(57)【要約】  電極（３０２）間に所定の電圧を印加すると、固体電解質（３０８）中に金属イオンが析出し、伝導チャネル（３１０）が形成される。これにより固体電解質スイッチ（３００）はオン状態となる。この析出機構は可逆的であるため、オンした固体電解質スイッチ（３００）の電極間に逆に電圧を印加することにより、析出した金属原子が固体電解質中を移動して伝導チャネルは細くなり、最終的にはチャネルが消失し固体電解質スイッチ（３００）は非導通状態となる。このスイッチを用いることにより、人為的に無効化処理を行わなくとも自動的に無効化されるＩＤタグを実現する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナおよびＩＣチップを含む回路と、回路を遮断する無効化手段とを備えるＩＤタグであって、
前記無効化手段は、当該ＩＤタグの使用開始後、所定の動作時限に到達したとき前記回路を遮断する時限スイッチを含むことを特徴とするＩＤタグ。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載のＩＤタグにおいて、
前記時限スイッチは、前記時限スイッチを起動させるための起動手段を含んでおり、
前記時限スイッチは、該起動手段により前記時限スイッチを起動させた後、所定の動作時限に到達したとき前記回路を遮断するように構成されたことを特徴とするＩＤタグ。
【請求項３】
請求の範囲第１項に記載のＩＤタグにおいて、
前記時限スイッチは、前記回路中に設けられ、前記所定の動作時限に到達したとき内部が導通状態から非導通状態に切り替わり前記回路を遮断するように構成されたことを特徴とするＩＤタグ。
【請求項４】
請求の範囲第１項に記載のＩＤタグにおいて、
前記時限スイッチは、
前記回路中に設けられ、所定の距離を隔てて並行配置された第一の電極および第二の電極と、
これらの電極に挟まれた固体電解質膜とを備え、
前記固体電解質膜に接して金属イオン供給部が設けられたスイッチング素子であることを特徴とするＩＤタグ。
【請求項５】
請求の範囲第４項に記載のＩＤタグにおいて、
前記固体電解質膜は金属カルコゲナイドにより構成されていることを特徴とするＩＤタグ。
【請求項６】
請求の範囲第５項に記載のＩＤタグにおいて、
前記金属イオン供給部は、前記金属カルコゲナイドを構成する金属と同種の金属を供給するものであることを特徴とするＩＤタグ。
【請求項７】
請求の範囲第４項に記載のＩＤタグにおいて、
前記第一および第二の電極に、前記固体電解質膜中に伝導チャネルを形成するための一対の端子が接続されていることを特徴とするＩＤタグ。
【請求項８】
請求の範囲第１項に記載のＩＤタグにおいて、
前記時限スイッチは、
基材上に設けられた固体電解質膜と、
前記固体電解質膜に接して設けられた第一の導体と、
前記固体電解質膜に接するとともに前記第一の導体と所定の距離を隔てて設けられた第二の導体と、
前記固体電解質膜に接するとともに前記第一および第二の導体と離間して設けられた金属イオン供給部と、
を備え、
前記第一および第二の導体が、それぞれ前記回路に接続されたことを特徴とするＩＤタグ。
【請求項９】
請求の範囲第８項に記載のＩＤタグにおいて、
初期状態において前記固体電解質膜がｐ型伝導性を示すとともに、
使用後の状態において、前記金属イオン供給部から金属が供給されることにより前記固体電解質膜が絶縁性となるように構成されたことを特徴とするＩＤタグ。
【請求項１０】
請求の範囲第８項に記載のＩＤタグにおいて、
前記固体電解質膜は金属カルコゲナイドにより構成されていることを特徴とするＩＤタグ。
【請求項１１】
請求の範囲第１０項に記載のＩＤタグにおいて、
前記金属イオン供給部は、前記金属カルコゲナイドを構成する金属と同種の金属を供給するものであることを特徴とするＩＤタグ。
【請求項１２】
請求の範囲第１１項に記載のＩＤタグにおいて、
前記金属カルコゲナイドは、ストイキオメトリ組成よりも金属を少なく含むものであることを特徴とするＩＤタグ。
【請求項１３】
請求の範囲第１２項に記載のＩＤタグにおいて、
前記金属カルコゲナイドは、ストイキオメトリ組成よりも金属を少なく含む金属硫化物であることを特徴とするＩＤタグ。
【請求項１４】
請求の範囲第８項に記載のＩＤタグにおいて、
前記時限スイッチは、
基材上に離間して設けられた第一および第二の固体電解質膜と、
前記第一の固体電解質膜に接して設けられた第一の導体と、
前記第一および第二の固体電解質膜の両方に接して設けられた第二の導体と、
前記第二の固体電解質膜に接して設けられた第三の導体と、
前記第一および第二の固体電解質膜の両方に接して設けられ、前記第一、第二および第三の導体と離間して設けられた金属イオン供給部と、
を備え、
前記第一および第二の固体電解質膜は、それぞれ異なる材料からなり、
前記第一および第二の導体と、前記第二および第三の導体とは、それぞれ所定の距離を隔てて設けられおり、
前記第一および第三の導体が、それぞれ前記回路に接続されたことを特徴とするＩＤタグ。
【請求項１５】
請求の範囲第１項に記載のＩＤタグにおいて、
前記時限スイッチは、前記回路中に設けられた導体細線と、該導体細線を収納する気密室と、該気密室の気密を破り室内に大気または酸化性ガスを導入する起動手段とを備え、
前記起動手段により前記時限スイッチを起動させた後、所定の動作時限に到達したとき、前記導体細線が絶縁体化され前記回路が遮断するように構成されたことを特徴とするＩＤタグ。
【請求項１６】
請求の範囲第１５項に記載のＩＤタグにおいて、
酸化剤の収容される酸化剤室をさらに備え、前記起動手段を機能させると、前記酸化剤室と前記気密室とが連通するように構成されたことを特徴とするＩＤタグ。
【請求項１７】
請求の範囲第１項に記載のＩＤタグにおいて、
前記時限スイッチは、
前記回路中に設けられ、所定の距離を隔てて並行配置された第一の金属配線および第二の金属配線と、
前記第一および第二の金属配線の間に配置されたギャップ部とを備え、
所定の動作時限に到達したとき、前記ギャップ部が導通状態となり前記第一および第二の金属配線の間が短絡し、前記回路が遮断するように構成されたことを特徴とするＩＤタグ。
【請求項１８】
請求の範囲第２項に記載のＩＤタグにおいて、動作時限が異なる複数の前記時限スイッチを備え、前記起動手段により任意の時限スイッチを起動できるように構成されたことを特徴とするＩＤタグ。
【請求項１９】
請求の範囲第１項に記載のＩＤタグにおいて、前記時限スイッチの両端に一対の短絡端子が設けられたことを特徴とするＩＤタグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無効化手段を備えるＩＤタグに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＤタグを用いた物流管理システムが注目を集めている。ＩＤタグは、商品情報や商品の流通履歴に関わる情報等を格納するメモリを有し、外部からの信号を受信することによって、随時、メモリにアクセスすることが可能となる。ＩＤタグを用いるシステムによれば、従来にない効率的な管理が可能となる。【０００３】
一方、こうしたシステムでは、製品情報が個人情報と結びつき消費者のプライバシーが侵害される懸念が生じる。例えば，ＩＤタグを組み込んだ商品を消費者が購入した場合、購入後、タグの情報を悪意ある第三者に読み取られ、商品をどのような用途で使っているのか、どんな商品を持ち歩いているのかを追跡されることが考えられる。【０００４】
このようなプライバシーの侵害に対する防衛措置として、ＩＤタグの機能を無効化する機構について開発が進められている。【０００５】
特許文献１には、こうした無効化機構を備えるＩＤタグが記載されている。同文献に記載されている無効化機構は、ヒューズで構成されており、過電流を流してヒューズを切ることによりＩＤタグが使用不能になる。【０００６】
特許文献２には、加熱により導電性となる材料を無効化手段として備えるラベルが記載されている。
【特許文献１】特開平８−５５２０５号公報
【特許文献２】特開２００１−１３４７３２号公報
【発明の開示】
【０００７】
しかしながら、従来の無効化機構つきＩＤタグは、人為的に無効化処理を行うことが必要とされるため、この処理を怠れば、個人情報が安全に保護されなくなることも考えられる。
