(57)【要約】  無線（例えば、近距離またはＲＦ）通信デバイスならびにそれを製造および使用する方法が開示される。無線通信デバイスは、受信機および／または送信機、アンテナをその上に有する基板、集積回路および１または複数導通センサを含む。アンテナは、無線信号を受信し、および／または後方散乱させる。集積回路は、それからの無線信号および／または情報を処理し、および／または当該無線信号および／または当該情報を生成する。導通センサは、化学物質または物質がパッケージまたは容器に存在していること、故に、通信デバイスが配置されるか、または通信デバイスが固定または接着されるパッケージまたは容器の導通状態を検知または算出するよう構成される。導通センサは、アンテナが電気的に接続される一組の端子とは異なる、集積回路の一組の端子に電気的に接続される。
2018524793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）共通ノードに電気的に接続されたソース端子およびドレイン端子を含むプリントドープポリシリコン体を有する第１電極と、
ｂ）前記第１電極と接触する誘電体層と、
ｃ）ドープポリシリコンゲートを有し、前記誘電体層により前記第１電極から離間されている第２電極と
を備える非線形コンデンサであって、
前記非線形コンデンサは、（ｉ）第１ソースからの、第１周波数かつ第１電力のメインキャリア信号、および（ｉｉ）第２ソースからの、第２周波数かつ第２電力のサブキャリア信号から、相互変調成分を生成し、
前記相互変調成分は、前記第１周波数とは異なる周波数と、前記第１電力よりも実質的に少ない電力とを有する、
非線形コンデンサ。
【請求項２】
前記第１周波数は、１ＭＨｚから１０ＧＨｚである、請求項１に記載の非線形コンデンサ。
【請求項３】
前記誘電体層は、酸化シリコンを有し、かつ、実質的に一定の厚さを有する、請求項１または２に記載の非線形コンデンサ。
【請求項４】
基板をさらに備え、前記第１電極は前記基板上にあり、前記誘電体層は前記第１電極上にあり、前記第２電極は前記誘電体層上にある、請求項１から３のいずれか一項に記載の非線形コンデンサ。
【請求項５】
ａ）請求項１に記載の非線形コンデンサと、
ｂ）アンテナと
を備え、
前記アンテナの第１端部、第１ポールまたは第１端子は、前記非線形コンデンサの前記第１電極に電気的に接続され、
前記アンテナの第２端部、第２ポールまたは第２端子は、前記非線形コンデンサの前記第２電極に電気的に接続される、
無線デバイス。
【請求項６】
前記無線デバイスが無線信号を受信した場合に前記非線形コンデンサに電気的に接続される受信機と、前記無線デバイスが無線信号を後方散乱させた場合に前記非線形コンデンサに電気的に接続される送信機または信号生成器とをさらに備える、請求項５に記載の無線デバイス。
【請求項７】
前記非線形コンデンサの前記第１電極および前記第２電極のうちの一方に電気的に接続されるスイッチをさらに備え、前記無線デバイスが無線信号を受信した場合、前記スイッチは第１状態であり、前記無線デバイスが無線信号を後方散乱させた場合、前記スイッチは第２状態である、請求項５または６に記載の無線デバイス。
【請求項８】
少なくとも識別データまたは識別コードを格納するメモリをさらに備える、請求項５から７のいずれか一項に記載の無線デバイス。
【請求項９】
前記無線デバイスの状態、または環境パラメータを検出するセンサをさらに備える、請求項５から８のいずれか一項に記載の無線デバイス。
【請求項１０】
無線信号を処理する方法であって、
ａ）請求項５に記載の無線デバイスにおいて前記無線信号を受信する段階と、
ｂ）前記無線デバイスを用いて前記無線信号を処理する段階と
を備える方法。
【請求項１１】
ａ）請求項５に記載の無線デバイスにおいて変調信号を生成する段階と、
ｂ）前記非線形コンデンサを用いて、前記変調信号を、前記変調信号よりも高い周波数を有する別の信号と混合する段階と、
ｃ）前記アンテナを用いて、混合された前記変調信号を後方散乱、送信またはブロードキャストする段階と
を備える、無線信号を生成する方法。
【請求項１２】
前記非線形コンデンサは、ＭＯＳＣＡＰデバイスを備え、前記変調信号は、前記ＭＯＳＣＡＰデバイスに対応するトランジスタの遮断周波数より高い周波数を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ａ）共通ノードに電気的に接続されたソース端子およびドレイン端子を含むプリントドープポリシリコン体を有する第１電極と、
ｂ）前記第１電極と接触する誘電体層と、
ｃ）導体を有し、前記誘電体層により前記第１電極から離間されている第２電極と
を備える可変コンデンサであって、
前記可変コンデンサは、（ｉ）第１ソースからの、第１周波数かつ第１電力のメインキャリア信号、および（ｉｉ）第２ソースからの、第２周波数かつ第２電力のサブキャリア信号から、相互変調成分を生成し、
前記相互変調成分は、前記第１周波数とは異なる周波数と、前記第１電力よりも実質的に少ない電力を有する、
可変コンデンサ。
【請求項１４】
前記第１周波数は、１ＭＨｚから１０ＧＨｚである、請求項１３に記載の可変コンデンサ。
【請求項１５】
前記第２電極は、第２プリントドープポリシリコン体を有する、請求項１３または１４に記載の可変コンデンサ。
【請求項１６】
前記誘電体層は、酸化シリコンを有し、かつ、実質的に一定の厚さを有する、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の可変コンデンサ。
【請求項１７】
前記プリントドープポリシリコン体は、金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタのソース領域およびドレイン領域を含み、前記ソース領域とドレイン領域とは、互いに電気的に接続され、前記第２電極は、前記金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタのゲートを有し、前記誘電体層は、前記金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタのゲート誘電体層を有する、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の可変コンデンサ。
【請求項１８】
前記金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタは、変調器および検出器の少なくとも一方として機能し、前記第１周波数はｘＨｚであり、前記相互変調成分はｘ±ｎ×ｙＨｚの周波数を有し、ここで、ｎは１から４の整数であり、ｘ＞＞ｎ×ｙを満たす、請求項１７に記載の可変コンデンサ。
【請求項１９】
ａ）請求項１３に記載の可変コンデンサと、
ｂ）アンテナと
を備え、
前記アンテナの第１端部、第１ポールまたは第１端子は、前記可変コンデンサの前記第１電極に電気的に接続され、前記アンテナの第２端部、第２ポールまたは第２端子は、前記可変コンデンサの前記第２電極に電気的に接続される、
無線デバイス。
【請求項２０】
前記無線デバイスが無線信号を受信した場合に前記可変コンデンサに電気的に接続される受信機と、前記無線デバイスが無線信号を後方散乱させた場合に前記可変コンデンサに電気的に接続される送信機または信号生成器とをさらに備える、請求項１９に記載の無線デバイス。
【請求項２１】
（ｉ）前記可変コンデンサの前記第１電極および前記第２電極の一方に電気的に接続されるスイッチと、（ｉｉ）前記可変コンデンサの前記第１電極および前記第２電極の他方に電気的に接続される電源または接地電位とをさらに備え、前記無線デバイスが無線信号を受信した場合、前記スイッチは第１状態であり、前記無線デバイスが無線信号を後方散乱させた場合、前記スイッチは第２状態である、請求項１９または２０に記載の無線デバイス。
【請求項２２】
少なくとも識別データまたは識別コードを格納するメモリと、前記無線デバイスの状態、または環境パラメータを検出するセンサとをさらに備える、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の無線デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照  本願は、２０１５年５月４日に出願された米国仮特許出願第６２／１５６，６８７号の利益を主張する。当該出願は、全体が本明細書に記載されているかのように、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は概して、無線（例えば、近距離無線および無線周波数）通信の分野に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、金属酸化膜半導体コンデンサ（ＭＯＳＣＡＰ）ベースのフロントエンドを有する無線タグおよび無線デバイスならびにそれらを製造および使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
