DE112016001701T5

DE112016001701T5 - Decoder, Empfänger und elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE112016001701T5
Application number: DE112016001701.4T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Kurokawa
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2018-01-04
Also published as: JP6700921B2; TW201709734A; KR20170136546A; US20190230373A1; WO2016166631A1; CN107431839B; TWI688265B; JP2016201791A; CN107431839A; US20160301932A1; US10609404B2

Abstract

Der Stromverbrauch eines Decoders wird verringert. Der Decoder beinhaltet ein FPGA. Das FPGA führt mindestens eine Verarbeitung zum Decodieren der Daten durch. In dem Fall, in dem die Daten eine erste Auflösung aufweisen, ist ein Eingabedatensignal des FPGA ein Binärsignal, und eine Taktfrequenz des FPGA ist eine erste Frequenz. In dem Fall, in dem die Auflösung der Daten niedriger ist als die erste Auflösung, ist das Eingabedatensignal des FPGA ein Impulssignal, und das FPGA arbeitet bei einer zweiten Frequenz, die niedriger ist als die erste Frequenz. Das FPGA arbeitet im Falle der Decodierung von 8K-Daten bei der ersten Taktfrequenz, und das FPGA arbeitet im Falle der Decodierung von 4K- oder 2K-Daten bei der zweiten Taktfrequenz.

Description

Technisches Gebiet
Die Beschreibung, die Zeichnungen und die Patentansprüche dieser Anmeldung (nachstehend als „diese Beschreibung und dergleichen” bezeichnet) betreffen eine Halbleitervorrichtung, einen elektronischen Bestandteil, ein elektronisches Gerät, Betriebsverfahren dafür und Herstellungsverfahren dafür. Beispiele für ein technisches Gebiet einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen eine Halbleitervorrichtung, eine Speichervorrichtung, einen Prozessor, eine Umschaltschaltung (z. B. einen Stromschalter und einen Leitungsschalter), eine Anzeigevorrichtung, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung, eine Energiespeichervorrichtung, eine Eingabevorrichtung, eine Abbildungsvorrichtung, ein Betriebsverfahren dafür und ein Herstellungsverfahren dafür.
Stand der Technik
Mit der Vergrößerung eines Bildschirms eines Fernsehers (TV) wird verlangt, dass man ein hochauflösendes Bild schauen kann. Aus diesem Grund ist die Ultra-High-Definition-TV-(UHDTV-)Übertragung immer mehr in praktische Anwendung umgesetzt worden. 2015 hat Japan 4K-Broadcast-Dienste begonnen, bei denen ein Kommunikationssatellit (communication satellite, CS) und ein Glasfasernetz genutzt werden. In Zukunft beginnt eine UHDTV-(4K- und 8K-)Testübertragung durch einen Rundfunksatellit (broadcast satellite, BS). Deshalb sind verschiedene elektronische Geräte entwickelt worden, die mit der 8K-Übertragung kompatibel sind (z. B. Nicht-Patentdokument 1). Bei praktischen 8K-Übertragungen kommen auch 4K-Übertragungen und 2K-Übertragungen (Full-HD-Übertragung) zum Einsatz.
[Referenz]
[Nicht-Patentdokument]

[Nicht-Patentdokument] S. Kawashima et al., „13.3-In. 8K × 4K 664-ppi OLED Display Using CAAC-OS FETs (13,3 Zoll-8K × 4K-664 ppi-OLED-Bildschirm unter Verwendung von CAAC-OS-FETs)”, SID 2014 DIGEST, SS. 627–630

Offenbarung der Erfindung
Als Video-Codierungsverfahren bei der 8K-Übertragung wird ein neuer Standard, H.265 | MPEG-H High Efficiency Video Coding (nachstehend als HEVC bezeichnet), verwendet. Die Auflösung (die Anzahl von Pixeln in horizontaler und senkrechter Richtung) eines Bildes bei der 8K-Übertragung ist 7680 × 4320, was 4-mal und 16-mal so groß ist wie diejenigen bei der 4K-(3840 × 2160)Übertragung bzw. bei der 2K-(1920 × 1080)Übertragung. Deshalb muss ein Decoder (Datenerweiterungsgerät) eines Fernsehgeräts zum Empfangen der 8K-Übertragung hochleistungsfähig sein; daher werden die Schaltungsgröße und die Arbeitsfrequenz des Decoders derart bestimmt, dass eine Leistungsfähigkeit erzielt wird, die zur 8K-Übertragung geeignet ist. Andererseits ist die Arbeitsfrequenz des Decoders niedriger, wenn die 4K-Übertragung oder die 2K-Übertragung empfangen wird, da der Decoder die Spezifikationsgrenze überschreitet.
Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, den Stromverbrauch zu verringern oder eine neuartige Halbleitervorrichtung oder ein Verfahren zum Betreiben der neuartigen Halbleitervorrichtung bereitzustellen.
Es sei angemerkt, dass sich Aufgaben nicht ausschließen und einige Aufgaben koexistieren können. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung muss nicht unbedingt alle Aufgaben erfüllen. Andere Aufgaben als die vorstehend beschriebenen sind aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen und der Patentansprüche ersichtlich, und derartige Aufgaben können jeweils ebenfalls eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sein.
Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein FPGA in einem Decoder enthalten, der eine Funktion zum Decodieren von codierten Daten aufweist. Das FPGA führt mindestens eine Verarbeitung zum Decodieren der Daten durch. In dem Fall, in dem die Daten eine erste Auflösung aufweisen, ist ein Eingabedatensignal des FPGA ein Binärsignal, und eine Taktfrequenz des FPGA ist eine erste Frequenz. In dem Fall, in dem die Auflösung der Daten niedriger ist als die erste Auflösung, ist das Eingabedatensignal des FPGA ein Impulssignal, und die Taktfrequenz des FPGA ist eine zweite Frequenz, die niedriger ist als die erste Frequenz.
Bei der vorstehenden Ausführungsform kann das FPGA ein Logikelement beinhalten. Das Logikelement kann einen Dateneingabeabschnitt, in den das Eingabedatensignal eingegeben wird, eine arithmetische Schaltung, die eine arithmetische Verarbeitung des Eingabedatensignals durchführt, und einen Datenausgabeabschnitt beinhalten, der ein Datensignal verarbeitet, das als Ergebnis einer arithmetischen Verarbeitung in der arithmetischen Schaltung erhalten wird, und ein Ausgabedatensignal erzeugt. In dem Fall, in dem die Auflösung der Daten niedriger ist als die erste Auflösung, kann der Dateneingabeabschnitt derart konfiguriert werden, dass das Eingabedatensignal in ein Binärsignal umgewandelt werden kann, der Datenausgabeabschnitt kann derart konfiguriert werden, dass das Ausgabedatensignal in ein Impulssignal umgewandelt werden kann, und ein Power-Gating der arithmetischen Schaltung kann durchgeführt werden.
Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Decoder, der eine Funktion zum Decodieren von codierten Daten aufweist, eine Schaltung, die eine erste Verarbeitung zum Decodieren der Daten durchführt. In dem Fall, in dem die Daten eine erste Auflösung aufweisen, ist ein Eingabedatensignal der Schaltung ein Binärsignal, und eine Taktfrequenz der Schaltung ist eine erste Frequenz. In dem Fall, in dem die Auflösung der Daten niedriger ist als die erste Auflösung, ist das Eingabedatensignal der Schaltung ein Impulssignal, und die Taktfrequenz der Schaltung ist eine zweite Frequenz, die niedriger ist als die erste Frequenz.
Bei der vorstehenden Ausführungsform kann die Schaltung einen Dateneingabeabschnitt, in den das Eingabedatensignal eingegeben wird, eine dedizierte Schaltung, die die erste Verarbeitung durchführt, und einen Datenausgabeabschnitt beinhalten, der ein Ausgabedatensignal aus einem Signal erzeugt, das in der dedizierten Schaltung verarbeitet wird. In dem Fall, in dem die Auflösung der Daten niedriger ist als die erste Auflösung, kann der Dateneingabeabschnitt derart konfiguriert werden, dass das Eingabedatensignal in ein Binärsignal umgewandelt werden kann, der Datenausgabeabschnitt kann derart konfiguriert werden, dass das Ausgabedatensignal in ein Impulssignal umgewandelt werden kann, und ein Power-Gating der dedizierten Schaltung kann durchgeführt werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen ist mit einer Halbleitervorrichtung eine Vorrichtung gemeint, bei der Halbleitereigenschaften genutzt werden, und sie bezeichnet eine Schaltung, die ein Halbleiterelement (z. B. einen Transistor, eine Diode oder eine Photodiode) beinhaltet, eine Vorrichtung, die die Schaltung beinhaltet, und dergleichen. Die Halbleitervorrichtung bedeutet auch jede Vorrichtung, die unter Benutzung von Halbleitereigenschaften arbeiten kann. Beispielsweise sind ein integrierter Schaltkreis, ein Chip, der einen integrierten Schaltkreis beinhaltet, und ein elektronischer Bestandteil, der einen Chip im Gehäuse beinhaltet, Beispiele für Halbleitervorrichtungen. Des Weiteren könnten eine Speichervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung, ein elektronisches Gerät und dergleichen Halbleitervorrichtungen sein oder könnten jeweils eine Halbleitervorrichtung beinhalten.
In dieser Beschreibung und dergleichen bedeutet ein Ausdruck „X und Y sind verbunden”, dass X und Y elektrisch verbunden sind, dass X und Y funktionell verbunden sind und dass X und Y direkt verbunden sind. Dementsprechend ist ohne Beschränkung auf eine vorbestimmte Verbindungsbeziehung, beispielsweise auf eine in den Zeichnungen oder den Texten dargestellte Verbindungsbeziehung, eine weitere Verbindungsbeziehung in den Zeichnungen oder den Texten enthalten. X und Y stellen jeweils einen Gegenstand (z. B. eine Vorrichtung, ein Element, eine Schaltung, eine Leitung, eine Elektrode, einen Anschluss, einen leitenden Film oder eine Schicht) dar.
Ein Transistor ist ein Element mit drei Anschlüssen: einem Gate, einer Source und einem Drain. Das Gate dient als Steueranschluss zum Steuern des Leitungszustandes des Transistors. In Abhängigkeit von dem Typ des Transistors oder den Pegeln der Potentiale, die an die Anschlüsse angelegt werden, dient einer von zwei Eingangs-/Ausgangsanschlüssen als Source, und der andere dient als Drain. Deshalb können die Begriffe „Source” und „Drain” in dieser Beschreibung und dergleichen gegeneinander ausgetauscht werden. In dieser Beschreibung und dergleichen werden in einigen Fällen zwei Anschlüsse, mit Ausnahme eines Gates, als erster Anschluss und zweiter Anschluss oder als dritter Anschluss und vierter Anschluss bezeichnet.
Ein Knoten kann in Abhängigkeit von einer Schaltungsstruktur, einer Bauteilstruktur und dergleichen als Anschluss, Leitung, Elektrode, leitende Schicht, Leiter, Verunreinigungsbereich oder dergleichen bezeichnet werden. Außerdem kann ein Anschluss, eine Leitung oder dergleichen als Knoten bezeichnet werden.
Es sei angemerkt, dass in vielen Fällen eine Spannung einen Potentialunterschied zwischen einem bestimmten Potential und einem Bezugspotential (z. B. einem Erdpotential (GND) oder einem Source-Potential) bezeichnet. Eine Spannung kann auch Potential genannt werden. Es sei angemerkt, dass ein Potential einen relativen Wert aufweist. Deshalb bedeutet GND nicht notwendigerweise 0 V.
In dieser Beschreibung und dergleichen werden in einigen Fällen die Ordnungszahlen, wie z. B. „erstes”, „zweites” und „drittes”, verwendet, um die Reihenfolge zu zeigen. Alternativ werden in einigen Fällen die Ordnungszahlen, wie z. B. „erstes”, „zweites” und „drittes”, verwendet, um eine Verwechslung zwischen Bestandteilen zu vermeiden, und sie schränken die Anzahl der Bestandteile oder die Reihenfolge nicht ein. Beispielsweise kann man den Ausdruck „erstes” durch den Ausdruck „zweites” oder „drittes” in der Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung ersetzen.
Weitere Aspekte, die die Erläuterung dieser Beschreibung und dergleichen betreffen, werden bei der Ausführungsform 5 beschrieben.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann den Stromverbrauch verringern oder eine neuartige Halbleitervorrichtung oder ein Verfahren zum Betreiben der neuartigen Halbleitervorrichtung bereitstellen. Die Beschreibung einer Vielzahl von Wirkungen steht dem Vorhandensein weiterer Wirkungen nicht im Wege. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung muss man nicht notwendigerweise alle vorstehend beschriebene Wirkungen erzielen. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind eine andere Aufgabe als die vorstehenden Aufgaben, eine andere Wirkung als die vorstehenden Wirkungen und ein neuartiges Merkmal aus der Erläuterung der Beschreibung und der Zeichnungen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschema, das ein Strukturbeispiel eines Rundfunksystems darstellt.
2 ist eine schematische Ansicht, die die Datenübertragung in einem Rundfunksystem darstellt.
3A bis 3D stellen Strukturbeispiele eines Empfängers dar.
4 ist ein Blockschema, das ein Konfigurationsbeispiel eines Decoders darstellt.
5 ist ein Blockschema, das ein Konfigurationsbeispiel eines FPGA darstellt.
6A bis 6D sind Schaltpläne, die Konfigurationsbeispiele eines Routing-Schalters darstellen.
7 ist ein Schaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel eines Konfigurationsspeichers darstellt.
8 ist ein Blockschema, das ein Konfigurationsbeispiel eines Logikelements darstellt.
9A stellt ein Binärsignal dar, und 9B und 9C stellen jeweils ein Impulssignal dar.
10 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel eines Logikelements darstellt.
11A ist ein Schaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel einer Latch-Schaltung darstellt, und 11B ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der Latch-Schaltung darstellt.
12A und 12B sind Schaltpläne, die ein Konfigurationsbeispiel einer arithmetischen Schaltung darstellen, und 12C ist ein Schaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel einer Replikatschaltung darstellt.
13A ist ein Schaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel einer Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung darstellt, 13B ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung darstellt, und 13C ist ein Schaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel einer Ausgabesignal-Erzeugungsschaltung darstellt.
14 ist ein Blockschema, das ein Konfigurationsbeispiel eines Logikelements darstellt.
15 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des Logikelements darstellt.
16 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des Logikelements darstellt.
17A bis 17C stellen ein Konfigurationsbeispiel eines Bildsensors dar.
18A bis 18D stellen Konfigurationsbeispiele eines Bildsensors dar.
19A und 19B stellen Strukturbeispiele eines Bildsensors dar.
20A bis 20C sind Schaltpläne, die Konfigurationsbeispiele eines Bildsensors darstellen.
21 ist eine auseinandergezogene Darstellung, die ein Strukturbeispiel eines Anzeigemoduls darstellt.
22A ist ein Blockschema, das ein Konfigurationsbeispiel eines Anzeigeabschnitts darstellt, und 22B und 22C sind Schaltpläne, die Konfigurationsbeispiele eines Pixels darstellen.
23A bis 23C stellen Strukturbeispiele eines Anzeigefeldes dar.
24A und 24B sind Querschnittsansichten, die Strukturbeispiele eines Anzeigefeldes darstellen.
25A und 25B sind Querschnittsansichten, die Strukturbeispiele eines Anzeigefeldes darstellen.
26A bis 26F sind schematische Ansichten, die jeweils ein Strukturbeispiel eines elektronischen Geräts darstellen.
27A sowie 27B und 27C sind eine Draufsicht bzw. Querschnittsansichten, die jeweils ein Strukturbeispiel eines Transistors darstellen.
28A ist eine vergrößerte Teilansicht des Transistors, und 28B ist ein Energiebandschema des Transistors.
29A sowie 29B und 29C sind eine Draufsicht bzw. Querschnittsansichten, die jeweils ein Strukturbeispiel eines Transistors darstellen.
30A sowie 30B und 30C sind eine Draufsicht bzw. Querschnittsansichten, die jeweils ein Strukturbeispiel eines Transistors darstellen.
31A sowie 31B bis 31D sind eine Draufsicht bzw. Querschnittsansichten, die jeweils ein Strukturbeispiel eines Transistors darstellen.
32A sowie 32B bis 32D sind eine Draufsicht bzw. Querschnittsansichten, die jeweils ein Strukturbeispiel eines Transistors darstellen.
33A und 33B sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht, die jeweils ein Strukturbeispiel eines Transistors darstellen.
34A und 34B sind Querschnittsansichten, die ein Strukturbeispiel einer Halbleitervorrichtung darstellen.
35 ist eine Querschnittsansicht, die ein Strukturbeispiel einer Halbleitervorrichtung darstellt.
36 stellt ein Strukturbeispiel eines Bildverteilungssystems auf dem medizinischen Gebiet dar.
Beste Methode zum Durchführen der Erfindung
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt ist. Es wird leicht von einem Fachmann verstanden werden, dass Modi und Details der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Weise verändert werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Deshalb sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden.
Beliebige der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen können je nach Bedarf kombiniert werden. Wenn mehrere Strukturbeispiele (darunter auch Beispiele für ein Herstellungsverfahren, ein Betriebsverfahren und dergleichen) bei einer Ausführungsform gezeigt werden, können beliebige der Strukturbeispiele je nach Bedarf miteinander oder mit mindestens einem Strukturbeispiel, das bei einer anderen Ausführungsform beschrieben wird, kombiniert werden.
In den Zeichnungen werden die gleichen Bestandteile, Bestandteile mit ähnlichen Funktionen, Bestandteile, die aus dem gleichen Material ausgebildet werden, oder Bestandteile, die gleichzeitig ausgebildet werden, mitunter durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, und ihre Beschreibung wird in einigen Fällen nicht wiederholt. Wenn eine Vielzahl von Elementen, die durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden, voneinander zu unterscheiden sind, wird in einigen Fällen „_1”, „_2”, „[i, j]” oder dergleichen den Bezugszeichen hinzugefügt. Beispielsweise werden in dem Fall, in dem drei Leitungen WL voneinander zu unterscheiden sind, diese mitunter als Leitungen WL[0], WL[1] und WL[2] bezeichnet.
In dieser Beschreibung kann ein hohes Stromversorgungspotential VDD beispielsweise einfach als Potential VDD oder VDD bezeichnet werden. Das Gleiche gilt auch für weitere Komponenten (z. B. ein Signal, eine Spannung, eine Schaltung, ein Element, eine Elektrode und eine Leitung).
(Ausführungsform 1)
<<Rundfunksystem>>
1 ist ein Blockschema, das ein Konfigurationsbeispiel eines Rundfunksystems schematisch darstellt. Ein Rundfunksystem 100 beinhaltet eine Kamera 110, einen Sender 111, einen Empfänger 112 und eine Anzeigevorrichtung 113. Die Kamera 110 beinhaltet einen Bildsensor 120 und einen Bildprozessor 121. Der Sender 111 beinhaltet einen Encoder 122 und einen Modulator 123. Der Empfänger 112 beinhaltet einen Demodulator 125 und einen Decoder 126. Die Anzeigevorrichtung 113 beinhaltet einen Bildprozessor 127 und einen Anzeigeabschnitt 128.
Wenn die Kamera 110 ein 8K-Bild aufnehmen kann, entspricht die Anzahl von Pixeln in dem Bildsensor 120 der Anzahl von Pixeln, mit der ein 8K-Farbbild aufgenommen werden kann. Wenn beispielsweise ein rotes(R-)Subpixel, zwei grüne(G-)Subpixel und ein blaues(B-)Subpixel in einem einzelnen Pixel enthalten sind, benötigt der Bildsensor 120 mindestens 7680 × 4320 × 4[R, G + G und B] Pixel, der Bildsensor 120 mit einer 4K-Kamera benötigt mindestens 3840 × 2160 × 4 Pixel, und der Bildsensor 120 mit einer 2K-Kamera benötigt mindestens 1920 × 1080 × 4 Pixel.
Der Bildsensor 120 erzeugt Rohdaten 140, die noch nicht verarbeitet worden sind. Der Bildprozessor 121 führt eine Bildverarbeitung (wie z. B. eine Rauschunterdrückung oder Interpolationsverarbeitung) an den Rohdaten 140 durch und erzeugt Bilddaten 141. Die Bilddaten 141 werden an den Sender 111 ausgegeben.
Der Sender 111 verarbeitet die Bilddaten 141 und erzeugt ein Rundfunksignal (eine Trägerwelle) 143, das mit einem Rundfunkband übereinstimmt. Der Encoder 122 verarbeitet die Bilddaten 141 und erzeugt codierte Daten 142. Der Encoder 122 führt eine Verarbeitung zum Codieren der Bilddaten 141, eine Verarbeitung zum Hinzufügen von Rundfunksteuerdaten (z. B. Erkennungsdaten) zu den Bilddaten 141, eine Verschlüsselungsverarbeitung, eine Scrambling-Verarbeitung (eine Verarbeitung zum Neuordnen der Daten für Spread-Spectrum) oder dergleichen durch.
Der Modulator 123 führt eine IQ-Modulation (Quadratur-Amplitudenmodulation) an den codierten Daten 142 durch, um das Rundfunksignal 143 zu erzeugen und auszugeben. Es handelt sich bei dem Rundfunksignal 143 um ein zusammengesetztes Signal, das Daten über eine I-(identische Phasen-)Komponente und eine Q-(Quadraturphasen-)Komponente umfasst. Ein Fernsehsender spielt bei der Erfassung der Bilddaten 141 und bei der Zuführung des Rundfunksignals 143 eine Rolle.
Der Empfänger 112 empfängt das Rundfunksignal 143. Der Empfänger 112 weist eine Funktion zum Umwandeln des Rundfunksignals 143 in Bilddaten 144 auf, die auf der Anzeigevorrichtung 113 angezeigt werden können. Der Demodulator 125 demoduliert das Rundfunksignal 143 und löst es in zwei analoge Signale auf: ein I-Signal und ein Q-Signal.