【０００８】
また、上記例の様に無効化処理を行った場合、その時点でＩＤタグは機能を失い、再利用不能となる。たとえば、消費者がＩＤタグを組み込んだ商品を購入する場合において、購入時点で無効化処理を行うと、それ以後は、ＩＤタグの便利な機能を利用することができなくなってしまう。現在、ＩＤタグを利用した様々なシステムが開発されつつあり、例えばＩＤタグ付きの食材を購入し、これらを冷蔵庫に収納した後、ＩＤタグを利用して冷蔵庫内の食材を把握し、食材の在庫量、種類等を管理するシステムなども考案されている。ＩＤタグを購入時点で無効化した場合、このような利便性の高いシステムも実現することが不可能となる。
【０００９】
一方、ＩＤタグの機能を有効の状態に維持した場合、ＩＤタグは購入後も使用可能となるが、その反面、他者のアクセスによる個人情報等の漏洩の懸念も生じる。
【００１０】
本発明は、こうした事情に鑑みなされたものであり、人為的に無効化処理を行わなくとも自動的に無効化されるＩＤタグを提供することを目的とする。
【００１１】
また本発明の別な目的は、一旦無効化したＩＤタグを再生し、セキュリティを保持し、プライバシイを秘匿できる状態で、再び利用できるようにしたＩＤタグを提供することを目的とする。
【００１２】
本発明によれば、アンテナおよびＩＣチップを含む回路と、回路を遮断する無効化手段とを備えるＩＤタグであって、前記無効化手段は、当該ＩＤタグの使用開始後、所定の動作時限に到達したとき前記回路を遮断する時限スイッチを含むことを特徴とするＩＤタグが提供される。
【００１３】
本発明によれば、所定の動作時限後に自動的にＩＤタグが無効化されるため、無効化処理のし忘れによる個人情報等の漏洩を防止することができる。また、動作時限を適宜に設定することにより、所望の期間だけＩＤタグの機能を有効に維持することも可能となり、様々な目的のシステムへの展開が可能となる。
【００１４】
ここで、動作時限とは、使用時間または使用回数を意味する。すなわち、ＩＤタグの使用開始後、所定の時間または所定の使用回数を経た時点で時限スイッチが作動するように構成されている。本発明における「動作時限」は種々の態様を含む概念であり、たとえば以下のものを含む。
(i)固体電解質スイッチに電源電圧が印加される時間の総和、即ち、ＲＦＩＤタグの累計電源動作時間（後述の実施の形態２）
(ii)ＲＦＩＤの使用・不使用、あるいは電源動作に関係しない経過時間（後述の実施の形態３、５）
(iii)電源から金属細線に電流が流れる時間の総和、即ちＲＦＩＤタグの累計電源動作時間（後述の実施の形態４）
(iv)金属イオンが拡散する時間であり、ＲＦＩＤの使用・不使用、あるいは電源動作に関係しない経過時間（後述の実施例１，２）
動作時限の長短は、時限スイッチの構造等を調整することにより設定することができる。
【００１５】
本発明のＩＤタグにおいて、前記時限スイッチは、前記時限スイッチを起動させるための起動手段を含んでおり、前記時限スイッチは、該起動手段により前記時限スイッチを起動させた後、所定の動作時限に到達したとき前記回路を遮断するように構成されたものとすることができる。
【００１６】
また、本発明のＩＤタグにおいて、前記時限スイッチは、前記回路中に設けられ、前記所定の動作時限に到達したとき内部が導通状態から非導通状態に切り替わり前記回路を遮断する構成としてもよい。
【００１７】
本発明のＩＤタグとして、たとえば、以下のものが挙げられる。
(i)前記時限スイッチは、前記固体電解質膜に接して設けられた第一の導体と、前記固体電解質膜に接するとともに前記第一の導体と所定の距離を隔てて設けられた第二の導体と、前記固体電解質膜に接するとともに前記第一および第二の導体と離間して設けられた金属イオン供給部と、を備え、前記第一および第二の導体が、それぞれ前記回路に接続された構成。
(ii)前記時限スイッチは、前記回路中に設けられた導体細線と、該導体細線を収納する気密室と、該気密室の気密を破り室内に大気または酸化性ガスを導入する起動手段とを備え、前記起動手段により前記時限スイッチを起動させた後、所定の動作時限に到達したとき、前記導体細線が絶縁体化され前記回路が遮断するようにした構成。
(iii)前記時限スイッチは、基材上に離間して設けられた第一および第二の固体電解質膜と、前記第一の固体電解質膜に接して設けられた第一の導体と、前記第一および第二の固体電解質膜の両方に接して設けられた第二の導体と、前記第二の固体電解質膜に接して設けられた第三の導体と、前記第一および第二の固体電解質膜の両方に接して設けられ、前記第一、第二および第三の導体と離間して設けられた金属イオン供給部と、を備え、前記第一および第二の固体電解質膜は、それぞれ異なる材料からなり、前記第一および第二の導体と、前記第二および第三の導体とは、それぞれ所定の距離を隔てて設けられおり、前記第一および第三の導体が、それぞれ前記回路に接続された構成。
【００１８】
上記(ii)において、酸化剤の収容される酸化剤室をさらに備え、前記起動手段を機能させると、前記酸化剤室と前記気密室とが連通するように構成してもよい。
【００１９】
さらに、本発明のＩＤタグにおいて、前記時限スイッチは、前記回路中に設けられ、所定の距離を隔てて並行配置された第一の金属配線および第二の金属配線と、前記第一および第二の金属配線の間に配置されたギャップ部と、所定の動作時限に到達したとき、前記ギャップ部が導通状態となり前記第一および第二の金属配線の間が短絡し、前記回路が遮断するように構成された構成としてもよい。かかる構成において、前記第一および第二の金属配線を収納する気密室と、該気密室の気密を破り室内に大気または酸化性ガスを導入する起動手段とをさらに備え、この起動手段により前記時限スイッチを起動させる構成としてもよい。
【００２０】
本発明のＩＤタグは、上記時限スイッチを複数備え、任意の時限スイッチを起動できるように構成してもよい。
【００２１】
本発明によれば、人為的に無効化処理を行わなくとも自動的に無効化されるＩＤタグが提供される。
【００２２】
また本発明によれば、一旦無効化したＩＤタグを再生し、セキュリティを保持し、プライバシイを秘匿できる状態で、再び利用できるようにしたＩＤタグが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００２４】
【図１】実施の形態に係るＩＤタグの概略図である。
【図２】図１におけるＩＣチップの内部構成を示す図である。
【図３】実施の形態に係るＩＤタグの概略図である。
【図４】時限スイッチの一例を示す概略構成図である。
【図５】図４に示した固体電解質スイッチの使用状態を示す模式図である。
【図６】固体電解質スイッチの具体的構造の一例を示す図である。
【図７】図６に示す固体電解質スイッチの製造方法を説明する図である。
【図８】図６に示す固体電解質スイッチの動作を説明するための図である。
【図９】図６に示す固体電解質スイッチの機能を説明するための図である。
【図１０】実施の形態に係るＩＤタグの概略図である。
【図１１】時限スイッチの具体的構造の一例を示す図である。
【図１２】図１０の時限スイッチの使用開始後の状態を示す図である。
【図１３】時限スイッチの具体的構造の一例を示す図である。
【図１４】実施の形態に係るＩＤタグの概略図である。
【図１５】時限スイッチの具体的構造の一例を示す図である。
【図１６】時限スイッチの具体的構造の一例を示す図である。
【図１７】ヒューズを併用した無効化スイッチの一例を示す図である。
【図１８】実施例に係るＲＦＩＤ時限無効化スイッチの構成を示す平面図である。
【図１９】実施例に係るＲＦＩＤ時限無効化スイッチの構動作原理を説明する図である。
【図２０】硫化銅膜中の銅組成を制御する手法を説明するための図である。
【図２１】実施例に係る時限無効化スイッチの一例を示す模式図である。
【図２２】実施例に係る時限無効化スイッチの第１配線群および第２配線群の間の電気抵抗の変化を示す図である。
【図２３】イオン伝導領域の形状制御によりオフするまでの時間を長くする構成例を示す図である。
【図２４】異なる活性化エネルギーＥａ、Ｅａ’（Ｅａ＜Ｅａ’）を持つ２種類の拡散係数Ｄ、Ｄ’の対数（縦軸７２）を温度Ｔ（横軸７１）の逆数の関数として示したグラフである。
