以上の自然数）の第２のコンポーネントと、Ｍ個の第２のコンポーネントのいずれ
か一が有する第２の電源線より分配された第３の電源線、第３の負荷、及び第３の電源線
と第３の負荷との電気的な接続を切り替える第３のスイッチ、を有するＮ個（Ｎは１以上
の自然数）の第３のコンポーネントと、を有し、指令部は、第１のスイッチ乃至第３のス
イッチのオンまたはオフを個別に制御し、第１のスイッチ乃至第３のスイッチは、チャネ
ル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広い半導体を含むトランジスタである。
【発明の効果】
【００１１】
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
えることができる電力供給システムとすることができる。
【００１２】
また、本発明の一態様におけるスイッチ素子は、待機時においてスイッチ素子にリーク電
流が流れることのない、実質的に完全なオフ状態を作ることができる。そのため、本発明
の一態様の電力供給システムは、完全なオフ状態を作ることのできるスイッチを初めて導
入した電力供給システムであり、実質的にノーマリー・オフのシステムとすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一態様に係る電力供給システムの構成を示す図。
【図２】本発明の一態様に係る電力供給システムの構成を示す図。
【図３】本発明の一態様に係る電力供給システムの構成を示す図。
【図４】本発明の一態様に係る電力供給システムの構成を示す図。
【図５】本発明の一態様に係る電力供給システムの動作を示す図。
【図６】本発明の一態様に係る電力供給システムの動作を示す図。
【図７】本発明の一態様に係る電力供給システムの動作を示す図。
【図８】トランジスタの構成を示す図。
【図９】本発明の一態様に係る電力供給システムの構成を示す図。
【図１０】本発明の一態様に係る電力供給システムの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、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。したがって、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。
【００１５】
〈電力供給システムの構成について（１）〉
図１に、本発明の一態様に係る電力供給システムの構造を一例として示す。図１に示す電
力供給システム１００は、コンポーネント１０１−１乃至コンポーネント１０１−Ｌ（Ｌ
は２以上の自然数）と、コンポーネント１０１−１乃至コンポーネント１０１−Ｌへの電
力の供給を個別に制御する指令部１０２とを有する。
【００１６】
コンポーネント１０１−１乃至コンポーネント１０１−Ｌは、電源線１０３と、電力を消
費する負荷１０４と、電源線１０３と負荷１０４の電気的な接続を切り替えるスイッチ１
０５とを、それぞれ有する。スイッチ１０５がオン（導通状態）であるとき、電源線１０
３からスイッチ１０５を介して負荷１０４に電力が供給される。スイッチ１０５がオフ（
非導通状態）であるとき、電源線１０３から負荷１０４への電力の供給は停止される。
【００１７】
なお、コンポーネント１０１−１乃至コンポーネント１０１−Ｌは、電源線１０３を共有
していても良い。或いは、コンポーネント１０１−１乃至コンポーネント１０１−Ｌのう
ち、少なくとも１つのコンポーネントが、他のコンポーネントと異なる系統の電源線１０
３を有していても良い。
【００１８】
そして、本発明の一態様では、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広
く、電子供与体（ドナー）となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸素
欠損が低減されることにより高純度化された半導体を含むトランジスタを、スイッチ１０
５に用いる。上記トランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを含むトランジスタより
も、オフ電流が著しく小さい。よって、本発明の一態様では、バンドギャップがシリコン
よりも広い半導体をチャネル形成領域に含むトランジスタを、スイッチ１０５に用いるこ
とで、スイッチ１０５がオフであるときに、スイッチ１０５に流れるリーク電流により、
電源線１０３から負荷１０４に電力が供給されてしまうのを防ぐことができる。
【００１９】
また本発明の一態様では、スイッチ１０５を流れるオフ電流を著しく小さくすることで、
負荷１０４側に蓄積された電荷を、負荷１０４の寄生容量で保持し続けることができる。
そのため、再度スイッチ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。
【００２０】
なお、図１では、スイッチ１０５が一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。本発明の一態様では、スイッチ１０５が複数の
トランジスタにより構成されていても良い。
【００２１】
指令部１０２は、コンポーネント１０１−１乃至コンポーネント１０１−Ｌがそれぞれ有
するスイッチ１０５のオンまたはオフを個別に制御する機能を有する。そして、コンポー
ネント１０１−１乃至コンポーネント１０１−Ｌのそれぞれにおける、スイッチ１０５の
オンとオフの選択は、電力供給システム１００の外部から指令部１０２に入力される命令
に従って行うことができる。
【００２２】
なお、コンポーネントが有する負荷が他のコンポーネントの負荷と相互作用して動作する
場合、指令部１０２によるスイッチ１０５のオンまたはオフの制御を一斉に行う構成とし
てもよい。従って、本実施の形態の電力供給システムは、所定の目的を実現するために必
要なコンポーネントに、動作に必要な期間だけ電力を供給し、一のコンポーネントが動作
するとそれに応じて他のコンポーネントも同時または順次動作するように電力供給システ
ムを駆動させることができる。
【００２３】
或いは、電力供給システム１００が、負荷１０４における電力の消費量を監視できる電流
計などを有し、負荷１０４における電力の量に応じて、負荷１０４への電力の供給が要か
不要かを、指令部１０２において判断しても良い。例えば、一定の期間に渡って、負荷１
０４における電力の消費量が、負荷１０４が待機状態の時に消費されるリーク電力と同程
度である場合に、指令部１０２は、負荷１０４への電力の供給が不要であると、判断する
ことができる。
【００２４】
或いは、電力供給システム１００がセンサ回路を有し、当該センサ回路において取得され
る光、音、温度、磁気、圧力などの物理量を用いて負荷１０４の利用環境及び／または周
囲環境を監視し、該監視による変化に応じて、負荷１０４への電力の供給が要か不要かを
、指令部１０２において判断しても良い。この場合、指令部１０２は、電力の供給が要か