プリントドープポリシリコン（ＰＤＰＳ）トランジスタおよび他のタイプまたは種類のトランジスタの限定的な遮断周波数は、より高い無線周波数（例えば、ＵＨＦ周波数）で動作するＲＦＩＤタグへのそれらの適用を困難にする。しかしながら、ＭＯＳＣＡＰデバイス用のものを含め、ＰＤＰＳおよび他のトランジスタが実装および使用されていることは、よく知られている。そのようなトランジスタおよびＭＯＳＣＡＰデバイスは、多くの適用例において有用である。しかしながら、情報を変調（例えば、符号化）するための、また、ＲＦＩＤまたは（例えば、１または複数のＵＨＦおよび／またはＲＦ周波数で動作する）他の無線タグに高周波数の無線信号を検出するための低コストで信頼できるソリューションへのニーズがある。
【０００４】
この「背景技術」のセクションは、背景技術情報のみのために提供される。この「背景技術」における記述は、この背景技術セクションにおいて開示される主題が本開示の先行技術を構成することを認めるものではない。また、この「背景技術」セクションのいかなる部分も、この「背景技術」セクションを含む本願のいずれの部分も、本開示の先行技術を構成することを認めるものとして用いられ得ない。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、非線形コンデンサ、非線形コンデンサを含む無線（例えば、近距離無線通信［ＮＦＣ］、無線周波数［ＲＦおよび／またはＲＦＩＤ］、高周波［ＨＦ］および極超短波［ＵＨＦ］）デバイスと、そのような非線形コンデンサおよび無線通信デバイスを製造および使用する方法とに関する。例えば、非線形ＭＯＳＣＡＰデバイス（例えば、コンデンサとして構成または結線されるＭＯＳトランジスタ）が、対応するトランジスタの遮断周波数超で動作し得るＲＦＩＤまたは他の無線タグにおける変調器および／または検出器を形成するために用いられ得る。変調器および／または検出器は、ＲＦＩＤまたは（例えば、１または複数のＵＨＦ周波数で動作する）他の無線タグのフロントエンドに取って代わり得るか、またはそれらに加えられ得る。故に、一態様において、本発明は、第１電極と、第１電極と接触している誘電体層と、誘電体層および第１半導体（例えば、プリントドープポリシリコン）ボディにより第１電極から離間されている第２電極とを備える非線形コンデンサに関する。
【０００６】
様々な実施形態において、第２電極は第２半導体（例えば、プリントドープポリシリコン）ボディを備え得、誘電体層は酸化シリコンを含み得る。例えば、誘電体層は、二酸化シリコンを含み得る。さらなる実施形態において、第２電極は誘電体層と接触しており、誘電体層は実質的に一定の厚さを有し得る。一例において、非線形コンデンサは、金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタを備え、第１半導体ボディは、互いに電気的に接続される、ＭＯＳトランジスタのソース領域およびドレイン領域を備え、第２電極は、ＭＯＳトランジスタのゲートを備え、誘電体層は、ＭＯＳトランジスタのゲート誘電体層を備える。ＭＯＳトランジスタのソース領域およびドレイン領域は、第１プリントドープポリシリコン体における第１高度ドープ領域および第２高度ドープ領域を備え得、ＭＯＳトランジスタは、第１高度ドープ領域および第２高度ドープ領域にそれぞれ接続され、かつ、互いに電気的に接続される第１金属電極および第２金属電極をさらに備え得る。そのようなＭＯＳトランジスタは、電圧依存型の非線形コンデンサとしての挙動を示す。
【０００７】
いくつかの追加的または代替的な実施形態において、第２電極は第１電極に重なり、第１電極は、第１電極の少なくとも１つの領域が第２電極により覆われないように、および／または第２電極により覆われない、第１電極の少なくとも１つの領域における少なくとも１つの開口を誘電体層が有するように、第２電極のものよりも大きい値を有する少なくとも１つの寸法を有する。さらに、第１電極の少なくとも第１領域および第２領域（例えば、ソース領域およびドレイン領域）は、第２電極により覆われ得ず、誘電体層は、第２電極により覆われていない、第１電極の第１領域および第２領域の各々における（例えば、ソース領域およびドレイン領域への接点のための）開口を有し得、非線形コンデンサは、誘電体層の開口の各々における接点をさらに備え得る。非線形コンデンサは、誘電体層における開口の接点を互いにおよび／または他の電気構造に電気的に接続する１または複数の金属線をさらに備え得る。
【０００８】
さらなる実施形態において、非線形コンデンサは、基板をさらに備える。第１電極は基板上にあり得、誘電体層は第１電極上にあり得、第２電極は誘電体層上にあり得る。
【０００９】
別の態様において、本発明は、本発明の非線形コンデンサおよびアンテナを備える無線デバイスに関する。アンテナの第１端部または第１ポールは、非線形コンデンサの第１電極に電気的に接続され、アンテナの第２端部または第２ポールは、非線形コンデンサの第２電極に電気的に接続され得る。いくつかの実施形態において、無線通信デバイスは、近距離無線信デバイスおよび／または無線周波数通信デバイスを備える。故に、無線デバイスは、受信機（例えば、整流部および／または復調器）および／または送信機（例えば、変調器）、非線形コンデンサおよび／またはアンテナをその上に有する基板、および／または（アンテナおよび／または非線形コンデンサと同じかまたは異なる基板上にあり得る）集積回路をさらに備え得る。アンテナは、外部デバイス（例えば、読み取り装置）から第１無線信号を受信（または外部デバイスから電力を吸収）するよう構成され、かつ、その上に符号化されるか、またはそれと組み合わされる第２信号で第１信号を後方散乱させるよう構成される。（例えば、メインキャリア周波数で動作できる発振器を有する）いくつかの実施形態において、アンテナは、無線信号を（例えば、外部デバイスに）送信またはブロードキャストし得る。集積回路は、（ｉ）それからの第１無線信号および／または情報を処理し得、および／または（ｉｉ）それのための第２無線信号および／または情報を生成し得る。
【００１０】
様々な実施形態において、無線デバイスは、非線形コンデンサの第１電極および第２電極の一方に電気的に接続される電源または接地電位、および／または非線形コンデンサの第１電極および第２電極の一方に電気的に接続されるスイッチをさらに備え得る。一実施形態において、スイッチは、非線形コンデンサの第１電極に電気的に接続され得、接地電位は、非線形コンデンサの第２電極に電気的に接続され得る。追加的または代替的に、スイッチは、無線デバイスが無線信号を受信した場合、第１状態であり得、無線デバイスが無線信号を後方散乱させた場合、第２状態であり得る。
【００１１】
いくつかの実施形態において、無線デバイス（例えば、集積回路）は、（例えば、無線デバイスが無線信号を受信した場合に）非線形コンデンサの第１電極に電気的に多重化されるデコーダおよび／または復調器と、（例えば、無線デバイスが無線信号を後方散乱させた場合に）非線形コンデンサに電気的に多重化されるエンコーダまたは信号生成器と、デコーダ、復調器および／またはエンコーダ／信号生成器に電力を供給するバッテリと、（ｉ）デコーダおよび／または復調器、および／または（ｉｉ）エンコーダ／信号生成器、少なくとも識別データまたは識別コードを格納するよう構成されるメモリ、および／または（ｉｉｉ）無線デバイスの状態、または環境パラメータを検出するよう構成されるセンサなどの無線デバイスにおける電気的機能回路に結合される発振器とをさらに備え得る。発振器は、自励発振器、ＲＣ回路または発振器を備え得るか、またはそれらであり得る。
【００１２】
さらなる態様において、本発明は、本発明の無線デバイスで無線信号を受信する段階と、無線デバイスを用いて無線信号を処理する段階とを備える、無線信号を処理する方法に関する。一例において、方法は、無線信号から電力を抽出または生成する段階を備える。代替的または追加的に、無線信号を処理する方法は、無線デバイスが無線信号を受信した場合にデコーダおよび／または復調器を非線形コンデンサの第１電極に電気的に接続する段階をさらに備え得る。
【００１３】
またさらなる態様において、本発明は、本発明の無線デバイスを用いて低周波数信号を生成する段階と、非線形コンデンサを用いて、低周波数信号を低周波数信号よりも高い周波数を有する別の信号と混合する段階と、アンテナを用いて混合信号を後方散乱させる（かまたは代替的に、送信もしくはブロードキャストする）段階とを備える、無線信号に関する情報を送信する方法に関する。少なくとも１つの実施形態において、非線形コンデンサは、ＭＯＳトランジスタを備え、より高い周波数の信号は、ＭＯＳトランジスタの遮断周波数よりも高い周波数を有する。例えば、ＭＯＳトランジスタは、ゲートと、ゲート誘電体層と、ソース端子／ドレイン端子およびチャネルを有するＰＤＰＳボディとを有し得る。低周波数信号は、周波数ｙＨｚを有し得、混合信号は、周波数ｘ±ｎ×ｙＨｚを有し得る。ここで、ｘはより高い周波数であり、ｎは１〜４（例えば、１）の整数であり、ｘ＞＞ｎ×ｙを満たす。代替的または追加的に、無線信号を生成する方法は、無線デバイスが無線信号を後方散乱させた（かまたは代替的に、送信またはブロードキャストした）場合に信号生成器（例えば、エンコーダ）を非線形コンデンサに電気的に接続する段階をさらに備え得る。