【図２５】異なる活性化エネルギーＥａ、Ｅａ’（Ｅａ＜Ｅａ’）を持つ２種類の固体電解質をイオン伝導領域として有する時限無効化スイッチの構成例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同一符号を付し、適宜説明を省略する。【００２６】
第１の実施形態
はじめに、本発明に係る時限スイッチを備えるＩＤタグの全体構成について説明する。【００２７】
図１は、実施の形態に係るＲＦＩＤタグの一例について内部構造を示した図である。このＲＦＩＤタグ１００は、アンテナ（コイルアンテナ１０４）およびＩＣチップ２００を含む回路と、この回路を遮断する無効化手段（無効化機構１１０）とを備える。無効化手段（無効化機構１１０）は、当該ＩＤタグの使用開始後、所定の動作時限に到達したとき前記回路を遮断する時限スイッチを含んでいる。コイルアンテナ１０４、ＩＣチップ２００および無効化機構１１０は、基板１０２上に設けられている。【００２８】
ＩＣチップ２００は、外部リーダライタと各種データの送受信を行う通信回路と、この各種データを格納するメモリとが内蔵された薄型のチップである。コイルアンテナ１０４は、紙やポリイミドからなるインレット基板上に導電性ペーストでパターン印刷したものやエッチングにより形成したものを用いることができる。【００２９】
非接触のリーダライタから電波を放射し、電磁誘導の原理によりコイルアンテナ１０４に起電力を発生させ、この起電力を用いてコイルアンテナ１０４に接続されたＩＣチップ２００を動作させることで、電波通信により各種データの書き込みおよび読み取りが可能となるように構成されている。なお、上記説明においては、一例としてコイルアンテナを用いて、電力とデータの受け渡しに電磁誘導を用いる例について述べた。しかしながら、このケース以外にも使用周波数の波長に合わせた共振器をアンテナとして用い、電力とデータの受け渡しに電波を用いる場合等、さまざまな方法がある。【００３０】
図２は、ＩＣチップ２００の内部構成を示す図である。図中、電源回路２０６は不図示のコンデンサを内蔵し、このコンデンサはコイルアンテナ１０４とともに共振回路を形成する。コンデンサにはコイルアンテナ１０４が特定の周波数の電波（上記共振回路が共振する周波数）を受信したときにその相互誘導作用で生じる電力が充電される。電源回路２０６は、この電力を整流し安定化してＣＰＵ２０２に供給し、ＩＣチップ２００を活性化する。メモリ２０４はＲＯＭ(read only memory)、ＲＡＭ(random-access memory)及びＥＥＰＲＯＭ(electrically
erasable programmable read only memory)を含む。メモリ２０４は、ＣＰＵ２０２の制御下、受信電波のデータ通信による読出しコマンドに応じて記憶されたデータの読出しを行うとともに、受信電波の書込みコマンドに応じてデータの書込みを行う。【００３１】
以下、さらに詳細に図２に示すＩＣチップ２００の動作について説明する。【００３２】
コイルアンテナ１０４が外部からＲＦ信号を受信すると、電源回路２０６のコンデンサにはコイルアンテナ１０４と外部装置のアンテナ（不図示）の相互誘導作用で生じる電力が充電される。この結果、電源回路２０６は電力を整流し安定化して、ＣＰＵ２０２に供給し、ＩＣチップ２００を活性化する。次いでＩＣチップ２００のＲＦ回路２０８が、復調に必要な信号のみを取込み、復調回路２１０で所定の情報のデジタル信号を再現させて、ＣＰＵ２０２によりこのデジタル信号をメモリ２０４に書込む。【００３３】
受信した信号に対応してＲＦＩＤタグ１００から外部にデータを送信する場合は、以下の手順にしたがって処理が行われる。すなわち、コイルアンテナ１０４が外部からＲＦ信号を受信すると、電源回路２０６のコンデンサに電力が充電される。電源回路２０６は、電力をＣＰＵ２０２に供給しＩＣチップ２００を活性化して、ＲＦ回路２０８を介して復調回路２１０で元のデジタル信号を再現させる。ＣＰＵ２０２はこの信号に基づいてメモリ２０４に記憶されていた所定の情報を送信する。この情報は、２値化されたデータ信号をＩＣチップ２００の変調回路２１２で変調し、ＲＦ回路２０８で増幅してコイルアンテナ１０４から外部へ送信される。【００３４】
無効化機構１１０は、図２に示したようにコイルアンテナ１０４と電源回路２０６との間に配置される。無効化機構１１０は、所定の起動手段により作動し、作動後、所定の動作時限に到達したとき前記回路を遮断する時限スイッチを含んでいる。時限スイッチは、あらかじめ設定された使用時間または使用回数に到達したとき、ＲＦＩＤタグ１００を無効化し、データの読み出しおよび書込を禁止する処理を実行する。無効化機構１１０は、こうした時限スイッチによる時限無効化機能を有する。無効化処理が実行されると、コイルアンテナ１０４の受信信号が電源回路２０６に到達することが禁止され、ＲＦＩＤタグ１００は動作不能となる。【００３５】
背景技術の項で述べたように、従来の無効化機構は、ヒューズを作動させたり加熱したりする等、人間が所定の操作を行うことにより無効化処理を実行していた。これに対し、本実施形態における無効化機構１１０は、人手を介することなく自動的に無効化することとなるため、無効化処理のし忘れを防止することができる。【００３６】
なお、無効化機構１１０の設置箇所はこれに限られず、種々の態様を採用することができる。ＲＦＩＤタグの受送信を禁止するようにしてもよいし、受信のみ、または送信のみを禁止するようにしてもよい。たとえば図３に示すようにコイルアンテナ１０４と変調回路２１２との間に設けてもよい。この場合、無効化処理が実行されると、変調回路２１２からコイルアンテナ１０４への信号の送出が禁止される。この結果、信号の受信は可能であるがＲＦＩＤタグ１００から外部への信号の送信は不能となる。【００３７】
第２の実施形態
本実施形態では、無効化機構１１０に含まれる時限スイッチの一例について説明する。【００３８】
（概略構造）
図４に示す固体電解質スイッチ３００は、本発明に係る時限スイッチの一例を示す概略構成図である。このスイッチは、初期状態で固体電解質膜中に形成した伝導チャネルが経時的に消失していく現象を利用するものである。【００３９】
図４（ａ）は、スイッチオフ状態の固体電解質スイッチ３００の様子を模式的に示す図である。図示したように、固体電解質スイッチ３００は、対向する一対の電極３０２と、これらに狭持された固体電解質３０８とを備える。一方の電極３０２の内側にはイオン供給層３０４が設けられている。イオン供給層３０４から放出された金属イオン３０６は、固体電解質３０８中に分散して存在する。平衡状態では電極間に伝導性が無く、オフの状態になっている。【００４０】
図４（ｂ）は、スイッチオン状態の固体電解質スイッチ３００の様子を模式的に示す図である。図４（ａ）の状態の固体電解質スイッチ３００に対し、電極３０２間に所定の電圧を印加すると、固体電解質３０８中に金属イオンが析出し、伝導チャネル３１０が形成される。これにより固体電解質スイッチ３００はオン状態となる。この析出機構は可逆的であるため、オンした固体電解質スイッチ３００の電極間に逆に電圧を印加することにより、析出した金属原子が固体電解質中を移動して伝導チャネル３１０は細くなり、最終的にはチャネルが消失し固体電解質スイッチ３００は非導通状態となる。このスイッチを用いることにより、人為的に無効化処理を行わなくとも自動的に無効化されるＩＤタグを実現する。【００４１】
図５は、図４に示した固体電解質スイッチ３００を内蔵したパッシブ型ＲＦＩＤの使用状態を示す模式図である。はじめに、固体電解質スイッチ３００に所定の電圧を印加することにより金属原子を析出させ伝導チャネルを形成しておく。この固体電解質スイッチ３００を、ＲＦＩＤタグの使用状態において伝導チャネルがオフする方向に電源電圧が印加される方向で電源に接続する。【００４２】
このＲＦＩＤが外部から電波を受けて動作した場合、伝導チャネルは徐々に細くなっていく。この際、所望の電圧電流特性となるように適宜選択して固体電解質スイッチ３００を設計し作製することにより、特定の使用回数でオフする素子を実現可能である。さらに再生する際には再生端子を通して、使用時に印加するのと逆方向の電圧を印加することで固体電解質膜中に伝導チャネルを再形成し、スイッチをオン状態に戻すことができる。また、再生端子は、短絡端子としての機能も有し、端子間を短絡することにより無効化スイッチの機能を無効にすることもできる。【００４３】