Der Decoder 126 führt die Verarbeitung zum Umwandeln des I-Signals und des Q-Signals in ein Digitalsignal durch. Der Decoder 126 führt außerdem verschiedene Verarbeitungen an dem Digitalsignal durch und erzeugt einen Datenstrom. Diese Verarbeitung umfasst eine Bildblocktrennung, eine Entschlüsselung eines Low-Density-Parity-Check-(LDPC-)Codes bzw. eines Codes mit geringer Dichte und Paritätsprüfung, eine Trennung von Rundfunksteuerdaten, eine Descrambling-Verarbeitung und dergleichen. Der Decoder 126 decodiert den Datenstrom und erzeugt die Bilddaten 144. Die Verarbeitung zur Entschlüsselung umfasst orthogonale Transformationen, wie z. B. eine diskrete Kosinustransformation (discrete cosine transform, DCT) und eine diskrete Sinustransformation (discrete sine transform, DST), eine Zwischenbild-Prognoseverarbeitung und eine Bewegungskompensation-Prognoseverarbeitung.
Die Bilddaten 144 werden in den Bildprozessor 127 der Anzeigevorrichtung 113 eingegeben. Der Bildprozessor 127 verarbeitet die Bilddaten 144 und erzeugt ein Datensignal 145, das in den Anzeigeabschnitt 128 eingegeben werden kann. Die Verarbeitung durch den Bildprozessor 127 umfasst eine Bildverarbeitung (Gammaverarbeitung), eine Digital-Analog-Umwandlungsverarbeitung und dergleichen. Das Datensignal 145 wird eingegeben, wodurch der Anzeigeabschnitt 128 ein Bild anzeigt.
2 stellt die Datenübertragung in dem Rundfunksystem schematisch dar. 2 stellt einen Weg dar, über den eine Funkwelle (ein Rundfunksignal) von einer Rundfunkstation 161 auf einen Fernsehempfänger 160, (einen TV 160) in jedem Haushalt übertragen wird. Der TV 160 ist mit dem Empfänger 112 und der Anzeigevorrichtung 113 versehen. Als Beispiele für einen künstlichen Satellit 162 können ein Kommunikationssatellit (CS) und ein Rundfunksatellit (BS) angegeben werden. Als Beispiele für eine Antenne 164 können eine BS/110°CS-Antenne und eine CS-Antenne angegeben werden. Als Beispiele für eine Antenne 165 kann eine Ultra-High-Frequency-(UHF-)Antenne angegeben werden.
Es handelt sich bei Funkwellen 166A und 166B um Rundfunksignale für einen Satellitenrundfunk. Wenn der künstliche Satellit 162 die Funkwelle 166A empfängt, überträgt der künstliche Satellit 162 die Funkwelle 166B auf die Erde. Die Antenne 164 in jedem Haushalt empfängt die Funkwelle 166B, und man kann eine Satelliten-TV-Übertragung auf dem TV 160 sehen. Alternativ wird die Funkwelle 166B von einer Antenne einer weiteren Rundfunkstation empfangen, und ein Empfänger bei der Rundfunkstation verarbeitet die Funkwelle 166B zu einem Signal, das über ein Glasfaserkabel übertragen werden kann. Die Rundfunkstation sendet dann das Rundfunksignal mittels eines Glasfasernetzwerks an den TV 160 in jedem Haushalt. Es handelt sich bei Funkwellen 167A und 167B um Rundfunksignale für die terrestrische Übertragung. Ein Funkturm 163 verstärkt die empfangene Funkwelle 167A und überträgt sie als die Funkwelle 167B. In jedem Haushalt kann man die terrestrische TV-Übertragung auf dem TV 160 sehen, indem die Antenne 165 die Funkwelle 167B empfängt.
Ein Bildverteilungssystem dieser Ausführungsform ist nicht auf ein System für die TV-Übertragung beschränkt. Es kann sich bei den zu verteilenden Bilddaten entweder um Bewegtbilddaten oder um Standbilddaten handeln.
Beispielsweise können die Bilddaten 141 der Kamera 110 über ein Hochgeschwindigkeits-IP-Netzwerk verteilt werden. Das Verteilungssystem der Bilddaten 141 kann beispielsweise auf dem medizinischen Gebiet für medizinische Ferndiagnosen und Fernversorgung verwendet werden. Für genaue medizinische Diagnosen und medizinische Behandlungen muss ein Bild für eine medizinische Behandlung eine hohe Auflösung aufweisen, und das Verteilungssystem für die Bilddaten, die auf einer Anzeigevorrichtung mit hoher Auflösung (8K, 4K oder 2K) angezeigt werden können, wird benötigt. 36 stellt ein medizinisches Notfallsystem schematisch dar, bei dem das Bilddatenverteilungssystem genutzt wird.
Ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk 305 führt eine Kommunikation zwischen einem Notfall-Transportfahrzeug (einem Rettungswagen) 300 und einer medizinischen Einrichtung 301 sowie zwischen der medizinischen Einrichtung 301 und einer medizinischen Einrichtung 302 durch. Der Rettungswagen 300 ist mit einer Kamera 310, einem Encoder 311 und einem Kommunikationsgerät 312 ausgestattet.
Ein Photo eines Patienten, der zu der medizinischen Einrichtung 301 transportiert wird, wird mit der Kamera 310 aufgenommen. Bilddaten 315, die mittels der Kamera 310 erhalten werden, können durch das Kommunikationsgerät 312 in einem unkomprimierten Zustand übertragen werden, so dass die hochauflösenden Bilddaten 315 mit kurzer Verzögerung zu der medizinische Einrichtung 301 gesendet werden, da keine Zeit benötigt wird, um die Bilddaten 315 zu komprimieren. In dem Fall, in dem das Hochgeschwindigkeitsnetzwerk 305 für die Kommunikation zwischen dem Rettungswagen 300 und der medizinischen Einrichtung 301 nicht verwendet werden kann, können die Bilddaten mit dem Encoder 311 codiert werden, und die codierten Bilddaten 316 können übertragen werden.
Bei der medizinischen Einrichtung 301 empfängt ein Kommunikationsgerät 320 die Bilddaten, die von dem Rettungswagen 300 übertragen werden. Wenn es sich bei den empfangenen Bilddaten um unkomprimierte Daten handelt, werden die Daten über das Kommunikationsgerät 320 auf eine Anzeigevorrichtung 323 übertragen und darauf angezeigt. Wenn es sich bei den Bilddaten um komprimierte Daten handelt, werden die Daten bei einem Decoder 321 dekomprimiert, und dann werden sie auf die Anzeigevorrichtung 323 übertragen und darauf angezeigt. Ärzte erteilen Sanitätern des Rettungswagens 300 oder den Mitarbeitern der medizinischen Einrichtung 301, die den Patienten versorgen, Anweisungen basierend auf dem Bild auf der Anzeigevorrichtung 323. Die Ärzte können in der medizinischen Einrichtung 301 den Zustand des Patienten ausführlich untersuchen, während der Patient von dem Rettungswagen transportiert wird, da das Verteilungssystem in 36 ein hochauflösendes Bild übertragen kann. Daher können die Ärzte den Sanitätern des Rettungswagens oder den Mitarbeitern geeignete Anweisungen in kurzer Zeit erteilen, was zur Erhöhung der Überlebensrate der Patienten führt.
Die Kommunikation von Bilddaten zwischen der medizinischen Einrichtung 301 und der medizinischen Einrichtung 302 kann auf die gleiche Weise durchgeführt werden. Ein medizinisches Bild, das mit einem Mittel zur Bilddiagnose (wie z. B. CT oder MRI) in der medizinischen Einrichtung 301 erhalten wird, kann auf die medizinische Einrichtung 302 übertragen werden. Hier ist der Rettungswagen 300 beispielhaft als Mittel zum Transportieren der Patienten angeführt worden. Jedoch kann auch ein Luftfahrzeug, wie z. B. ein Hubschrauber, oder ein Wasserfahrzeug verwendet werden.
2 stellt ein Beispiel dar, in dem ein Empfänger in dem TV 160 enthalten ist. Es ist auch möglich, dass die Funkwellen von einem Empfänger, der unabhängig von dem TV 160 bereitgestellt ist, empfangen werden, um auf dem TV 160 angezeigt zu werden. Derartige Beispiele werden in 3A bis 3D dargestellt. Ein Empfänger 171 kann außerhalb des TV 160 bereitgestellt sein (3A). Daten können zwischen den Antennen 164 und 165 und dem TV 160 über drahtlose Geräte 172 und 173 übertragen und empfangen werden (3B). In diesem Fall dienen die drahtlosen Geräte 172 und 173 auch als Empfänger. Das drahtlose Gerät 173 kann auch in dem TV 160 eingebaut sein (3C).
Die Größe eines Empfängers kann derart verringert werden, dass er tragbar sein kann. Ein Empfänger 174, der in 3D dargestellt ist, beinhaltet einen Verbindungsabschnitt 175. Wenn eine Anzeigevorrichtung und ein elektronisches Gerät, wie z. B. ein Informationsendgerät (z. B. ein Personal Computer, ein Smartphone, ein Mobiltelefon oder ein Tablet-Computer), einen Anschluss beinhalten, der mit dem Verbindungsabschnitt 175 verbunden werden kann, kann man sie verwenden, um eine Satellitenübertragung bzw. eine terrestrische Übertragung zu schauen.
Bei dem Rundfunksystem 100 in 1 kann der Decoder 126 beispielsweise mit einem dedizierten IC oder Prozessor (z. B. GPU oder CPU) kombiniert werden. Der Decoder 126 kann in einen einzelnen dedizierten IC-Chip integriert werden. Alternativ können einige oder alle dedizierten ICs mit einer programmierbaren logischen Vorrichtung (z. B. einem FPGA) konfiguriert werden. Das Gleiche gilt auch für den Encoder 122.
<Decoder>
4 ist ein Blockschema, das ein Konfigurationsbeispiel des Decoders 126 darstellt. Der Decoder 126 beinhaltet Schaltungen 180 bis 183. Bei der Schaltung 180 handelt es sich um einen Analog-Digital-Wandler-(analog-to-digital converter, ADC-)Abschnitt. Bei der Schaltung 181 handelt es sich um einen Abschnitt zur Erzeugung eines Datenstroms. Bei der Schaltung 182 handelt es sich um einen Abschnitt zur Parallelisierung von Daten. Bei der Schaltung 183 handelt es sich um einen Decodierabschnitt (einen Abschnitt zur Erweiterung von Bilddaten).
Die Schaltung 180 führt eine Analog-Digital-Umwandlung an dem I-Signal und dem Q-Signal durch und erzeugt ein Digitalsignal 146. Die Schaltung 181 trennt ein Übertragungssteuersignal von dem Digitalsignal 146 und erzeugt einen Datenstrom 147. Die Schaltung 181 umfasst verschiedene Schaltungen zur Erzeugung des Datenstroms 147. Beispielsweise umfasst die Schaltung 181 eine Bildtrennungsschaltung 181a, eine LDPC-Decoderschaltung 181b, eine Erkennungsverarbeitungsschaltung 181c und einen Descrambler 181d.
Die Schaltung 182 teilt den Datenstrom 147 in eine Vielzahl von auszugebenden Datenströmen 148. Folglich kann die Schaltung 183 die Datenströme 148 parallel verarbeiten. Die Schaltung 183 decodiert die Datenströme 148 und erzeugt die Bilddaten 144. Die Schaltung 183 umfasst Schaltungen zum Decodieren der Datenströme 148. Beispielsweise umfasst die Schaltung 183 eine DCT-Schaltung 183a, eine Zwischenbild-Prognoseschaltung 183b und eine Bewegungskompensation-Prognoseschaltung 183c.
Es kann je nach Bedarf entschieden werden, ob die Schaltungen des Decoders 126 bereitgestellt werden oder nicht. Alternativ kann zu dem Decoder 126 eine weitere Schaltung hinzugefügt werden. Beispielsweise kann anstatt der Schaltung 182 die Schaltung 183 den Datenstrom 147 verarbeiten. Der Decoder 126 ist dazu geeignet, ein 8K-Rundfunksignal in Echtzeit zu decodieren, was zu einer hohen Arbeitsfrequenz führt. Deshalb ist die Arbeitsfrequenz des Decoders 126 niedriger, wenn ein 4K-Rundfunksignal oder ein 2K-Rundfunksignal decodiert wird, da der Decoder 126 die Spezifikationsgrenze überschreitet.
Daher kann der Stromverbrauch des Decoders 126 verringert werden, indem das Betriebsverfahren oder die Arbeitsfrequenz (eine Taktfrequenz) des Decoders 126 entsprechend der Datenauflösung eines zu sendenden Bildes geändert wird. Deshalb kann ein FPGA für die Schaltung 183 des Decoders 126 verwendet werden.
Im Falle der Decodierung von Daten eines Bildes zur 8K-Übertragung arbeitet ein FPGA durch einen Binärbetrieb, bei dem ein Binärsignal zwischen Logikelementen (LE) eines FPGA übertragen und empfangen wird. Im Falle der Decodierung von Daten eines Bildes zur 4K-Übertragung oder zur 2K-Übertragung arbeitet ein FPGA durch einen Impulsbetrieb, bei dem ein Impulssignal zwischen den LEs übertragen und empfangen wird. Des Weiteren ist die Arbeitsfrequenz bei dem Binärbetrieb vorzugsweise höher als die Arbeitsfrequenz bei dem Impulsbetrieb. Der Binärbetrieb und der Impulsbetrieb werden später beschrieben.
Während des Impulsbetriebs werden die LEs auf eine Schaltungskonfiguration mit Power-Gating eingestellt. In dieser Schaltungskonfiguration wird bestimmt, ob ein Impulssignal die LEs erreicht oder nicht. Wenn das Impulssignal die LEs erreicht, wird eine arithmetische Schaltung in dem LE eingeschaltet, um eine arithmetische Verarbeitung zu starten. Nachdem die arithmetische Verarbeitung abgeschlossen worden ist, wird die arithmetische Schaltung ausgeschaltet. Daher kann, obwohl es bei dem Impulsbetrieb ein Overhead bezüglich der Zeit und des Stromverbrauchs gibt, der Stromverbrauch verringert werden, wenn ein Signal lange Zeit nicht übertragen wird. Daher ist der Impulsbetrieb in dem Fall vorteilhaft, in dem die Arbeitsfrequenz niedrig ist. Andererseits werden während des Binärbetriebs die LEs auf die Schaltungskonfiguration ohne Power-Gating eingestellt. Daher ist der Binärbetrieb in dem Fall vorteilhaft, in dem die Arbeitsfrequenz hoch ist.
Die Anzahl von Pixeln bei der 4K-Übertragung und diejenige bei der 2K-Übertragung sind 1/4 bzw. 1/16 derjenigen bei der 8K-Übertragung. Deshalb können die Arbeitsfrequenzen in dem Fall 1/4 und 1/16 sein, in dem ihre Bildfrequenzen gleich derjenigen der 8K-Übertragung sind, wenn angenommen wird, dass die arithmetische Menge zu der Anzahl von Pixeln proportional ist. Daher ist es im Falle der 4K-Übertragung oder der 2K-Übertragung effektiv, eine Schaltungskonfiguration eines FPGA im Impulsbetrieb zu benutzen, und im Falle der 8K-Übertragung ist es effektiv, eine Schaltungskonfiguration eines FPGA im Binärbetrieb zu benutzen.
<<FPGA>>
5 stellt ein Beispiel für ein FPGA dar. Ein FPGA 200 in 5 beinhaltet ein Logikarray 210, eine Eingabe-/Ausgabeeinheit (I/O) 211 und Peripherieschaltungen. Die I/O 211 ist eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle des Logikarrays 210. Die Peripherieschaltungen umfassen Funktionsschaltungen zum Betreiben des Logikarrays 210 und der I/O 211. Beispielsweise umfassen die Peripherieschaltungen einen Taktgenerator 212, einen Konfigurationsregler 213, einen Kontextregler 214, einen Zeilentreiber 215 und einen Spaltentreiber 216.
Das Logikarray 210 beinhaltet eine Vielzahl von Logikelementen (LEs) 220 und eine Vielzahl von Routing-Schalter-Arrays (RSA) 221. Hier ist ein LE 220 eine Logikschaltung mit vier Eingängen und einem Ausgang. Das RSA 221 beinhaltet eine Vielzahl von Routing-Schaltern (RSs). Jeder RS steuert eine Verbindung zwischen zwei LEs 220. Eine Vielzahl von LEs 220, die in der gleichen Spalte angeordnet sind, kann miteinander verbunden sein, um eine Registerkette zu bilden.
Das LE 220 beinhaltet eine Vielzahl von Konfigurationsspeichern (configuration memories, CFMs) 222. Die Schaltungskonfiguration des LE 220 wird durch Konfigurationsdaten, die in den CFMs 222 gespeichert sind, bestimmt. Der CFM 222 ist ein Konfigurationsspeicher, der einem Multikontext entspricht, und dazu geeignet, Sätze von Konfigurationsdaten zu speichern. Des Weiteren beinhaltet jeder RS des RSA 221 eine Speichervorrichtung, die einem Multikontext entspricht, und eine Verbindung zwischen den LEs 220 wird durch Konfigurationsdaten, die in den RSs gespeichert sind, bestimmt.
Die Konfiguration des FPGA 200 kann schnell durch Umschalten zwischen den Sätzen von zu ladenden Konfigurationsdaten geändert werden. Die Sätze von Konfigurationsdaten können von dem Kontextregler 214 umgeschaltet werden. Bei dem Zeilentreiber 215 und dem Spaltentreiber 216 handelt es sich um Schaltungen zum Betreiben der CFMs 222. Der Konfigurationsregler 213 weist eine Funktion zum Steuern des Zeilentreibers 215 und des Spaltentreibers 216 auf.
Hier wird ein Konfigurationsbeispiel des Logikarrays 210 mit zwei Kontexten beschrieben. Die zwei Kontexte werden als „CNTXT0” und „CNTXT1” bezeichnet. Ein Kontextsignal zum Auswählen des CNTXT0 wird als „ctx[0]” bezeichnet, und ein Kontextsignal zum Auswählen des CNTXT1 wird als „ctx[1]” bezeichnet.
<<Routing-Schalter>>
Das RSA 221 beinhaltet eine Vielzahl von RSs 223. 6A stellt ein Konfigurationsbeispiel des RS 223 dar. Der RS 223 ist ein programmierbarer Routing-Schalter, bei dem ein Knoten IN elektrisch mit einem Ausgangsknoten eines LE 220 verbunden ist und ein Knoten OUT elektrisch mit einem Eingangsknoten eines weiteren LE 220 verbunden ist. Bei dem RS 223 sind zwei Umschaltschaltungen 230 (nachstehend als SWs 230 bezeichnet) parallel zwischen dem Knoten IN und dem Knoten OUT elektrisch miteinander verbunden. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem die Anzahl von Kontexten größer als 2 ist, genauso viele SWs 230 wie Kontexte parallel zwischen dem Knoten IN und dem Knoten OUT elektrisch verbunden sein können.
Der SW 230 umfasst Transistoren MO1, MR1 und MS1 sowie einen Kondensator C1. Der SW 230 weist eine Schaltungskonfiguration auf, die derjenigen einer Verstärkungszelle mit drei Transistoren ähnlich ist. Bei dem SW 230 wird ein analoger Speicher AM1 (nachstehend als AM1 bezeichnet) durch den Transistor MO1 und den Kondensator C1 konfiguriert. Ein Knoten SN1 dient als Halteknoten des AM1. Der Leitungszustand des MR1 wird durch das Potential des Knotens SN1 gesteuert. Der Kondensator C1 ist ein Speicherkondensator zum Halten des Potentials des Knotens SN1. Ein Anschluss des Kondensators C1 ist elektrisch mit dem Knoten SN1 verbunden, und der andere Anschluss ist elektrisch mit einer Stromversorgungsleitung für ein Erdpotential (GND) (nachstehend als GND-Leitung bezeichnet) verbunden.
Der SW 230[0] und der SW 230[1] sind mit einer Leitung 231 verbunden, die in einer Spaltenrichtung bereitgestellt ist. Die Leitung 231 dient als Bitleitung, und Konfigurationsdaten, die in jeden AM1 geschrieben werden, werden über die Leitung 231 auf die SWs 230 übertragen. Der SW 230[0] ist elektrisch mit Leitungen 232[0] und 233[0] verbunden. Der SW 230[1] ist elektrisch mit Leitungen 232[1] und 233[1] verbunden. Die Leitungen 232[0] und 232[1] dienen als Wortleitungen, und die Leitungen 233[0] und 233[1] dienen als Leitungen für Kontextsignale. In dem Fall, in dem der CNTXT0 ausgewählt wird, wird der Transistor MS1 des SW 230[0] durch das ctx[0] eingeschaltet, und der Transistor MS1 des SW 230[1] wird durch das ctx[1] ausgeschaltet. Andererseits werden in dem Fall, in dem der CNTXT1 ausgewählt wird, die Leitungszustände der zwei Transistoren MS1 umgekehrt.
Die Verwendung eines Transistors, der einen Oxidhalbleiter in einem Kanalbildungsbereich umfasst (eines OS-Transistors), als der Transistor MO1 kann die Haltezeit des AM1 verlängern. Daher kann der AM1 als nichtflüchtige Speichervorrichtung verwendet werden. Die Transistoren MR1 und MS1 können jeweils ein OS-Transistor oder ein Si-Transistor sein.
Hier bezeichnet ein Sperrstrom einen Strom, der zwischen einer Source und einem Drain eines Transistors in einem Sperrzustand fließt. Wenn beispielsweise im Falle eines n-Kanal-Transistors die Schwellenspannung des Transistors ungefähr 0 V bis 2 V ist, kann ein Strom, der zwischen einer Source und einem Drain fließt, wenn eine Spannung zwischen einem Gate und der Source negativ ist, als Sperrstrom bezeichnet werden. Ein sehr niedriger Sperrstrom meint beispielsweise, dass ein Sperrstrom pro Mikrometer einer Kanalbreite niedriger als oder gleich 100 zA ist (z stellt Zepto dar und bezeichnet einen Faktor von 10^–21). Da der Sperrstrom vorzugsweise so niedrig wie möglichst ist, ist der normalisierte Sperrstrom niedriger als oder gleich 10 zA/μm, bevorzugt niedriger als oder gleich 1 zA/μm, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 10 yA/μm (y stellt Yokto dar und bezeichnet einen Faktor von 10^–24).