【００１４】
結果として、本発明は、近距離無線通信タグおよびＲＦタグなどの無線デバイスの用途および機能を拡大し得る。新規のタグおよびデバイスにより、容器またはパッケージにおける製品についての識別情報および／または他の情報の通信および／またはサブキャリア（すなわち、メインキャリア信号に符号化されているか、メインキャリア信号上に変調されているか、またはメインキャリア信号と混合されている第２信号）へのその発送および格納が可能になる。本発明のこれらの利点および他の利点は、以下の様々な実施形態の詳細な説明から容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の１または複数の実施形態に従った例示的なＭＯＳＣＡＰデバイスおよび等価回路を示す図である。
【００１６】
【図２】例示的なＭＯＳＣＡＰの非線形キャパシタンス‐電圧（Ｃ‐Ｖ）曲線を示すグラフである。
【００１７】
【図３】受信（入力）信号の高周波電力と、本発明の１または複数の実施形態に従った例示的なＭＯＳＣＡＰにより出力された、ＤＣ電圧との間の関係を示すグラフである。
【００１８】
【図４】本発明の１または複数の実施形態に従った例示的なＭＯＳＣＡＰをその上に有する例示的なＲＦタグを用いて生成される例示的な混合キャリア信号を表示するスペクトル分析器のディスプレイを示す。
【００１９】
【図５】本発明の１または複数の実施形態に従った、読み取り装置および例示的なＭＯＳＣＡＰをその上に有する例示的なＲＦタグを有する例示的な無線システムを示す概略図である。
【００２０】
【図６】既知の符号化および／または変調の標準に従った例示的な波形を示す。
【００２１】
【図７Ａ】図５の例示的なＲＦタグと同等な回路をそれぞれ受信モードおよび送信モードにおいて示す概略図である。
【図７Ｂ】図５の例示的なＲＦタグと同等な回路をそれぞれ受信モードおよび送信モードにおいて示す概略図である。
【００２２】
【図８】本発明の実現可能性を実証するために用いられる、読み取り装置と、ＭＯＳＣＡＰデバイスをその上に有する例示的なＲＦタグとを有する例示的な代替的無線システムを示す概略図である。
【００２３】
【図９】図８の例示的なタグから図８の読み取り装置で受信された合成（混合キャリア）信号を表示するスペクトル分析器のディスプレイを示す。
【００２４】
【図１０】本発明の無線デバイスにおいて用いられる例示的な集積回路を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
ここで、本発明の様々な実施形態を詳細に参照する。その例は、添付の図面に示されている。本発明は、以下の実施形態と併せて説明されるが、それらの説明は、本発明をこれらの実施形態に限定することを意図するものではないことが理解されよう。むしろ、本発明は、本発明の思想および範囲内に含まれ得る代替物、修正および均等物を包含することが意図されている。さらに、本発明の十分な理解を提供すべく、以下の詳細な説明において、多数の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、本発明がこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることは、当業者には容易に明らかになるであろう。本発明の態様を不必要に曖昧にしないように、他の事例では、よく知られている方法、手順、成分および材料は、詳細には説明されていない。
【００２６】
本発明の実施形態の技術的提案は、以下の実施形態における図面と併せて、完全かつ明確に説明される。当該説明は、本発明をこれらの実施形態に限定することを意図するものではないことが理解されよう。説明される本発明の実施形態に基づいて、他の実施形態が、当業者により創造的な貢献なしに達成され得、かつ、本発明に与えられる法的な保護の範囲内になる。
【００２７】
さらに、本文書において開示される全ての特性、手段または処理は、相互排他的な特性および／または処理を除き、任意の手法および可能な任意の組み合わせで、組み合わせられ得る。別段の規定が無い限り、本明細書、特許請求の範囲、要約および図面において開示されるあらゆる特性は、同様の目標、目的および／または機能を有する他の同等の特性または特性により取って代わられ得る。
【００２８】
本発明の利点が、以下の様々な実施形態の詳細な説明から容易に明らかになるであろう。
【００２９】
例示的なＭＯＳＣＡＰデバイス  図１は、ＭＯＳＣＡＰ１０およびその等価回路２０を示す。ＭＯＳＣＡＰ１０は、ＭＯＳトランジスタである。ＭＯＳトランジスタにおいて、ソース端子１２ａおよびドレイン端子１２ｂが共通ノード１４に電気的に接続され、ゲート１６が異なるノード１８に接続され、それにより、ゲート１６と、ソース端子１２ａおよびドレイン端子１２ｂが形成される（ドープ）シリコン体とが非線形コンデンサとして機能することが可能になる。故に、ＭＯＳＣＡＰ１０は、直列抵抗２４を有する非線形コンデンサ２２を含むＲＣ回路２０と同等であるとみなされ得る。特定の用途において、直列抵抗２４は、無視できるものとみなされ得る。
【００３０】
プリントドープシリコン体およびプリントドープポリシリコンゲートから形成されるＭＯＳＣＡＰ１０は、例示的な代表的ＭＯＳＣＡＰデバイスについて実験的に算出された、図２に示されるものと同様の典型的なＣ‐Ｖ特性を示している。Ｃ‐Ｖ曲線３０は、９００ＭＨｚで算出された。図１のＭＯＳＣＡＰ１０は、電荷キャリア（電子および正孔）を用いて、変位電流を流すが、伝導電流は流さない。これにより、ＭＯＳＣＡＰ１０は、ＭＯＳＣＡＰ１０を構成するために用いられる対応するトランジスタ（すなわち、ソース端子１２ａとドレイン端子１２ｂとが異なるノードに電気的接続される、図１におけるトランジスタ１０）の遮断周波数よりも高い周波数で動作し得る。少なくともいくつかの場合において、ＭＯＳＣＡＰ１０のＣ‐Ｖ特性はほぼ、対応するトランジスタの遮断周波数よりも大きいオーダーの大きさである。
【００３１】
さらに、ＭＯＳＣＡＰは、本質的に広帯域のデバイスである。従って、ＭＯＳＣＡＰ１０は、ＵＨＦタグおよびＵＨＦ読み取り装置、ＮＦＣタグ／ラベルおよびＮＦＣ読み取り装置ならびにＲＦＩＤタグおよびＲＦＩＤ読み取り装置などの無線タグおよび無線システムでしばしば使用される周波数ホッピング技術と互換性がある。
【００３２】
検出器としてのＭＯＳＣＡＰ  印加される電力または電圧という機能としてのＭＯＳＣＡＰ１０の非線形キャパシタンスにより、受信されるＲＦ信号または他の高周波数の信号からＤＣ信号を生成するための検出器としてＭＯＳＣＡＰ１０を用いることが可能になる。この機能および／または特性は、下流（例えば、読み取り装置からタグ）の通信に有用である。
【００３３】
例えば、図３は、９００ＭＨｚの高周波電力という機能としてのＭＯＳＣＡＰ１０により出力され、実験的に算出されたＤＣ電圧を示すグラフ４０である。（ｄＢｍで表される）高周波電力の機能としての（ｍＶで表される）ＤＣ電圧の対数プロットまたは対数線は、線形または実質的に線形である。これは、コマンドおよび情報を高周波数のキャリア信号上に符号化または変調する読み取り装置からそのようなコマンドおよび情報を受信するためにＭＯＳＣＡＰ１０が用いられ得ることを示している。
【００３４】
混合器としてのＭＯＳＣＡＰ  ＭＯＳＣＡＰ１０の非線形キャパシタンスにより、ＭＯＳＣＡＰ１０と同じ集積回路における、またはＭＯＳＣＡＰ１０と同じタグ上の２つの周波数源（例えば、より低い周波数の１つのＲＦ周波数源および別の周波数源）から相互変調成分を生成するための混合器として、または当該混合器において、ＭＯＳＣＡＰ１０を用いることも可能になる。この混合特性は、ＲＦ信号に加えてサブキャリア（例えば、異なる周波数の第２信号）を生成するために、上流の通信（例えば、タグから読み取り装置）に用いられ得る。このサブキャリアは、識別コード／情報、製品製造および／または出荷情報、センサデータ等などのタグデータを、適切に符号化された形式で含み得る。
【００３５】
図４は、１００ｋＨｚの正弦波により変調された９００ＭＨｚのキャリア信号のスペクトルプロット５０を示す。ピーク５２により表される９００ＭＨｚのキャリア信号が、ＭＯＳＣＡＰ１０の端子または電極へのＲＦ信号生成器の入力により生成され、１００ｋＨｚの正弦波が、ＭＯＳＣＡＰ１０の同じ端子または電極に９００ＭＨｚのキャリア信号として入力された。その結果、二次成分５４ａおよび５４ｂ、三次成分５６ａおよび５６ｂならびに四次成分５８ａおよび５８ｂが生成された。ＭＯＳＣＡＰ１０および／またはタグ上の他の回路のパラメータをさらに修正および／または最適化すれば、三次成分５６ａおよび５６ｂならびに四次成分５８ａおよび５８ｂは、所望されるとおりに強化または抑制され得る。