さらに、カウンタやＤＣ−ＤＣコンバータを周辺部に付加することにより、使用回数を特定する精度を高めることができ、また、ＲＦＩＤが必要とする電源電圧と固体電解質スイッチ３００の動作に必要とされる電圧の違いを吸収することができる。またヒューズを併用し、ヒューズを切ったときに無効化スイッチが起動するように構成することもできる。【００４４】
図１７は、こうした構成の一例を示す図である。図示した構造において、ヒューズがつながっている場合、電源回路からの電流はヒューズを通して流れる。無効化スイッチを有効にする場合、まず制御回路から信号を出して電流源を起動する。ヒューズを切るために電流源から出力された電流は、主にヒューズを流れ、ヒューズを焼き切る。この電流が直流の場合、抵抗値によりヒューズと電解質スイッチに電流は分配されるため、ヒューズの抵抗値は十分電解質スイッチの抵抗値より小さくしておく。また、電流がパルス状の場合、インダクタンスも関係し、ヒューズのインダクタンスを十分小さくしておく。ヒューズを焼き切ると、電源回路からの電流は電解質スイッチのみを流れ、無効化機構が有効となる。【００４５】
（構成材料）
固体電解質スイッチ３００を構成する材料の例について説明する。図６は、固体電解質スイッチ３００の具体的構造の一例を示す図である。【００４６】
この固体電解質スイッチ３００は、前記回路中に設けられ、所定の距離を隔てて並行配置された第一の電極（下部配線４０４）および第二の電極（上部配線４１４）と、これらの電極に挟まれた固体電解質膜（固体電解質層４０６）とを備え、前記固体電解質膜（固体電解質層４０６）に接して金属イオン供給部（下部配線４０４の上部領域）が設けられている。下部配線４０４および固体電解質層４０６の周囲の領域には、層間絶縁膜４０８が埋設されている。【００４７】
図中、固体電解質層４０６が、図４の固体電解質３０８に該当する。固体電解質層４０６中には、下部配線４０４から放出されたイオンが導入され、所定の電圧を印加することにより、固体電解質層４０６中にイオン架橋体からなる伝導チャネルが形成される。この伝導チャネルが形成された状態で、チャネル形成時と逆方向の電界を印加し続けると、チャネル幅が次第に細くなり、所定時間経過後、チャネルが消失し、非導通状態となる。【００４８】
ここで、固体電解質層４０６の材料としては、イオンと電子の両方が伝導できる複合導電体を使用し、固体電解質層４０６としては、金属カルコゲナイドが好ましく用いられる。金属カルコゲナイドとしては、
硫化銅、硫化銀のような金属硫化物；
セレン化銅、セレン化銀のような金属セレン化物；
テルル化銅、テルル化銀のような金属テルル化物；
等が例示される。金属の種類は、銅や銀以外でもよく、たとえば、ＰｂＴｅ（テルル化鉛）、ＳｎＴｅ（テルル化スズ）、ＧｅＳｅ（セレン化ゲルマニウム）等を用いることもできる。【００４９】
本実施形態では、硫化銅のような金属硫化物を使用する。下部配線４０４は固体電解質層４０６の金属イオンと同種の金属からなり、イオン供給層としての役割を果たす。所定の電圧を印加することにより下部配線４０４から固体電解質層４０６に金属イオンが供給され、これと逆方向の電圧を印加すれば固体電解質層４０６から下部配線４０４側に金属イオンが供給される。【００５０】
固体電解質層４０６の厚みは、構成材料および動作時限の長短に応じて適宜な値が設計される。硫化銅を用いた場合、固体電解質層４０６の通常の膜厚は２ｎｍから２００ｎｍ程度とするのがよい。【００５１】
下部配線４０４および上部配線４１４は、銅やアルミ等の低抵抗導電膜で形成するのがよい。膜厚は２０ｎｍから１０００ｎｍ程度とすればよい。固体電解質層４０６と配線４０４の組み合わせは、上記の硫化銅と銅以外に、硫化クロムとクロム、硫化銀と銀、硫化チタンとチタン、硫化タングステンとタングステン、硫化ニッケルとニッケル等を用いることができる。【００５２】
下部配線４０４の上部領域は、金属イオン供給部として機能する。金属イオン供給部は、金属カルコゲナイドを構成する金属と同種の金属を供給するものであることが好ましい。【００５３】
上部電極４１２は、固体電解質層４０６と化学反応を起こしにくい材料で形成することが好ましい。そのような材料としてたとえばチタンを挙げることができる。チタンのほかには、白金、金等の貴金属や、クロム、タングステン、モリブデン等の周期表第６族の金属や、バナジウム、ニオブ、タンタル、等の金属、あるいはこれらの窒化物やシリサイド化物等を用いることもできる。【００５４】
（製造方法）
図７は、図６に示した固体電解質スイッチ３００の製造工程を示す図である。はじめに、図７（ａ）に示すように、最初にシリコン基板を酸化して基板４０２を作製し、その上に銅薄膜を形成する。銅薄膜の形成は、たとえば真空蒸着法あるいはスパッタ法を用いることができる。【００５５】
次に、ウエットエッチングあるいはドライエッチング法によって、下部配線４０４以外の余分な銅薄膜をエッチングして、銅膜を配線形状に加工し、下部配線４０４を得る。【００５６】
次に、図７（ｂ）に示すように、層間絶縁膜４０８を形成する。例えば、層間絶縁膜４０８として、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜をスパッタ法あるいはＣＶＤ法等により形成する。層間絶縁膜４０８の形成後、ドライエッチングあるいはウエットエッチングにより層間絶縁膜４０８を選択的に除去し、ビアホール４１０を形成する。層間絶縁膜４０８の材料は、信号遅延時間を小さくし寄生容量を低減する観点から、たとえば比誘電率３以下の低誘電率膜を用いてもよい。たとえば、ＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）やＳｉＯＣ膜等を用いることができる。層間絶縁膜４０８の厚さは、たとえば５０〜１０００ｎｍとすることができる。【００５７】
次に、ビアホール４１０に露出した銅を硫化させる。銅の硫化は、硫化物を含んだ水溶液中でアノード分極により行う。硫化ナトリウムを０．０５モル／リットル含む水溶液に、銅薄膜を陽極としてアノード分極を行う。加える電圧は０．５Ｖ程度であり、硫化量は電流を制御して調整する。銅薄膜の表面層が所望の厚さ分だけ硫化されたところで硫化を停止させる。例えば、銅薄膜の表面層１ｎｍから１００ｎｍ程度硫化したところで反応を停止させる。硫化されて硫化銅になった部分は固体電解質層４０６となり、硫化されずに残った銅の部分は下部配線４０４となる。なお、この硫化中に、銅薄膜の伝導度を測定することによって硫化の程度を把握できるので、これを利用することにより銅薄膜の硫化膜厚を制御して形成することができる。以上のようにして形成した硫化銅からなる固体電解質層４０６が図４におけるイオン供給層３０４に相当する。【００５８】
本例では、下部配線４０４の材料が固体電解質を構成する金属である銅を用いたのでイオン供給層の作製を省略したが、配線とは別に、金属層や金属硫化物層を成膜することでイオン供給層を形成してもよい。【００５９】
なお、固体電解質層４０６の厚みは、複合導電体である硫化銅において、おおよそ２ｎｍから２００ｎｍ程度であればよい。下部配線４０４に銅を用いた場合の膜厚はおおよそ２０ｎｍから３００ｎｍであればよい。【００６０】
下部配線４０４が銅以外の材料により構成される場合、イオン供給層を設けることが好ましい。イオン供給層は、対向する一対の電極のうち一方の電極の内側に配置される。イオン供給層は、銅を材料として、膜厚はおおよそ２ｎｍから５０ｎｍ程度あればよい。また、上部配線層上部配線４１４の膜厚は、おおよそ２０ｎｍ〜３００ｎｍ程度の銅を用いてもよい。【００６１】
次に、図７（ｃ）に示すように、上部電極４１２をチタンにより形成する。本例では、チタンを真空蒸着法によって堆積した。上部電極４１２の厚さは、５ｎｍ〜３０ｎｍとする。【００６２】
最後に、図６に示すように、上部配線となる銅を、層間絶縁膜４０８の上にスパッタ法等によって積層する。次に上部配線の領域以外が開口されたレジストマスクを用いてドライエッチング法により、上部配線４１４を形成する。本例においては、上部配線４１４の膜厚は、おおよそ２０ｎｍから３００ｎｍ程度の銅を用いる。【００６３】
下部配線４０４および上部配線４１４は、上記の銅以外に、従来用いられる配線材料でもよく、例えばアルミニウム、金などを用いることができる。【００６４】