不要かの判断結果に従って、スイッチ１０５のオンとオフの選択を行う。
【００２５】
例えば、本発明の一態様に係る電力供給システム１００を家屋に適用させ、家屋に設けら
れた照明、電気ヒーター、空気清浄機などの家電が各コンポーネントに相当するものとす
る。この場合、光センサを有するセンサ回路を用いて、照明が用いられている部屋の明る
さを監視する。そして、窓から差し込む光の量が変化することで部屋がある規定値よりも
明るくなった場合に、指令部１０２は、照明への電力の供給を停止すべく、照明のスイッ
チ１０５をオンからオフに変更させることができる。
【００２６】
或いは、温度センサを有するセンサ回路を用いて、具体的には、電気ヒーターが用いられ
ている部屋の温度を監視する。そして、外気温が変化することで部屋の温度がある規定値
よりも高くなった場合に、指令部１０２は、電気ヒーターへの電力の供給を停止すべく、
電気ヒーターのスイッチ１０５をオンからオフに変更させることができる。
【００２７】
或いは、光センサを有するセンサ回路を用いて、空気清浄機が用いられている部屋の使用
状況を監視する。そして、一定期間、センサ回路により人の動きが感知できなかった場合
に、指令部１０２は、空気清浄機への電力の供給を停止すべく、空気清浄機のスイッチ１
０５をオンからオフに変更させることができる。
【００２８】
なお、上記家電がコンポーネントに相当する場合、スイッチ１０５は各家電に内蔵されて
いる。家電の外部にスイッチ１０５が設けられている場合、家電は負荷１０４に相当し、
コンポーネントは、負荷１０４である家電とスイッチ１０５とを含むものとする。
【００２９】
また各コンポーネントが独立して備えられている場合、指令部１０２によるスイッチ１０
５のオンとオフの選択は、無線信号を用いて行うようにすればよい。この場合、スイッチ
１０５は、指令部１０２からのスイッチの状態を変更するための信号を保持する構成とす
ることが好ましい。
【００３０】
また、センサ回路は、センサと、センサから出力されるセンサ信号を処理するための回路
群で構成されている。そして、センサとして、温度センサ、磁気センサ、光センサ、マイ
クロフォン、歪みゲージ、圧力センサ、ガスセンサなどを用いることができる。温度セン
サは測温抵抗体、サーミスタ、熱電対、ＩＣ温度センサなどの接触式であっても良いし、
熱型赤外線センサ、量子型赤外線センサなどの非接触式であっても良い。
【００３１】
図１に示す電力供給システム１００がセンサ回路を具備するブロック図を図９に示す。図
９に示すように、センサ回路９０１は、物理量に関するデータを指令部１０２に送信する
。指令部１０２は、センサ回路９０１で取得する物理量を監視し、負荷１０４への電力の
供給が要か不要か判断する。
【００３２】
なお、各コンポーネントが独立して備えられている場合、コンポーネント毎にセンサ回路
を設け、センサ回路で得られたデータを無線信号により指令部１０２に送信するようにす
ればよい。コンポーネント毎にセンサ回路を設ける場合の、図９とは異なるブロック図を
図１０に示す。図１０に示すように、センサ回路７００は、各コンポーネントに設けられ
、物理量に関するデータを個別に指令部１０２に送信する。指令部１０２は、各コンポー
ネントに設けられたセンサ回路７００で取得する物理量を監視し、負荷１０４への電力の
供給が要か不要か判断する。
【００３３】
なおコンポーネントは、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）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Ｌ
ＳＩ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。
【００３４】
またコンポーネントの概念は、電力供給により動作する電子機器の他、電力供給システム
が必要な、社会インフラ、住宅等の広い概念にも適用可能である。
【００３５】
ここで、本発明の一態様である電力供給システムを社会インフラ等の広い概念に適用する
場合の、具体的な適用対象を例示する。例えば、社会インフラに本発明の一態様である電
力供給システムを適用する場合、図１に示すコンポーネントとしては鉄道、港湾、道路等
を挙げることができ、指令部としては変電所または発電所等を挙げることができる。また
別の例として、図１に示すコンポーネントとしては、建物の部屋や階層等のセクションを
挙げることができ、指令部として電源管理施設や配電盤等を挙げることができる。
【００３６】
〈電力供給システムの構成について（２）〉
図２に、本発明の一態様に係る電力供給システムの、別の構造の一例を示す。図２に示す
電力供給システム２００は、第１コンポーネント２０１−１乃至第１コンポーネント２０
１−Ｌ（Ｌは２以上の自然数）と、第１コンポーネント２０１−１乃至第１コンポーネン
ト２０１−Ｌへの電力の供給を個別に制御する第１指令部２０２−１とを有する。図２で
は、第１コンポーネント２０１−１と、第１コンポーネント２０１−２の一部のみを図示
している。
【００３７】
そして、電力供給システム２００では、第１コンポーネント２０１−１乃至第１コンポー
ネント２０１−Ｌのそれぞれが、複数の第２コンポーネントと、複数の第２コンポーネン
トへの電力の供給を個別に制御する第２指令部２０２−２を有する。具体的に、図２では
、第１コンポーネント２０１−１が第２コンポーネント２０６−１乃至第２コンポーネン
ト２０６−Ｍ（Ｍは２以上の自然数）を有する場合を例示している。
【００３８】
なお、第１コンポーネント２０１−１乃至第１コンポーネント２０１−Ｌのそれぞれが有
する複数の第２コンポーネントの数は、必ずしも全て同じである必要はない。
【００３９】
そして、複数の第２コンポーネントは、図２の第２コンポーネント２０６−１乃至第２コ
ンポーネント２０６−Ｍに例示されているとおり、電源線２０３と、電力を消費する負荷
２０４と、電源線２０３と負荷２０４の電気的な接続を切り替えるスイッチ２０５とを、
それぞれ有する。スイッチ２０５がオンであるとき、電源線２０３からスイッチ２０５を
介して負荷２０４に電力が供給される。スイッチ２０５がオフであるとき、電源線２０３
から負荷２０４への電力の供給は停止される。
【００４０】
第２コンポーネント２０６−１乃至第２コンポーネント２０６−Ｍは、電源線２０３を共
有していても良い。或いは、第２コンポーネント２０６−１乃至第２コンポーネント２０
６−Ｍのうち、少なくとも１つの第２コンポーネントが、他の第２コンポーネントと異な
る系統の電源線２０３を有していても良い。また、一の第１コンポーネントが有する複数
の第２コンポーネントの少なくとも１つが、他の第１コンポーネントが有する複数の第２
コンポーネントの少なくとも１つと、電源線２０３を共有していても良い。
【００４１】
そして、本発明の一態様では、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広