Ein Oxidhalbleiter weist eine Bandlücke von 3,0 eV oder mehr auf; daher weist ein OS-Transistor einen niedrigen Leckstrom infolge thermischer Anregung und, wie oben beschrieben, einen sehr niedrigen Sperrstrom auf. Ein Kanalbildungsbereich eines OS-Transistors wird vorzugsweise unter Verwendung eines Oxidhalbleiters ausgebildet, der Indium (In) und/oder Zink (Zn) enthält. Typische Beispiele für einen derartigen Oxidhalbleiter umfassen ein In-M-Zn-Oxid (M ist beispielsweise Al, Ga, Y oder Sn). Indem als Elektronendonatoren dienende Verunreinigungen, wie z. B. Feuchtigkeit oder Wasserstoff, sowie Sauerstofffehlstellen verringert werden, kann ein i-Typ-(intrinsischer) oder ein im Wesentlichen i-Typ-Oxidhalbleiter erhalten werden. Hier kann ein derartiger Oxidhalbleiter als hochreiner Oxidhalbleiter bezeichnet werden. Indem ein hochreiner Oxidhalbleiter verwendet wird, kann der Sperrstrom des OS-Transistors, der durch die Kanalbreite normalisiert wird, so niedrig wie etwa mehrere Yoktoampere pro Mikrometer bis zu mehreren Zeptoampere pro Mikrometer sein. Ein OS-Transistor und ein Oxidhalbleiter werden bei den Ausführungsformen 4 und 5 beschrieben.
Des Weiteren weist der OS-Transistor eine geringe Temperaturabhängigkeit der Sperrstromeigenschaften auf. Deshalb kann ein normalisierter Sperrstrom des OS-Transistors auch bei einer hohen Temperatur (z. B. 100°C oder höher) niedriger als oder gleich 100 zA (z stellt Zepto dar und bezeichnet einen Faktor von 10^–21) sein. Daher kann dann, wenn ein OS-Transistor als Transistor in dem Analogspeicher verwendet wird, das FPGA 200 mit hoher Zuverlässigkeit in Hinblick auf die Temperatur erhalten werden, da der AM1 Daten auch in einer Umgebung mit hoher Temperatur halten kann, ohne sie dabei zu verlieren.
6B und 6C stellen Varianten des RS 223 (d. h. einen RS 223B und einen RS 223C) dar. Der RS 223B umfasst anstelle des SW 230 einen SW 230B. Ein Analogspeicher AM2 des SW 230B ist mit einem Transistor MO1, der ein Rückgate beinhaltet, versehen. Die Rückgates der zwei Transistoren MO1 sind elektrisch mit einer gemeinsamen Leitung 234 verbunden. Die Schwellenspannungen der Transistoren MO1 können durch das Potential der Leitung 234 gesteuert werden. In dem Fall, in dem eine Ladungsakkumulationsschicht in einer Isolierschicht zwischen dem Rückgate und einem Kanalbildungsbereich des Transistors MO1 bereitgestellt ist, kann unter Verwendung der Leitung 234 eine Ladung in eine Ladungsakkumulationsschicht des Transistors MO1 zu dem Zeitpunkt der Herstellung des FPGA 200 injiziert werden. Im Falle dieses Schritts können die Rückgates der Transistoren MO1 in einen elektrisch schwebenden Zustand versetzt werden, um das FPGA 200 zu betreiben, ohne das Potential der Leitung 234 zu steuern.
Der RS 223C umfasst anstelle des SW 230 einen SW 230C. Ein Analogspeicher AM3 des SW 230C ist mit einem Transistor MO1 versehen, bei dem ein Rückgate elektrisch mit einem Gate (Vordergate) verbunden ist.
Bei jedem der Routing-Schalter in 6A bis 6C wird eine Speichervorrichtung zum Speichern der Konfigurationsdaten für einen Analogspeicher, der einen OS-Transistor beinhaltet, verwendet; jedoch kann eine weitere Speichervorrichtung verwendet werden. Ein SW 230D in 6D ist mit einer Latch-Schaltung 235 zum Speichern der Konfigurationsdaten versehen. Die Latch-Schaltung 235 beinhaltet einen Zugriffstransistor und eine Inverterschleife.
<<Konfigurationsspeicher>>
7 stellt ein Konfigurationsbeispiel des CFM 222 dar. Der CFM 222 beinhaltet zwei Speicherzellen (MC) 240 und zwei Transistoren MS11. Die zwei Transistoren MS11 sind jeweils ein Auswahltransistor zum Auswählen der MC 240 zum Ausgeben der Konfigurationsdaten, und Gates der zwei Transistoren MS11 sind jeweils elektrisch mit einer entsprechenden Leitung für ein Kontextsignal (einer Leitung 244) verbunden. In dem Fall, in dem der CNTXT0 ausgewählt wird, wird der Transistor MS11[0] durch das ctx[0] eingeschaltet, und Konfigurationsdaten, die in der MC 240[0] gespeichert sind, werden ausgegeben. In dem Fall, in dem der CNTXT1 ausgewählt wird, wird der Transistor MS11[1] durch das ctx[1] eingeschaltet, und Konfigurationsdaten, die in der MC 240[1] gespeichert sind, werden ausgegeben.
Die MC 240 ist eine Speichervorrichtung, die Komplementärdaten speichern kann. Die MC 240 beinhaltet zwei Analogspeicher AM11 und AM12 sowie zwei Lesetransistoren MR2 und MR3. Der AM11 beinhaltet einen Knoten SN2, einen Transistor MO2 und einen Kondensator C2, und der AM12 beinhaltet einen Knoten SN3, einen Transistor MO3 und einen Kondensator C3. Unter Verwendung von OS-Transistoren als der Transistor MO2 und der Transistor MO3 können der AM11 und der AM12 wie der AM1 als nichtflüchtige Speichervorrichtungen verwendet werden.
Ein Paar von Leitungen 241 und 242 dient als Bitleitungspaar, und Konfigurationsdaten werden über einen Inverter (INV) in die Leitung 242 eingegeben. Eine Leitung 243 dient als Wortleitung. Der AM11 speichert Daten, deren Logik gleich derjenigen der Konfigurationsdaten ist, und der AM12 speichert Daten, deren Logik von derjenigen der Konfigurationsdaten umgekehrt ist. Daher weist dann, wenn das Potential des Knotens SN2 durch Schreiben der Konfigurationsdaten einen hohen („H”) Pegel aufweist, das Potential des Knotens SN3 einen niedrigen („L”) Pegel auf.
Bei dem Transistor MR2 ist ein Gate elektrisch mit dem Knoten SN2 verbunden, ein erster Anschluss ist elektrisch mit einer Stromversorgungsleitung zum Zuführen eines Stromversorgungspotentials VDD (nachstehend als VDD-Leitung bezeichnet) verbunden, und ein zweiter Anschluss ist elektrisch mit einem ersten Anschluss des Transistors MS11 verbunden. Bei dem Transistor MR3 ist ein Gate elektrisch mit dem Knoten SN3 verbunden, ein erster Anschluss ist elektrisch mit einer GND-Leitung verbunden, und ein zweiter Anschluss ist elektrisch mit dem ersten Anschluss des Transistors MS11 verbunden. Es sei angemerkt, dass VDD ein hohes Stromversorgungspotential des Logikarrays 210 bezeichnet und GND ein niedriges Stromversorgungspotential des Logikarrays 210 bezeichnet.
Der AM11 und der AM12 können die gleichen Schaltungskonfigurationen aufweisen wie der AM2 (6B). Alternativ können der AM11 und der AM12 die gleichen Schaltungskonfigurationen aufweisen wie der AM3 (6C). Alternativ kann die Latch-Schaltung 235 (6D) anstelle des AM11 und des AM12 bereitgestellt werden. Obwohl die Latch-Schaltung 235 Strom benötigt, um die Daten zu halten, benötigen der AM11 und der AM12 dafür keinen Strom. Daher ist die Schaltungskonfiguration des CFM 222, der Daten mit einem Analogspeicher wie dem AM11 und dem AM12 hält, effektiv, um den Stromverbrauch des FPGA 200 zu verringern. Das Gleiche gilt auch für die Schaltungskonfiguration des RS 223.
<Logikelement>
8 ist ein Blockschema, das ein Konfigurationsbeispiel des LE 220 darstellt. 10 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des LE 220 darstellt. Das LE 220 beinhaltet eine Vielzahl von CFMs 222, eine arithmetische Schaltung 250, eine Replikatschaltung 251, einen Dateneingabeabschnitt (DIN) 252, einen Datenausgabeabschnitt (DOUT) 253, einen Transistor TP1 und einen Transistor TP2.
Das LE 220 ist eine programmierbare Logikschaltung mit vier Eingängen und einem Ausgang. Das LE 220 führt eine arithmetische Verarbeitung an Datensignalen LE_IN[0] bis LE_IN[3] durch und gibt ein Datensignal LE_OUT aus. Das Datensignal LE_OUT wird über die RSs 223 zu einem Eingabedatensignal eines weiteren LE 220.
Signale RST, PG, OUT[0], LMO und dergleichen sind Signale (interne Signale), die von internen Schaltungen des LE 220 erzeugt werden.
Hier wird einer unter der Vielzahl von CFMs 222, der INASNC speichert, als CFM 222i bezeichnet, und einer, der OUTASNC speichert, wird als CFM 222oa bezeichnet. Das INASNC ist ein Datensignal zur Einstellung der Schaltungskonfiguration des LE 220 entsprechend den Konfigurationen der Datensignale LE_IN (entweder Impulssignale oder Binärsignale). Das OUTASNC ist ein Datensignal zur Einstellung der Konfiguration eines auszugebenden Datensignals, und das LE 220 wird durch das OUTASNC auf eine Schaltungskonfiguration eingestellt, die ein Impulssignal oder ein Binärsignal ausgeben kann.
Der Transistor TP1 dient als Stromschalter (Sleep-Transistor) der arithmetischen Schaltung 250, und der Transistor TP2 dient als Stromschalter (Sleep-Transistor) der Replikatschaltung 251. Die Zufuhr von VDD zu der arithmetischen Schaltung 250 und der Replikatschaltung 251 wird durch die Transistoren TP1 bzw. TP2 gesteuert. Das Signal PG dient als Power-Gating-Signal und steuert den Durchlass-/Sperrzustand der Transistoren TP1 und TP2.
Das LE 220 ist eine asynchrone Schaltung, die das Timing nicht mit einem globalen Taktsignal steuert. Daher kann der Stromverbrauch verringert werden, da es keine Leitung gibt, die ein globales Taktsignal verteilt. Ein Signal kann ohne Handshake-Signal zwischen internen Schaltungen des LE 220 übertragen werden. Daher können die Anzahl von Leitungen und diejenige von Elementen verringert werden, da eine Leitung für ein Handshake-Signal nicht bereitgestellt werden muss. Des Weiteren kann das LE 220 ein Power-Gating der arithmetischen Schaltung 250 ohne Synchronisation mit einem globalen Taktsignal starten. Daher kann ein Power-Gating durchgeführt werden, sobald die arithmetische Verarbeitung der arithmetischen Schaltung 250 abgeschlossen wird; somit wird ein Power-Gating mit verfeinerter Zeitgranularität erzielt, und der Stromverbrauch kann effektiv verringert werden.
Bei dem LE 220 gibt es zwei Arten von Signalen, die das Datensignal konfigurieren. Hier wird eines der Signale als „Binärsignal” bezeichnet, und das andere Signal wird als „Impulssignal” bezeichnet. Das Binärsignal stellt eine 1-Bit-Logik („0” oder „1”) nur durch einen Potentialpegel dar. 9A stellt ein Beispiel für eine Signalwellenform in dem Fall dar, in dem das Datensignal ein Binärsignal ist. In einer Periode P1, während der ein Potential des Datensignals auf einem „L”-Pegel liegt, ist die Logik des Datensignals „0”. In einer Periode P2, während der ein Potential des Datensignals auf einem „H”-Pegel liegt, ist die Logik des Datensignals „1”.
Das Impulssignal stellt dessen Logik nicht nur durch einen Potentialpegel des Datensignals, sondern auch durch den Änderungsverlauf des Potentialpegels dar. 9B stellt ein Beispiel für eine Signalwellenform in dem Fall dar, in dem das Datensignal ein Impulssignal ist. Der Wert des Datensignals wird durch Änderungen der Wellenform in einer Periode P10 bestimmt. Die Wellenform in einer Periode P11 ist diejenige eines Wecksignals, welches auf eine Eingabe des Datensignals hindeutet. Obwohl die Anzahl von Impulsen des Wecksignals hier 2 ist, kann sie 1 oder größer als 2 sein. Ein Signal in einer Periode P12 stellt einen Datenteil dar, und die Anzahl von Impulsen des Signals bestimmt die Logik des Datensignals. Beispielsweise ist dann, wenn die Anzahl von Impulsen 0 ist, der Wert des Datensignals „0”, und wenn die Anzahl von Impulsen 2 ist, ist der Wert des Datensignals „1”.
Hier können in dem Fall, in dem ein Datensignal, wie z. B. das Datensignal LE_IN, ein Impulssignal ist, der Wert und die Wellenform des Datensignals wie in 9C definiert werden. Das heißt: Die Anzahl von Impulsen eines Wecksignals ist 1. Wenn ein Impuls nach dem Wecksignal eingegeben wird, ist die Logik des Datensignals „1”, wohingegen die Logik des Datensignals „0” ist, wenn kein Impuls eingegeben wird. Das Betriebsverfahren des FPGA 200 in dem Fall, in dem das zu verarbeitende Datensignal ein Binärsignal ist, wird als „Binärbetrieb” bezeichnet, und das Betriebsverfahren in dem Fall, in dem das zu verarbeitende Datensignal ein Impulssignal ist, wird als „Impulsbetrieb” bezeichnet.
Bei dem Binärbetrieb in 9A kann der Fall, in dem das Datensignal nicht eingegeben wird, von dem Fall nicht unterschieden werden, in dem das Datensignal „0” eingegeben wird. Bei dem Impulsbetrieb kann im Gegensatz dazu unterschieden werden, ob das Datensignal eingegeben wird oder nicht. Daher ist das LE 220 dazu konfiguriert, ein Power-Gating während des Impulsbetriebs effektiv durchzuführen, indem das Merkmal eines Impulssignals genützt wird. Folglich können eine optimale Recheneffizienz und geringer Stromverbrauch bei dem FPGA 200 erzielt werden.
Der Binärbetrieb und der Impulsbetrieb können durch Umschaltung von Kontexten umgeschaltet werden. Hier wird der CNTXT0 ausgewählt, so dass das FPGA 200 im Binärbetrieb arbeitet, und der CNTXT1 wird ausgewählt, so dass das FPGA 200 im Impulsbetrieb arbeitet. Des Weiteren bestimmt INASNC, ob ein Power-Gating an der arithmetischen Schaltung 250 und der Replikatschaltung 251 durchgeführt wird oder nicht. Es sei angemerkt, dass INASNC von CNTXT0 (Binärbetrieb) „1” ist, und INASNC von CNTXT1 (Impulsbetrieb) „0” ist.
<<Umschaltung von Kontexten>>
Kontexte des FPGA 200 können beispielsweise auf die folgende Weise umgeschaltet werden. Ein Parameter, der ein Bildformat betrifft, wird durch den Decoder 126 des Empfängers 112 extrahiert, und die Anzahl von Pixeln (8K, 4K, 2K oder dergleichen) wird bestimmt. In dem Fall, in dem die Anzahl von Pixeln 8K ist, wird der Kontext durch den Kontextregler 214 in CNTXT0 umgewandelt, und das FPGA 200 wird dazu konfiguriert, durch den Binärbetrieb betrieben zu werden. In dem Fall, in dem die Anzahl von Pixeln 4K oder 2K ist, wird der Kontext durch den Kontextregler 214 in CNTXT1 umgewandelt, und das FPGA 200 wird dazu konfiguriert, durch den Impulsbetrieb betrieben zu werden. Des Weiteren ist es effektiv, eine Konfiguration zu verwenden, bei der die Taktfrequenz des FPGA 200 entsprechend der Anzahl von Pixeln geändert wird. Insbesondere kann der Taktgenerator 212 die Frequenz des Taktsignals entsprechend dem Kontext ändern.
10 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des LE 220 bei dem Impulsbetrieb darstellt. Es sei angemerkt, dass in 10 ein schraffierter Teil einer Wellenform bezeichnet, dass der Spannungspegel nicht konstant ist. Das Gleiche gilt auch für andere Zeitdiagramme. Ein Konfigurationsbeispiel und ein Betriebsbeispiel des LE 220 werden nachstehend beschrieben. Es sei angemerkt, dass, obwohl in anderen Zeitdiagrammen in einigen Fällen auf 8 und 10 nicht Bezug genommen wird, die Beschreibung auf diesen Zeichnungen basiert.
<<Dateneingabeabschnitt>>
Der DIN 252 beinhaltet vier Latch-Schaltungen (LATs) 10, vier Multiplexer (MUXs) 11, ein AND-Gate 12 und ein NOR-Gate 13. Der DIN 252 weist Funktionen auf, die Datensignale LE_IN zu halten, die gehaltenen Datensignale in Binärsignale umzuwandeln und Signale PON zu erzeugen. Es sei angemerkt, dass in der folgenden Beschreibung das AND-Gate mit AND abgekürzt wird. Das Gleiche gilt auch für andere Logik-Gates.
Jede LAT 10 weist Funktionen auf, das entsprechende Datensignal LE_IN zu halten, ein Datensignal OUT zu erzeugen und das Signal PON zu erzeugen. Das Datensignal OUT entspricht sowohl einem Datensignal, das ein von dem Datensignal LE_IN umgewandeltes Binärsignal ist, als auch einem Verzögerungssignal des Signals LE_IN. Das Signal PON ist ein Signal, das das Timing zum Power-Gating bestimmt. 11A ist ein Schaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel der LAT 10 darstellt, und 11B ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der LAT 10 darstellt.
Die LAT 10 beinhaltet drei Rücksetz-/Einstell-Latch-Schaltungen (RS-Latches) 50_1 bis 50_3 sowie zwei NORs 51_1 und 51_2. Die RS-Latches 50_1 bis 50_3 sind jeweils mit den zwei NORs konfiguriert.
11B ist ein Zeitdiagramm der LAT 10 während des Impulsbetriebs. Signale Ni1 und Ni2 sind Signale, die von der NOR 51_1 bzw. der NOR 51_2 ausgegeben werden.
Wenn ein Rücksetzsignal (RST) eingegeben wird, werden Signale TRG, PON, OUT, Ni1 und Ni2 jeweils auf einen „L”-Pegel zurückgesetzt. Das heißt: Die RS-Latches 50_1, 50_2 und 50_3 speichern Signale TRG, PON bzw. OUT, bis das Signal RST eingegeben wird.
Das Datensignal LE_IN, das in der Periode P1 eingegeben wird, ist „1”, während das Datensignal LE_IN, das in der Periode P2 eingegeben wird, „0” ist. Wenn das Datensignal LE_IN eingegeben wird, weist das Signal TRG einen „H”-Pegel auf. Das Signal wird auf dem „H”-Pegel gehalten, bis das Signal RST eingegeben wird. Das Signal TRG ist sowohl ein Signal, das auf eine Eingabe des Datensignals LE_IN hindeutet, als auch ein Signal, das als Auslöser dient, der den Betrieb des LE 220 startet. Das Signal PON weist zu einem Zeitpunkt, der nach der Eingabe des Datensignals LE_IN nur um eine Zeit td verzögert wird, einen „H”-Pegel auf. Es sei angemerkt, dass das Signal PON ein Signal zum Einschalten der arithmetischen Schaltung 250 ist. Die Logik (Potentialpegel) des Datensignals OUT wird eine Zeit 2td nach der Eingabe des Datensignals LE_IN durch den Potentialpegel des Datensignals LE_IN bestimmt. Wenn das Datensignal LE_IN „1” ist, ist das Datensignal OUT auch „1”, und wenn das Datensignal LE_IN „0” ist, ist das Datensignal OUT auch „0”. Das heißt: Die LAT 10 weist Funktionen auf, das Datensignal LE_IN von einem Impulssignal in ein Binärsignal umzuwandeln und das Datensignal LE_IN zu verzögern. Ein Binärsignal, dessen Logik gleich derjenigen des Datensignals LE_IN ist, wird von der LAT 10 zu einem Zeitpunkt ausgegeben, der um die Zeit 2td verzögert wird.
Jeder MUX 11 weist eine Funktion zum Auswählen des entsprechenden Datensignals OUT oder LE_IN und zum Ausgeben des ausgewählten Datensignals an die arithmetische Schaltung 250 auf. Das INASNC bestimmt das Signal, das an die arithmetische Schaltung 250 ausgegeben wird. In dem Fall, in dem der CNTXT0 ausgewählt wird, gibt der MUX 11 das Datensignal LE_IN aufgrund des Binärbetriebs aus, während in dem Fall, in dem der CNTXT1 ausgewählt wird, der MUX 11 das Datensignal OUT aufgrund des Impulsbetriebs ausgibt.
Das AND 12 erzeugt ein Signal PWON, indem es eine AND-Verarbeitung an den Signalen PON[0] bis PON[3] durchführt. Das NOR-Gate 13 erzeugt das Signal PG, indem es eine NOR-Verarbeitung an dem Signal PWON und dem INASNC durchführt.