以上のようにして、本発明の固体電解質スイッチング素子を製造できるが、固体電解質層４０６としては、複合導電体の硫化銅が適している。硫化銅は２２０℃において、硫化第二銅から安定な硫化第一銅に変化する。硫化第一銅の融点は１１３０℃であり、熱安定性がよい。３００℃で１時間加熱しても固体電解質スイッチの特性変化がないことが確かめられている。【００６５】
（電気特性）
図８は、図４〜図７で説明した固体電解質スイッチ３００の電気特性を説明するための図である。固体電解質スイッチ３００の両端に印加する電圧を０．２Ｖ→０Ｖ→−０．１８Ｖ→−０．２３Ｖ→０Ｖ→０．２Ｖと変化させたとき、図中、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄをたどるプロファイルを示す。Ａ→Ｂ間では、固体電解質スイッチ３００は図４（ａ）の状態に対応しており、電極間には電流がほとんど流れない。Ｂでは、図４（ｂ）で説明した伝導チャネル３１０が形成され始める。ＢからＣへマイナス方向に電圧を増大させていくと、チャネルの幅が太くなり、電流が顕著に増大する。Ｃ→Ｄ間では、形成されたチャネルに電流が流れ、印加電圧に比例して電流が流れる。Ｄ−Ａ間では形成されたチャネルが細くなっていくため、電流量が急激に減少する。【００６６】
このように加える電圧の大きさや極性を変化させることにより、固体電解質スイッチ３００の両端間のコンダクタンスが大きく変動する。【００６７】
（時限無効化機能）
固体電解質スイッチ３００に対して、図８の点Ｃに示す電圧を印加すると、図４（ｂ）に示したように伝導チャネルが形成される。この状態で電源から切り離すと、伝導チャネルはそのまま維持される。その状態で図８の点Ｃと逆方向の電圧を印加しＲＦＩＤタグ１００を使用すると、伝導チャネルの幅が次第に細くなり、所定の時間が経過したとき、あるいは所定の回数を使用したとき、伝導チャネルが消失する。図９は、使用時間とともに固体電解質スイッチ３００内部の抵抗が変化する様子を示す図である。所定の時間ｔに到達するまでは、抵抗値はほぼ一定であるが、時刻ｔを過ぎると、段階的に抵抗が上昇し、ｔ’に到達したとき、抵抗は急激に増大し、固体電解質スイッチ３００に電流が流れない状態となる。ｔ’は、固体電解質スイッチ３００内部の構成、すなわち、固体電解質層４１０の材料や厚み、イオン濃度などに依存する。これらを調整することにより、所望の使用時間に到達すると非導通状態となり、ＲＦＩＤタグを無効化する機能を持つ素子が得られる。【００６８】
本実施形態によれば、人為的に無効化処理をしなくとも自動的に無効化され、内部の秘密情報が保護されるＩＤタグを実現することができる。【００６９】
第３の実施の形態
本実施形態は、酸化により絶縁体化する金属や半導体の金属細線を時限無効化スイッチに適用した例を示す。図１０は、本実施形態にかかるＲＦＩＤタグの概略図である。【００７０】
このＲＦＩＤタグ１００は、アンテナ（コイルアンテナ１０４）およびＩＣチップ２００を含む回路と、この回路を遮断する無効化手段（時限スイッチ１１２）とを備える。無効化手段（時限スイッチ１１２）は、当該ＩＤタグの使用開始後、所定の動作時限に到達したとき前記回路を遮断する。コイルアンテナ１０４、ＩＣチップ２００および無効化機構１１０は、基板１０２上に設けられている。【００７１】
ＩＣチップ２００は、外部リーダライタと各種データの送受信を行う通信回路と、この各種データを格納するメモリとが内蔵された薄型のチップである。コイルアンテナ１０４は、紙やポリイミドからなるインレット基板上に導電性ペーストでパターン印刷したものやエッチングにより形成したものを用いることができる。【００７２】
時限スイッチ１１２は、金属細線を時限スイッチとして用いている。金属細線は、時間の経過とともに酸化が進行し、所定の時刻に到達すると、金属細線全体が絶縁体となり非導通状態となる。非導通状態になるまでの所用時間は、金属細線の材質、太さおよび長さなどにより決定される。【００７３】
図１１は、図１０における時限スイッチ１１２の具体的構造の一例である。図示した構造は、幅狭部５０２（金属細線）および幅広部５０４からなる金属線５０１と、その上に積層した保護膜５０６およびシール材５０８からなる。【００７４】
幅狭部５０２およびこれに隣接する幅広部５０４の一部の領域の上部において保護膜５０６が開口しており、開口部分はシール材５０８により封止されている。金属線５０１、保護膜５０６およびシール材５０８により形成された空間内には、不活性ガスが充填されている。この時限スイッチ１１２が設けられたＲＦＩＤタグの使用開始時にシール材５０８を剥離し、幅狭部５０２の表面を大気に露出する（図１２）。すると、幅狭部５０２が大気中の酸素により酸化され、酸化の進行につれ、幅狭部５０２内の伝導パスが次第に狭まっていく。伝導パスの断面積は所定の時刻が到達したときに急激に狭くなり、非導通状態となる。このとき、図１０においてコイルアンテナ１０４からＩＣチップ２００への信号の送出が禁止され、ＲＦＩＤタグ１００の機能が無効化する。【００７５】
幅狭部５０２（金属細線）の配線幅は、たとえば０．５ｎｍ〜１μｍとすることができ、好ましくは１〜５００ｎｍとすることができる。こうすることにより、酸化により時限的に絶縁化するスイッチを好適に実現できる。幅狭部５０２（金属細線）の形成方法は、使用する金属材料に応じて適宜選択される。たとえば銅を用いる場合、ドライエッチングあるいはシリコン半導体プロセスで汎用されているダマシンプロセスを用いて形成することができる。アルミニウムやその合金を用いる場合、ドライエッチング等のプロセスにより形成することができる。【００７６】
時限スイッチ１１２は、太さの異なる複数の金属細線を備える構成とすることもできる。図１３は、このような複数の金属細線を備える時限スイッチ１１２の模式図である。この時限スイッチ１１２はそれぞれ太さの異なる金属細線（幅狭部５０２ａ、幅狭部５０２ｂおよび幅狭部５０３ａ）を備えている。各金属細線には、それぞれ別々のシール材により封止され、いずれかの封止材を除去することにより、金属細線の酸化を開始させ時限無効化機能が開始される。このような構成とすれば、利用者の希望により無効化するまでの時間を調整することが可能となる。これにより、一つのＲＦＩＤタグで多様な用途に適合するようにすることができる。【００７７】
第４の実施の形態
本実施形態では、エレクトロマイグレーションを起こしやすい２本の金属細線により狭ギャップを形成し、これを時限スイッチとして用いる例について説明する。【００７８】
図１４は、本実施形態にかかるＲＦＩＤタグの概略図である。このＲＦＩＤタグ１００は、アンテナ（コイルアンテナ１０４）およびＩＣチップ２００を含む回路と、この回路を遮断する無効化手段（無効化機構１１４）とを備える。無効化手段（無効化機構１１４）は、当該ＩＤタグの使用開始後、所定の動作時限に到達したとき前記回路を遮断する時限スイッチを含んでいる。コイルアンテナ１０４、ＩＣチップ２００および無効化機構１１４は、基板１０２上に設けられている。ＩＣチップ２００は、外部リーダライタと各種データの送受信を行なう通信回路と、この各種データを格納するメモリとが内蔵された薄型のチップである。コイルアンテナ１０４は、紙やポリイミドからなるインレット基板上に導電性ペーストでパターン印刷したものやエッチングにより形成したものを用いることができる。【００７９】
無効化機構１１４は、２本の金属細線により形成される狭ギャップを時限スイッチとして用いている。所定の動作時限に到達すると、ギャップ部分が導通状態となることでＩＤタグが無効化する。【００８０】
図１５は、図１４における無効化機構１１４の具体的構造の一例である。図中、無効化機構１１４は、基板６０２上に第１配線６０４、第２配線６０６およびこれらに挟まれたギャップ６０８を備えた構造を有する。第１配線６０４および第２配線６０６の左端は、図１４に示したように、コイルアンテナ１０４に接続されている。一方、第１配線６０４および第２配線６０６の右端は、図１４に示したように、ＩＣチップ２００に接続されている。ＩＣチップ２００が外部から信号を受信すると、図１５において、第１配線６０４および第２配線６０６には、図中左から右側へ所定の電流が流れる。第１配線６０４および第２配線６０６はエレクトロマイグレーションを起こしやすい金属材料により構成されているため、上記電流が流れ続けると、第１配線６０４および６００からギャップ６０８へ構成金属がマイグレートし、ギャップ６０８は次第に導電性を帯びていく。ＩＤタグの使用回数が所定の回数に到達すると、ギャップ６０８が導通状態となり、第１配線６０４および第２配線６０６間が短絡する。このとき、ＲＦＩＤタグの機能が無効化される。【００８１】