い半導体を含むトランジスタを、スイッチ２０５に用いる。上記トランジスタは、チャネ
ル形成領域にシリコンを含むトランジスタよりも、オフ電流が著しく小さい。よって、本
発明の一態様では、バンドギャップがシリコンよりも広い半導体をチャネル形成領域に含
むトランジスタを、スイッチ２０５に用いることで、スイッチ２０５がオフであるときに
、スイッチ２０５に流れるリーク電流により、電源線２０３から負荷２０４に電力が供給
されてしまうのを防ぐことができる。
【００４２】
また本発明の一態様では、スイッチ２０５を流れるオフ電流を著しく小さくすることで、
負荷２０４側に蓄積された電荷を、負荷２０４の寄生容量で保持し続けることができる。
そのため、再度スイッチ２０５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。
【００４３】
なお、図２では、スイッチ２０５が一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。本発明の一態様では、スイッチ２０５が複数の
トランジスタにより構成されていても良い。
【００４４】
第１指令部２０２−１は、第１コンポーネント２０１−１乃至第１コンポーネント２０１
−Ｌがそれぞれ有する複数の第２コンポーネントにおいて、負荷２０４への電力の供給が
要か不要かを、第１コンポーネントごとに判断する。上記判断は、図１の電力供給システ
ム１００が有する指令部１０２の場合と同様に、電力供給システム２００の外部から入力
される命令によって決定されていても良いし、負荷２０４における電力の消費量を監視す
ることで行われても良いし、センサ回路において取得される物理量を用いて行われても良
い。
【００４５】
さらに、第１コンポーネント２０１−１乃至第１コンポーネント２０１−Ｌがそれぞれ有
する第２指令部２０２−２は、複数の第２コンポーネントにおいて、負荷２０４への電力
の供給が要か不要かを第２コンポーネントごとに判断する。上記判断は、図１の電力供給
システム１００が有する指令部１０２の場合と同様に、電力供給システム２００の外部か
ら入力される命令によって決定されていても良いし、負荷２０４における電力の消費量を
監視することで行われても良いし、センサ回路において取得される物理量を用いて行われ
ても良い。
【００４６】
第２指令部２０２−２による、負荷２０４への電力の供給が要か不要かの判断は、第１指
令部２０２−１において電力の供給が要と判断された第１コンポーネントに属する、複数
の第２コンポーネントにおいて行うようにする。
【００４７】
第２指令部２０２−２は、電力の供給が要か不要かの判断結果に従って、複数の第２コン
ポーネントにおけるスイッチ２０５のオンとオフの選択を、個別に行う。
【００４８】
なお、第２コンポーネントが有する負荷２０４が他の第２コンポーネントの負荷２０４と
相互作用して動作する場合、第１指令部２０２−１または第２指令部２０２−２によるス
イッチ２０５のオンまたはオフの制御を、一斉に行う構成としてもよい。
【００４９】
また、各第２コンポーネントがそれぞれ独立して備えられている場合、第１指令部２０２
−１または第２指令部２０２−２によるスイッチのオンとオフの選択は、無線信号を用い
て行うようにすればよい。この場合、スイッチは、第１指令部２０２−１または第２指令
部２０２−２からのスイッチの状態を変更するための信号を保持する構成とすることが好
ましい。
【００５０】
また、各第２コンポーネントがそれぞれ独立して備えられている場合、第２コンポーネン
ト毎にセンサ回路を設け、センサ回路で得られたデータを無線信号により第１指令部２０
２−１または第２指令部２０２−２に送信するようにすればよい。
【００５１】
〈電力供給システムの構成について（３）〉
図３に、本発明の一態様に係る電力供給システムの、別の構造の一例を示す。図３に示す
電力供給システム３００は、第１コンポーネント３０１−１乃至第１コンポーネント３０
１−Ｌと、第１コンポーネント３０１−１乃至第１コンポーネント３０１−Ｌへの電力の
供給を個別に制御する第１指令部３０２−１と、を有する。図３では、第１コンポーネン
ト３０１−１と、第１コンポーネント３０１−２の一部のみを図示している。
【００５２】
また、電力供給システム３００は、第１コンポーネント３０１−１乃至第１コンポーネン
ト３０１−Ｌのそれぞれが、複数の第２コンポーネントと、複数の第２コンポーネントへ
の電力の供給を個別に制御する第２指令部３０２−２を有する。具体的に、図３では、第
１コンポーネント３０１−１が、第２コンポーネント３０６−１乃至第２コンポーネント
３０６−Ｍを有する場合を例示している。
【００５３】
なお、第１コンポーネント３０１−１乃至第１コンポーネント３０１−Ｌのそれぞれが有
する複数の第２コンポーネントの数は、必ずしも全て同じである必要はない。
【００５４】
そして、電力供給システム３００は、複数の第２コンポーネントのそれぞれが、複数の第
３コンポーネントと、複数の第３コンポーネントへの電力の供給を個別に制御する第３指
令部３０２−３を有する。具体的に、図３では、第２コンポーネント３０６−１が、第３
コンポーネント３０７−１乃至第３コンポーネント３０７−Ｎ（Ｎは２以上の自然数）を
有する場合を例示している。
【００５５】
なお、複数の第２コンポーネントがそれぞれ有する複数の第３コンポーネントの数は、必
ずしも全て同じである必要はない。
【００５６】
そして、図３では図示してはいないが、複数の第３コンポーネントは、図１に示した第１
コンポーネント、及び図２に示した第２コンポーネントと同様に、電源線と、電力を消費
する負荷と、電源線と負荷の電気的な接続を切り替えるスイッチとを、それぞれ有する。
スイッチがオンであるとき、電源線からスイッチを介して負荷に電力が供給される。スイ
ッチがオフであるとき、電源線から負荷への電力の供給は停止される。
【００５７】
第３コンポーネント３０７−１乃至第３コンポーネント３０７−Ｎは、電源線を共有して
いても良い。或いは、第３コンポーネント３０７−１乃至第３コンポーネント３０７−Ｎ
のうち、少なくとも１つの第３コンポーネントが、他の第３コンポーネントと異なる系統
の電源線を有していても良い。また、互いに異なる第２コンポーネントに属する第３コン
ポーネントどうしが、或いは、互いに異なる第１コンポーネントに属する第３コンポーネ
ントどうしが、電源線を共有していても良い。
【００５８】
そして、本発明の一態様では、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広
く、電子供与体（ドナー）となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸素
欠損が低減されることにより高純度化された半導体を含むトランジスタを、スイッチに用