Da das INASNC während des Binärbetriebs auf dem Pegel „1” („H”) liegt, weist das Signal PG unabhängig von der Logik des Signals PWON einen „L”-Pegel auf; daher wird der arithmetischen Schaltung 250 und der Replikatschaltung 251 kontinuierlich VDD zugeführt. Während des Impulsbetriebs wird die Logik des Signals PG durch die Logik des Signals PWON bestimmt. Wenn das Signal PWON auf einem „H”-Pegel liegt, liegt das Signal PG auf einem „L”-Pegel; daher werden die Transistoren TP1 und TP2 eingeschaltet. Wenn das Signal PWON auf einem „L”-Pegel, liegt, liegt das Signal PG auf einem „H”-Pegel; daher werden die Transistoren TP1 und TP2 ausgeschaltet.
In dem Fall, in dem die Signale PON[0] bis PON[3] alle auf „H”-Pegeln liegen, weist das Signal PWON den „H”-Pegel auf. Die Potentiale der Signale PON[0] bis PON[3] werden alle zu „H”-Pegel, nachdem die Datensignale LE_IN[0], LE_IN[1], LE_IN[2] und LE_IN[3] durch die LAT 10[0], LAT 10[1], LAT 10[2] bzw. LAT 10[3] gehalten worden sind; daher können die Transistoren TP1 und TP2 zu diesem Zeitpunkt eingeschaltet werden. Deshalb können die arithmetische Schaltung 250 und die Replikatschaltung 251 ausgeschaltet sein, bis die Datensignale LE_IN[0], LE_IN[1], LE_IN[2] und LE_IN[3] in die LAT 10[0], LAT 10[1], LAT 10[2] bzw. LAT 10[3] eingegeben werden.
Wie oben beschrieben, weist das LE 220 bei dem Binärbetrieb eine Schaltungskonfiguration ohne Power-Gating auf. Bei dem Impulsbetrieb weist im Gegensatz dazu das LE 220 eine Schaltungskonfiguration mit Power-Gating in einer Periode auf, während der der Betrieb der arithmetischen Schaltung 250 und der Replikatschaltung 251 unnötig ist. In dem Fall, in dem die Arbeitsfrequenz hoch ist, wird die Verarbeitungsgeschwindigkeit des FPGA 200 durch den Binärbetrieb des LE 220 priorisiert. In dem Fall, in dem die Arbeitsfrequenz niedrig ist, wird der Stromverbrauch durch den Impulsbetrieb des LE 220 verringert. Wenn die Arbeitsfrequenz niedrig ist, kann der Stromverbrauch effektiv verringert werden, da die Zeit für das Power-Gating bezüglich der Betriebszeit im Vergleich zu dem Fall des Binärbetriebs relativ lang eingestellt werden kann.
<<Arithmetische Schaltung und Replikatschaltung>>
Die arithmetische Schaltung 250 weist eine Funktion zum Ausgeben des Signals LMO durch eine arithmetische Verarbeitung an Signalen LMI[0] bis LMI[3] und Konfigurationsdaten auf, die von dem CFM 222 ausgegeben werden. Die arithmetische Schaltung 250 umfasst beispielsweise eine Lookup-Tabelle (LUT) und einen MUX, und die Funktionen und die Schaltungskonfigurationen der LUT und des MUX werden durch die Konfigurationsdaten bestimmt.
12A stellt ein Konfigurationsbeispiel der arithmetischen Schaltung 250 dar. Die arithmetische Schaltung 250 beinhaltet sieben MUXs 53, die wie eine Turnier-Tabelle verbunden sind. Konfigurationsdaten werden von zwei CFMs 222 in jeden der vier MUXs 53 eingegeben, die auf der ersten Stufe angeordnet sind. Ein Steuersignal für die vier MUXs 53 auf der ersten Stufe ist das Signal LMI[0], ein Steuersignal für zwei MUXs 53 auf der zweiten Stufe ist das Signal LMI[1], und ein Steuersignal für einen MUX auf der dritten Stufe ist das Signal LMI[2].
Beispielsweise weist, wie in 12A dargestellt, in dem Fall, in dem Konfigurationsdaten „0” und „1” in zwei Eingabeknoten von jedem der vier MUXs 53 auf der ersten Stufe eingegeben werden, die arithmetische Schaltung 250 die gleiche Funktion wie eine Schaltung in 12B auf. Das heißt: Die arithmetische Schaltung 250 dient als Logikschaltung, die das Signal LMO ausgibt, indem sie eine arithmetische Verarbeitung an den Signalen LMI[0] bis LMI[2] durchführt.
Die Replikatschaltung 251 ist eine Schaltung, die Verzögerungseigenschaften aufweist, die denjenigen eines kritischen Pfades der arithmetischen Schaltung 250 gleich sind. Beispielsweise ist dann, wenn die arithmetische Schaltung 250 eine Schaltungskonfiguration in 12A aufweist, die Replikatschaltung 251 mit drei MUXs 53 konfiguriert, die elektrisch in Reihe geschaltet sind (12C). Ein Steuersignal des MUX 53 auf der ersten Stufe ist das Signal PWON.
Es sei angemerkt, dass für die Replikatschaltung 251 eine Schaltungskonfiguration bevorzugt wird, bei der der Übergang von einem Signal RO zu einem „H”-Pegel auftritt, nachdem das Signal PWON den „H”-Pegel erhalten hat. Daher wird es in dem Fall, in dem der kritische Weg der arithmetischen Schaltung 250 einem Weg entspricht, durch den das Signal LMO einen „H”-Pegel aufweist, nachdem ein Eingabesignal zu einem „L”-Pegel geändert worden ist, bevorzugt, dass ein umgekehrtes Signal des Signals PWON in den kritischen Weg eingegeben wird. In dem Fall, in dem der kritische Weg der arithmetischen Schaltung 250 einem Weg entspricht, durch den das Signal LMO einen „L”-Pegel aufweist, nachdem ein Eingabesignal zu einem „H”-Pegel geändert worden ist, wird es bevorzugt, dass die Replikatschaltung 251 ein umgekehrtes Signal des Signals LMO ausgibt. Alternativ wird es in dem Fall, in dem der kritische Weg der arithmetischen Schaltung 250 einem Weg entspricht, durch den das Signal LMO einen „L”-Pegel aufweist, nachdem ein Eingabesignal zu einem „L”-Pegel geändert worden ist, bevorzugt, dass ein umgekehrtes Signal des Signals PWON in den kritischen Weg eingegeben wird und die Replikatschaltung 251 ein umgekehrtes Signal des Signals LMO ausgibt. Alternativ ist die Replikatschaltung 251 vorzugsweise derart konfiguriert, dass das Signal RO auf dem „L”-Pegel liegt, wenn das Signal PWON auf dem „L”-Pegel liegt. Mit einer derartigen Schaltungskonfiguration kann die Länge einer Periode, die für die arithmetische Verarbeitung durch die arithmetische Schaltung 250 nötig ist, durch eine Verzögerungszeit der Replikatschaltung 251 genau abgeschätzt werden. Folglich kann ein Power-Gating der arithmetischen Schaltung 250 bei einem geeigneten Timing durchgeführt werden; somit kann der Stromverbrauch des LE 220 effektiv verringert werden.
Es sei angemerkt, dass, obwohl das Konfigurationsbeispiel der Schaltung mit drei Eingängen der Klarheit des Konfigurationsbeispiels der arithmetischen Schaltung 250 halber in 12A dargestellt wird, das Gleiche auch für die Schaltung mit vier Eingängen gilt, in welchem Falle die arithmetische Schaltung 250 mit 15 MUXs 53 versehen ist. Des Weiteren kann die arithmetische Schaltung 250 angemessen mit einer Diode, einem Widerstand, einem Logikgate (z. B. einem Puffer, einem Inverter, einem AND, einem NAND oder einem NOR) und einem Schalter, zusätzlich zu den Multiplexern, versehen sein.
<<Datenausgabeabschnitt>>
Der DOUT 253 weist Funktionen auf, das Datensignal LE_OUT zu erzeugen, das Ausgabetiming des Datensignals LE_OUT zu steuern, ein Signal DL zu erzeugen und das Signal RST zu erzeugen. Das Signal DL ist ein Signal, das den Abschluss der arithmetischen Verarbeitung in der arithmetischen Schaltung 250 zeigt. Der DOUT 253 beinhaltet ein AND 20, eine Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 21, eine Ausgabesignal-Erzeugungsschaltung 22, ein Register 40 und einen MUX 32. Das INASNC wird von dem CFM 222i in den MUX 32 eingegeben. Das OUTASNC wird von dem CFM 222oa in die Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 21 eingegeben.
Das AND 20 erzeugt das Signal DL. Das Signal DL liegt auf einem „H”-Pegel, wenn das Signal PWON und das Signal RO jeweils auf dem „H”-Pegel liegen. Das Signal RO weist nach einer Verzögerungszeit der Replikatschaltung 251, nachdem das Signal PWON in dem AND 12 erzeugt worden ist, den „H”-Pegel auf, wodurch das Signal DL den „H”-Pegel aufweist. Mit anderen Worten: Das Signal DL wird erzeugt, wenn die arithmetische Verarbeitung durch die arithmetische Schaltung 250 abgeschlossen wird und das Signal LMO festgelegt wird. Deshalb kann der Abschluss der arithmetischen Verarbeitung durch die arithmetische Schaltung 250 unter Verwendung des Signals DL überwacht werden. Das Timing, bei dem ein Signal zwischen internen Schaltungen des LE 220 übertragen wird, kann mit dem Signal DL gesteuert werden, so dass der Betrieb der internen Schaltungen gestartet werden kann oder der Betrieb bei einem geeigneten Timing abgeschlossen werden kann. Beispielsweise erzeugt die Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 21 entsprechend dem Signal DL das Signal RST.
13A ist ein Schaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel der Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 21 darstellt, und 13B ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 21 darstellt. Die Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 21 erzeugt basierend auf dem Signal DL Signale TGC1, TGC2 und TGC3. Das TGC3 wird für das Rücksetzsignal (RST) der LAT 10 verwendet.
Die Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 21 beinhaltet einen Inverter (INV) 54, RS-Latches 55_1 bis 55_3 und ANDs 56_1 bis 56_3. Die RS-Latches 55_1 bis 55_3 sind jeweils mit zwei NORs konfiguriert. Bei der Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 21 werden die Signale TGC1 bis TGC3 erzeugt, wenn das Signal DL den „H”-Pegel aufweist. In 13B bezeichnen Nt1, Nt2 und Nt3 Ausgabesignale der RS-Latches 55_1, 55_2 bzw. 55_3. Das Signal TGC1 ist ein Impulssignal mit einer Impulsbreite, die der Verzögerungszeit des RS-Latch 55_1 entspricht. Das Gleiche gilt auch für die Signale TGC2 und TGC3, deren Impulsbreiten den Verzögerungszeiten der RS-Latches 55_2 bzw. 55_3 entsprechen.
Die Impulsbreite des Signals RST entspricht den Verzögerungszeiten, die durch den Betrieb der RS-Latches bei der Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 21 verursacht werden. Daher kann das Signal RST eine Impulsbreite aufweisen, die für den Betrieb der LAT 10 ausreichend ist, wenn die RS-Latches der Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 21 die gleichen Konfigurationen aufweisen wie die RS-Latches der LAT 10. Die Verzögerungszeiten der RS-Latches bei der Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 21 werden durch die Prozesstechnologie, die Stromversorgungsspannung, die Temperatur oder dergleichen beeinflusst. Indessen wird die Impulsbreite des RST-Signals auf selbstjustierende Weise korrigiert, da die Betriebsgeschwindigkeit der RS-Latches bei der LAT 10 auf ähnliche Weise beeinflusst wird. Daher kann ein stabiler Schaltungsbetrieb des LE 220, aufrechterhalten werden.
Der MUX 32 erzeugt entsprechend dem INASNC ein Timingsignal des Registers 40. Ein Signal TG2 ist ein Signal, das von dem MUX 32 ausgegeben wird. In dem Fall, in dem der CNTXT0 (Binärbetrieb) ausgewählt wird, wird die Ausgabe des MUX 32 auf einem „H”-Pegel gehalten, wohingegen in dem Fall, in dem der CNTXT1 (Impulsbetrieb) ausgewählt wird, der MUX 32 das Signal TG2 ausgibt.
Das Register 40 ist bereitgestellt, um Daten (das Signal LMO) zu halten, die von der arithmetischen Schaltung 250 ausgegeben werden. Mit dem Register 40 können arithmetische Ergebnisse der arithmetischen Schaltung 250 von dem LE 220 extrahiert werden, auch wenn ein Power-Gating bei der arithmetischen Schaltung 250 durchgeführt wird. Beim Binärbetrieb wird die Logik eines Signals LMOL festgelegt, wenn das Signal TG2 auf einem „H”-Pegel in das Register 40 eingegeben wird.
Die Ausgabesignal-Erzeugungsschaltung 22 gibt entsprechend den Signalen TGC1 und TGC3 das Datensignal LE_OUT aus. Daher werden die Logik und die Konfiguration des Datensignals LE_OUT durch die Logik und den Kontext des Signals LMOL bestimmt. In dem Fall, in dem der CNTXT0 ausgewählt wird, ist das Datensignal LE_OUT ein Binärsignal, dessen Logik gleich derjenigen des Signals LMOL ist, während in dem Fall, in dem der CNTXT1 ausgewählt wird, das Datensignal LE_OUT ein Impulssignal ist, dessen Logik gleich derjenigen des Signals LMOL ist.
13C ist ein Schaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel der Ausgabesignal-Erzeugungsschaltung 22 darstellt. Die Ausgabesignal-Erzeugungsschaltung 22 beinhaltet ein AND 57, ein OR 58 und einen MUX 59. Das OUTASNC wird als Steuersignal des MUX 59 verwendet. Der MUX 59 gibt das Signal LMOL beim Binärbetrieb und ein Ausgabesignal des OR 58 beim Impulsbetrieb aus. Daher wird beim Impulsbetrieb das Datensignal LE_OUT zu einem Impulssignal, dessen Potentialpegel durch die Signale TGC1 und TGC3 eingestellt wird (siehe eine Periode P5 in 13B).
Der Betrieb der Ausgabesignal-Erzeugungsschaltung 22 während des Impulsbetriebs wird beschrieben. Zuerst gibt der MUX 59 entsprechend dem Signal TGC1 ein Weckimpulssignal aus. Dann wird die Logik des Signals LMOL festgelegt, indem das Signal TG2 in das Register 40 eingegeben wird. Nachdem die Logik des Signals LMOL festgelegt worden ist, wird ein Impulssignal, das die Logik des Datensignals LE_OUT bestimmt, entsprechend dem Signal TGC3 erzeugt. Wenn das Signal LMOL auf einem „H”-Pegel liegt, liegt eine Ausgabe des MUX 59 auf einem „H”-Pegel, während eine Ausgabe des MUX 59 auf einem „L”-Pegel liegt, wenn das Signal LMOL auf einem „L”-Pegel liegt. Daher werden während der Periode P5 zwei Impulssignale von dem MUX 59 ausgegeben, wenn das Signal LMOL auf dem „H”-Pegel liegt, wohingegen ein Impulssignal von dem MUX 59 ausgegeben wird, wenn das Signal LMOL auf dem „L”-Pegel liegt.
<<Logikelement>>
14 stellt ein weiteres Konfigurationsbeispiel eines Logikelements dar, das auf das FPGA 200 angewendet werden kann. Ein Logikelement (LE) 225 in 14 ist eine Variante des LE 220 und beinhaltet anstelle des DOUT 253 einen DOUT 255. Der DOUT 255 ist eine Variante des DOUT 253. Der DOUT 255 ist eine Schaltung, bei der eine Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 23, Register 41 und 42 sowie MUXs 33 bis 36 zu dem DOUT 253 hinzugefügt sind. Taktsignale PH1 und PH2 werden in den DOUT 255 eingegeben. Der DOUT 255 weist eine Funktion zum Ausgeben des Datensignals LE_OUT in Synchronisation oder ohne Synchronisation mit dem Taktsignal PH1 auf. Hier wird der Betrieb zum Ausgeben des Datensignals LE_OUT in Synchronisation mit dem Taktsignal PH1 als synchroner Ausgabevorgang bezeichnet, und der Betrieb zum Ausgeben des Datensignals LE_OUT ohne Synchronisation mit dem Taktsignal PH1 wird als asynchroner Ausgabevorgang bezeichnet.
OUTREG wird von dem CFM 222ob in den DOUT 255 eingegeben. Bei dem OUTREG handelt es sich um Daten, die bestimmen, ob der DOUT 255 eine Schaltungskonfiguration aufweist, die den synchronen Ausgabevorgang durchführen kann, oder eine Schaltungskonfiguration aufweist, die den asynchronen Ausgabevorgang durchführen kann. Das OUTREG wird in die MUXs 33, 34 und 36 eingegeben. Es sei angemerkt, dass OUTASNC in den MUX 35 eingegeben wird.
Das LE 225 kann wie das LE 220 beim Impulsbetrieb ohne Synchronisation mit einem globalen Takt-Signal ein Power-Gating der arithmetischen Schaltung 250 und der Replikatschaltung 251 durchführen. Daher kann der Stromverbrauch des LE 225 effektiv verringert werden.
15 und 16 sind Zeitdiagramme, die die Betriebsbeispiele des LE 225 beim Binärbetrieb darstellen. 15 stellt ein Beispiel für den asynchronen Ausgabevorgang dar, bei dem die Taktsignale PH1 und PH2 jeweils auf einem „L”-Pegel gehalten werden. Der Betrieb des LE 225 ist demjenigen des LE 220 in 10 ähnlich, und das Datensignal LE_OUT wird zu einem Zeitpunkt ausgegeben, zu dem das Signal DL einen „H”-Pegel aufweist. 16 stellt ein Beispiel für den synchronen Ausgabevorgang dar. Das Datensignal LE_OUT wird zu einem Zeitpunkt ausgegeben, zu dem das Potential des Taktsignals PH1 einen „H”-Pegel aufweist.
Ein Konfigurationsbeispiel und Betriebsbeispiele des LE 225 werden nachstehend beschrieben. Es sei angemerkt, dass, obwohl in der folgenden Beschreibung in einigen Fällen nicht auf 14, 15 und 16 Bezug genommen wird, die Beschreibung auf diesen Zeichnungen basiert.
Das Register 42 weist eine Funktion zum Halten eines Signals LMOL und Ausgeben der gehaltenen Daten durch Steuerung des Taktsignals PH2 auf. Ein Signal R2 ist ein Signal, das von dem Register 42 ausgegeben wird. Das Register 41 weist eine Funktion zum Halten des Signals R2 und Ausgeben der gehaltenen Daten durch Steuerung des Taktsignals PH1 auf. Ein Signal R1 ist ein Signal, das von dem Register 41 ausgegeben wird. Mit den Registern 41 und 42 können Daten (LMO), die von der arithmetischen Schaltung 250 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ausgegeben werden, von dem LE 225 zu einem Außenteil übertragen werden.
Der MUX 36 weist eine Funktion zum Auswählen eines Signals auf, das entsprechend dem OUTREG in die Ausgabesignal-Erzeugungsschaltung 22 eingegeben wird. Ein Signal RC ist ein Signal, das von dem MUX 36 ausgegeben wird. Das Signal RC wird im Falle des asynchronen Ausgabevorgangs zu dem Signal LMOL und im Falle des synchronen Ausgabevorgangs zu dem Signal R1. In dem Fall, in dem der CNTXT0 (Binärbetrieb) ausgewählt wird, gibt der MUX 35 stets einen „L”-Pegel aus, während in dem Fall, in dem der CNTXT1 (Impulsbetrieb) ausgewählt wird, der MUX 35 das Taktsignal PH1 ausgibt.
Die Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 23 weist eine Funktion zum Erzeugen von Signalen TG1 und TG3 (Timingsignalen) aus einem Signal auf, das von dem MUX 35 ausgegeben wird. Die Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 23 weist eine Schaltungskonfiguration auf, die derjenigen der Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung 21 ähnlich ist, und arbeitet auf ähnliche Weise (13A und 13B). Die MUXs 33 und 34 sind Schaltungen zum Auswählen von Timingsignalen, die bei der Ausgabesignal-Erzeugungsschaltung 22 verwendet werden. Beim synchronen Ausgabevorgang werden Signale TGR1 und TGR3 in die Ausgabesignal-Erzeugungsschaltung 22 eingegeben, während beim asynchronen Ausgabevorgang Signale TGC1 und TGC3 in die Ausgabesignal-Erzeugungsschaltung 22 eingegeben werden.
Es ist auch effektiv, eine Verarbeitung der Schaltung 183 des Decoders 126 durch eine dedizierte Schaltung anstelle des FPGA durchzuführen. Beispielsweise wird der Fall beschrieben, in dem DCT mit einer dedizierten Schaltung (einer DCT-Schaltung) durchgeführt wird. Der DIN 252 ist in einem Dateneingabeabschnitt der DCT-Schaltung bereitgestellt, und der DOUT 253 oder der DOUT 255 ist in einem Datenausgabeabschnitt davon bereitgestellt. Es sei angemerkt, dass die Schaltungsgröße des DIN 252 auf der Anzahl von Eingängen der DCT-Schaltung basiert und dass die Schaltungsgröße des DOUT 253 oder 255 auf der Anzahl von Ausgängen der DCT-Schaltung basiert. Die Replikatschaltung 251 dient als Replikatschaltung der DCT-Schaltung. Mit einer derartigen Schaltungskonfiguration der DCT-Schaltung kann die DCT-Schaltung beim Binärbetrieb mit einer hohen Taktfrequenz arbeiten und beim Impulsbetrieb mit einer niedrigen Frequenz sowie einem Power-Gating arbeiten. Das heißt: Diese Ausführungsform ermöglicht eine optimale Recheneffizienz und einen geringeren Stromverbrauch des Decoders.
(Ausführungsform 2)
Bei dieser Ausführungsform wird eine Halbleitervorrichtung beschrieben, die für das Rundfunksystem verwendet wird.
<<Bildsensor>>
17A ist eine Draufsicht, die ein Konfigurationsbeispiel des Bildsensors 120 darstellt. Der Bildsensor 120 beinhaltet einen Pixelabschnitt 621 sowie Schaltungen 260, 270, 280 und 290. In dieser Beschreibung und dergleichen können die Schaltungen 260 bis 290 und dergleichen als „Peripherieschaltung” oder „Treiber” bezeichnet werden. Beispielsweise kann die Schaltung 260 als Teil der Peripherieschaltung betrachtet werden.