第１配線６０４および第２配線６０６は、エレクトロマイグレーションを起こしやすい同一金属材料により構成することが好ましい。例えば、銀やアルミニウムなどの金属材料が提示される。基板６０２およびギャップ６０８は絶縁材料により構成される。例えば、単結晶シリコン、ガラスなどが好ましく用いられる。第１配線６０４と第２配線６０６との間の距離は、マイグレートした金属材料により電流パスが形成される程度の大きさとする。例えば、１nm以上１００nm以下とする。並行方向の配線間距離は、例えば１００ｎｍ以上１００μm以下とすればよい。この方法によると典型的な動作時限は1ヶ月ないし１０年である。この時限は配線の材質、ギャップの設計寸法、材質、雰囲気ガスの種類などにより調整が可能である。【００８２】
第５の実施の形態
金属細線を用いた時限スイッチでは、上記実施形態のように大気に曝して非導通状態とする機構の他、一定空間内に酸化剤を設置し、金属細線を積極的に酸化させる機構を用いることもできる。本実施形態は、こうした酸化剤による金属細線の酸化により非導通状態とするものである。【００８３】
図１６は、酸化剤を用いた、時限スイッチを含む無効化機構の具体的構造の一例である。基板７１０の表面に凹部が形成され、この凹部を覆うようにシール材７０８が設けられている。シール材７０８は、凹部内の所定箇所において基板７１０と熱融着され封止部７０４を形成している。シール材７０８および基板７１０により形成される第一の室７１２および第二の室７１４には、それぞれ無効化スイッチ７０２および酸化剤７０６が設けられている。第一の室７１２内の空間には、窒素やアルゴン等の不活性ガスが充填されている。無効化スイッチ７０２は、第３の実施の形態で説明した金属細線を用いている。【００８４】
酸化剤７０６としては、固体酸化剤が好ましく用いられ、過酸化カリウム、過酸化ナトリウム、過酸化カルシウム、過酸化マグネシウム、過酸化バリウム等の無機過酸化物や、過塩素酸カリウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸アンモニウム等の過塩素酸塩類等を用いることができる。【００８５】
図示した構造は、ＩＤタグの使用前の状態を示すものであり、使用開始時に、封止部７０４を基板７１０から切り離すことにより、時限スイッチが作動する。使用前の状態において、シール材７０８の第二の室７１４側には、凸部７１８が設けられており、この部分を押圧することにより封止部７０４が破断するようになっている。封止部７０４が基板７１０から切り離されると、第一の室７１２および第二の室７１４が一体化し、無効化スイッチ７０２が酸化剤７０６由来の酸化性ガス（ここでは酸素）に曝される。これにより、金属細線の酸化が進行し所定時間経過後、非導通状態となりＩＤタグが無効化する。【００８６】
本実施形態によれば、使用開始時を任意に設定することができるので、様々な用途に適合するＩＤタグを実現することができる。また、７０６の種類や量および第一の室７１２および第二の室７１４からなる空間の容積を適宜調整することにより、無効化するまでの時間を正確に調整することが可能となる。【００８７】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。【００８８】
たとえば、カウンタやＤＣ−ＤＣコンバータを周辺部に付加することにより、使用回数を特定する精度を高めたり、ＲＦＩＤが必要とする電源電圧と固体電解質スイッチ３００の動作に必要とされる電圧の違いを吸収したりすることができる。またヒューズを併用し、ヒューズを切ったときに無効化スイッチが起動するように構成することもできる。【００８９】
また、金属細線を用いる実施形態において、金属細線の表面に、適宜酸化防止剤を付着させる処理を施してもよい。こうすることにより、金属細線の酸化を抑制し、ＩＤタグの使用可能期間を長期化することができる。また、処理量を調整することで使用可能期間を精度良く制御することも可能となる。酸化防止剤は金属細線の材料によって適宜選択されるが、たとえば銅を用いた場合、ベンゾトリアゾールおよびその誘導体等が好適に用いられる。【００９０】
また、上記各実施形態において、時限スイッチを複数備える構成としてもよい。この時限スイッチは、それぞれ動作時限が異なるようにしてもよく、さらに、起動手段により任意の時限スイッチを起動できる構成とすることもできる。
また、上記各実施形態において、時限スイッチの両端に一対の短絡端子を設けてもよい。前述の図５における「再生端子」は、このような短絡端子の例である。図５の再生端子は短絡端子としての機能も有し、端子間を短絡することにより無効化スイッチの機能を無効にすることもできる。【００９１】
［実施例］
実施例１
ＲＦＩＤ時限無効化スイッチに関する第１の実施例を示す。図１８は、本実施例のＲＦＩＤ時限無効化スイッチ１の構成を示す平面図である。このＲＦＩＤ時限無効化スイッチ１は、基板１０上に、ＲＦＩＤ時限無効化スイッチの両端子となる第１配線１１および第２配線１２、第１配線１１および第２配線１２の間に配置された固体電解質膜１３、および固体電解質膜１３に隣接する形でイオン供給電極１４、が配置された構成からなる。【００９２】
（各部の構成）
以下、ＲＦＩＤ時限無効化スイッチ１を構成する各部について詳細に説明する。【００９３】
ＲＦＩＤ時限無効化スイッチ１の形成される基板１０は、少なくとも表面が絶縁性材料からなる基板とすることが好ましい。例えばプラスチック基板や、シリコン酸化膜基板のような絶縁膜を皮膜したシリコン基板などが好適である。【００９４】
第１配線１１および第２配線１２は、固体電解質膜１３中にイオンとして溶け込みにくい材料、例えば、金、チタン、アルミニウム、タングステンなどの材料で構成されていることが好ましい。第１配線１１および第２配線１２の厚みは、本実施例においては１００ｎｍとしたが、利用可能な膜厚はこれに限定されない。但し、膜厚は配線抵抗の低い、段切れ等のない良好な電極を作製できる膜厚として１０ｎｍ以上の膜厚を確保することが望ましい。【００９５】
第１配線１１および第２配線１２の間隔は、本実施例においては２００ミクロンとしたが、利用可能な間隔はこれに限定されない。但し、コスト面から、フォトリソグラフィー技術を用いて作製可能な間隔として２００ｎｍ以上の間隔が望ましい。【００９６】
固体電解質膜１３を構成する材料としては、少なくとも複数の元素からなる固体電解質が望ましい。あるいは固体電解質膜１３が固体状態のまま、イオン供給電極１４の構成元素がイオンとして溶け込むことができ、溶け込んだ状態で固体電解質として作用する材料であることが望ましい。さらに、固体電解質膜１３の材料中を少なくとも一つの元素がイオンとなって移動でき、その結果として材料の構成元素の組成比を変化できて、且つ組成比の変化に従って材料の導電率が変化する材料を使用できる。例えば、金属イオンの移動を容易に生じる、硫化銅、硫化銀といった銅や銀からなるカルコゲナイド材料やそれらの混合物を用いることができる。【００９７】
固体電解質膜１３の厚みは、本実施例においては４０ｎｍとしたが、利用可能な膜厚はこれに限定されず、導通時と非導通時の抵抗値が設計値を満足するように選ぶことができる。但し、表面酸化などの影響で固体電解質材料が劣化することなく、バルク同様の固体電解質の性質を膜に付与するのに十分な膜厚として２０ｎｍ以上の膜厚であることが望ましい。【００９８】
イオン供給電極１４は、固体電解質膜１３にイオンとして溶け込む材料で構成することが好ましい。イオン供給電極１４の材料としては固体電解質膜１３の構成元素と同じ金属元素からなる金属単体であっても良いし、あるいはその金属元素を含む合金であっても良い。イオン供給電極１４は固体電解質膜１３を構成する材料を構成する金属と同種の金属を供給するものであることが好ましい。固体電解質膜１３が金属カルコゲナイドである場合、この金属カルコゲナイドを構成する金属を供給するものであることが好ましい。具体的には、固体電解質膜１３が硫化銅の場合、イオン供給電極１４は銅を含む金属により構成することが好ましい。固体電解質膜１３が硫化銀の場合、イオン供給電極１４は銀を含む金属により構成することが好ましい。【００９９】