いる。上記トランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを含むトランジスタよりも、オ
フ電流が著しく小さい。よって、本発明の一態様では、スイッチがオフであるときに、ス
イッチに流れるリーク電流により、電源線から負荷に電力が供給されてしまうのを防ぐこ
とができる。
【００５９】
また本発明の一態様では、スイッチを流れるオフ電流を著しく小さくすることで、負荷側
に蓄積された電荷を、負荷の寄生容量で保持し続けることができる。そのため、再度スイ
ッチ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。
【００６０】
第１指令部３０２−１は、第１コンポーネント３０１−１乃至第１コンポーネント３０１
−Ｌがそれぞれ有する複数の第３コンポーネントにおける負荷への電力の供給が要か不要
かを、第１コンポーネントごとに判断する。上記判断は、図１の電力供給システム１００
が有する指令部１０２の場合と同様に、電力供給システム３００の外部から入力される命
令によって決定されていても良いし、負荷における電力の消費量を監視することで行われ
ても良いし、センサ回路において取得される物理量を用いて行われても良い。
【００６１】
さらに、第１コンポーネント３０１−１乃至第１コンポーネント３０１−Ｌがそれぞれ有
する第２指令部３０２−２は、複数の第３コンポーネントにおける負荷への電力の供給が
要か不要かを第２コンポーネントごとに判断する。上記判断は、図１の電力供給システム
１００が有する指令部１０２の場合と同様に、電力供給システム３００の外部から入力さ
れる命令によって決定されていても良いし、負荷における電力の消費量を監視することで
行われても良いし、センサ回路において取得される物理量を用いて行われても良い。
【００６２】
第２指令部３０２−２による、負荷への電力の供給が要か不要かの判断は、第１指令部３
０２−１において電力の供給が要と判断された第１コンポーネントに属する、複数の第２
コンポーネントにおいて行うようにする。
【００６３】
さらに、第２コンポーネント３０６−１乃至第２コンポーネント３０６−Ｍがそれぞれ有
する第３指令部３０２−３は、複数の第３コンポーネントにおいて、負荷への電力の供給
が要か不要かを第３コンポーネントごとに判断する。上記判断は、図１の電力供給システ
ム１００が有する指令部１０２の場合と同様に、電力供給システム３００の外部から入力
される命令によって決定されていても良いし、負荷における電力の消費量を監視すること
で行われても良いし、センサ回路において取得される物理量を用いて行われても良い。
【００６４】
第３指令部３０２−３による、負荷への電力の供給が要か不要かの判断は、第２指令部３
０２−２において電力の供給が要と判断された第２コンポーネントに属する、複数の第３
コンポーネントにおいて行うようにする。
【００６５】
第３指令部３０２−３は、電力の供給が要か不要かの判断結果に従って、複数の第３コン
ポーネントにおけるスイッチのオンとオフの選択を、個別に行う。
【００６６】
なお、第３コンポーネントが有する負荷が他の第３コンポーネントの負荷と相互作用して
動作する場合、第１指令部３０２−１、第２指令部３０２−２、または第３指令部３０２
−３によるスイッチのオンまたはオフの制御を、一斉に行う構成としてもよい。
【００６７】
また第３コンポーネント３０７−１乃至第３コンポーネント３０７−Ｎがそれぞれ独立し
て備えられている場合、第１指令部３０２−１、第２指令部３０２−２、または第３指令
部３０２−３によるスイッチのオンとオフの選択は、無線信号を用いて行うようにすれば
よい。この場合、スイッチは、第１指令部３０２−１、第２指令部３０２−２、または第
３指令部３０２−３からのスイッチの状態を変更するための信号を保持する構成とするこ
とが好ましい。
【００６８】
また、第３コンポーネント３０７−１乃至第３コンポーネント３０７−Ｎがそれぞれ独立
して備えられている場合、第３コンポーネント毎にセンサ回路を設け、センサ回路で得ら
れたデータを無線信号により第１指令部３０２−１、第２指令部３０２−２、または第３
指令部３０２−３に送信するようにすればよい。
【００６９】
〈電力供給システムの構成について（４）〉
図４に、本発明の一態様に係る電力供給システムの、別の構造の一例を示す。図４に示す
電力供給システム４００は、指令部５００と、複数の第１コンポーネントと、複数の第２
コンポーネントと、複数の第３コンポーネントとを有する。
【００７０】
図４では図示してはいないが、電力供給システム４００では、複数の第１コンポーネント
、複数の第２コンポーネント、複数の第３コンポーネントの全てが、図１に示した第１コ
ンポーネント、図２に示した第２コンポーネント、及び図３に示した第３コンポーネント
と同様に、電源線と、電力を消費する負荷と、電源線と負荷の電気的な接続を切り替える
スイッチとを、それぞれ有する。そして、スイッチがオンであるとき、電源線からスイッ
チを介して負荷に電力が供給される。スイッチがオフであるとき、電源線から負荷への電
力の供給は停止される。
【００７１】
本発明の一態様では、チャネル形成領域に、バンドギャップがシリコンよりも広く、電子
供与体（ドナー）となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸素欠損が低
減されることにより高純度化された半導体を含むトランジスタを、スイッチに用いる。上
記トランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを含むトランジスタよりも、オフ電流が
著しく小さい。よって、本発明の一態様では、バンドギャップがシリコンよりも広い半導
体をチャネル形成領域に含むトランジスタを、スイッチに用いることで、スイッチがオフ
であるときに、スイッチに流れるリーク電流により、電源線から負荷に電力が供給されて
しまうのを防ぐことができる。
【００７２】
また本発明の一態様では、スイッチを流れるオフ電流を著しく小さくすることで、負荷側
に蓄積された電荷を、負荷の寄生容量で保持し続けることができる。そのため、再度スイ
ッチ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。
【００７３】
そして、電力供給システム４００では、複数の第２コンポーネントのうち、いずれか複数
の第２コンポーネントがそれぞれ有する電源線が、一の第１コンポーネントが有する電源
線から分配されたものとする。
【００７４】
具体的に、図４では、第１コンポーネント５０１−１乃至第１コンポーネント５０１−Ｌ
のうち、第１コンポーネント５０１−１が有する電源線から分配された電源線を有する第
２コンポーネント５０２−１乃至第２コンポーネント５０２−Ｍと、第２コンポーネント
５０２−１が有する電源線から分配された電源線を有する第３コンポーネント５０３−１
乃至第３コンポーネント５０３−Ｎと、を図示している。