【００３６】
例示的な無線システムおよびデバイス  図５は、読み取り装置１１０および無線タグ１２０を備える無線システム１００を示す。読み取り装置１１０は、それぞれ、第１無線信号１１４を送信する送信アンテナ１１２ａと、タグ１２０における送信機１３４およびＭＯＳＣＡＰ１４０によりその上に符号化されるか、またはそれと組み合わされるデータストリームにより修正される後方散乱信号１１６を受信する受信アンテナ１１２ｂとを備える。タグ１２０は、アンテナ１２２、集積回路１３０、および集積回路１３０と接地電位１２６との間に結合されたバッテリ１２４を備える。アンテナ１２２、集積回路１３０、バッテリ１２４および接地電位１２６（例えば、グランドプレーン）は概して、同じであり得るか、または異なり得る１または複数の基板（不図示）上に形成される。例えば、集積回路１３０およびバッテリ１２４は、別個の基板上に形成され、次に、従来の、または修正された表面実装技術（ＳＭＴ。例えば、ピックアンドプレース）機器を用いてアンテナ１２２およびグランドプレーン１２６が形成される第３基板上に配置され得る。
【００３７】
一実施形態において、タグ１２０は、ＲＦデバイス（例えば、ＲＦＩＤタグ）であり得る。しかしながら、タグ１２０は、ＲＦデバイスまたはＲＦＩＤタグに限定されず、近距離無線通信（ＮＦＣ）デバイス（例えば、タグまたはラベル）、トールタグなどの高周波（ＨＦ）デバイス、スマートカード（例えば、セキュリティカード）などの超短波（ＶＨＦ）または極超短波（ＵＨＦ）デバイス等であり得るか、またはそれらを備え得る。様々な実施形態において、タグ１２０は、ガラス、セラミック、誘電体および／またはプラスチックのプレート、ディスクおよび／またはシートを備える基板上に形成され得る。代替的に、基板は、拡散障壁層および酸化物層または拡散障壁層上の他の電気絶縁体をその上に有するフレキシブル金属箔を備え得る。また、タグ１２０は、１または複数のセンサ（不図示）と一体化またはインタフェースで接続され得る。
【００３８】
ＭＯＳＣＡＰ１４０を用いたバッテリ支援型のＲＦＩＤタグ１２０の典型的なフロントエンドが図５に示される。ＭＯＳＣＡＰ１４０は、非線形コンデンサとして模式的に示される。他のタイプのアンテナ（コイル、らせん状または蛇行したアンテナなど）も可能であるが、ダイポールアンテナ１２２の端子にわたって接続される。一実施形態において、アンテナの一方のポール（または代替的に、一方の端部）が、ＭＯＳＣＡＰ１４０のゲートに電気的に接続され、アンテナの他方のポール（または代替的に、他の端部）が、ＭＯＳＣＡＰ１４０のソース端子およびドレイン端子に電気的に接続される。ＭＯＳＣＡＰ１４０の後には、比較的低周波数で動作するＴ‐Ｒスイッチ１５０が続く。他のタイプのスイッチがＴ‐Ｒスイッチ１５０の代わりに使用され得る。直列抵抗１３６ａがＭＯＳＣＡＰ１４０の一方の端子とＴ‐Ｒスイッチ１５０との間にあり、（直列抵抗１３６ａと同じであり得るか、または直列抵抗１３６ａとは異なり得る）別の直列抵抗１３６ｂがＭＯＳＣＡＰ１４０の他方の端子と接地との間にある。ＭＯＳＣＡＰ１４０は、プリントドープポリシリコン構造（例えば、シリコンアイランド、ポリシリコンゲート等）を形成できる処理で実装可能である。タグ１２０は、読み取り装置１１０からの信号１１４により照射される（例えば、活性化されるか、またはバッテリなしの実施形態において電力供給される）。一実施形態において、信号１１４は、ＲＦ信号である。
【００３９】
Ｔ‐Ｒスイッチ１５０は、受信機ブロック１３２と送信機ブロック１３４との間で選択する。受信機ブロック１３２は、無線信号１１４から情報を受信および処理するよう構成される。一例において、受信機１３２は、（例えば、ＭＯＳＣＡＰ１４０から）検出および／または回復された電圧を復号化する。送信機ブロック１３４は、後方散乱信号１１６を介した読み取り装置１１０への送信用のデータおよび／または他の情報を作成、パッケージ化、生成および／または符号化するよう構成される。一例において、送信機１３４は、（例えば、ＭＯＳＣＡＰ１４０による混合用およびアンテナ１２２からの後方散乱／送信用の）サブキャリア信号に関するデータを生成および／または符号化する。
【００４０】
読み取り装置１１０は通常、標準フォーマット（例えば、振幅シフトキーイング［ＡＳＫ］ありまたはなしの両側波帯［ＤＳＢ］、単側波帯［ＳＳＢ］または位相反転［ＰＲ］）でコマンドを符号化し、無線信号１１４を介してコマンドをタグ１２０に送信する。一例において、コマンドは、ＥＰＣ  Ｇｌｏｂａｌ  Ｃｌａｓｓ  １  Ｇｅｎ 標準に従って符号化される。タグ１２０が無線信号１１４を介してコマンドを受信する場合、タグ１２０は、受信モードに入るか、または受信モードである。
【００４１】
図６は、読み取り装置１１０により生成される典型的なＡＳＫ波形を示す。例えば、波形２１０は、値「０１０」を有するＤＳＢ‐ＡＳＫまたはＳＳＢ‐ＡＳＫベースバンドデータ信号を表し、波形２２０は、同じ値を有するＤＳＢ‐ＡＳＫまたはＳＳＢ‐ＡＳＫ変調信号を表し、波形２３０は、波形２２０と同じ値を有するＤＳＢ‐ＡＳＫまたはＳＳＢ‐ＡＳＫ変調ＲＦ信号を表す。変調ＲＦ信号２３０において、破線は、ＲＦ包絡線を表し、当該信号の振幅が大きい部分は、変調されていない領域を表し、当該信号の振幅が小さい部分は、変調された領域を表す。波形２１０〜２３０の変調深度は、８０％〜１００％である。ＭＯＳＣＡＰ１４０の検出特性に起因して、ＡＳＫ波形の包絡線は回復され得、コマンドは、受信機１３２により後にデコードされ得る。
【００４２】
タグ１２０が後方散乱モードに移った場合、Ｔ‐Ｒスイッチ１５０は、他の位置に移動し、送信機１３４をＭＯＳＣＡＰ１４０およびアンテナ１２２と接続する。送信機１３４からのサブキャリア（例えば、後方散乱リンク周波数またはＢＬＦ）信号は、ＭＯＳＣＡＰ１４０により変調される（または受信されたメインキャリア信号と混合される）。サブキャリア信号は、例えば、標準フォーマット（例えば、ＦＭ０またはＭＭＳフォーマット）の記号を含み得る。ＢＬＦ信号は、結晶に匹敵する周波数安定性を必要としない。従って、ＰＤＰＳ  ＭＯＳＣＡＰ１４０などの自励発振器がＢＬＦ信号を変調するために用いられ得る。
【００４３】
タグアンテナ１２２およびサブキャリアで入射した、読み取り装置１１０からのＲＦ信号１１４は、ＭＯＳＣＡＰ１４０での混合を経て、和／差周波数（例えば、一次高調波、二次高調波等）を生成する。これらの相互変調信号は、タグアンテナ１２２により信号１１６として再放出され、最終的に、読み取り装置１１０におけるアンテナ１１２ｂにより受信される。図５のように２つのアンテナの代わりに１つのアンテナで読み取り装置１１０を動作させることは可能である（すなわち、同じアンテナが読み取り装置１１０における送信動作および受信動作に用いられ得る）。
【００４４】
混合／変調のメカニズムは、図７Ａおよび図７Ｂにおける等価回路３０２および等価回路３０４をそれぞれ参照することにより、より良く理解され得る。図７Ａは、（下流の信号の検出および混合／後方散乱モードにおける受信の両方に適用可能な）受信モードにおけるタグ（例えば、図５におけるタグ１２０）の等価回路３０２を示す。図７Ａに戻って参照すると、第１抵抗Ｒａは、タグアンテナ１２２（図５）の放射抵抗の和およびタグアンテナ１２２の損失を表す。回路素子３２２は、アンテナ１２２（図５）のリアクタンスを表す、直列に接続されたキャパシタンス３２６およびインダクタンス３２４を備え得る。アンテナ１２２が不共振であり得るので、回路素子３２２は、リアクタンスＸ（ｆ）を提供して、それがＭＯＳＣＡＰ１４０の公称キャパシタンスと共振するようにする。電圧Ｖｌｆは、ＭＯＳＣＡＰ１４０にわたる電圧である。
【００４５】
図７Ｂは、後方散乱／送信モードにおける、タグの等価回路３０４を示す（例えば、図５のタグ１２０におけるスイッチ１５０がＭＯＳＣＡＰ１４０を送信機１３４に接続する場合）。図７Ｂに戻って参照すると、第１抵抗Ｒａおよび回路素子３２２は、図７Ａにおけるものと同じである。しかしながら、ＭＯＳＣＡＰ１４０'は、線形コンデンサ１４２にわたる電流源３３０を有する、抵抗１４４と直列に接続された線形コンデンサ１４２としてモデル化されている。
【００４６】
後方散乱／送信モード（図７Ｂ）において、非線形の電流源３３０は、ＭＯＳＣＡＰ１４０の非線形部分に取って代わり、等価回路３０４は、線形技術により解析され得る。Ｒｒ（図５におけるタグアンテナ１２２の放射抵抗）にわたって放散された電力を算出することにより、和／差信号により放出された電力が求められる。
【００４７】
タグ（例えば、図５におけるタグ１２０）を検出すべく、高周波（例えば、ＲＦまたはＵＨＦ）信号（ω1＝２πｆ１）と低周波数（ＬＦ）信号（ω２＝２πｆ２）とがタグに結合され、和／差周波数（ω1±ω２）が観察される。ＬＦ信号は（例えば図７ＡにおけるＡおよび／またはＡ'で、主に１または複数の配線を通じて送信機１３４からＭＯＳＣＡＰ１４０に）電気的に結合され、一方で、高周波信号は、アンテナ１２２（図５）を通じて（かつ図７Ａにおける等価の回路素子３２２により）電磁的に結合される。