イオン供給電極１４の厚みは、本実施例においては５０ｎｍとしたが、利用可能な膜厚はこれに限定されない。但し、イオンを供給するのに十分な膜厚として２０ｎｍ以上の膜厚であることが望ましい。【０１００】
以上の構成からなる時限無効化スイッチ１は、簡単なリソグラフィ技術により形成可能であり、かつ複雑な回路を必要としないため、ＩＤタグ上で安価に時限無効化スイッチを製造することが可能である。【０１０１】
（動作原理）
図１９は、上述の時限無効化スイッチ１の動作原理を説明する図である。出荷状態の時限無効化スイッチ４と時間経過後のＲＦＩＤ時限無効化スイッチ４’が比較されている。時限無効化スイッチ１の基本動作原理は、固体電解質膜１３である硫化銅中の銅イオンの拡散現象と、銅組成変化に伴った電気抵抗率変化に基づいている。ストイキオメトリックな硫化銅における銅組成は銅：硫黄＝２：１であることが知られているが、通常知られる成膜方法で硫化銅単膜を成膜すると、銅の欠損が多数形成され、銅：硫黄＝２−ｘ：１となる。ここでのｘは例えば０．０２から０．２程度の大きさである。硫化銅はp型の電気伝導を示す半導体であるため、銅の欠損はアクセプタとして働き、電流を運ぶホールを供給する。そのため、硫化銅の電気抵抗率は銅欠損増加とともに減少する。すなわち、成膜直後、硫化銅単膜の電気抵抗は低い。よって、第１配線４１および第２配線４２の間の電気抵抗は低く、出荷状態の時限無効化スイッチ４は低抵抗な導通状態にある。一方、銅欠損を有する硫化銅４３に銅電極４４を接触させると、銅電極４４からイオン化した銅イオン４５が、銅：硫黄＝２：１となるまで硫化銅４３中に拡散していく。これは、硫化銅と銅が接した系が平衡状態に向かっていく化学反応である。硫化銅と銅が接した系の最終的な平衡状態は銅：硫黄＝２：１の硫化銅４３’である。銅の欠損が多数形成された状態から平衡状態に向って、時間経過とともに銅の拡散が進むと、アクセプタとして働く銅欠損が減り、電流を運ぶホールは少なくなるため電気抵抗は高くなる。従って、時間経過後には第１配線４１’および第２配線４２’の間の電気抵抗は高くなり、本発明におけるＲＦＩＤ時限無効化スイッチ４’は高抵抗な非導通状態になる。【０１０２】
以上の動作原理説明から理解されるとおり、本発明における時限無効化スイッチ１において、各電極に適切な電圧を与えることにより、硫化銅膜１３中の銅組成を制御することが可能になる。図２０は、その手法を説明する図面である。使用後、すなわち非導通状態にある時限無効化スイッチ５と電圧を印加してリセットした後のＲＦＩＤ時限無効化スイッチ５’が比較されている。例えば、イオン供給電極５４を接地し、第１配線５１および第２配線５２をある正の同電位に固定すると、銅：硫黄＝２：１の組成比を有する硫化銅膜５３中の銅イオン５５はイオン供給電極５４に向かって拡散し、イオン供給電極５４に戻っていく。リセット動作後の状態では、硫化銅膜５３’中の銅組成が銅：硫黄＝２−ｘ：１に戻っていて、硫化銅膜５３’の電気抵抗は再び低くなる。この現象を用いると、硫化銅膜５３を初期状態（銅組成が銅：硫黄＝２−ｘ：１）に戻せることができ、本発明における時限無効化スイッチ１をリセットして再利用または初期化することができるようになる。【０１０３】
（実験例）
図２１は本実施例に係る時限無効化スイッチ１の動作を示すために、シリコン酸化膜基板２０上に作製したスイッチ構造の模式図である。第１配線群２１および第２配線群２２はチタンからなり、第１配線群２１および第２配線群２２の間隔は０．２ｍｍである。固体電解質膜２３には硫化銅、イオン供給電極２４には銅を用いた。第１配線群２１および第２配線群２２とイオン供給電極２４の距離ｄは０．３ｍｍから６．４ｍｍまで変化させた。【０１０４】
図２２は、イオン供給電極２４が形成されてから、時間経過とともに変化する第１配線群２１および第２配線群２２の間の電気抵抗を示したグラフである。横軸３１は第１配線群２１および第２配線群２２とイオン供給電極２４の距離ｄ、縦軸３２は第１配線群２１および第２配線群２２の間の電気抵抗を示している。図中右側に示す数値は経過時間を示す。たとえば、「８１７ｈ００ｍ」とあるのは、８１７時間０分を意味する。【０１０５】
図２２の結果から、距離ｄのいずれの点においても、第１配線群２１および第２配線群２２の間の電気抵抗が時間とともに増加していることがわかる。また、距離ｄが大きいほど電気抵抗が大きくなるまでに要する時間が増大することがわかる。具体的には、ｄ＝６．４ミリメートルの点において、初期状態では３００オーム程度であった抵抗は、３６０時間経過後に１メガオーム程度まで上昇した。すなわち、初期状態では導通状態であった第１配線群２１および第２配線群２２の間の電気抵抗が３６０時間（＝１５日）経過後に非導通状態に遷移したことになる。即ち一定時間経過後に導通状態から非導通状態に遷移する時限スイッチの動作を示した。【０１０６】
本時限スイッチを用いることにより、下記のようなＩＤタグを構成できる。たとえば、ＩＤタグにおける電源回路の配線中に挿入するように、時限スイッチの第１配線群２１および第２配線群２２を配置すればよい。前述の実施の形態で述べたＩＤタグにおいて、図１に示したＩＤタグの無効化機構１１０、図１０に示したＩＤタグの時限スイッチ１１２に、本実施例の時限スイッチを適用することができる。【０１０７】
本実施例の時限スイッチは、初期状態ではスイッチがオン状態となり配線を導通し当該タグが使用可能となる。一定時間経過すると配線が非導通状態に遷移し、自動的に電源供給が断たれて当該タグを使用不可能、即ち無効化される。また、電源回路の配線間をショートするように第１配線群２１および第２配線群２２を配置した場合は、初期状態では電源がショートして使用できず、一定時間経過後第１配線群２１および第２配線群２２の間が非導通状態に遷移することによってはじめて使用可能になるＩＤタグも構成できる。さらに、このような導通から非導通に遷移する時間は、第１配線群２１および第２配線群２２とイオン供給電極２４の距離ｄを変化することにより制御可能であることは図２２の結果より明らかである。【０１０８】
（オフするまでの時間の制御）
時限無効化スイッチ１は、イオン供給電極１４から第１配線１１および第２配線１２に向かうイオンの拡散により動作する。従って、スイッチがオフするまでの時間は、時限無効化スイッチ１における固体電解質１３中のイオン供給電極１４から第１配線１１および第２配線１２までの領域である、イオン伝導領域の形状により制御可能となる。オフするまでの時間を長くするためには、例えば図２３に示す構成が考えられる。従来の素子サイズを持つ時限無効化スイッチ６におけるイオン伝導領域６６の形状を変更した、２種類の時限無効化スイッチ６’および時限無効化スイッチ６’’が示されている。時限無効化スイッチ６’では、時限無効化スイッチ６におけるイオン伝導領域６６の長さを長くしたイオン伝導領域６６’を配置することにより銅イオンの拡散に時間が掛かるため、第１配線６１’および第２配線６２’の間の固体電解質６７’の銅組成が銅：硫黄＝２：１となるまでの時間を長くできる。一方、時限無効化スイッチ６’’で示されたようにイオン伝導領域６６’’を時限無効化スイッチ６におけるイオン伝導領域６６に比べて幅を狭くする手法も有効である。イオン伝導領域６６’’の幅が狭くなると、時間経過後も第１配線６１’’および第２配線６２’’に到達するイオンの総量がイオン伝導領域６６の広い時限無効化スイッチ６に比べて相対的に減少するため、第１配線６１’’および第２配線６２’’の間の固体電解質６７’’の銅組成が銅：硫黄＝２：１となるまでの時間が長くなるためである。以上の説明の通り、本発明における時限無効化スイッチ１がオフするまで時間の制御は、(i)第１および第２の配線の間の部分から、(ii)イオン供給部に至るまでの領域（イオン伝導領域）の形状により調整することができる。本発明に係るＩＤタグは、このようにオフするまで時間を調整したスイッチを複数備える構成としてもよい。【０１０９】
実施例２