17B stellt ein Konfigurationsbeispiel des Pixelabschnitts 621 dar. Der Pixelabschnitt 621 beinhaltet eine Vielzahl von Pixeln 622, die in einer Matrix mit p Zeilen und q Spalten (p und q sind jeweils eine natürliche Zahl von größer als oder gleich 2) angeordnet sind. Es sei angemerkt, dass in 17B n eine natürliche Zahl von größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich p ist und dass m eine natürliche Zahl von größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich q ist.
Die Schaltungen 260 und 270 sind mit der Vielzahl von Pixeln 622 verbunden und weisen eine Funktion zum Zuführen von Signalen zum Ansteuern der Vielzahl von Pixeln 622 auf. Die Schaltung 260 kann eine Funktion zum Verarbeiten eines Analogsignals aufweisen, das von den Pixeln 622 ausgegeben wird. Die Schaltung 280 kann eine Funktion zum Steuern der Betriebszeit der Peripherieschaltung aufweisen. Beispielsweise kann die Schaltung 280 eine Funktion zum Erzeugen eines Taktsignals aufweisen. Des Weiteren kann die Schaltung 280 eine Funktion zum Ändern der Frequenz eines von außen zugeführten Taktsignals aufweisen. Außerdem kann die Schaltung 280 eine Funktion zum Zuführen eines Referenzpotentialsignals (z. B. eines Sägezahnwellensignals) aufweisen.
Die Peripherieschaltung umfasst mindestens eine Logikschaltung, einen Schalter, einen Puffer, eine Verstärkerschaltung und/oder eine Umwandlungsschaltung. Alternativ können Transistoren oder dergleichen, die in der Peripherieschaltung enthalten sind, unter Verwendung eines Teils eines Halbleiters ausgebildet werden, der zum Herstellen des Pixels 622 ausgebildet wird, was nachstehend beschrieben wird. Eine Halbleitervorrichtung, wie z. B. ein IC-Chip, kann als Teil oder gesamte Peripherieschaltung verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass bei der Peripherieschaltung mindestens eine der Schaltungen 260 bis 290 weggelassen werden kann. Beispielsweise kann dann, wenn eine der Schaltungen 260 und 290 zusätzlich eine Funktion der anderen der Schaltungen 260 und 290 aufweist, die andere der Schaltungen 260 und 290 weggelassen werden. Als weiteres Beispiel kann dann, wenn eine der Schaltungen 270 und 280 zusätzlich eine Funktion der anderen der Schaltungen 270 und 280 aufweist, kann die andere der Schaltungen 270 und 280 weggelassen werden. Als weiteres Beispiel kann eine Funktion einer weiteren Peripherieschaltung zu einer der Schaltungen 260 bis 290 hinzugefügt werden, um diese Peripherieschaltung wegzulassen.
Wie in 17C dargestellt, können die Schaltungen 260 bis 290 entlang der Peripherie des Pixelabschnitts 621 bereitgestellt werden. Bei dem Pixelabschnitt 621 in dem Bildsensor 120 können die Pixel 622 schräg angeordnet sein. Wenn die Pixel 622 schräg angeordnet sind, kann der Abstand zwischen Pixeln (Pitch) in der Zeilenrichtung und der Spaltenrichtung verkürzt werden. Demzufolge kann die Qualität eines Bildes, das mit dem Bildsensor 120 aufgenommen wird, weiter verbessert werden.
Der Pixelabschnitt 621 kann über den Schaltungen 260 bis 290 bereitgestellt werden, so dass er mit den Schaltungen 260 bis 290 überlappt. Indem der Pixelabschnitt 621 über den Schaltungen 260 bis 290 bereitgestellt wird, so dass er mit den Schaltungen 260 bis 290 überlappt, kann die Fläche, die von dem Pixelabschnitt 621 eingenommen wird, in Bezug auf den Bildsensor 120 vergrößert werden. Dementsprechend kann die Lichtempfindlichkeit, der Dynamikbereich, die Auflösung oder die Reproduzierbarkeit eines aufgenommenen Bildes oder der Integrationsgrad des Bildsensors 120 erhöht werden.
Die Pixel 622 in dem Bildsensor 120 werden als Subpixel verwendet, und jedes der Vielzahl von Pixeln 622 ist mit einem Filter versehen, der Licht in einem entsprechenden Wellenlängenbereich durchlässt (Farbfilter), wodurch Daten zum Erhalten einer Farbbildanzeige erhalten werden können.
18A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für ein Pixel 623 darstellt, mit dem ein Farbbild erhalten wird. Das Pixel 623 in 18A ist mit dem Pixel 622, das mit einem Farbfilter bereitgestellt ist, der Licht in einem roten (R) Wellenlängenbereich durchlässt (auch als „Pixel 622R” bezeichnet), dem Pixel 622, das mit einem Farbfilter bereitgestellt ist, der Licht in einem grünen (G) Wellenlängenbereich durchlässt (auch als „Pixel 622G” bezeichnet), und dem Pixel 622 versehen, das mit einem Farbfilter bereitgestellt ist, der Licht in einem blauen (B) Wellenlängenbereich durchlässt (auch als „Pixel 622B” bezeichnet). Das Pixel 622R, das Pixel 622G und das Pixel 622B dienen gemeinsam als ein einzelnes Pixel 623.
Der Farbfilter, der in dem Pixel 623 verwendet wird, ist nicht auf rote (R), grüne (G) und blaue (B) Farbfilter beschränkt, und es können Farbfilter verwendet werden, die Licht von Zyan (C), Gelb (Y) und Magenta (M) durchlassen. Die Pixel 622, die Licht in mindestens drei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen erfassen, sind in einem einzelnen Pixel 623 bereitgestellt, wodurch ein Vollfarbbild erhalten werden kann.
18B stellt das Pixel 623 dar, das neben den Pixeln 622, die mit den Farbfiltern bereitgestellt sind, die rotes (R), grünes (G) und blaues (B) Licht durchlassen, das Pixel 622 umfasst, das mit einem Farbfilter, der gelbes (Y) Licht durchlässt, bereitgestellt ist. 18C stellt das Pixel 623 dar, das neben den Pixeln 622, die mit den Farbfiltern bereitgestellt sind, die zyanfarbenes (C), gelbes (Y) und magentafarbenes (M) Licht durchlassen, das Pixel 622 umfasst, das mit einem Farbfilter, der blaues (B) Licht durchlässt, bereitgestellt ist. Wenn die Pixel 622, die Licht in vier oder mehr unterschiedlichen Wellenlängenbereichen erfassen, in einem einzelnen Pixel 623 bereitgestellt sind, kann die Reproduzierbarkeit von Farben eines erhaltenen Bildes erhöht werden.
Das Zahlenverhältnis der Pixel (oder das Verhältnis des Licht empfangenden Bereichs), d. h. das Zahlenverhältnis des Pixels 622R zu dem Pixel 622G und dem Pixel 622B, ist nicht notwendigerweise 1:1:1. Das Zahlenverhältnis der Pixel (das Verhältnis des Licht empfangenden Bereichs), d. h. das Zahlenverhältnis von Rot zu Grün und Blau, kann 1:2:1 sein (Bayer-Anordnung), wie in 18D dargestellt. Alternativ kann das Zahlenverhältnis der Pixel (das Verhältnis des Licht empfangenden Bereichs), d. h. das Zahlenverhältnis von Rot zu Grün und Blau, 1:6:1 sein.
Obwohl die Anzahl der Pixel 622, die in dem Pixel 623 bereitgestellt sind, eins sein kann, werden vorzugsweise zwei oder mehr Pixel bevorzugt. Wenn beispielsweise zwei oder mehr Pixel 622, die Licht in dem gleichen Wellenlängenbereich erfassen, bereitgestellt sind, erhöht sich die Redundanz, und die Zuverlässigkeit des Bildsensors 120 kann erhöht werden.
Wenn ein Infrarot-(IR-)Filter, der infrarotes Licht durchlässt und Licht mit einer Wellenlänge, die kürzer als oder gleich derjenigen des sichtbaren Lichts ist, absorbiert oder reflektiert, als Filter verwendet wird, kann der Bildsensor 120 erhalten werden, der infrarotes Licht erfasst. Alternativ kann dann, wenn ein Ultraviolett-(UV-)Filter, der ultraviolettes Licht durchlässt und Licht mit einer Wellenlänge, die länger als oder gleich derjenigen des sichtbaren Lichts ist, absorbiert oder reflektiert, als Filter verwendet wird, der Bildsensor 120 erhalten werden, der ultraviolettes Licht erfasst. Alternativ kann dann, wenn ein Szintillator, der Strahlung in UV-Licht oder sichtbares Licht umwandelt, als Filter verwendet wird, der Bildsensor 120 als Strahlungsdetektor, der einen Röntgenstrahl (X-ray) oder einen Gammastrahl (γ-ray) erfasst, verwendet werden.
Wenn ein Neutraldichte-(ND-)Filter (Dunkelfilter) als Filter verwendet wird, kann ein Phänomen der Ausgangssättigung, das auftritt, wenn eine überschüssige Lichtmenge in ein photoelektrisches Umwandlungselement (Licht empfangendes Element) eintritt, verhindert werden. Durch Kombination von ND-Filtern mit unterschiedlichen Dimmungsvermögen kann der Dynamikbereich des Bildsensors vergrößert werden.
Neben dem vorstehend beschriebenen Filter kann das Pixel 622 mit einer Linse bereitgestellt werden. Ein Anordnungsbeispiel des Pixels 622, eines Filters 624 und einer Linse 625 wird anhand der Querschnittsansichten in 19A und 19B beschrieben. Mit der Linse 625 kann einfallendes Licht effizient von einem photoelektrischen Umwandlungselement empfangen werden. Insbesondere tritt Licht 660, wie in 19A dargestellt, in ein photoelektrisches Umwandlungselement 601 durch die Linse 625, den Filter 624 (einen Filter 624R, einen Filter 624G oder einen Filter 624B), einen Pixeltreiber 610 und dergleichen in dem Pixel 622 ein.
Jedoch kann, wie in einem Bereich dargestellt, der von einer Strich-Doppelpunkt-Linie umgeben ist, ein Teil des Lichts 660, der durch die Pfeile gekennzeichnet ist, durch einen Teil einer Leitungsgruppe 626, wie z. B. einen Transistor und/oder einen Kondensator, blockiert werden. Demzufolge kann eine Struktur verwendet werden, bei der die Linse 625 und der Filter 624, wie in 19B dargestellt, auf der Seite des photoelektrischen Umwandlungselements 601 bereitgestellt sind, wodurch das einfallende Licht in effizienter Weise von dem photoelektrischen Umwandlungselement 601 empfangen wird. Wenn das Licht 660 auf der Seite des photoelektrischen Umwandlungselements 601 einfällt, kann der Bildsensor 120 mit hoher Empfindlichkeit bereitgestellt werden.
20A bis 20C stellen Beispiele für den Pixeltreiber 610 dar, der für den Pixelabschnitt 621 verwendet werden kann. Der Pixeltreiber 610 in 20A beinhaltet einen Transistor 602, einen Transistor 604 und einen Kondensator 606 und ist mit dem photoelektrischen Umwandlungselement 601 verbunden. Eine/einer von Source und Drain des Transistors 602 ist elektrisch mit dem photoelektrischen Umwandlungselement 601 verbunden, und die/der andere von Source und Drain des Transistors 602 ist über einen Knoten 607 (einen Ladungsakkumulationsabschnitt) elektrisch mit einem Gate des Transistors 604 verbunden.
„OS” verdeutlicht, dass vorzugsweise ein OS-Transistor verwendet wird. Das Gleiche gilt auch für die anderen Zeichnungen. Da der Sperrstrom des OS-Transistors sehr niedrig ist, kann der Kondensator 606 klein sein. Alternativ kann der Kondensator 606 weggelassen werden, wie in 20B dargestellt. Des Weiteren ist es weniger wahrscheinlich, dass das Potential des Knotens 607 schwankt, wenn der Transistor 602 ein OS-Transistor ist. Daher kann ein Bildsensor bereitgestellt werden, bei dem es weniger wahrscheinlich ist, dass er durch Rauschen beeinflusst wird. Es sei angemerkt, dass der Transistor 602 ein OS-Transistor sein kann.
Ein Diodenelement, das unter Verwendung eines Siliziumsubstrats mit einem pn-Übergang oder einem pin-Übergang ausgebildet ist, kann als das photoelektrische Umwandlungselement 601 verwendet werden. Alternativ kann ein pin-Diodenelement oder dergleichen, das unter Verwendung eines amorphen Siliziumfilms, eines mikrokristallinen Siliziumfilms oder dergleichen ausgebildet wird, verwendet werden. Alternativ kann ein als Diode geschalteter Transistor verwendet werden. Alternativ kann ein veränderlicher Widerstand oder dergleichen, der einen photoelektrischen Effekt nutzt, unter Verwendung von Silizium, Germanium, Selen oder dergleichen ausgebildet werden.
Das photoelektrische Umwandlungselement kann unter Verwendung eines Materials ausgebildet werden, das zur Erzeugung einer Ladung durch Absorbieren einer Strahlung geeignet ist. Beispiele für das Material, das zur Erzeugung einer Ladung durch Absorbieren einer Strahlung geeignet ist, umfassen Bleiiodid, Quecksilberiodid, Galliumarsenid, CdTe und CdZn.
Der Pixeltreiber 610 in 20C beinhaltet den Transistor 602, einen Transistor 603, den Transistor 604, einen Transistor 605 und den Kondensator 606 und ist mit dem photoelektrischen Umwandlungselement 601 verbunden. Bei dem Pixeltreiber 610 in 20C wird eine Photodiode als das photoelektrische Umwandlungselement 601 verwendet. Eine/einer von Source und Drain des Transistors 602 ist elektrisch mit einer Kathode des photoelektrischen Umwandlungselements 601 verbunden. Die/der andere von Source und Drain des Transistors 602 ist elektrisch mit dem Knoten 607 verbunden. Eine Anode des photoelektrischen Umwandlungselements 601 ist elektrisch mit einer Leitung 611 verbunden. Eine/einer von Source und Drain des Transistors 603 ist elektrisch mit dem Knoten 607 verbunden. Die/der andere von Source und Drain des Transistors 603 ist elektrisch mit einer Leitung 608 verbunden. Das Gate des Transistors 604 ist elektrisch mit dem Knoten 607 verbunden. Eine/einer von Source und Drain des Transistors 604 ist elektrisch mit einer Leitung 609 verbunden. Die/der andere von Source und Drain des Transistors 604 ist elektrisch mit einer/einem von Source und Drain des Transistors 605 verbunden. Die/der andere von Source und Drain des Transistors 605 ist elektrisch mit der Leitung 608 verbunden. Eine Elektrode des Kondensators 606 ist elektrisch mit dem Knoten 607 verbunden. Die andere Elektrode des Kondensators 606 ist elektrisch mit der Leitung 611 verbunden.
Der Transistor 602 kann als Transfertransistor dienen. Ein Gate des Transistors 602 wird mit einem Transfersignal TX versorgt. Der Transistor 603 kann als Rücksetztransistor dienen. Ein Gate des Transistors 603 wird mit einem Rücksetzsignal RST versorgt. Der Transistor 604 kann als Verstärkertransistor dienen. Der Transistor 605 kann als Auswahltransistor dienen. Ein Gate des Transistors 605 wird mit einem Auswahlsignal SEL versorgt. Außerdem wird der Leitung 608 VDD zugeführt, und VSS wird der Leitung 611 zugeführt.
Als Nächstes werden die Arbeitsweisen des Pixeltreibers 610 beschrieben, die in 20C dargestellt ist. Zuerst wird der Transistor 603 eingeschaltet, so dass dem Knoten 607 VDD zugeführt wird (Rücksetzvorgang). Dann wird der Transistor 603 ausgeschaltet, so dass VDD an dem Knoten 607 gehalten wird. Als Nächstes wird der Transistor 602 eingeschaltet, so dass das Potential des Knotens 607 entsprechend der Menge an Licht, die von dem photoelektrischen Umwandlungselement 601 empfangen wird, geändert wird (Akkumulationsvorgang). Danach wird der Transistor 602 ausgeschaltet, so dass das Potential des Knotens 607 gehalten wird. Als Nächstes wird der Transistor 605 eingeschaltet, so dass ein Potential, das dem Potential des Knotens 607 entspricht, von der Leitung 609 ausgegeben wird (Auswahlvorgang). Durch Ermitteln des Potentials der Leitung 609 kann die Menge an Licht, die von dem photoelektrischen Umwandlungselement 601 empfangen wird, bestimmt werden.
Ein OS-Transistor wird vorzugsweise als jeder der Transistoren 602 und 603 verwendet. Da der Sperrstrom des OS-Transistors, wie vorstehend beschrieben, sehr niedrig ist, kann der Kondensator 606 klein sein oder weggelassen werden. Des Weiteren ist es weniger wahrscheinlich, dass das Potential des Knotens 607 schwankt, wenn die Transistoren 602 und 603 OS-Transistoren sind. Daher kann ein Bildsensor 120 bereitgestellt werden, bei dem es weniger wahrscheinlich ist, dass er durch Rauschen beeinflusst wird.
<<Anzeigevorrichtung>>
Die Anzeigevorrichtung 113 beinhaltet mindestens eines von einem Elektrolumineszenz-(EL-)Element (z. B. einem EL-Element, das organische und anorganische Materialien enthält, einem organischen EL-Element oder einem anorganischen EL-Element), einem LED-Chip (z. B. einem Chip mit weißer LED, einem Chip mit roter LED, einem Chip mit grüner LED oder einem Chip mit blauer LED), einem Transistor (einem Transistor, der in Abhängigkeit von Strom Licht emittiert), einem Elektronen-Emitter, einem Anzeigeelement mit einer Kohlenstoffnanoröhre, einem Flüssigkristallelement, elektronischer Tinte, einem Elektrobenetzungselement, einem elektrophoretischen Element, einem Anzeigeelement mittels eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) (wie z. B. einem Grating Light Valve (GLV), einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung (digital micromirror device, DMD), einem Digital Micro Shutter (DMS), MIRASOL (eingetragenes Warenzeichen), einem Element für einen Bildschirm mit interferometrisch arbeitendem Modulator (interferometric modulator display, IMOD), einem MEMS-Shutter-Anzeigeelement, einem MEMS-Anzeigeelement vom optischen Interferenztyp oder einer piezoelektrischen Keramikanzeige), Quantenpunkten und dergleichen.
Abgesehen von den obigen Elementen kann die Anzeigevorrichtung ein Anzeigemedium beinhalten, deren Kontrast, Leuchtdichte, Reflexionsgrad, Durchlässigkeit oder dergleichen durch einen elektrischen oder magnetischen Effekt verändert wird. Beispielsweise kann es sich bei der Anzeigevorrichtung um einen Plasmabildschirm (plasma display panel, PDP) handeln.
Beispiele für eine Anzeigevorrichtung, die ein EL-Element beinhaltet, umfassen eine EL-Anzeige. Beispiele für eine Anzeigevorrichtung, die einen Elektronen-Emitter beinhaltet, umfassen einen Feldemissionsbildschirm (field emission display, FED) und einen SED-Typ-Flachbildschirm (SED: surface-conduction electron-emitter display bzw. oberflächenleitender Elektronen-Emitter-Bildschirm).
Beispiele für Anzeigevorrichtungen, die Quantenpunkte in jedem Pixel enthalten, umfassen ein Quantenpunkt-Display. Es sei angemerkt, dass Quantenpunkte nicht als Anzeigeelemente, sondern als Teil einer Hintergrundbeleuchtung, die für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung oder dergleichen verwendet wird, bereitgestellt werden können. Die Verwendung von Quantenpunkten ermöglicht eine Anzeige mit hoher Farbreinheit.
Beispiele für Anzeigevorrichtungen, die Flüssigkristallelemente beinhalten, umfassen eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung (eine durchlässige Flüssigkristallanzeige, eine transflektive Flüssigkristallanzeige, eine reflektierende Flüssigkristallanzeige, eine Direktansicht-Flüssigkristallanzeige oder eine Projektionsflüssigkristallanzeige).
Im Falle einer transflektiven Flüssigkristallanzeige oder einer reflektierenden Flüssigkristallanzeige dienen einige oder sämtliche Pixel-Elektroden als reflektierende Elektroden. Beispielsweise sind einige oder sämtliche Pixel-Elektroden derart ausgebildet, dass sie Aluminium, Silber oder dergleichen enthalten. In einem solchen Fall kann eine Speicherschaltung, wie z. B. ein SRAM, unter den reflektierenden Elektroden angeordnet sein, was zu einem geringeren Stromverbrauch führt.
Ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung, die elektronische Tinte, elektronisches Flüssigpulver (Electronic Liquid Powder, eingetragenes Warenzeichen) oder ein elektrophoretisches Element beinhaltet, ist elektronisches Papier.
Es sei angemerkt, dass im Falle der Verwendung eines LED-Chips für ein Anzeigeelement oder dergleichen Graphen oder Graphit unter einer Elektrode oder einem Nitridhalbleiter des LED-Chips bereitgestellt werden kann. Graphen oder Graphit kann ein mehrschichtiger Film sein, bei dem eine Vielzahl von Schichten übereinander angeordnet ist. Wie vorstehend beschrieben, kann durch Bereitstellen von Graphen oder Graphit ein Nitridhalbleiter, wie z. B. eine Kristalle aufweisende GaN-Halbleiterschicht vom n-Typ, darüber leicht ausgebildet werden. Des Weiteren kann darüber eine Kristalle aufweisende GaN-Halbleiterschicht vom p-Typ oder dergleichen bereitgestellt werden; auf diese Weise kann der LED-Chip ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass eine AlN-Schicht zwischen der Kristalle aufweisenden GaN-Halbleiterschicht vom n-Typ und Graphen oder Graphit bereitgestellt werden kann. Die GaN-Halbleiterschichten, die in dem LED-Chip enthalten sind, können durch MOCVD ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass die GaN-Halbleiterschichten, die in dem LED-Chip enthalten sind, auch durch ein Sputterverfahren ausgebildet werden können, wenn das Graphen bereitgestellt ist.