【００４８】
読み取り装置／デアクティベータ１１０（図５）における送信機は、ゲインＧ１を有するアンテナ１１２ａに電力Ｐ１を供給し、読み取り装置１１０から距離ｒで（Ｗ／ｍ２で表される）出力密度Ｓを生成する。この出力密度は、タグ１２０（図５）／等価回路３０２（図７Ａ）を照射する。
【００４９】
検出動作は、遠方条件として近似され得る。遠方動作について、Ｓ＝Ｐ１×Ｇ１／４πｒ２である。これは、以下の式に簡素化され得る。Ｓ＝Ｐ１×Θ    ［１］
（ここで、Θは（ｍ−２の）定数である。）また、Ｓがタグの範囲または領域において一定であると仮定または近似し得る。タグアンテナ１２２（図５）での利用可能な電力Ｐ２は、以下のとおりである。Ｐ２＝Ｓ×λ２Ｇｔａｇ４π    ［２］
（ここで、λはＲＦ信号の波長であり、Ｇｔａｇは高周波（ω１）でのタグアンテナ１２２のゲインである。）結果として、図７Ａにおいて示されるような受信モードにおけるタグアンテナ用（例えば、ＲＦタグ用）の集中等価回路３０２を形成し得る。等価回路３０２は、全てのタイプのアンテナを有するタグに適用可能ではないが、寄生要素を有さないダイポールと同様のアンテナを有するタグについて有効である。
【００５０】
タグアンテナで生成されるＲＭＳ開路電圧は、以下の式により与えられる。
【数１】
2018524793.tif 000003
（ここで、Ｒｒはタグアンテナ１２２の放射抵抗である。）式［１］、式［２］および式［３］から、以下の式［４］を導き出し得る。
【数２】
2018524793.tif 000004
【００５１】
図７Ａの等価回路モデル３０２において、タグアンテナ１２２（図５）に存在し得る抵抗損失（例えば、表皮効果の取り入れ）および誘電体損失は、合成抵抗Ｒａ＝Ｒｒ＋Ｒ１を生成するために、等価回路３０２に含まれ得る。タグアンテナ１２２は、直列共振を示す固有共振周波数を有する。従って、回路素子３２２（図７Ａ、図７Ｂ）のリアクタンスｊＸ（ｆ）は、直列Ｌ‐Ｃ回路（すなわち、互いに、かつ抵抗Ｒａと直列に接続されたインダクタ３２４およびコンデンサ３２６を備える）として表され得る。故に、回路素子３２２のリアクタンスは、以下のように定義され得る。
【数３】
2018524793.tif 000005
【００５２】
等価回路３０２について、アンテナ１２２（図５）は、回路素子３２２（図７Ａ）により算出される固有共振周波数超で動作させられ、リアクタンスＸ（ｆ）を正にする。この誘導リアクタンスは、ＭＯＳＣＡＰ１４０におけるキャパシタンスと共振する。従って、タグ（例えば、図５のタグ１２０）の共振周波数は常に、タグアンテナ１２２のみのものよりも高い。
【００５３】
動作の帯域幅が大き過ぎない場合、近似であるが、等価回路３０２の動作を理解するために有用なものである、有効インダクタンスＬａ'を定義し得る。Ｌａ'＝Ｘ（ｆ）／ω    ［５ｂ］
【００５４】
ＭＯＳＣＡＰ１４０は、有効直列抵抗（Ｒ）が線形（また、この場合は近似）であると仮定される直列ＲＣ回路としてモデル化されるＭＯＳＣＡＰ１４０のキャパシタンスＣは、混合信号を生成するために、当然、非線形である。ＭＯＳＣＡＰ１４０の並列ＲＣモデルも、ＭＯＳＣＡＰ１４０の適切な説明および／またはモデルになり得る。
【００５５】
受信モードにおいて（すなわち、読み取り装置１１０からタグ１２０への下流での通信中）、等価回路３０２における電圧Ｖｌｆは、（その例が図６に示される）特定の変調フォーマットに従って変調されたＤＣ電圧である。この信号は、図５における受信機１３２によりデコードされ得る。
【００５６】
混合モードにおいて、ＭＯＳＣＡＰ（１４０、１４０'）は、電気的結合によりＭＯＳＣＡＰにわたって（例えば、図７Ａ−ＢにおけるＡ‐Ａ'にわたって）生じた低周波数（ＬＦ）信号Ｖｌｆにより送られる。ＬＦ信号（ω２＝２πｆ２）は、送信機１３４（図５）からスイッチ１５０を通じてＭＯＳＣＡＰ１４０に電気的に結合され、一方で、高周波（例えば、ＲＦまたはＵＨＦ）信号（ω１＝２πｆ１）は、アンテナ１２２を通じて電磁的に結合される。
【００５７】
混合モードにおいて、電圧Ｖｌｆは、ＭＯＳＣＡＰ１４０のバイアスの変調として視覚化され得る。ＭＯＳＣＡＰ１４０における非線形混合の結果として、和／差電流が生成される。実行を簡略化するために、非線形性の次数を２までに限定し得る（すなわち、三次およびより高い次数の項は含まれない）。この混合電流は、図７Ｂにおける電流源３３０により表され得る。
【００５８】
送信モードにおける混合電流（例えば、３３０）により、放射抵抗Ｒｒにわたって放散される電力、従って、混合信号ω１＋ω２の放出電力Ｐｍｉｘの算出が可能になる。そのような算出から、混合信号は、ゼロバイアスのキャパシタンスが低減すると非常に大きく増加し（第４電力）、正規化されたキャパシタンスの傾き（Ｃ１／Ｃ０）の二乗として増加し、ＭＯＳＣＡＰデバイス１４０における損失が増加すると非常に大きく減少する（第４電力）ことが理解され得る。
【００５９】
実験の検証  図８は、本発明を表す実験システム４００を示す。システム４００は、読み取り装置４１０および無線タグ４２０を含む。読み取り装置４１０は、受信機アンテナ（モノポール）４１２ａおよび送信機アンテナ（モノポール）４１２ｂを含む。送信機アンテナ４１２ａは、周波数１ＭＨｚから１０ＧＨｚ（例えば、１０ＭＨｚから１ＧＨｚ、および一例において約９００ＭＨｚ）で１０〜３０ｄＢｍ（例えば、０〜２０ｄＢｍ、および一例において約１０ｄＢｍ）の電力範囲を有する信号を出力するＲＦ電源４１４に接続される。受信機アンテナ４１２ｂは、アンテナ４１２ａでの後方散乱ＲＦ信号をモニタリングするためのスペクトル分析器（ＳＡ）４１６に接続される。
【００６０】
タグ４２０は、アンテナ（モノポール）４２２、結合器４２４、ＤＣブロックコンデンサ４２６、スペクトル分析器（ＳＡ）４３０、ＭＯＳＣＡＰ４４０および信号生成器４５０を含む。この実験について、信号生成器４５０は、周波数２５０ｋＨｚ、ピーク電圧５００ｍＶかつオフセット２５０ｍＶの周期信号を生成する。しかしながら、実際には、他の信号（例えば、データ、識別情報、確認応答等）は、実質的に読み取り装置の送信アンテナ４１２ｂから送信されるＲＦキャリアの周波数未満の任意の周波数で生成され得る。例えば、信号生成器４５０は、メインキャリアの周波数の０．１〜１０％の周波数（例えば、１〜１０，０００ｋＨｚ）で、データおよび／または識別コードを表す波形を生成する信号生成器または信号変調器を備え得る。
【００６１】
タグアンテナ４２２は、読み取り装置の送信アンテナ４１２ｂにより放出され、ＭＯＳＣＡＰ４４０に到達する前に結合器４２４およびＤＣブロックコンデンサ４２６を通過するＲＦ信号を受信する。ＭＯＳＣＡＰ４４０は、信号生成器４５０からの信号でＲＦ信号を変調する。この実験において、結合器４２４からの合成信号は、ケーブル（不図示）を通じてアンテナ４２２上に出力されたが、実際には、ケーブルは存在しない。
【００６２】
図９は、読み取り装置４１０における受信機アンテナ４１２ａで受信された、タグ４２０からの合成信号を示すスペクトル分析器のディスプレイ５００である。メインキャリアは、９０５ＭＨｚの中央のピーク５０２により示される。タグ４２０からのサブキャリア信号は、それぞれ９０４．７５ＭＨｚおよび９０５．２５ＭＨｚの一次ピーク５０４ａ、５０４ｂにおいて示される。故に、ＭＯＳＣＡＰ４４０を含むタグ４２０は、混合（または周波数変換）信号（すなわち、第１周波数かつ第１電力のメインキャリアと、それぞれ第１周波数および第１電力とは実質的に異なる第２周波数かつ第２電力のサブキャリアとを含む信号）を効果的に後方散乱させるか、または送信し、無線タグからの主信号上への第２信号の符号化および送信を実現可能にする。
【００６３】
下流での動作（例えば、読み取り装置４１０からタグ４２０への信号の送信）をエミュレートするために、信号生成器４５０は、電圧計に取って代わられた。検出された信号において、２〜３ｍＶの検出電圧が観察された。
【００６４】
例示的な集積回路  様々な実施形態において、本発明の無線デバイスは、集積回路を含む。いくつかの実施形態において、集積回路は、受信機と、送信機と、メモリとを備える。無線デバイスは、近距離無線通信デバイスおよび／または無線周波数通信デバイスであり得るか、または近距離無線通信デバイスおよび／または無線周波数通信デバイスを備え得、かつ、送信機と、受信機と、メモリと、アンテナに結合され、かつ、受信された無線信号からＤＣ電圧を抽出するよう構成される、オプションとしての電力抽出回路（例えば、整流部）とを備え得る。送信機は、信号生成器（例えば、エンコーダ）または変調器を備え得、受信機は、復調器またはデコーダを備え得る。
【００６５】