さらに、種々の固体電解質膜の異なる特性を用いると、時限無効化スイッチに付加価値を持たせることができる。【０１１０】
一般的に、物質の拡散現象はある活性化エネルギーを持って起こる。この活性化エネルギーは、どの物質がどの拡散媒体中を拡散するかによって、大幅に変化する。活性化エネルギーをＥａと定義すると、拡散定数Ｄは、
Ｄ＝Ｄ０ｅｘｐ（−Ｅａ／ｋＴ）
で表される。Ｄ０は係数、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度である。この式より明白なのは、拡散現象が温度に対して非常に敏感であることである。本実施例の時限無効化スイッチにおいては、拡散距離Ｌが重要なパラメータとなるが、
Ｌ＝（Ｄｔ）1/2（ｔは拡散させる時間）
であるため、活性化エネルギーＥａと温度Ｔが時限無効化スイッチの動作時間を決定するパラメータであることがわかる。【０１１１】
図２４は、異なる活性化エネルギーＥａ、Ｅａ’（Ｅａ＜Ｅａ’）を持つ２種類の拡散係数Ｄ、Ｄ’の対数（縦軸７２）を温度Ｔ（横軸７１）の逆数の関数として示したグラフ７である。異なる活性化エネルギーＥａ、Ｅａ’（Ｅａ＜Ｅａ’）に起因した異なる傾きを持つ直線７３、７４が引かれている。図において示された点Ｘにおいて、すなわち温度Ｔｘにおいて二つの拡散係数はＤ＝Ｄ’となり一致する。Ｔｘより低温側、すなわちグラフのより右側ではＤのほうが大きく、Ｔｘより高温側、すなわちグラフの寄り左側ではＤ’のほうが大きくなっていることがわかる。これらの原理に基づいて、温度変化に敏感な時限無効化スイッチを形成することが可能となった。【０１１２】
図２５は、異なる活性化エネルギーＥａ、Ｅａ’（Ｅａ＜Ｅａ’）を持つ２種類の固体電解質をイオン伝導領域として有する時限無効化スイッチ８の構成を示す図である。図２５には、基板８０上に、時限無効化スイッチ８の両端子となる第１配線８１および第２配線８２、第１配線８１および第２配線８２それぞれに隣接する形で異なる活性化エネルギーＥａ、Ｅａ’（Ｅａ＜Ｅａ’）を持つ２種類の固体電解質膜８３、８３’、固体電解質膜８３と固体電解質膜８３’を接続する第３配線８８、および固体電解質膜８３、８３’に隣接する形で共用のイオン供給電極８４、が配置された構成からなる、時限無効化スイッチ８が示されている。すなわち、この時限無効化スイッチ８は、
基材上に離間して設けられた第一および第二の固体電解質膜（８３，８３’）と、
第一の固体電解質膜に接して設けられた第一の導体（第１配線８１）と、
第一および第二の固体電解質膜の両方に接して設けられた第二の導体（第３配線８８）と、
第二の固体電解質膜に接して設けられた第三の導体（第２配線８２）と、
第一および第二の固体電解質膜の両方に接して設けられ、第一、第二および第三の導体と離間して設けられた金属イオン供給部（イオン供給電極８４）とを備える。【０１１３】
第一および第二の固体電解質膜（８３，８３’）は、それぞれ異なる材料からなる。第一および第二の導体（第１配線８１、第３配線８８）と、第二および第三の導体（第３配線８８、第２配線８２）とは、それぞれ所定の距離を隔てて設けられている。【０１１４】
時限無効化スイッチ８は、アンテナおよびＩＣチップを含む回路を備えるＩＤタグにおいて、回路中に設けられ、所定の動作時限に到達したとき前記回路を遮断する時限スイッチとして用いられる。上記第一および第三の導体（第１配線８１および第２配線８２）が、それぞれ上記回路に接続される。【０１１５】
時限無効化スイッチ１の形成される基板８０は、少なくとも表面が絶縁材料からなる基板が好ましく、例えばプラスチック基板やシリコン酸化膜基板などが好適である。第１配線８１、第２配線８２および第３配線８８には例えば、金、チタン、アルミニウム、タングステンなどの材料で、固体電解質膜８３、８３’中にイオンとして溶け込みにくい材料が好ましい。第１配線８１、第２配線８２および第３配線８８の厚みは、例えば１０ｎｍ以上あればよい。第１配線８１と第３配線８８の間隔および第２配線８２および第３配線８８の間隔は、例えば２００ｎｍ以上でよい。固体電解質膜８３、８３’には例えば、硫化銅、硫化銀といった銅や銀からなるカルコゲナイド材料が好適である。固体電解質膜８３、８３’の厚みは、例えば２０ｎｍ以上が好ましい。一方で、イオン供給電極８４には固体電解質膜８３、８３’にイオンとして溶け込む材料が好ましい。【０１１６】
イオン供給電極１４は固体電解質膜１３を構成する材料を構成する金属と同種の金属を供給するものであることが好ましい。固体電解質膜１３が金属カルコゲナイドである場合、この金属カルコゲナイドを構成する金属を供給するものであることが好ましい。具体的には、固体電解質膜１３が硫化銅の場合、イオン供給電極１４は銅を含む金属により構成することが好ましく、固体電解質膜１３が硫化銀の場合、イオン供給電極１４は銀を含む金属により構成することが好ましい。【０１１７】
イオン供給電極８４の厚みは、例えば２０ｎｍ以上あればよい。以上の構成からなる時限無効化スイッチ１は、簡単なリソグラフィ技術により形成可能であり、かつ複雑な回路を必要としないため、ＲＦＩＤ上で安価に時限無効化スイッチを製造することが可能となった。【０１１８】
図２５に示された時限無効化スイッチ８は、通常の使用温度においては、図１８に示された時限無効化スイッチ１と同様の動作が得られた。すなわち、イオン供給電極８４より発生したイオンがイオン伝導領域８６を拡散していった結果、第１配線８１と第３配線８８の間の電気抵抗が高くなり、時限無効化スイッチ８の両端子となる第１配線８１および第２配線８２間がオフ状態になった。一方、通常の使用温度を上回る温度環境を経た本実施例の時限無効化スイッチ８では、イオン供給電極８４より発生したイオンがイオン伝導領域８６’を、通常のイオン伝導領域８６を拡散するより速い速度で拡散した。その結果、第２配線８２と第３配線８８の間の電気抵抗が高くなり、時限無効化スイッチ８の両端子となる第１配線８１および第２配線８２間が通常よりも短い時間でオフ状態になった。【０１１９】
この時限無効化スイッチ８を用いることにより、ＩＤタグの温度履歴として、通常使用温度より高温の状態がある時間以上経た場合、通常温度状態でオフするより短い時間でオフすることになる。また、逆に使用することにより、通常より低温の状態がある時間以上経た場合に、通常温度状態でオフするより短い時間でオフするように構成することもできる。さらに本実施例では二つの固体電解質膜を一つの基板上に集積化したが、当然、別々の基板上に作製することもできる。集積化した場合はサイズを小さくできるメリットが有り、別々の基板に作製する場合には歩留まりを上げられると言うメリットがある。また、その接続方法も直列だけで無く、並列にすることもできるし、各々個別に使用することもできる。並列に使用すれば、スイッチ全体がオフする時間は遅い速度で拡散する電解質膜で決定される。【０１２０】
また個別に時限スイッチを使用すれば、例えば各々の抵抗値の増加を計測することにより、温度履歴の平均温度と平均経過時間を個別に求めることができる。【０１２１】
このように、異なる活性化エネルギーを有する電解質膜を複数用いて時限スイッチを構成することにより、ＩＤタグが経てきた温度履歴に異常がなかったかを検知することもできるようになり、食品などの管理温度履歴を知ることが可能となった。【０１２２】
以上、本発明に係るＩＤタグに用いられる時限無効化スイッチの例について説明した。本発明で明らかにされた時限無効化スイッチの適用箇所はＩＤタグのみに限らず、その他考えうる領域で時限無効化スイッチとして用いることも可能である。動作原理よりスイッチは確実にオフし、複雑な回路も要しない。オフする時間の制御もイオン伝導領域の形状により容易に行える。また、本発明における時限無効化スイッチは再利用も可能である。よって、本発明における時限無効化スイッチの製造にかかるコストは再利用により非常に小さくなり、需要の大幅な増加が見込まれるＩＤタグ市場において、有用な素子となる。また、イオン伝導特性の異なる固体電解質を２種類もしくは複数用いることにより、高温履歴モニタリングなど付加価値を持った時限無効化スイッチも形成可能である。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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