Bei einem Anzeigeelement mit MEMS kann ein Trocknungsmittel in einem Raum bereitgestellt werden, in dem ein Anzeigeelement abgedichtet wird (oder beispielsweise zwischen einem Elementsubstrat, über dem sich das Anzeigeelement befindet, und einem Gegensubstrat, das dem Elementsubstrat entgegengesetzt ist). Durch Bereitstellen eines Trocknungsmittels kann verhindert werden, dass sich MEMS und dergleichen nur schwer bewegen lassen oder aufgrund von Feuchtigkeit oder dergleichen leicht verschlechtern.
21 stellt ein Strukturbeispiel eines Anzeigemoduls dar, das für die Anzeigevorrichtung 113 verwendet wird. Bei einem Anzeigemodul 6000 in 21 sind ein Berührungssensor 6004, der mit einer FPC 6003 verbunden ist, ein Anzeigefeld 6006, der mit einer FPC 6005 verbunden ist, eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 6007, ein Rahmen 6009, eine gedruckte Leiterplatte 6010 und eine Batterie 6011 zwischen einer oberen Abdeckung 6001 und einer unteren Abdeckung 6002 bereitgestellt. Es sei angemerkt, dass in einigen Fällen die Hintergrundbeleuchtungseinheit 6007, die Batterie 6011, der Berührungssensor 6004 und dergleichen nicht bereitgestellt sind.
Die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise bei einem integrierten Schaltkreis, der an der gedruckten Leiterplatte 6010 montiert ist, und dergleichen bereitgestellt werden. Der Anzeigeabschnitt 128 der Anzeigevorrichtung 113 ist mit dem Anzeigefeld 6006 ausgebildet. Die gedruckte Leiterplatte 6010 beinhaltet eine Stromversorgungsschaltung, eine Signalverarbeitungsschaltung zum Ausgeben eines Videosignals sowie eines Taktsignals und dergleichen. Als Stromquelle zum Zuführen eines Stroms zu der Stromversorgungsschaltung kann die Batterie 6011 oder eine Netzstromquelle verwendet werden. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem eine Netzstromquelle als Stromquelle verwendet wird, die Batterie 6011 weggelassen werden kann. Die gedruckte Leiterplatte 6010 kann, wenn nötig, mit dem Empfänger einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen sein.
Die Formen und Größen der oberen Abdeckung 6001 und der unteren Abdeckung 6002 können nach Bedarf entsprechend den Größen des Berührungssensors 6004, des Anzeigefeldes 6006 und dergleichen geändert werden.
Der Berührungssensor 6004 kann ein resistiver Touchscreen oder ein kapazitiver Touchscreen sein und kann derart ausgebildet sein, dass er mit dem Anzeigefeld 6006 überlappt. Das Anzeigefeld 6006 kann eine Berührungssensor-Funktion aufweisen. Beispielsweise kann eine Elektrode für einen Berührungssensor in jedem Pixel des Anzeigefeldes 6006 bereitgestellt sein, so dass eine kapazitive Touchscreen-Funktion hinzugefügt wird. Alternativ kann ein Photosensor in jedem Pixel des Anzeigefeldes 6006 bereitgestellt sein, so dass eine optische Berührungssensor-Funktion hinzugefügt wird.
Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 6007 beinhaltet eine Lichtquelle 6008. Die Lichtquelle 6008 kann auch an einem Endabschnitt der Hintergrundbeleuchtungseinheit 6007 bereitgestellt sein, und eine Lichtstreuscheibe kann verwendet werden. Wenn eine Licht emittierende Anzeigevorrichtung oder dergleichen für das Anzeigefeld 6006 verwendet wird, kann die Hintergrundbeleuchtungseinheit 6007 weggelassen werden. Der Rahmen 6009 schützt das Anzeigefeld 6006 und dient auch als elektromagnetischer Schild zum Blockieren von elektromagnetischen Wellen, die von der Seite der gedruckten Leiterplatte 6010 erzeugt werden. Der Rahmen 6009 kann als Abstrahlplatte dienen. Das Anzeigemodul 6000 kann zusätzlich mit einem Bestandteil, wie z. B. einer polarisierenden Platte, einer Retardationsplatte oder einer Prismenfolie, versehen sein.
22A stellt ein Konfigurationsbeispiel des Anzeigeabschnitts dar. Ein Anzeigeabschnitt 3100 in 22A beinhaltet einen Anzeigebereich 3131 sowie Schaltungen 3132 und 3133. Beispielsweise dient die Schaltung 3132 als Abtastleitungstreiber, und beispielsweise dient die Schaltung 3133 als Signalleitungstreiber.
Der Anzeigeabschnitt 3100 beinhaltet m Abtastleitungen 3135, die zueinander parallel oder im Wesentlichen parallel angeordnet sind und deren Potentiale durch die Schaltung 3132 gesteuert werden, und n Signalleitungen 3136, die zueinander parallel oder im Wesentlichen parallel angeordnet sind und deren Potentiale durch die Schaltung 3133 gesteuert werden. Der Anzeigebereich 3131 beinhaltet eine Vielzahl von Pixeln 3130, die in einer Matrix von m Zeilen und n Spalten angeordnet sind. Es sei angemerkt, dass m und n jeweils eine natürliche Zahl von 2 oder größer sind.
Jede der Abtastleitungen 3135 ist elektrisch mit den n Pixeln 3130 in der entsprechenden Zeile unter den Pixeln 3130 in dem Anzeigebereich 3131 verbunden. Jede der Signalleitungen 3136 ist elektrisch mit den m Pixeln 3130 in der entsprechenden Spalte unter den Pixeln 3130 verbunden.
22B und 22C sind Schaltpläne, die Konfigurationsbeispiele des Pixels 3130 darstellen. Ein Pixel 3130B in 22B ist ein Pixel einer selbstleuchtenden Anzeigevorrichtung, und ein Pixel 3130C in 22C ist ein Pixel einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
Das Pixel 3130B beinhaltet einen Kondensator 3233, Transistoren 3431, 3232 und 3434 sowie ein Licht emittierendes Element 3125. Das Pixel 3130B ist elektrisch mit der Signalleitung 3136 in der n-ten Spalte, der ein Datensignal zugeführt wird (nachstehend als Signalleitung DL_n bezeichnet), der Abtastleitung 3135 in der m-ten Zeile, der ein Gate-Signal zugeführt wird (nachstehend als Abtastleitung GL_m bezeichnet), und Potentialversorgungsleitungen VL_a und VL_b verbunden.
Als Subpixel wird jeweils eine Vielzahl von Pixeln 3130B verwendet, und die Subpixel emittieren Licht in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen, so dass ein Farbbild erhalten werden kann. Beispielsweise werden das Pixel 3130, das Licht in einem roten Wellenlängenbereich emittiert, das Pixel 3130, das Licht in einem grünen Wellenlängenbereich emittiert, und das Pixel 3130, das Licht in einem blauen Wellenlängenbereich emittiert, als einzelnes Pixel verwendet.
Die Kombination der Wellenlängenbereiche von Licht ist nicht auf Rot, Grün und Blau beschränkt, und es können Zyan, Gelb und Magenta verwendet werden. Subpixel, die Licht in mindestens drei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittieren, sind in einem einzelnen Pixel bereitgestellt, wodurch ein Vollfarbbild erhalten werden kann.
Eine oder mehrere Farbe/n von Gelb, Zyan, Magenta, Weiß und dergleichen kann/können zu Rot, Gün und Blau hinzugefügt werden. Beispielsweise kann ein Subpixel, das Licht in einem gelben Wellenlängenbereich emittiert, zusätzlich zu Rot, Grün und Blau, hinzugefügt werden. Eine oder mehrere Farbe/n von Rot, Grün, Blau, Weiß und dergleichen kann/können zu Zyan, Gelb und Magenta hinzugefügt werden. Beispielsweise kann ein Subpixel, das Licht in einem blauen Wellenlängenbereich emittiert, zusätzlich zu Zyan, Gelb und Magenta, hinzugefügt werden. Wenn die Subpixel, die Licht in vier oder mehr unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittieren, in einem einzelnen Pixel bereitgestellt sind, kann die Reproduzierbarkeit von Farben eines angezeigten Bildes ferner erhöht werden.
Das Zahlenverhältnis der Pixel (oder das Verhältnis des Licht emittierenden Bereichs), d. h. das Zahlenverhältnis von Rot zu Grün und Blau, die in einem einzelnen Pixel verwendet werden, ist nicht notwendigerweise 1:1:1. Das Zahlenverhältnis der Pixel (das Verhältnis des Licht emittierenden Bereichs), d. h. das Zahlenverhältnis von Rot zu Grün und Blau, kann beispielsweise 1:1:2 sein. Alternativ kann das Zahlenverhältnis der Pixel (das Verhältnis des Licht emittierenden Bereichs), d. h. das Zahlenverhältnis von Rot zu Grün und Blau, 1:2:3 sein.
Ein Subpixel, das weißes Licht emittiert, kann mit roten, grünen und blauen Farbfiltern oder dergleichen kombiniert werden, um eine Vollfarbanzeige zu ermöglichen. Alternativ können ein Subpixel, das Licht in einem roten Wellenlängenbereich emittiert, ein Subpixel, das Licht in einem grünen Wellenlängenbereich emittiert, und ein Subpixel, das Licht in einem blauen Wellenlängenbereich emittiert, mit einem Farbfilter, der Licht in einem roten Wellenlängenbereich durchlässt, einem Farbfilter, der Licht in einem grünen Wellenlängenbereich durchlässt, bzw. einem Farbfilter, der Licht in einem blauen Wellenlängenbereich durchlässt, kombiniert werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann nicht nur auf eine Anzeigevorrichtung für die Farbanzeige, sondern auch auf eine Anzeigevorrichtung für die monochrome Anzeige angewendet werden.
Das Pixel 3130C in 22C ist elektrisch mit dem Transistor 3431, dem Kondensator 3233 und einem Flüssigkristallelement 3432 verbunden. Das Pixel 3130C ist elektrisch mit der Signalleitung DL_n, der Abtastleitung GL_m und einer Kondensatorleitung CL verbunden.
Das Potential einer eines Paars von Elektroden des Flüssigkristallelements 3432 wird entsprechend den Spezifikationen des Pixels 3130C angemessen eingestellt. Der Ausrichtungszustand eines Flüssigkristalls in dem Flüssigkristallelement 3432 hängt von Daten ab, die in einen Knoten 3436 geschrieben werden. Ein gemeinsames Potential kann zu einer des Paars von Elektroden des Flüssigkristallelements 3432 in jedem der Vielzahl von Pixeln 3130C zugeführt werden. Das Potential der Kondensatorleitung CL wird je nach den Spezifikationen des Pixels 3130C angemessen eingestellt. Der Kondensator 3233 dient als Speicherkondensator zum Halten von Daten, die in den Knoten 3436 geschrieben werden.
Als Beispiele für einen Modus des Flüssigkristallelements 3432 können die folgenden Modi angegeben werden: ein TN-Modus, ein STN-Modus, ein VA-Modus, ein achsensymmetrisch-ausgerichtete-Mikrozellen-(axially symmetric aligned micro-cell, ASM-)Modus, ein optisch kompensierter Doppelbrechungs-(optical compensated birefringence, OCB-)Modus, ein ferroelektrischer Flüssigkristall-(ferroelectric liquid crystal, FLC-)Modus, ein antiferroelektrischer Flüssigkristall-(anti-ferroelectric liquid crystal, AFLC-)Modus, ein MVA-Modus, ein Patterned Vertical Alignment-(PVA-)Modus, ein IPS-Modus, ein FFS-Modus und ein Transverse Bend Alignment-(TBA-)Modus. Weitere Beispiele umfassen einen elektrisch gesteuerten Doppelbrechungs-(electrically controlled birefringence, ECB-)Modus, einen polymerdispergierten Flüssigkristall-(polymer dispersed liquid crystal, PDLC-)Modus, einen Polymernetz-Flüssigkristall(polymer network liquid crystal, PNLC-)Modus und einen Gast-Wirt-(Guest-Host-)Modus. Es sei angemerkt, dass ohne Beschränkung darauf verschiedene Modi zum Einsatz kommen können.
Die Bauteilstruktur des Anzeigefeldes wird anhand von 23A bis 23C beschrieben. In 23A ist ein Dichtungsmittel 4005 derart bereitgestellt, dass es einen über einem Substrat 4001 bereitgestellten Pixelabschnitt 4002 umgibt, wobei der Pixelabschnitt 4002 mit einem Substrat 4006 abgedichtet ist. In 23A sind ein Signalleitungstreiber 4003 und ein Abtastleitungstreiber 4004 in einem Bereich montiert, der sich von dem von dem Dichtungsmittel 4005 umgebenen Bereich über dem Substrat 4001 unterscheidet. Der Signalleitungstreiber 4003 wird aus einem einkristallinen Halbleiter oder einem polykristallinen Halbleiter über einem anderen Substrat ausgebildet. Das Gleiche gilt auch für den Abtastleitungstreiber 4004. Verschiedene Signale und Potentiale werden dem Signalleitungstreiber 4003, dem Abtastleitungstreiber 4004 und dem Pixelabschnitt 4002 über flexible gedruckte Schaltungen (flexible printed circuits, FPCs) 4018a und 4018b zugeführt.
In 23B und 23C ist das Dichtungsmittel 4005 derart bereitgestellt, dass es den Pixelabschnitt 4002 und den Abtastleitungstreiber 4004, die über dem Substrat 4001 bereitgestellt sind, umgibt. Das Substrat 4006 ist über dem Pixelabschnitt 4002 und dem Abtastleitungstreiber 4004 angeordnet. Folglich sind der Pixelabschnitt 4002 und der Abtastleitungstreiber 4004 zusammen mit dem Anzeigeelement mittels des Substrats 4001, des Dichtungsmittels 4005 und des Substrats 4006 abgedichtet. In 23B und 23C ist des Weiteren der Signalleitungstreiber 4003 in einem Bereich montiert, der sich von dem von dem Dichtungsmittel 4005 umgebenen Bereich über dem Substrat 4001 unterscheidet. In 23B und 23C werden dem Signalleitungstreiber 4003, dem Abtastleitungstreiber 4004 und dem Pixelabschnitt 4002 über eine FPC 4018 verschiedene Signale und Potentiale zugeführt.
Obwohl 23B und 23C jeweils ein Beispiel darstellen, in dem der Signalleitungstreiber 4003 getrennt ausgebildet und auf dem Substrat 4001 montiert ist, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt. Der Abtastleitungstreiber kann getrennt ausgebildet und dann montiert werden, oder nur ein Teil des Signalleitungstreibers oder nur ein Teil des Abtastleitungstreibers kann getrennt ausgebildet und dann montiert werden.
Das Verfahren zum Verbinden eines getrennt ausgebildeten Treibers ist nicht besonders beschränkt; man kann Drahtbonden, einen Chip-on-Glass (COG), ein Tape Carrier Package (TCP), einen Chip-on-Film (COF) oder dergleichen verwenden. 23A stellt ein Beispiel dar, in dem der Signalleitungstreiber 4003 und der Abtastleitungstreiber 4004 durch einen COG montiert werden. 23B stellt ein Beispiel dar, in dem der Signalleitungstreiber 4003 durch einen COG montiert wird. 23C stellt ein Beispiel dar, in dem der Signalleitungstreiber 4003 durch ein TCP montiert wird. Die Anzeigevorrichtung umfasst in einigen Fällen ein Anzeigefeld, bei dem ein Anzeigeelement abgedichtet ist, sowie ein Modul, bei dem ein IC oder dergleichen, der einen Regler beinhaltet, an dem Anzeigefeld montiert ist. Der Pixelabschnitt und der Abtastleitungstreiber, die über dem Substrat 4001 angeordnet sind, beinhalten eine Vielzahl von Transistoren, auf die der Transistor, der bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden ist, angewendet werden kann.
24A und 24B entsprechen Querschnittansichten entlang der Kettenlinie N1-N2 in 23B. 24A stellt ein Anzeigefeld 4000A einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung dar, und 24B stellt ein Anzeigefeld 4000B einer selbstleuchtenden Anzeigevorrichtung dar.
Das Anzeigefeld 4000A beinhaltet eine Elektrode 4015, und die Elektrode 4015 ist über eine anisotrope leitende Schicht 4019 elektrisch mit einem Anschluss verbunden, der in der FPC 4018 enthalten ist. Die Elektrode 4015 ist in einer Öffnung, die in Isolierschichten 4112, 4111 und 4110 ausgebildet ist, elektrisch mit einer Leitung 4014 verbunden. Das Anzeigefeld 4000A beinhaltet Transistoren 4010 und 4011 sowie einen Kondensator 4020. Der Kondensator 4020 umfasst einen Bereich, in dem ein Teil einer Source-Elektrode oder ein Teil einer Drain-Elektrode des Transistors 4010 mit einer Elektrode 4021 überlappt, wobei eine Isolierschicht 4103 dazwischen angeordnet ist. Die Elektrode 4021 ist unter Verwendung derselben leitenden Schicht wie eine Elektrode 4017 ausgebildet. Die Elektrode 4015 ist unter Verwendung derselben leitenden Schicht wie eine erste Elektrodenschicht 4030 ausgebildet, und die Leitung 4014 ist unter Verwendung derselben leitenden Schicht als Source- und Drain-Elektrode von Transistoren 4010 und 4011 ausgebildet. Das Gleiche gilt auch für das Anzeigefeld 4000B.
Der Pixelabschnitt 4002 und der Abtastleitungstreiber 4004, welche über dem Substrat 4001 bereitgestellt sind, beinhalten eine Vielzahl von Transistoren. In 24A und 24B werden beispielhaft der Transistor 4010, der in dem Pixelabschnitt 4002 enthalten ist, und der Transistor 4011, der in dem Abtastleitungstreiber 4004 enthalten ist, dargestellt. Die Isolierschichten 4112, 4111 und 4110 sind über den Transistoren 4010 und 4011 in 24A bereitgestellt, und ein Damm 4510 ist ferner über der Isolierschicht 4112 in 24B bereitgestellt.
Im Allgemeinen wird die Kapazität des Kondensators, der in einem Pixel bereitgestellt wird, unter Berücksichtigung des Leckstroms oder dergleichen von Transistoren, die in dem Pixel bereitgestellt werden, derart eingestellt, dass eine Ladung während einer vorbestimmten Periode gehalten werden kann. Die Kapazität des Kondensators kann unter Berücksichtigung des Sperrstroms des Transistors oder dergleichen eingestellt werden. Wenn beispielsweise ein OS-Transistor in einem Pixelabschnitt einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet wird, kann die Kapazität des Kondensators ein Drittel oder kleiner bzw. ein Fünftel oder kleiner der Kapazität eines Flüssigkristalls sein. Unter Verwendung eines OS-Transistors kann die Ausbildung eines Kondensators weggelassen werden.
In 24A beinhaltet ein Flüssigkristallelement 4013 die erste Elektrodenschicht 4030, eine zweite Elektrodenschicht 4031 und eine Flüssigkristallschicht 4008. Isolierschichten 4032 und 4033, die als Ausrichtungsfilme dienen, sind derart bereitgestellt, dass die Flüssigkristallschicht 4008 dazwischen angeordnet ist. Die zweite Elektrodenschicht 4031 ist auf der Seite des Substrats 4006 bereitgestellt, und die erste Elektrodenschicht 4030 und die zweite Elektrodenschicht 4031 überlappen miteinander, wobei die Flüssigkristallschicht 4008 dazwischen angeordnet ist.
Ein Abstandshalter 4035 ist ein säulenförmiger Abstandshalter, der durch selektives Ätzen einer Isolierschicht erhalten wird, und ist bereitgestellt, um einen Abstand zwischen der ersten Elektrodenschicht 4030 und der zweiten Elektrodenschicht 4031 (einen Zellenabstand) zu steuern. Alternativ kann auch ein kugelförmiger Abstandshalter verwendet werden.
In dem Fall, in dem ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement verwendet wird, kann ein thermotroper Flüssigkristall, ein niedermolekularer Flüssigkristall, ein hochmolekularer Flüssigkristall, ein polymerdispergierter Flüssigkristall, ein ferroelektrischer Flüssigkristall, ein anti-ferroelektrischer Flüssigkristall oder dergleichen verwendet werden. Ein derartiges Flüssigkristallmaterial weist je nach Bedingungen eine cholesterische Phase, eine smektische Phase, eine kubische Phase, eine chiral nematische Phase, eine isotrope Phase oder dergleichen auf.
Alternativ kann ein eine blaue Phase aufweisender Flüssigkristall, für den kein Ausrichtungsfilm erforderlich ist, verwendet werden. Eine blaue Phase ist eine Flüssigkristallphase, die erzeugt wird, kurz bevor sich eine cholesterische Phase in eine isotrope Phase verändert, während die Temperatur des cholesterischen Flüssigkristalls zunimmt. Da die blaue Phase nur in einem schmalen Temperaturbereich auftritt, wird eine Flüssigkristallzusammensetzung, bei der 5 Gew.-% oder mehr eines chiralen Materials beigemischt ist, für die Flüssigkristallschicht verwendet, um den Temperaturbereich zu verbessern. Die Flüssigkristallzusammensetzung, die den eine blaue Phase aufweisenden Flüssigkristall und ein chirales Material enthält, weist eine kurze Ansprechzeit von 1 msec oder weniger und optische Isotropie auf, was den Ausrichtungsprozess unnötig und die Betrachtungswinkelabhängigkeit gering macht. Zudem ist, da ein Ausrichtungsfilm nicht bereitgestellt werden muss, eine Reibbehandlung nicht erforderlich. Folglich kann eine durch die Reibbehandlung hervorgerufene Beschädigung infolge elektrostatischer Entladung verhindert werden, und Defekte und Beschädigungen der Flüssigkristallanzeigevorrichtung in dem Herstellungsprozess können daher verringert werden. Somit kann die Produktivität der Flüssigkristallanzeigevorrichtung verbessert werden.