図１０は、本発明の無線デバイスにおける使用に適した例示的なＩＣ６００を示す。例示的なＩＣ６００は、１または複数のセンサ６１０と、センサ６１０から情報（例えば、信号）を受信する閾値比較部６２０と、閾値比較部６２０の出力を受信するパルスドライバ６４０と、パルスドライバ６４０からのセンサデータを格納し得るメモリ６６０と、メモリ６６０からのデータを読み取るための１または複数のビット線（ＢＬ）６７２と、ビット線上の信号をデジタル信号に変換するための１または複数の検知増幅部（ＳＡ）６７４と、検知増幅部６７４からのデータを一時的に格納するための１または複数のラッチ６７６と、アンテナを介して無線デバイスからデータ（識別コードを含む）を出力するよう構成されるＭＯＳＣＡＰ６８０とを含み得る。また、図１０における例示的なＩＣ６００は、ＩＣ６００における特定の動作のタイミングを制御するタイミング信号（例えば、ＣＬＫ）を提供するよう構成されるクロック回路６５０と、メモリ読み取り動作のタイミングを制御するメモリタイミング制御ブロックまたは回路６７０を含む。ＭＯＳＣＡＰ６８０は、例えば図５におけるＭＯＳＣＡＰ１４０であり得るか、またはＭＯＳＣＡＰ１４０を備え得、送信機（例えば、変調器）および受信機／検出器（例えば、復調器）として機能し得る。また、例示的なＩＣ６００は、バッテリまたは他の電源ブロックまたは回路がタグ上に存在しない場合にＩＣ６００における様々な回路および／または回路ブロックに直流信号（例えば、ＶＣＣ）を提供する整流部を含み得る。また、メモリ６６０は、識別コードを含み得る。メモリ６６０のうちの識別コードを含む部分は、プリントされ得る。
【００６６】
ＩＣ６００は、１または複数の同調コンデンサまたは蓄積コンデンサ等をさらに含み得る。ＭＯＳＣＡＰ６８０における１または複数の端子は、図５におけるアンテナ（例えば、アンテナ１２２）に接続される。一例において、ＭＯＳＣＡＰ６８０のゲートは、アンテナの一方の端部またはポールに結合され得、ＭＯＳＣＡＰ６８０のソース端子およびドレイン端子は、アンテナの他方の端部またはポールに結合され得る。
【００６７】
様々な実施形態において、バッテリ（図１０において不図示）は、第１電流コレクタ層と、カソードと、電解質層と、アノードと、第２電流コレクタ層とを有する従来の薄膜バッテリまたはプリントバッテリを備え得る。概して、カソードは、第１電流コレクタ層および第２電流コレクタ層の一方と電気的に接触（かつ、概して、物理的に接触）しており、アノードは、第１電流コレクタ層および第２電流コレクタ層の他方と電気的に接触（かつ、概して、物理的に接触）している。電解質層は、カソードとアノードとの間にあり、概して、カソードおよびアノードの各々と電気的かつ物理的に接触している。バッテリ（例えば、図５におけるバッテリ１２４）は、タグの基板または別個の基板上に配置または形成され得、集積回路６００（図１０）に電気的に接続され得る。
【００６８】
ＮＦＣおよび／またはＲＦＩＤタグ６００におけるメモリ６６０は、固定数のビットを含み得る。様々な実施形態において、メモリ６６０は、無線デバイスの（または無線デバイスが配置または接着される容器またはパッケージの）固有の識別コードを格納するよう構成される複数のビットを含む。いくつかの例において、メモリ６６０は、センサ６１０の出力に対応する値を格納するよう構成される１または複数のビットをさらに含む。メモリ６６０の１または複数の層は、プリントにより形成され得る。固有の識別コードを格納するよう構成される複数のビットを含む、メモリ６６０のうちの少なくとも一部は、プリントにより形成され得る。
【００６９】
いくつかの実装において、集積回路（ＩＣ）６００におけるメモリ６６０は、ｍを正の整数、ｎを少なくとも３の整数として、ｍ×２ｎビット（例えば、２４、３２、４８、６４、１２８、２５６またはそれより多くのビット）を含み得る。いくつかのビットは、フォーマットの識別およびデータの完全性（ＣＲＣ）のチェックのために、オーバーヘッド（非ペイロード）データに割り当てられる。デバイス６００のペイロードは、残りのビットを消費する。例えば、ペイロードは、最大で（ｍ−ｐ）×２ｎビットであり得る。ここで、ｐはｍより小さい正の整数である（例えば、ｍ×２ｎ＝１２８ビットの場合は９６ビットであり、ｍ×２ｎ＝２５６ビットの場合は最大２２４ビットである。）。
【００７０】
ＩＣ６００のペイロードは、可変量の固定ＲＯＭビット（常にではないが、概して、固有の識別番号として用いられる）に割り当てられ得る。集積回路６００の製造においてプリントの方法が用いられる場合、ＲＯＭビットは、永久的に符号化され、電気的に修正され得ない。固定ＲＯＭビットとして割り当てられないあらゆるペイロードビットは、動的センサビットとして割り当てられ得る。これらのセンサビットは、検知された入力に基づいて、値を変更し得る。ＲＯＭとセンサビットとの間の異なる分割または割り当ては、概してメモリ６６０の最初の２ｎビット（または、ｑをｎより小さい正の整数として、２ｎ−ｑビット（例えば、ｍ×２ｎ＝１２８または２５６の場合、１６ビット））内にある非ペイロードまたは「オーバーヘッド」ビットの一部であるデータフォーマットビットにより示される。
【００７１】
ＩＣ６００は、１または複数のセンサ６１０を含み得る。例えば、ＩＣ６００は、１または複数の温度センサ、（例えば、パッケージ環境の湿度レベルをテストするための）湿度センサ、導通センサ、電磁場センサ、電流／電圧／電力センサ、光センサまたは化学センサ（例えば、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、二酸化硫黄および／または三酸化硫黄、オゾン、１または複数の毒物等）を含み得る。本発明のＩＣ６００は、当技術分野において既知であるように、（リアルタイムクロックの基礎であり得る）クロック回路６５０および／またはクロック回路６５０からクロック信号を受信する１または複数のカウンタ、除算部等を含む（例えば、経過時間を計数または算出するよう構成される）１または複数の時間センサも含み得る。
【００７２】
いくつかの例において、ＩＣ６００は、その一方に識別番号および／または他のペイロードビットが格納され、他方が１または複数のセンサからのデータ、無線デバイスが配置または接着される製品についての情報等を格納する、１つよりも多くのメモリ６６０を有し得る。第２ビット線、センス増幅器およびラッチは、第２メモリからの情報を処理し得、第２メモリタイミング制御回路（またはメモリタイミング制御回路６７０からの代替的な出力）は、ＭＯＳＣＡＰ６８０がサブキャリアに関するそのような情報を出力することを可能にするか、またはできるようにする周波数／レートおよび電力で第２ラッチからの情報を出力し得る。そのような例において、識別番号および／またはペイロード情報は、メインキャリアに出力される。
【００７３】
メモリ６６０以外の集積回路６００の一部も、プリントされ得る。故に、集積回路６００は、１または複数のプリント層（例えば、複数のプリント層）および／または１または複数の薄膜（例えば、複数の薄膜）を含み得る。例えば、集積回路６００は、１または複数の薄膜および１または複数のプリント層を備え得る。代替的に、集積回路６００は、「全てプリントされた」集積回路であり得るか、または「全てプリントされた」集積回路を備え得る。
【００７４】
また、アンテナは、（例えば、これらに限定されないが、銀ペーストまたは銀インクからの銀などのプリントされた導体を用いて）プリントされ得、または（例えば、アルミニウムをプラスチックフィルムまたはシートなどの基板上にスパッタし、または蒸着させ、低分解能（例えば、１０〜１，０００μｍの線幅）のフォトリソグラフィーによるパターニング、およびウェットエッチングまたはドライエッチングによる）アルミニウムのエッチングと同様の従来の方法を用いて製造され得る。アンテナのサイズおよび形状は、複数のフォームファクタのいずれかに一致するよう、また、一例において、ＮＦＣ読み取りハードウェアの目標周波数である１３．５６ＭＨｚとの互換性を維持するよう、決定され得る。
【００７５】
集積回路６００は、特に、ＲＦＩＤタグが、内部センサ６１０または外部センサからの入力を受け入れ、かつ、そのようなタグを読み取るよう適合されているＲＦＩＤ読み取り装置により読み取られるときに当該センサからのデータを通信する能力または機能を有する場合、（例えば、高周波［ＨＦ］範囲［３〜３０ｋＨｚ］、超短波［ＶＨＦ］範囲［３０〜３００ｋＨｚ］および極超短波［ＵＨＦ］範囲［３００〜３０００ｋＨｚ］における）１３．５６ＭＨｚよりも高いかまたは低い周波数で動作するＲＦＩＤタグを含む、（ＨＦ、ＮＦＣおよび／または１３．５６ＭＨｚタグだけでない）全てのＲＦＩＤタグにおいて用いられ得る。
【００７６】