【００７５】
なお、第１コンポーネント５０１−１乃至第１コンポーネント５０１−Ｌのそれぞれに対
応する複数の第２コンポーネントの数は、必ずしも全て同じである必要はない。また、複
数の第２コンポーネントのそれぞれに対応する複数の第３コンポーネントの数は、必ずし
も全て同じである必要はない。
【００７６】
電力供給システム４００では、指令部５００が、複数の第１コンポーネントと、複数の第
２コンポーネントと、複数の第３コンポーネントとにおいて、負荷への電力の供給が要か
不要かを、個別に判断する。上記判断は、図１の電力供給システム１００が有する指令部
１０２の場合と同様に、電力供給システム４００の外部から入力される命令によって決定
されていても良いし、負荷における電力の消費量を監視することで行われても良いし、セ
ンサ回路において取得される物理量を用いて行われても良い。
【００７７】
なお、第１乃至第３コンポーネントのうち、いずれかのコンポーネントが有する負荷が他
のいずれかのコンポーネントの負荷と相互作用して動作する場合、指令部５００によるス
イッチのオンまたはオフの制御を、一斉に行う構成としてもよい。
【００７８】
次いで、電力供給システム４００の動作の一例について説明する。図５では、全てのコン
ポーネントのうち、第３コンポーネント５０３−１及び第３コンポーネント５０３−３に
おいて、指令部５００からの命令に従いスイッチがオフになり、負荷への電力の供給が停
止されている。
【００７９】
また、図６では、全てのコンポーネントのうち、第２コンポーネント５０２−１と、第２
コンポーネント５０２−１の電源線から分配された電源線をそれぞれ有する第３コンポー
ネント５０３−１乃至第３コンポーネント５０３−Ｎにおいて、指令部５００からの命令
に従いスイッチがオフになり、負荷への電力の供給が停止されている。
【００８０】
また、図７では、全てのコンポーネントのうち、第１コンポーネント５０１−１と、第１
コンポーネント５０１−１の電源線から分配された電源線をそれぞれ有する第２コンポー
ネント５０２−１乃至第２コンポーネント５０２−Ｍと、第２コンポーネント５０２−１
乃至第２コンポーネント５０２−Ｍの電源線から分配された電源線をそれぞれ有する複数
の第３コンポーネント（第３コンポーネント５０３−１乃至第３コンポーネント５０３−
Ｎを含む）において、指令部５００からの命令に従いスイッチがオフになり、負荷への電
力の供給が停止されている。
【００８１】
なお、独立して備えられているコンポーネントが存在する場合、指令部５００による、当
該コンポーネントが有するスイッチのオンとオフの選択は、無線信号を用いて行うように
すればよい。この場合、スイッチは、指令部５００からのスイッチの状態を変更するため
の信号を保持する構成とすることが好ましい。
【００８２】
また、独立して備えられているコンポーネントが存在する場合、当該コンポーネントにセ
ンサ回路を設け、センサ回路で得られたデータを無線信号により指令部５００に送信する
ようにすればよい。
【００８３】
なお、図１乃至図４、図９及び図１０に一例として示した、本発明の一態様に係る電力供
給システムでは、全てのコンポーネントにおいて、チャネル形成領域に、バンドギャップ
がシリコンよりも広く、電子供与体（ドナー）となる水分または水素などの不純物が低減
され、なおかつ酸素欠損が低減されることにより高純度化された半導体を含むトランジス
タを、電源線と負荷の電気的な接続を切り替えるためのスイッチに用いている。しかし、
本発明の一態様に係る電力供給システムでは、負荷への電力の供給と、その停止との切り
替えを高速で行う必要がある一部のコンポーネントについては、スイッチにおけるリーク
電力の削減よりも、スイッチの高速動作を優先させても良い。具体的に、本発明の一態様
では、スイッチにおけるスイッチングの制御を高速で行う必要がある一部のコンポーネン
トにおいて、チャネル形成領域に結晶性を有するシリコンを含むトランジスタのように、
高速でスイッチングが可能なトランジスタを、スイッチに用いても良い。さらに、スイッ
チに高速動作が要求される一部のコンポーネントについては、チャネル形成領域に、ゲル
マニウム半導体、ガリウム・ヒ素半導体、１３族−１５族化合物半導体などを含むトラン
ジスタを、スイッチに用いても良い。
【００８４】
〈トランジスタの構成について〉
本発明の一態様では、スイッチ１０５として機能するトランジスタのチャネル形成領域に
、酸化物半導体を含む。上述したように、酸化物半導体をチャネル形成領域に含むことで
、オフ電流が極めて小さいトランジスタを実現することができる。トランジスタの断面図
の一例を、図８に示す。
【００８５】
図８において、トランジスタは、絶縁表面を有する基板１２０上に、活性層として機能す
る半導体膜１２１と、半導体膜１２１上のソース電極１２２及びドレイン電極１２３と、
半導体膜１２１、ソース電極１２２及びドレイン電極１２３上のゲート絶縁膜１２４と、
ソース電極１２２及びドレイン電極１２３の間において、半導体膜１２１と重なるように
ゲート絶縁膜１２４上に位置するゲート電極１２５とを有している。
【００８６】
図８に示すトランジスタでは、半導体膜１２１のうち、ソース電極１２２及びドレイン電
極１２３の間において、ゲート電極１２５と重なる領域がチャネル形成領域１２１ｃに相
当する。また、半導体膜１２１のうちソース電極１２２と重なる領域がソース領域１２１
ｓに相当し、半導体膜１２１のうちドレイン電極１２３と重なる領域がドレイン領域１２
１ｄに相当する。
【００８７】
本発明の一態様では、半導体膜１２１のうち少なくともチャネル形成領域１２１ｃに酸化
物半導体が含まれていれば良いが、半導体膜１２１全体に酸化物半導体が含まれていても
良い。
【００８８】
なお、図８では、トランジスタがシングルゲート構造である場合を例示しているが、トラ
ンジスタは、電気的に接続された複数のゲート電極を有することで、チャネル形成領域を
複数有する、マルチゲート構造であっても良い。
【００８９】
また、トランジスタは、ゲート電極を活性層の片側において少なくとも有していれば良い
が、活性層を間に挟んで存在する一対のゲート電極を有していても良い。トランジスタが
、活性層を間に挟んで存在する一対のゲート電極を有している場合、一方のゲート電極に
はスイッチング（オンまたはオフ）を制御するための信号が与えられ、他方のゲート電極
は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であっても良いし、電位が他から与えら
れている状態であっても良い。後者の場合、一対の電極に、同じ高さの電位が与えられて
いても良いし、他方のゲート電極にのみ接地電位などの固定の電位が与えられていても良
い。他方のゲート電極に与える電位の高さを制御することで、トランジスタの閾値電圧を
制御することができる。
【００９０】
なお、特に断りがない限り、本明細書でオフ電流とは、ｎチャネル型トランジスタにおい