Darüber hinaus ist es möglich, ein als Domänenmultiplikation oder Mehrdomänendesign bezeichnetes Verfahren zu verwenden, bei dem ein Pixel in einige Bereiche (Subpixel) unterteilt ist und Moleküle in ihren jeweiligen Bereichen in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sind.
Der spezifische Widerstand des Flüssigkristallmaterials ist höher als oder gleich 1 × 10⁹ Ω·cm, bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹¹ Ω·cm, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹² Ω·cm. Der spezifische Widerstand in dieser Beschreibung wird bei 20°C gemessen.
Bei dem bei dieser Ausführungsform verwendeten OS-Transistor kann der Strom in einem Sperrzustand (der Sperrstrom) niedrig gemacht werden. Dementsprechend kann ein elektrisches Signal, wie z. B. ein Bildsignal, über einen längeren Zeitraum gehalten werden, und ein Schreibintervall kann in einem Durchlasszustand länger eingestellt werden. Dementsprechend kann die Häufigkeit des Auffrischungsvorgangs verringert werden, was zu einem Effekt der Unterdrückung des Stromverbrauchs führt.
Bei dem OS-Transistor kann eine relativ hohe Feldeffektbeweglichkeit erzielt werden, wodurch Schnellbetrieb möglich ist. Deshalb können dann, wenn der obige Transistor bei einem Pixelabschnitt einer Anzeigevorrichtung verwendet wird, Bilder mit hoher Qualität erhalten werden. Da ein Treiberabschnitt und der Pixelabschnitt unter Verwendung des vorstehenden Transistors über einem einzelnen Substrat ausgebildet werden können, kann die Anzahl der Bestandteile der Anzeigevorrichtung verringert werden.
Bei der Anzeigevorrichtung können eine schwarze Matrix (eine lichtundurchlässige Schicht), ein optisches Element (ein optisches Substrat), wie z. B. ein polarisierendes Element, ein Retardationselement oder ein Antireflexionselement, und dergleichen nach Bedarf bereitgestellt werden. Beispielsweise kann eine zirkulare Polarisation unter Verwendung eines Polarisationssubstrats und eines Retardationssubstrats zum Einsatz kommen. Ferner kann eine Hintergrundbeleuchtung, eine Seitenbeleuchtung oder dergleichen als Lichtquelle verwendet werden.
Als Anzeigeelement in der Anzeigevorrichtung kann ein Licht emittierendes Element, das Elektrolumineszenz nutzt (auch als „EL-Element” bezeichnet), verwendet werden. Ein EL-Element beinhaltet eine Schicht, die eine Licht emittierende Verbindung enthält (auch als „EL-Schicht” bezeichnet), zwischen einem Elektrodenpaar. Indem zwischen dem Elektrodenpaar ein Potentialunterschied erzeugt wird, der größer ist als die Schwellenspannung des EL-Elements, werden Löcher von der Anodenseite und Elektronen von der Kathodenseite in die EL-Schicht injiziert. Die injizierten Elektronen und Löcher rekombinieren in der EL-Schicht, so dass eine Licht emittierende Substanz, die in der EL-Schicht enthalten ist, Licht emittiert.
EL-Elemente werden je nachdem eingeteilt, ob ein Licht emittierendes Material eine organische Verbindung oder eine anorganische Verbindung ist. Im Allgemeinen wird das Erstere als organisches EL-Element bezeichnet, und das Letztere wird als anorganisches EL-Element bezeichnet.
Bei einem organischen EL-Element werden durch Anlegen einer Spannung Elektronen von einer Elektrode und Löcher von der anderen Elektrode in die EL-Schicht injiziert. Die Ladungsträger (d. h. Elektronen und Löcher) rekombinieren; dadurch wird die Licht emittierende organische Verbindung angeregt. Die Licht emittierende organische Verbindung kehrt aus dem angeregten Zustand in einen Grundzustand zurück, wodurch Licht emittiert wird. Aufgrund eines derartigen Mechanismus wird ein derartiges Licht emittierendes Element als Licht emittierendes Element mit Stromanregung bezeichnet.
Zusätzlich zu der Licht emittierenden Verbindung kann die EL-Schicht ferner eine beliebige von einer Substanz mit einer hohen Lochinjektionseigenschaft, einer Substanz mit einer hohen Lochtransporteigenschaft, einem lochblockierenden Material, einer Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft, einer Substanz mit einer hohen Elektroneninjektionseigenschaft, einer Substanz mit einer bipolaren Eigenschaft (einer Substanz mit einer hohen Elektronen- und Lochtransporteigenschaft) und dergleichen enthalten.
Die EL-Schicht kann durch ein Verdampfungsverfahren (darunter auch ein Vakuumverdampfungsverfahren), ein Transferverfahren, ein Druckverfahren, ein Tintenstrahlverfahren, ein Beschichtungsverfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
Anorganische EL-Elemente werden entsprechend ihren Elementstrukturen in ein anorganisches Dispersions-EL-Element und in ein anorganisches Dünnfilm-EL-Element eingeteilt. Das anorganische Dispersions-EL-Element beinhaltet eine Licht emittierende Schicht, bei der Teilchen eines Licht emittierenden Materials in einem Bindemittel dispergiert sind, und sein Lichtemissionsmechanismus ist eine Lichtemission vom Typ einer Donator-Akzeptor-Rekombination, bei der ein Donatorniveau und ein Akzeptorniveau ausgenutzt werden. Im Gegensatz dazu weist das anorganische Dünnfilm-EL-Element eine Struktur auf, bei der eine Licht emittierende Schicht zwischen dielektrischen Schichten angeordnet ist, die ferner zwischen Elektroden angeordnet ist, wobei sein Lichtemissionsmechanismus eine Lichtemission vom Lokalisationstyp ist, bei der ein Innenschalenelektronenübergang von Metallionen ausgenutzt wird. Hier wird ein Beispiel, in dem ein organisches EL-Element als Licht emittierendes Element verwendet wird, beschrieben.
Um Licht, das aus dem Licht emittierenden Element emittiert wird, zu extrahieren, ist mindestens eine Elektrode des Elektrodenpaars durchsichtig. Der Transistor und das Licht emittierende Element werden über einem Substrat ausgebildet. Das Licht emittierende Element kann eine Struktur mit Emission nach oben (top emission structure), bei der eine Lichtemission durch die Oberfläche, die dem Substrat entgegengesetzt ist, extrahiert wird; eine Struktur mit Emission nach unten (bottom emission structure), bei der eine Lichtemission durch die Oberfläche auf der Seite des Substrats extrahiert wird; oder eine duale Emissionsstruktur (dual emission structure) aufweisen, bei der eine Lichtemission sowohl durch die Seite, die dem Substrat entgegengesetzt ist, als auch durch die Seite des Substrats extrahiert wird.
In 24B ist ein Licht emittierendes Element 4513 elektrisch mit dem Transistor 4010 in dem Pixelabschnitt 4002 verbunden. Die Struktur des Licht emittierenden Elements 4513 ist nicht auf eine mehrschichtige Struktur beschränkt, die die erste Elektrodenschicht 4030, eine Licht emittierende Schicht 4511 und die zweite Elektrodenschicht 4031 beinhaltet. Die Struktur des Licht emittierenden Elements 4513 kann angemessen je nach der Richtung, in der Licht aus dem Licht emittierenden Element 4513 extrahiert wird, oder dergleichen geändert werden.
Der Damm 4510 kann unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials oder eines anorganischen isolierenden Materials ausgebildet werden. Besonders bevorzugt wird der Damm 4510 unter Verwendung eines lichtempfindlichen Harzmaterials derart ausgebildet, dass er eine Öffnung über der ersten Elektrodenschicht 4030 aufweist, wobei sich eine Seitenfläche der Öffnung mit einer durchgehenden Krümmung neigt.
Die Licht emittierende Schicht 4511 kann unter Verwendung einer einzelnen Schicht oder einer Vielzahl von übereinander angeordneten Schichten ausgebildet werden.
Eine Schutzschicht kann über der zweiten Elektrodenschicht 4031 und dem Damm 4510 ausgebildet sein, um ein Eindringen von Sauerstoff, Wasserstoff, Feuchtigkeit, Kohlendioxid oder dergleichen in das Licht emittierende Element 4513 zu verhindern. Für die Schutzschicht kann Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxynitrid, Aluminiumnitridoxid, diamantähnlicher Kohlenstoff (diamond like carbon, DLC) oder dergleichen verwendet werden. Ferner ist in einem Raum, der von dem Substrat 4001, dem Substrat 4006 und dem Dichtungsmittel 4005 umschlossen ist, ein Füllmaterial 4514 zu Dichtungszwecken bereitgestellt. Auf diese Weise wird der Bildschirm vorzugsweise mit einem Schutzfilm (wie z. B. einem Laminatfilm oder einem ultravioletthärtenden Harzfilm) oder einem Abdeckmaterial mit hoher Luftundurchlässigkeit und geringer Entgasung gepackt (abgedichtet), so dass der Bildschirm der Außenluft nicht ausgesetzt ist.
Als das Füllmaterial 4514 kann ein ultravioletthärtendes Harz oder ein wärmehärtendes Harz sowie ein Inertgas, wie z. B. Stickstoff oder Argon, verwendet werden. Beispielsweise kann Polyvinylchlorid (PVC), ein Acrylharz, Polyimid, ein Epoxidharz, ein Silikonharz, Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) oder dergleichen verwendet werden. Ein Trocknungsmittel kann in dem Füllmaterial 4514 enthalten sein.
Für das Dichtungsmittel 4005 kann beispielsweise ein Glasmaterial, wie z. B. eine Glasfritte, oder ein Harzmaterial, wie z. B. ein Zwei-Komponenten-Harz, das sich bei Raumtemperatur aushärten kann, ein lichthärtendes Harz oder ein wärmehärtendes Harz, verwendet werden. Ein Trocknungsmittel kann in dem Dichtungsmittel 4005 enthalten sein.
Zusätzlich kann, soweit erforderlich, ein optischer Film, wie z. B. eine polarisierende Platte, eine zirkular polarisierende Platte (darunter auch eine elliptisch polarisierende Platte), eine Retardationsplatte (eine Viertelwellenplatte oder eine Halbwellenplatte) oder ein Farbfilter, angemessen auf einer Licht emittierenden Fläche des Licht emittierenden Elements bereitgestellt sein. Ferner kann die polarisierende Platte oder die zirkular polarisierende Platte mit einem Antireflexionsfilm versehen sein. Beispielsweise kann eine Blendschutzbehandlung (anti-glare treatment) durchgeführt werden, durch die reflektiertes Licht durch Vorsprünge und Vertiefungen an der Oberfläche gestreut werden kann, um die Blendung zu verringern.
Wenn das Licht emittierende Element eine Mikrokavitätsstruktur aufweist, kann Licht mit hoher Farbreinheit extrahiert werden. Überdies kann dann, wenn eine Mikrokavitätsstruktur und ein Farbfilter in Kombination verwendet werden, die Blendung verringert werden, und es kann die Sichtbarkeit eines angezeigten Bildes erhöht werden.
Die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht (jede davon wird auch als Pixel-Elektrodenschicht, gemeinsame Elektrodenschicht, Gegenelektrodenschicht oder dergleichen bezeichnet) zum Anlegen einer Spannung an das Anzeigeelement weisen jeweils Lichtdurchlasseigenschaften oder Lichtreflexionseigenschaften auf, je nach der Richtung, in der Licht extrahiert wird, der Position, an der die Elektrodenschicht vorgesehen ist, der Musterstruktur der Elektrodenschicht und dergleichen.
Die erste Elektrodenschicht 4030 und die zweite Elektrodenschicht 4031 können unter Verwendung eines lichtdurchlässigen leitenden Materials, wie z. B. Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, dem Siliziumoxid zugesetzt worden ist, ausgebildet werden.
Die erste Elektrodenschicht 4030 und die zweite Elektrodenschicht 4031 können jeweils auch unter Verwendung einer oder mehrerer Arten von Materialien ausgebildet werden, die aus einem Metall, wie z. B. Wolfram (W), Molybdän (Mo), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf), Vanadium (V), Niob (Nb), Tantal (Ta), Chrom (Cr), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Titan (Ti), Platin (Pt), Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Silber (Ag), ihrer Legierung und ihrem Nitrid ausgewählt werden.
Es kann auch eine leitende Zusammensetzung, die ein leitendes Makromolekül (auch als leitendes Polymer bezeichnet) enthält, für die erste Elektrodenschicht 4030 und die zweite Elektrodenschicht 4031 verwendet werden. Als leitendes Makromolekül kann ein sogenanntes π-Elektronen-konjugiertes leitendes Polymer verwendet werden.
Zum Beispiel kann Polyanilin oder ein Derivat davon, Polypyrrol oder ein Derivat davon, Polythiophen oder ein Derivat davon, ein Copolymer von zwei oder mehr von Anilin, Pyrrol und Thiophen oder ein Derivat davon angegeben werden.
25A ist eine Querschnittsansicht in dem Fall, in dem Top-Gate-Transistoren als die Transistoren 4011 und 4010 in 24A bereitgestellt sind. In ähnlicher Weise ist 25B eine Querschnittsansicht in dem Fall, in dem Top-Gate-Transistoren als die Transistoren 4011 und 4010 in 24B bereitgestellt sind.
Bei jedem der Transistoren 4010 und 4011 dient die Elektrode 4017 als Gate-Elektrode. Die Leitung 4014 dient als Source- oder Drain-Elektrode. Die Isolierschicht 4103 dient als Gate-Isolierfilm. Die Transistoren 4010 und 4011 beinhalten jeweils eine Halbleiterschicht 4012. Für die Halbleiterschicht 4012 kann kristallines Silizium, polykristallines Silizium, amorphes Silizium, ein Oxidhalbleiter, ein organischer Halbleiter oder dergleichen verwendet werden. Verunreinigungen können, soweit erforderlich, in die Halbleiterschicht 4012 eingeführt werden, um die Leitfähigkeit der Halbleiterschicht 4012 zu erhöhen oder um die Schwellenspannung des Transistors zu steuern.
<<Elektronisches Gerät>>
Beispiele für elektronische Geräte, die mit dem oben beschriebenen Anzeigeabschnitt versehen sind, umfassen ein Fernsehgerät, einen Monitor eines Computers oder dergleichen, eine Digitalkamera, eine digitale Videokamera, einen digitalen Fotorahmen, ein Mobiltelefon (auch als Handy oder Mobiltelefongerät bezeichnet), eine tragbare Spielkonsole, ein tragbares Informationsendgerät, eine Audiowiedergabevorrichtung und einen großen Spielautomaten, wie z. B. einen Flipperautomaten. Insbesondere können die elektronischen Geräte dann, wenn sie flexibel sind, in einer Innen-/Außenwand eines Hauses oder eines Gebäudes oder einer Innen-/Außenseite eines Autos entlang den gekrümmten Oberflächen integriert werden. 26A bis 26F sind Strukturbeispiele der elektronischen Geräte.
Ein Mobiltelefon 7400, das in 26A dargestellt ist, beinhaltet einen Anzeigeabschnitt 7402, der in einem Gehäuse 7401 eingebaut ist, Bedienknöpfe 7403, einen externen Verbindungsanschluss 7404, einen Lautsprecher 7405, ein Mikrofon 7406 und dergleichen. Wenn der Anzeigeabschnitt 7402 des Mobiltelefons 7400 mit einem Finger oder dergleichen berührt wird, können Daten in das Mobiltelefon 7400 eingegeben werden. Ferner können Bedienungen, wie z. B. Telefonieren und Texteingabe, durch Berühren des Anzeigeabschnitts 7402 mit einem Finger oder dergleichen durchgeführt werden. Mit den Bedienknöpfen 7403 kann das Ein-/Ausschalten des Stroms gesteuert werden. Außerdem können die Arten von Bildern, die auf dem Anzeigeabschnitt 7402 angezeigt werden, umgeschaltet werden; beispielsweise werden Bilder von einem Bildschirm zum E-Mail-Schreiben auf einen Hauptmenübildschirm umgeschaltet.
26B stellt ein Beispiel für ein armbanduhrartiges tragbares Informationsendgerät dar. Ein tragbares Informationsendgerät 7100, das in 26B dargestellt ist, beinhaltet ein Gehäuse 7101, einen Anzeigeabschnitt 7102, ein Band 7103, eine Schnalle 7104, einen Bedienknopf 7105, einen Eingangs-/Ausgangsanschluss 7106 und dergleichen. Das tragbare Informationsendgerät 7100 kann verschiedene Applikationen ausführen, wie beispielsweise Mobiltelefongespräche, E-Mailen, Lesen und Bearbeiten von Texten, Musikwiedergabe, Internet-Kommunikation und ein Computerspiel. Die Anzeigeoberfläche des Anzeigeabschnitts 7102 ist gekrümmt, und Bilder können auf der gekrümmten Anzeigeoberfläche angezeigt werden. Der Anzeigeabschnitt 7102 beinhaltet ferner einen Berührungssensor, und man kann ihn durch Berühren des Bildschirms mit seinem Finger, einem Stift oder dergleichen bedienen. Zum Beispiel kann man durch Berühren eines Icons 7107, das auf dem Anzeigeabschnitt 7102 angezeigt wird, eine Applikation starten.
Mit dem Bedienknopf 7105 können verschiedene Funktionen ausgeführt werden, wie beispielsweise Zeiteinstellung, Ein-/Ausschalten des Stroms, Ein-/Ausschalten der drahtlosen Kommunikation, Aktivieren und Deaktivieren des Ruhemodus sowie Aktivieren und Deaktivieren des Stromsparmodus. Zum Beispiel können die Funktionen des Bedienknopfs 7105 durch Steuern des Betriebssystems, das in dem tragbaren Informationsendgerät 7100 integriert ist, beliebig eingestellt werden. Bei dem tragbaren Informationsendgerät 7100 kann eine Nahbereichskommunikation zum Einsatz kommen, die ein auf einem bestehenden Kommunikationsstandard basierendes Kommunikationsverfahren ist. In diesem Fall kann beispielsweise eine gegenseitige Kommunikation zwischen dem Informationsendgerät 7100 und einem Headset durchgeführt werden, das für die drahtlose Kommunikation geeignet ist, und somit sind Freisprech-Telefonate möglich. Das tragbare Informationsendgerät 7100 beinhaltet außerdem den Eingangs-/Ausgangsanschluss 7106, und Daten können über einen Verbinder direkt an ein weiteres Informationsendgerät gesendet und von ihm empfangen werden. Ein Aufladen ist durch den Eingangs-/Ausgangsanschluss 7106 möglich. Es sei angemerkt, dass der Ladevorgang durch drahtlose Stromversorgung durchgeführt werden kann, ohne dass der Eingangs-/Ausgangsanschluss 7106 verwendet wird.
26C stellt einen Notebook- bzw. Laptop-Personal Computer (PC) dar. Ein PC 7200, der in 26C dargestellt ist, beinhaltet ein Gehäuse 7221, einen Anzeigeabschnitt 7222, eine Tastatur 7223, ein Zeigegerät 7224 und dergleichen.
26D stellt eine stationäre Anzeigevorrichtung dar. Eine Anzeigevorrichtung 7000, die in 26D dargestellt ist, beinhaltet ein Gehäuse 7001, einen Anzeigeabschnitt 7002, eine Trägerbasis 7003 und dergleichen.
26E stellt eine Videokamera 7600 dar, die ein erstes Gehäuse 7641, ein zweites Gehäuse 7642, einen Anzeigeabschnitt 7643, Bedientasten 7644, eine Linse 7645, ein Gelenk 7646 und dergleichen beinhaltet.
26F stellt ein Auto 7500 dar, das eine Karosserie 7551, Räder 7552, ein Armaturenbrett 7553, Scheinwerfer 7554 und dergleichen beinhaltet.
In dem Fall, in dem beispielsweise die Anzahl von Pixeln in dem Anzeigeabschnitt des oben beschriebenen elektronischen Geräts so hoch wie 4K oder 8K ist, beinhaltet das oben beschriebene elektronische Gerät vorzugsweise den Empfänger einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wenn das oben beschriebe elektronische Gerät den Empfänger einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet, kann ein Bild mit hoher Geschwindigkeit und mit geringem Stromverbrauch empfangen und angezeigt werden.
(Ausführungsform 3)
Bei dieser Ausführungsform werden eine Bauteilstruktur eines OS-Transistors und dergleichen beschrieben.
<<Strukturbeispiel 1 eines Transistors>>
27A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 400a. 27B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A1-A2 in 27A, und 27C ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A3-A4 in 27A. Es sei angemerkt, dass die Richtungen der Linie A1-A2 und der Linie A3-A4 mitunter als Kanallängsrichtung des Transistors 400a bzw. als Kanalquerrichtung des Transistors 400a bezeichnet werden. Es sei angemerkt, dass in 27A einige Bestandteile nicht dargestellt sind, um die Zeichnung zu vereinfachen. Das Gleiche gilt auch für 28A und dergleichen.
Der Transistor 400a beinhaltet ein Substrat 450, einen Isolierfilm 401 über dem Substrat 450, einen leitenden Film 414 über dem Isolierfilm 401, einen Isolierfilm 402, der den leitenden Film 414 bedeckt, einen Isolierfilm 403 über dem Isolierfilm 402, einen Isolierfilm 404 über dem Isolierfilm 403, ein Metalloxid 431 und ein Metalloxid 432, welche in dieser Reihenfolge über dem Isolierfilm 404 angeordnet sind, einen leitenden Film 421, der in Kontakt mit der Oberseite und Seitenflächen des Metalloxides 432 ist, einen leitenden Film 423, der auch in Kontakt mit der Oberseite und Seitenflächen des Metalloxides 432 ist, einen leitenden Film 422 über dem leitenden Film 421, einen leitenden Film 424 über dem leitenden Film 423, einen Isolierfilm 405 über den leitenden Filmen 422 und 424, ein Metalloxid 433, das in Kontakt mit den Metalloxiden 431 und 432, den leitenden Filmen 421 bis 424 sowie dem Isolierfilm 405 ist, einen Isolierfilm 406 über dem Metalloxid 433, einen leitenden Film 411 über dem Isolierfilm 406, einen leitenden Film 412 über dem leitenden Film 411, einen leitenden Film 413 über dem leitenden Film 412, einen Isolierfilm 407, der den leitenden Film 413 bedeckt, sowie einen Isolierfilm 408 über dem Isolierfilm 407. Es sei angemerkt, dass die Metalloxide 431 bis 433 insgesamt als Metalloxid 430 bezeichnet werden.