無線通信デバイスおよび非線形コンデンサを製造する例示的な方法  本発明は、基板上にアンテナを形成する段階と、アンテナと電気的に通信する非線形コンデンサ（例えば、ＭＯＳＣＡＰ）を形成する段階と、共通の基板または異なる基板上に集積回路（ＩＣ）を形成する段階と、アンテナおよび非線形コンデンサをＩＣに電気的に接続する段階とを備える、無線通信デバイスを製造する方法にも関する。非線形コンデンサは、ＩＣの一部であり得るか、またはＩＣとは別個であり得る。非線形コンデンサがＭＯＳＣＡＰであるか、またはＭＯＳＣＡＰを備える例において、ＭＯＳＣＡＰのゲート電極がアンテナの第１端部または第１ポールに電気的に接続され、ＭＯＳＣＡＰのソース電極およびドレイン電極は、アンテナの第２端部または第２ポールに電気的に接続される。いくつかの実施形態において、ＩＣ、アンテナおよび非線形コンデンサは、共通の基板（すなわち、同じ基板）上に形成される。代替的に、ＩＣは、アンテナおよび非線形コンデンサが形成される基板とは異なる基板（すなわち、アンテナおよび非線形コンデンサが同じ（例えば、第１）基板上に形成される場合は、第２基板）上に形成され得る。アンテナは、無線信号を受信するよう、および／または後方散乱させるよう構成される。
【００７７】
非線形コンデンサを形成する段階は、非線形コンデンサの第１電極を基板上に形成する段階と、第１電極と接触する誘電体層を形成する段階と、誘電体層により第１電極から離間されている非線形コンデンサの第２電極を形成する段階とを備え得る。第１電極は半導体ボディを備え、第２電極は導体または半導体を備える。非線形コンデンサは、変位電流を流し得るが、伝導電流は流さない。非線形コンデンサの第１電極および第２電極のうちの少なくとも１つは、プリントドープポリシリコン体を備え得る。例えば、第１電極および第２電極の各々は、プリントドープポリシリコン体を備え得る（すなわち、第１電極は、第１プリントドープポリシリコン体を有し、第２電極は第２プリントドープポリシリコン体を備える）。非線形コンデンサがＭＯＳＣＡＰであるか、またはＭＯＳＣＡＰを備える例において、ＭＯＳＣＡＰは、単一のＭＯＳＣＡＰまたは並列および／または直列の複数またはアレイのＭＯＳＣＡＰを備え得る。
【００７８】
加えて、ＭＯＳＣＡＰの第１電極および第２電極の一方または両方は、プリントされ得る。例えば、ＭＯＳＣＡＰの１または複数の層は、ドープシリコンインクまたはアンドープシリコンインクを用いて、ＭＯＳＣＡＰの構造（例えば、ソース電極およびドレイン電極が形成されるゲート、アイランドまたはボディ等）に対応するパターンにプリントされ得る。インクはシリコン源またはシリコン前駆体（例えば、シクロシランおよび／またはポリシラン）と、ドーパント源またはドーパント前駆体と、シリコン源およびドーパント源またはシリコン前駆体およびドーパント前駆体が可溶な溶媒とを備え得る。代替的に、方法は、第１ドーパントを第１シリコン体に注入するか、または拡散させる段階と、第２シリコン体が存在する場合に第２ドーパントを第２シリコン体に注入するか、または拡散させる段階とをさらに備え得る。さらなる代替形態において、方法は、第１シリコン体および第２シリコン体のうちの少なくとも１つ上にドープ誘電体をプリントする段階と、下にある１または複数のシリコン体にドープ誘電体からのドーパントを拡散させる段階とをさらに備え得る。
【００７９】
方法は、ＭＯＳＣＡＰの第２電極を形成する前にＭＯＳＣＡＰの第１電極上に誘電体層を形成する段階をさらに備え得る。誘電体層は、下にある第１電極のブランケット成膜（例えば、化学蒸着）、選択的成膜（例えば、プリントまたは押出コーティング）または熱成長／酸化処理により形成され得る。例えば、誘電体層は、二酸化シリコンなどの酸化シリコンを備え得。実質的に一定の厚さを有し得る。いくつかの実施形態において、ＭＯＳＣＡＰの第２電極は、誘電体層と接触している。
【００８０】
いくつかの実施形態において、第２電極は、第１電極と重なり、第１電極は、第１電極の少なくとも１つの領域が第２電極により覆われていないように、第２電極のものよりも大きい値を有する少なくとも１つの寸法を有し、誘電体層は、第２電極に覆われていない、第１電極の少なくとも１つの領域において、少なくとも１つの開口を有する。非線形コンデンサがＭＯＳＣＡＰであるか、またはＭＯＳＣＡＰを備える例において、第１電極の少なくとも第１領域および第２領域は、第２電極により覆われておらず、誘電体層は、第２電極により覆われていない、第１電極の第１領域および第２領域の各々に開口を有し、非線形コンデンサは、誘電体層における開口の各々に接点をさらに備える。誘電体層を形成する段階が第１電極上への誘電体層のブランケット成膜、プリントまたは成長を備える場合、方法は、誘電体層に開口を形成する段階をさらに備え得る。
【００８１】
さらなる実施形態において、方法は、誘電体層における開口の接点を電気的に接続する１または複数の（例えば、複数の）金属線を形成する段階をさらに備える。金属線を形成する段階は、例えば、ワイヤに対応するパターンに、金属を含有するインクをプリントする段階を備え得る。
【００８２】
同様に、集積回路を形成する段階は、集積回路の１または複数の層をプリントする段階を備え得る。例えば、方法は、集積回路の複数の層をプリントする段階を備え得る。代替的または追加的に、集積回路を形成する段階は、１または複数の薄膜処理技術により集積回路の複数の層を形成する段階を備え得る。いくつかの例において、集積回路を形成する段階は、１または複数の薄膜処理技術により集積回路の１または複数の層を形成する段階と、集積回路の１または複数の追加の層をプリントする段階とを備え得る。他の例において、ＭＯＳＣＡＰのある層と同じ材料から作られ得る、集積回路の１または複数の層は、ＭＯＳＣＡＰの当該層と同時に形成され得る。例えば、ＩＣにおけるトランジスタのアイランドまたはボディは、ＭＯＳＣＡＰのアイランドまたはボディと同時に形成され得、ＩＣにおけるトランジスタのゲートは、ＭＯＳＣＡＰのゲートと同時に形成され得る。
【００８３】
いくつかの実施形態において、アンテナを形成する段階は、単一の金属層を基板上に形成する段階と、単一の金属層をエッチングしてアンテナを形成する段階とから成る。代替的に、アンテナを形成する段階は、アンテナの形状に対応するパターンにおける基板上に金属インクをプリントする段階を備え得る。そのような実施形態において、（電気的に絶縁または分離されている別個の基板上に形成されている場合）ＩＣは、ＩＣがアンテナのコイルまたはループのブリッジまたはストラップとして機能してアンテナの端子をＩＣに電気的に接続することを可能にする手法で、形成または製造され得る。これにより、単一のパターンの金属層から成るアンテナの使用が可能になる。
【００８４】
フォトリソグラフィーパターニング処理と比べて、プリントには、例えば、機器費用が低い、スループットが大きい、廃棄物が少ない（故に、「グリーン」な製造処理である）等の利点があり、近距離タグ、ＲＦタグおよびＨＦタグなど、トランジスタ数が比較的低いデバイスに理想的であり得る。故に、いくつかの場合において、方法は、ＭＯＳＣＡＰおよび集積回路の複数の層をプリントする段階を備え得る。無線デバイスの様々な層（および一例において、層の全て）をプリントすることにより、ロールツーロール処理などの既存の高速、高スループットの製造処理への方法の統合が容易になる。代替的に、薄膜処理はまた、所有費用が比較的低く、比較的成熟した技術であるので、多種多様な潜在的な基板上に製造される、適度に信頼できるデバイスとなり得る。故に、いくつかの実施形態において、両方のアプローチのうちの最適な方が用いられ得、方法は、１または複数の薄膜処理技術および集積回路の１または複数の追加の層のプリントにより、集積回路の１または複数の層を形成し得る。
【００８５】
いくつかの実施形態において、方法は、非線形コンデンサの第１電極および第２電極の一方を電源もしくは接地電位に（または電源もしくは接地電位ピンに）電気的に接続する段階、および／または非線形コンデンサの第１電極および第２電極の一方に電気的に接続されるスイッチを形成する段階をさらに備え得る。故に、一実施形態において、スイッチは、非線形コンデンサの第１電極に電気的に接続され、接地電位は、非線形コンデンサの第２電極に電気的に接続される。代替的または追加的に、無線デバイスが無線信号を受信した場合、スイッチは、第１状態であり得、無線デバイスが無線信号を後方散乱させた場合、スイッチは、第２状態であり得る。
【００８６】
無線デバイスを用いてパッケージまたは容器を識別し情報を取得する例示的な方法  本発明はさらに、サブキャリア信号に関する情報（識別情報および／または製品情報またはセンサデータなど）を含むメインキャリア信号を後方散乱させ得る無線デバイスを用いる方法に関する。故に、この用いる方法は、パッケージまたは容器を識別する段階、および／またはサブキャリア信号を用いて製品情報および／またはセンサデータを取得する段階を備え得る。方法は、パッケージまたは容器上に無線デバイスを配置する段階と、無線デバイスからのメインキャリア信号およびサブキャリア信号を読み取る段階とを備え得る。様々な実施形態において、無線デバイスは、アンテナと、アンテナに電気的に接続されるＭＯＳＣＡＰと、アンテナおよびＭＯＳＣＡＰの各々に電気的に接続される集積回路とを備える。いくつかの実施形態において、無線デバイスは、ＮＦＣタグなどの近距離無線通信デバイスおよび／または無線周波数通信デバイスを備える。
【００８７】