ては、ドレイン端子をソース端子とゲート電極よりも高い電位とした状態において、ソー
ス端子の電位を基準としたときのゲート電極の電位が０Ｖ以下であるときに、ソース端子
とドレイン端子の間に流れる電流のことを意味する。或いは、本明細書でオフ電流とは、
ｐチャネル型トランジスタにおいては、ドレイン端子をソース端子とゲート電極よりも低
い電位とした状態において、ソース端子の電位を基準としたときのゲート電極の電位が０
Ｖ以上であるときに、ソース端子とドレイン端子の間に流れる電流のことを意味する。
【００９１】
なお、シリコン半導体よりもバンドギャップが広く、真性キャリア密度がシリコンよりも
低い半導体の一例として、酸化物半導体の他に、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの化合物半
導体などがある。酸化物半導体は、窒化ガリウムとは異なり、スパッタリング法や湿式法
により電気的特性の優れたトランジスタを作製することが可能であり、量産性に優れると
いった利点がある。また、窒化ガリウムとは異なり、酸化物半導体は室温でも成膜が可能
なため、ガラス基板上、或いはシリコンを用いた集積回路上に電気的特性の優れたトラン
ジスタを作製することが可能である。また、基板の大型化にも対応が可能である。よって
、上述したワイドギャップ半導体の中でも、特に酸化物半導体は量産性が高いというメリ
ットを有する。また、トランジスタの性能（例えば電界効果移動度）を向上させるために
結晶性の酸化物半導体を得ようとする場合でも、２５０℃から８００℃の熱処理によって
容易に結晶性の酸化物半導体を得ることができる。
【００９２】
電子供与体（ドナー）となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸素欠損
が低減されることにより高純度化された酸化物半導体（ｐｕｒｉｆｉｅｄ  ＯＳ）は、ｉ
型（真性半導体）又はｉ型に限りなく近い。そのため、上記酸化物半導体を用いたトラン
ジスタは、オフ電流が著しく小さいという特性を有する。また、酸化物半導体のバンドギ
ャップは、２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。
水分または水素などの不純物濃度が十分に低減され、なおかつ酸素欠損が低減されること
により高純度化された酸化物半導体膜を用いることにより、トランジスタのオフ電流を下
げることができる。
【００９３】
具体的に、高純度化された酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いたトランジスタのオ
フ電流が小さいことは、いろいろな実験により証明できる。例えば、チャネル幅が１×１
０６μｍでチャネル長が１０μｍの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧
（ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナ
ライザの測定限界以下、すなわち１×１０−１３Ａ以下という特性を得ることができる。
この場合、トランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流は、１００ｚＡ／μｍ以下で
あることが分かる。また、容量素子とトランジスタとを接続して、容量素子に流入または
容量素子から流出する電荷を当該トランジスタで制御する回路を用いて、オフ電流の測定
を行った。当該測定では、高純度化された酸化物半導体膜を上記トランジスタのチャネル
形成領域に用い、容量素子の単位時間あたりの電荷量の推移から当該トランジスタのオフ
電流を測定した。その結果、トランジスタのソース電極とドレイン電極間の電圧が３Ｖの
場合に、数十ｙＡ／μｍという、さらに小さいオフ電流が得られることが分かった。従っ
て、高純度化された酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、オフ電
流が、結晶性を有するシリコンを用いたトランジスタに比べて著しく小さい。
【００９４】
酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含むこと
が好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気的特性のばらつきを減ら
すためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好まし
い。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビラ
イザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとして
アルミニウム（Ａｌ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウ
ム（Ｚｒ）を含むことが好ましい。
【００９５】
また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（
Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム
（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホル
ミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ル
テチウム（Ｌｕ）のいずれか一種または複数種を含んでいてもよい。
【００９６】
例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化
物であるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系
酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ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Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系
酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸
化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−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−Ｅｕ−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、Ｉ
ｎ−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−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−
Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。
【００９７】
なお、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを含む酸化物という意
味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素
を含んでいてもよい。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物は、無電界時の抵抗が十分に高くオフ電
流を十分に小さくすることが可能であり、また、移動度も高い。
【００９８】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）あるいはＩｎ：Ｇ
ａ：Ｚｎ＝２：２：１（＝２／５：２／５：１／５）の原子比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化
物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：
１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３（＝１／３：１／
６：１／２）あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５（＝１／４：１／８：５／８）の原
子比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
【００９９】
例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしなが
ら、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物でも、バルク内欠陥密度を低減することにより移動度を上
げることができる。
【０１００】
酸化物半導体膜は、例えば非単結晶を有してもよい。非単結晶は、例えば、ＣＡＡＣ（Ｃ
Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）、多結晶、微結晶、非晶質部を有する。
非晶質部は、微結晶、ＣＡＡＣよりも欠陥準位密度が高い。また、微結晶は、ＣＡＡＣよ
りも欠陥準位密度が高い。なお、ＣＡＡＣを有する酸化物半導体を、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ
Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ）と呼ぶ。
【０１０１】
酸化物半導体膜は、例えばＣＡＡＣ−ＯＳを有してもよい。ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、
ｃ軸配向し、ａ軸または／およびｂ軸はマクロに揃っていない。
【０１０２】
酸化物半導体膜は、例えば微結晶を有してもよい。なお、微結晶を有する酸化物半導体を
、微結晶酸化物半導体と呼ぶ。微結晶酸化物半導体膜は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ未
満のサイズの微結晶（ナノ結晶ともいう。）を膜中に含む。
【０１０３】
酸化物半導体膜は、例えば非晶質部を有してもよい。なお、非晶質部を有する酸化物半導
体を、非晶質酸化物半導体と呼ぶ。非晶質酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序
であり、結晶成分を有さない。または、非晶質酸化物半導体膜は、例えば、完全な非晶質
であり、結晶部を有さない。
【０１０４】
なお、酸化物半導体膜が、ＣＡＡＣ−ＯＳ、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体の
混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、非晶質酸化物半導体の領域と、微結晶酸化物
半導体の領域と、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域と、を有する。また、混合膜は、例えば、非晶質
酸化物半導体の領域と、微結晶酸化物半導体の領域と、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域と、の積層
構造を有してもよい。
【０１０５】
なお、酸化物半導体膜は、例えば、単結晶を有してもよい。
【０１０６】
酸化物半導体膜は、複数の結晶部を有し、当該結晶部のｃ軸が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っていることが好ましい。なお、異なる結晶部
間で、それぞれａ軸及びｂ軸の向きが異なっていてもよい。そのような酸化物半導体膜の
一例としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜がある。
【０１０７】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさ
であることが多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像では、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる
結晶部と結晶部との境界は明確ではない。また、ＴＥＭによってＣＡＡＣ−ＯＳ膜には明
確な粒界（グレインバウンダリーともいう。）は確認できない。そのため、ＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓ膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。
【０１０８】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、例えば、ｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法
線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃い、かつａｂ面に垂直
な方向から見て金属原子が三角形状または六角形状に配列し、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。なお、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、単に垂
直と記載する場合、８０°以上１００°以下、好ましくは８５°以上９５°以下の範囲も
含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−１０°以上１０°以下、好まし