また、本発明は、本発明の無線デバイスをその上に有するパッケージまたは容器を想定している。パッケージまたは容器は、ボックス、トレイ、ボトル、ジャー、エンベロープ等を備え得、キャップ、封止部、蓋、フラップ、またはボックス、トレイ、ボトル、ジャーもしくはエンベロープに接着および／または嵌合される他の閉鎖機構を有し得る。無線デバイスは、従来のように、パッケージまたは容器上に接着され得るか、もしくはパッケージまたは容器に一体化され得るか、または代替的に、パッケージまたは容器内に配置され得る。無線デバイスは、（ｉ）読み取り装置が無線信号を無線デバイスに送信またはブロードキャストすること、（ｉｉ）無線デバイスが無線信号を受信し、その上に変調または符号化されたサブキャリア信号を含む無線信号（例えば、メインキャリア）を後方散乱させること、および（ｉｉｉ）その上に変調または符号化されたサブキャリア信号を含むメインキャリア信号を読み取り装置が無線デバイスから受信することを可能にするために読み取り装置を無線デバイスの十分近くに配置することにより、読み取られ得る。
【００８８】
本発明の具体的な実施形態の先述の説明は、例示および説明の目的で提示されている。それらは、包括的であること、または本発明を開示されている厳密な形態に限定することを意図するものではなく、上述の教示を考慮することで、多くの修正および変形例が可能であることは明らかである。実施形態は、本発明の原理およびその実際的な適用例を最も良く説明すべく選択および説明された。本発明の範囲は、本明細書に添付されている特許請求の範囲およびそれらの均等物により定義されることが意図されている。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年1月4日(2018.1.4)
【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】
ａ）共通ノードに電気的に接続されたソース端子およびドレイン端子を含むプリントドープポリシリコン体を有する第１電極と、
ｂ）前記第１電極と接触する誘電体層と、
ｃ）ドープポリシリコンゲートを有し、前記誘電体層により前記第１電極から離間されている第２電極と
を備える非線形コンデンサであって、
前記非線形コンデンサは、（ｉ）第１ソースからの、第１周波数かつ第１電力のメインキャリア信号、および（ｉｉ）第２ソースからの、第２周波数かつ第２電力のサブキャリア信号から、相互変調成分を生成し、
前記相互変調成分は、前記第１周波数とは異なる周波数と、前記第１電力よりも実質的に少ない電力とを有する、
非線形コンデンサ。
【請求項２】
前記第１周波数は、１ＭＨｚから１０ＧＨｚである、請求項１に記載の非線形コンデンサ。
【請求項３】
前記誘電体層は、酸化シリコンを有し、かつ、実質的に一定の厚さを有する、請求項１または２に記載の非線形コンデンサ。
【請求項４】
基板をさらに備え、前記第１電極は前記基板上にあり、前記誘電体層は前記第１電極上にあり、前記第２電極は前記誘電体層上にある、請求項１から３のいずれか一項に記載の非線形コンデンサ。
【請求項５】
ａ）請求項１に記載の非線形コンデンサと、
ｂ）アンテナと
を備え、
前記アンテナの第１端部、第１ポールまたは第１端子は、前記非線形コンデンサの前記第１電極に電気的に接続され、
前記アンテナの第２端部、第２ポールまたは第２端子は、前記非線形コンデンサの前記第２電極に電気的に接続される、
無線デバイス。
【請求項６】
前記無線デバイスが無線信号を受信した場合に前記非線形コンデンサに電気的に接続される受信機と、前記無線デバイスが無線信号を後方散乱させた場合に前記非線形コンデンサに電気的に接続される送信機または信号生成器とをさらに備える、請求項５に記載の無線デバイス。
【請求項７】
前記非線形コンデンサの前記第１電極および前記第２電極のうちの一方に電気的に接続されるスイッチをさらに備え、前記無線デバイスが無線信号を受信した場合、前記スイッチは第１状態であり、前記無線デバイスが無線信号を後方散乱させた場合、前記スイッチは第２状態である、請求項５または６に記載の無線デバイス。
【請求項８】
少なくとも識別データまたは識別コードを格納するメモリをさらに備える、請求項５から７のいずれか一項に記載の無線デバイス。
【請求項９】
前記無線デバイスの状態、または環境パラメータを検出するセンサをさらに備える、請求項５から８のいずれか一項に記載の無線デバイス。
【請求項１０】
無線信号を処理する方法であって、
ａ）請求項５に記載の無線デバイスにおいて前記無線信号を受信する段階と、
ｂ）前記無線デバイスを用いて前記無線信号を処理する段階と
を備える方法。
【請求項１１】
ａ）請求項５に記載の無線デバイスにおいて変調信号を生成する段階と、
ｂ）前記非線形コンデンサを用いて、前記変調信号を、前記変調信号よりも高い周波数を有する別の信号と混合する段階と、
ｃ）前記アンテナを用いて、混合された前記変調信号を後方散乱、送信またはブロードキャストする段階と
を備える、無線信号を生成する方法。
【請求項１２】
前記非線形コンデンサは、ＭＯＳＣＡＰデバイスを備え、前記変調信号は、前記ＭＯＳＣＡＰデバイスに対応するトランジスタの遮断周波数より高い周波数を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ａ）共通ノードに電気的に接続されたソース端子およびドレイン端子を含むプリントドープポリシリコン体を有する第１電極と、
ｂ）前記第１電極と接触する誘電体層と、
ｃ）導体を有し、前記誘電体層により前記第１電極から離間されている第２電極と
を備える可変コンデンサであって、
前記可変コンデンサは、（ｉ）第１ソースからの、第１周波数かつ第１電力のメインキャリア信号、および（ｉｉ）第２ソースからの、第２周波数かつ第２電力のサブキャリア信号から、相互変調成分を生成し、
前記相互変調成分は、前記第１周波数とは異なる周波数と、前記第１電力よりも実質的に少ない電力を有する、
可変コンデンサ。
【請求項１４】
前記第１周波数は、１ＭＨｚから１０ＧＨｚである、請求項１３に記載の可変コンデンサ。
【請求項１５】
前記第２電極は、第２プリントドープポリシリコン体を有する、請求項１３または１４に記載の可変コンデンサ。
【請求項１６】
前記誘電体層は、酸化シリコンを有し、かつ、実質的に一定の厚さを有する、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の可変コンデンサ。
【請求項１７】
前記プリントドープポリシリコン体は、金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタのソース領域およびドレイン領域を含み、前記ソース領域とドレイン領域とは、互いに電気的に接続され、前記第２電極は、前記金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタのゲートを有し、前記誘電体層は、前記金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタのゲート誘電体層を有する、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の可変コンデンサ。
【請求項１８】
前記金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタは、変調器および検出器の少なくとも一方として機能し、前記第１周波数はｘＨｚであり、前記相互変調成分はｘ±ｎ×ｙＨｚの周波数を有し、ここで、ｎは１から４の整数であり、ｘ＞＞ｎ×ｙを満たす、請求項１７に記載の可変コンデンサ。
【請求項１９】
ａ）請求項１３に記載の可変コンデンサと、
ｂ）アンテナと
を備え、
前記アンテナの第１端部、第１ポールまたは第１端子は、前記可変コンデンサの前記第１電極に電気的に接続され、前記アンテナの第２端部、第２ポールまたは第２端子は、前記可変コンデンサの前記第２電極に電気的に接続される、
無線デバイス。
【請求項２０】
前記無線デバイスが無線信号を受信した場合に前記可変コンデンサに電気的に接続される受信機と、前記無線デバイスが無線信号を後方散乱させた場合に前記可変コンデンサに電気的に接続される送信機または信号生成器とをさらに備える、請求項１９に記載の無線デバイス。
【請求項２１】
（ｉ）前記可変コンデンサの前記第１電極および前記第２電極の一方に電気的に接続されるスイッチと、（ｉｉ）前記可変コンデンサの前記第１電極および前記第２電極の他方に電気的に接続される電源または接地電位とをさらに備え、前記無線デバイスが無線信号を受信した場合、前記スイッチは第１状態であり、前記無線デバイスが無線信号を後方散乱させた場合、前記スイッチは第２状態である、請求項１９または２０に記載の無線デバイス。
【請求項２２】
少なくとも識別データまたは識別コードを格納するメモリと、前記無線デバイスの状態、または環境パラメータを検出するセンサとをさらに備える、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の無線デバイス。
【国際調査報告】
2018524793.tif 000017