くは−５°以上５°以下の範囲も含まれることとする。
【０１０９】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜において、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、ＣＡＡ
Ｃ−ＯＳ膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形
成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳ膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が非晶
質化することもある。
【０１１０】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜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なるように揃うため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形
状（被形成面の断面形状または表面の断面形状）によっては互いに異なる方向を向くこと
がある。また、結晶部は、成膜したとき、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行
ったときに形成される。従って、結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されたときの
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なるように揃う。
【０１１１】
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的特性の変
動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
【０１１２】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、例えば、多結晶である金属酸化物ターゲットを用い、スパッタリン
グ法によって成膜する。当該ターゲットにイオンが衝突すると、ターゲットに含まれる結
晶領域がａ−ｂ面から劈開し、ａ−ｂ面に平行な面を有する平板状またはペレット状のス
パッタリング粒子として剥離することがある。この場合、当該平板状のスパッタリング粒
子が、結晶状態を維持したまま基板に到達することで、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜すること
ができる。
【０１１３】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。
【０１１４】
成膜時の不純物混入を低減することで、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、処理室内に存在する不純物濃度（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、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が
−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いる。
【０１１５】
また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板到達後にスパッタリング粒子のマイグ
レーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましく
は２００℃以上５００℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平
板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり、
スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。
【０１１６】
また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージ
を軽減すると好ましい。成膜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。
【０１１７】
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以下に示す。
【０１１８】
ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末およびＺｎＯＺ粉末を所定のｍｏｌ数比で混合し、加圧処理
後、１０００℃以上１５００℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットとする。なお、Ｘ、ＹおよびＺは任意の正数である。ここで
、所定のｍｏｌ数比は、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である。
なお、粉末の種類、およびその混合するｍｏｌ数比は、作製するターゲットによって適宜
変更すればよい。
【符号の説明】
【０１１９】
１００    電力供給システム
１０１−Ｌ乃至１０１−１    コンポーネント
１０２    指令部
１０３    電源線
１０４    負荷
１０５    スイッチ
１２０    基板
１２１    半導体膜
１２１ｃ    チャネル形成領域
１２１ｄ    ドレイン領域
１２１ｓ    ソース領域
１２２    ソース電極
１２３    ドレイン電極
１２４    ゲート絶縁膜
１２５    ゲート電極
２００    電力供給システム
２０１−１乃至２０１−Ｌ    第１コンポーネント
２０２−１    第１指令部
２０２−２    第２指令部
２０３    電源線
２０４    負荷
２０５    スイッチ
２０６−１乃至２０６−Ｍ    第２コンポーネント
３００    電力供給システム
３０１−１乃至３０１−Ｌ    第１コンポーネント
３０２−１    第１指令部
３０２−２    第２指令部
３０２−３    第３指令部
３０６−１乃至３０６−Ｍ    第２コンポーネント
３０７−１乃至３０７−Ｎ    第３コンポーネント
４００    電力供給システム
５００    指令部
５０１−１乃至５０１−Ｌ    第１コンポーネント
５０２−１乃至５０２−Ｍ    第２コンポーネント
５０３−１乃至５０３−Ｎ    第３コンポーネント
７００    センサ回路
９０１    センサ回路
【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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