Bei dem Metalloxid 432 handelt es sich um einen Halbleiter, und es dient als Kanal des Transistors 400a. Des Weiteren weisen die Metalloxide 431 und 432 einen Bereich 441 und einen Bereich 442 auf. Der Bereich 441 ist in der Nähe eines Bereichs ausgebildet, in dem der leitende Film 421 in Kontakt mit den Metalloxiden 431 und 432 ist. Der Bereich 442 ist in der Nähe eines Bereichs ausgebildet, in dem der leitende Film 423 in Kontakt mit den Metalloxiden 431 und 432 ist. Die Bereiche 441 und 442 dienen als niederohmige Bereiche. Der Bereich 441 trägt zur Verringerung des Kontaktwiderstandes zwischen dem leitenden Film 421 und den Metalloxiden 431 und 432 bei. Der Bereich 442 trägt auch zur Verringerung des Kontaktwiderstandes zwischen dem leitenden Film 423 und den Metalloxiden 431 und 432 bei.
Die leitenden Filme 421 und 422 dienen als eine von Source- und Drain-Elektroden des Transistors 400a. Die leitenden Filme 423 und 424 dienen als die andere von Source- und Drain-Elektroden des Transistors 400a. Der leitende Film 422 ist dazu konfiguriert, weniger Sauerstoff durchzulassen als der leitende Film 421. Deshalb kann eine Abnahme der Leitfähigkeit des leitenden Films 421 infolge einer Oxidation verhindert werden. Der leitende Film 424 ist auch dazu konfiguriert, weniger Sauerstoff durchzulassen als der leitende Film 423. Deshalb kann eine Abnahme der Leitfähigkeit des leitenden Films 421 infolge einer Oxidation verhindert werden.
Die leitenden Filme 411 bis 413 dienen als erste Gate-Elektrode des Transistors 400a. Die leitenden Filme 411 und 413 sind dazu konfiguriert, weniger Sauerstoff durchzulassen als der leitende Film 412. Deshalb kann eine Abnahme der Leitfähigkeit des leitenden Films 412 infolge einer Oxidation verhindert werden. Der Isolierfilm 406 dient als erster Gate-Isolierfilm des Transistors 400a. Der leitende Film 414 dient als zweite Gate-Elektrode des Transistors 400a. Das Potential, das an die leitenden Filme 411 bis 413 angelegt wird, kann gleich oder unterschiedlich von demjenigen sein, das auf den leitenden Film 414 angelegt wird. Der leitende Film 414 kann in einigen Fällen weggelassen werden.
Die Isolierfilme 401 bis 404 dienen als Basis-Isolierfilm des Transistors 400a. Die Isolierfilme 402 bis 404 dienen auch als zweiter Gate-Isolierfilm des Transistors 400a. Die Isolierfilme 405 bis 408 dienen als Schutz-Isolierfilm oder Zwischenschicht-Isolierfilm des Transistors 400a.
Wie in 27C dargestellt, ist die Seitenfläche des Metalloxides 432 von dem leitenden Film 411 umschlossen. Mit dieser Struktur kann das Metalloxid 432 elektrisch von einem elektrischen Feld des leitenden Films 411 umschlossen werden. Eine derartige Struktur eines Transistors, bei der ein Halbleiter elektrisch von einem elektrischen Feld einer Gate-Elektrode umschlossen wird, wird als Struktur mit umschlossenem Kanal (surrounded channel structure bzw. s-Kanal-Struktur) bezeichnet. Deshalb wird ein Kanal in dem gesamten Metalloxid 432 (Großteil) gebildet. Bei der s-Kanal-Struktur kann eine große Menge an Strom zwischen einer Source und einem Drain eines Transistors fließen, so dass der Durchlassstrom des Transistors erhöht wird.
Die s-Kanal-Struktur ist, da sie einen hohen Durchlassstrom aufweist, für eine Halbleitervorrichtung, wie z. B. für die Großintegration bzw. Large-Scale-Integration (LSI), geeignet, bei der ein miniaturisierter Transistor nötig ist. Eine Halbleitervorrichtung, die den miniaturisierten Transistor beinhaltet, kann einen hohen Integrationsgrad und eine hohe Dichte aufweisen.
Bei dem Transistor 400a wird ein Bereich, der als Gate-Elektrode dient, derart ausgebildet, dass eine Öffnung gefüllt wird, die in dem Isolierfilm 405 und dergleichen ausgebildet ist; das heißt, dass er selbstjustierend ausgebildet wird.
Wie in 27B dargestellt, weisen die leitenden Filme 411 und 422 einen Bereich auf, in dem sie miteinander überlappen, wobei der Isolierfilm dazwischen angeordnet ist. Die leitenden Filme 411 und 423 weisen auch einen Bereich auf, in dem sie miteinander überlappen, wobei der Isolierfilm dazwischen angeordnet ist. Diese Bereiche dienen als parasitäre Kapazität, die zwischen der Gate-Elektrode und der Source- oder Drain-Elektrode entsteht, und könnten die Betriebsgeschwindigkeit des Transistors 400a reduzieren. Diese parasitäre Kapazität kann durch Bereitstellen des Isolierfilms 405 in dem Transistor 400a verringert werden. Der Isolierfilm 405 enthält vorzugsweise ein Material mit niedriger relativer Dielektrizitätskonstante.
28A ist eine vergrößerte Ansicht des Mittelteils des Transistors 400a. In 28A steht eine Breite L_G für die Länge der Unterseite des leitenden Films 411, die parallel zur Oberseite des Metalloxides 432 angeordnet und ihr zugewandt ist, wobei der Isolierfilm 406 und das Metalloxid 433 dazwischen angeordnet sind. Bei der Breite IG handelt es sich um die Linienbreite der Gate-Elektrode. Eine Breite L_SD in 28A steht für die Länge zwischen den leitenden Filmen 421 und 423, d. h. die Länge zwischen der Source- und Drain-Elektrode.
Im Allgemeinen wird die Breite L_SD durch die minimale Strukturgröße bestimmt. Wie in 28A dargestellt, ist die Breite L_G kleiner als die Breite L_SD. Dies bedeutet, dass bei dem Transistor 400a die Linienbreite der Gate-Elektrode kleiner gemacht werden kann als die minimale Strukturgröße. Die Breite L_G kann insbesondere größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 60 nm, bevorzugt größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 30 nm sein.
In 28A handelt es sich bei einer Höhe H_SD um die Gesamtdicke der leitenden Filme 421 und 422 oder um die Gesamtdicke der leitenden Filme 423 und 424. Die Dicke des Isolierfilms 406 ist vorzugsweise kleiner oder so groß wie die Höhe H_SD, in welchem Falle das elektrische Feld der Gate-Elektrode an den gesamten Kanalbildungsbereich angelegt werden kann. Die Dicke des Isolierfilms 406 ist kleiner als oder gleich 30 nm, bevorzugt kleiner als oder gleich 10 nm.
Die parasitäre Kapazität zwischen den leitenden Filmen 422 und 411 sowie die parasitäre Kapazität zwischen den leitenden Filmen 424 und 411 sind umgekehrt proportional zu der Dicke des Isolierfilms 405. Beispielsweise ist die Dicke des Isolierfilms 405 bevorzugt das Dreifache oder mehr, bevorzugter das Fünffache oder mehr der Dicke des Isolierfilms 406, in welchem Falle die parasitäre Kapazität vernachlässigbar gering ist. Folglich kann der Transistor 400a bei hohen Frequenzen arbeiten. Bestandteile des Transistors 400a werden nachfolgend beschrieben.
<Metalloxidschicht>
Der Transistor 400a weist vorzugsweise einen niedrigen Strom (Sperrstrom) auf, der zwischen einer Source und einem Drain in dem nicht-leitenden Zustand fließt. Beispiele für den Transistor mit geringem Sperrstrom umfassen einen Transistor, der einen Oxidhalbleiter in einem Kanalbildungsbereich enthält.
Es handelt sich bei dem Metalloxid 432 beispielsweise um einen Oxidhalbleiter, der Indium (In) enthält. Das Metalloxid 432 kann beispielsweise eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit (Elektronenbeweglichkeit) aufweisen, indem es Indium enthält. Das Metalloxid 432 enthält vorzugsweise ein Element M. Das Element M ist vorzugsweise Aluminium (Al), Gallium (Ga), Yttrium (Y), Zinn (Sn) oder dergleichen. Weitere Elemente, die als Element M verwendet werden können, sind Bor (B), Silizium (Si), Titan (Ti), Eisen (Fe), Nickel (Ni), Germanium (Ge), Zirkonium (Zr), Molybdän (Mo), Lanthan (La), Cer (Ce), Neodym (Nd), Hafnium (Hf), Tantal (Ta), Wolfram (W) und dergleichen. Es sei angemerkt, dass zwei oder mehr dieser Elemente in Kombination als Element M verwendet werden können. Das Element M ist beispielsweise ein Element mit einer hohen Bindungsenergie an Sauerstoff. Das Element M ist beispielsweise ein Element, dessen Bindungsenergie an Sauerstoff höher ist als diejenige von Indium. Das Element M ist beispielsweise ein Element, das die Energielücke des Metalloxides erhöhen kann. Ferner enthält das Metalloxid 432 vorzugsweise Zink (Zn). Das Metalloxid wird dann, wenn es Zink enthält, in einigen Fällen leicht kristallisiert.
Es sei angemerkt, dass das Metalloxid 432 nicht auf den Indium enthaltenden Oxidhalbleiter beschränkt ist. Es kann sich bei dem Metalloxid 432 um einen Oxidhalbleiter handeln, der kein Indium jedoch Zink, Gallium und/oder Zinn enthält (z. B. ein Zink-Zinn-Oxid oder ein Gallium-Zinn-Oxid).
Für das Metalloxid 432 wird beispielsweise ein Oxidhalbleiter mit einer großen Energielücke verwendet. Die Energielücke des Metalloxides 432 ist beispielsweise größer als oder gleich 2,5 eV und kleiner als oder gleich 4,2 eV, bevorzugt größer als oder gleich 2,8 eV und kleiner als oder gleich 3,8 eV, stärker bevorzugt größer als oder gleich 3 eV und kleiner als oder gleich 3,5 eV. Für das Metalloxid 432 wird vorzugsweise ein CAAC-OS-Film verwendet, der nachstehend beschrieben wird.
Die Metalloxide 431 und 433 enthalten beispielsweise, abgesehen von Sauerstoff, ein oder mehr oder zwei oder mehr Elemente, das/die in dem Metalloxid 432 enthalten ist/sind. Da die Metalloxide 431 und 433, abgesehen von Sauerstoff, ein oder mehr oder zwei oder mehr Elemente enthalten, das/die in dem Metalloxid 432 enthalten ist/sind, ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Grenzflächenzustand an einer Grenzfläche zwischen den Metalloxiden 431 und 432 sowie an einer Grenzfläche zwischen den Metalloxiden 432 und 433 gebildet wird.
Im Falle der Verwendung eines In-M-Zn-Oxides als das Metalloxid 431 werden dann, wenn der Gesamtanteil an In und M 100 Atom-% beträgt, die In- und M-Anteile bevorzugt auf niedriger als 50 Atom-% bzw. höher als 50 Atom-%, stärker bevorzugt niedriger als 25 Atom-% bzw. höher als 75 Atom-% eingestellt. Wenn das Metalloxid 431 durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, wird vorzugsweise ein Sputtertarget mit der vorstehenden Zusammensetzung verwendet. Zum Beispiel ist In:M:Zn vorzugsweise 1:3:2 oder 1:3:4.
Im Falle der Verwendung eines In-M-Zn-Oxides als das Metalloxid 432 werden dann, wenn der Gesamtanteil an In und M 100 Atom-% beträgt, die In- und M-Anteile bevorzugt auf höher als 25 Atom-% bzw. niedriger als 75 Atom-%, stärker bevorzugt höher als 34 Atom-% bzw. niedriger als 66 Atom-% eingestellt. Wenn das Metalloxid 432 durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, wird vorzugsweise ein Sputtertarget mit der vorstehenden Zusammensetzung verwendet. Zum Beispiel ist In:M:Zn vorzugsweise 1:1:1, 1:1:1,2, 2:1:3, 3:1:2 oder 4:2:4,1. Wenn insbesondere ein Sputtertarget mit einem Atomverhältnis von In zu Ga und Zn von 4:2:4,1 verwendet wird, kann das Atomverhältnis von In zu Ga und Zn in dem Metalloxid 432 bei 4:2:3 oder in der Nähe von 4:2:3 liegen.
Im Falle der Verwendung eines In-M-Zn-Oxides als das Metalloxid 433 werden dann, wenn der Gesamtanteil an In und M 100 Atom-% beträgt, die In- und M-Anteile bevorzugt auf niedriger als 50 Atom-% bzw. höher als 50 Atom-%, stärker bevorzugt niedriger als 25 Atom-% bzw. höher als 75 Atom-% eingestellt. Zum Beispiel ist In:M:Zn vorzugsweise 1:3:2 oder 1:3:4. Das Metalloxid 433 kann ein Metalloxid sein, das vom gleichen Typ wie das Metalloxid 431 ist.
Das Metalloxid 431 oder das Metalloxid 433 muss in einigen Fällen nicht Indium enthalten. Beispielsweise kann es sich bei dem Metalloxid 431 oder dem Metalloxid 433 um Galliumoxid handeln.
<Energiebandstruktur>
Anhand von 28B werden die Funktion und die Wirkung des Metalloxides 430 beschrieben, das eine Schichtanordnung aus den Metalloxiden 431 bis 433 umfasst. 28B zeigt eine Energiebandstruktur eines Abschnitts entlang der Linie Y1-Y2 in 28A, d. h. die Energiebandstruktur eines Kanalbildungsbereichs des Transistors 400a und seiner näheren Umgebung.
In 28B stehen Ec404, Ec431, Ec432, Ec433 und Ec406 für die Energie an dem Leitungsbandminimum des Isolierfilms 404, des Metalloxides 431, des Metalloxides 432, des Metalloxides 433 bzw. des Isolierfilms 406.
Hier entspricht eine Energiedifferenz zwischen dem Vakuumniveau und dem Leitungsbandminimum (die Differenz wird auch als Elektronenaffinität bezeichnet) einem Wert, der durch Abziehen einer Energielücke von einer Energiedifferenz zwischen dem Vakuumniveau und dem Valenzbandmaximum (die Differenz wird auch als Ionisierungspotential bezeichnet) ermittelt wird. Es sei angemerkt, dass die Energielücke mit einem spektroskopischen Ellipsometer gemessen werden kann. Die Energiedifferenz zwischen dem Vakuumniveau und dem Valenzbandmaximum kann mit einem Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie-(UPS-)Gerät gemessen werden.
Da es sich bei den Isolierfilmen 404 und 406 um Isolatoren handelt, liegen Ec406 und Ec404 näher an dem Vakuumniveau (d. h. sie weisen eine niedrigere Elektronenaffinität auf) als Ec431, Ec432 und Ec433.
Das Metalloxid 432 ist ein Metalloxid, das eine höhere Elektronenaffinität aufweist als die Metalloxide 431 und 433. Als das Metalloxid 432 wird beispielsweise ein Metalloxid mit einer Elektronenaffinität verwendet, die um 0,07 eV oder mehr und 1,3 eV oder weniger, bevorzugt 0,1 eV oder mehr und 0,7 eV oder weniger, stärker bevorzugt 0,15 eV oder mehr und 0,4 eV oder weniger höher ist als diejenigen der Metalloxide 431 und 433. Es sei angemerkt, dass die Elektronenaffinität eine Energielücke zwischen dem Vakuumniveau und dem Leitungsbandminimum bezeichnet.
Ein Indium-Gallium-Oxid weist eine niedrige Elektronenaffinität und eine hohe Sauerstoff blockierende Eigenschaft auf. Deshalb enthält das Metalloxid 433 vorzugsweise ein Indium-Gallium-Oxid. Der Anteil an Galliumatomen [Ga/(In + Ga)] ist beispielsweise höher als oder gleich 70%, bevorzugt höher als oder gleich 80%, stärker bevorzugt höher als oder gleich 90%.
Wenn dabei eine Gate-Spannung angelegt wird, wird ein Kanal in dem Metalloxid 432 gebildet, das unter den Metalloxiden 431 bis 433 die höchste Elektronenaffinität aufweist. Dabei bewegen sich Elektronen hauptsächlich in dem Metalloxid 432, nicht in den Metalloxiden 431 und 433. Deshalb schwankt der Durchlassstrom selbst dann kaum, wenn die Dichte der Grenzflächenzustände, die die Elektronenbewegung hemmen, an der Grenzfläche zwischen dem Metalloxid 431 und dem Isolierfilm 404 oder an der Grenzfläche zwischen dem Metalloxid 433 und dem Isolierfilm 406 hoch ist. Die Metalloxide 431 und 433 dienen als Isolierfilm.
Zwischen den Metalloxiden 431 und 432 gibt es in einigen Fällen einen gemischten Bereich aus den Metalloxiden 431 und 432. Zwischen den Metalloxiden 431 und 432 gibt es in einigen Fällen ferner einen gemischten Bereich aus den Metalloxiden 431 und 432. Da der gemischte Bereich eine niedrige Grenzflächenzustandsdichte aufweist, weist eine Schichtanordnung aus den Metalloxiden 431 bis 433 eine Bandstruktur auf, bei der sich die Energie an jeder Grenzfläche und in der Nähe der Grenzfläche stetig verändert (einen stetigen Übergang).
Wie oben beschrieben, weist die Grenzfläche zwischen den Metalloxiden 431 und 432 oder die Grenzfläche zwischen den Metalloxiden 432 und 433 eine niedrige Grenzflächenzustandsdichte auf. Daher wird die Elektronenbewegung in dem Metalloxid 432 mit geringer Wahrscheinlichkeit gehemmt, und der Durchlassstrom des Transistors kann erhöht werden.
Die Elektronenbewegung in dem Transistor wird beispielsweise in dem Fall gehemmt, in dem eine physikalische Ungleichmäßigkeit in einem Kanalbildungsbereich groß ist. Um den Durchlassstrom des Transistors zu erhöhen, ist beispielsweise die mittlere quadratische(root mean square, RMS-)Rauheit einer Oberseite oder einer Unterseite des Metalloxides 432 (einer Bildungsfläche; hier der Oberseite des Metalloxides 431) in einem Messbereich von 1 μm × 1 μm kleiner als 1 nm, bevorzugt kleiner als 0,6 nm, stärker bevorzugt kleiner als 0,5 nm, noch stärker bevorzugt kleiner als 0,4 nm. Die mittlere Oberflächenrauheit (Ra) in dem Messbereich von 1 μm × 1 μm ist kleiner als 1 nm, bevorzugt kleiner als 0,6 nm, stärker bevorzugt kleiner als 0,5 nm, noch stärker bevorzugt kleiner als 0,4 nm. Die maximale Differenz (P – V) in dem Messbereich von 1 μm × 1 μm ist kleiner als 10 nm, bevorzugt kleiner als 9 nm, stärker bevorzugt kleiner als 8 nm, noch stärker bevorzugt kleiner als 7 nm. Die RMS-Rauheit, Ra, und P – V können beispielsweise mit einem Rastersondenmikroskop SPA-500, hergestellt von SII Nano Technology Inc, gemessen werden.
Die Elektronenbewegung wird auch in dem Fall gehemmt, in dem die Dichte der Defektzustände in dem Kanalbildungsbereich hoch ist. In dem Fall, in dem beispielsweise das Metalloxid 432 Sauerstofffehlstellen (V_O) enthält, werden in einigen Fällen Donatorniveaus gebildet, indem Wasserstoff Sauerstofffehlstellen einnimmt. In der folgenden Beschreibung wird ein Zustand, in dem Wasserstoff Sauerstofffehlstellen einnimmt, in einigen Fällen durch V_OH dargestellt. V_OH ist ein Faktor für die Abnahme des Durchlassstroms des Transistors, da V_OH eine Elektronenstreuung verursacht. Es sei angemerkt, das Sauerstofffehlstellen stabiler sind, wenn sie von Sauerstoff eingenommen werden, als wenn sie von Wasserstoff eingenommen werden. Deshalb kann in einigen Fällen der Durchlassstrom des Transistors erhöht werden, indem Sauerstofffehlstellen in dem Metalloxid 432 verringert werden.
Beispielsweise wird in einer gewissen Tiefe in dem Metalloxid 432 oder in einem gewissen Bereich des Metalloxides 432 die Wasserstoffkonzentration, die durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) gemessen wird, auf höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als oder gleich 2 × 10²⁰ Atome/cm³, bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁹ Atome/cm³, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁹ Atome/cm³, noch stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁸ Atome/cm³ eingestellt.
Um Sauerstofffehlstellen in dem Metalloxid 432 zu verringern, ist beispielsweise ein Verfahren vorhanden, bei dem überschüssiger Sauerstoff, der in dem Isolierfilm 404 enthalten ist, durch das Metalloxid 431 in das Metalloxid 432 geführt wird. In diesem Fall handelt es sich bei dem Halbleiter 431 vorzugsweise um eine Schicht, die eine Eigenschaft der Sauerstoffdurchlässigkeit hat (eine Schicht, die Sauerstoff durchlässt).
Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem der Transistor eine s-Kanal-Struktur aufweist, ein Kanal in dem gesamten Metalloxid 432 gebildet wird. Deshalb wird dann, wenn das Metalloxid 432 eine größere Dicke aufweist, ein Kanalbereich größer. Mit anderen Worten: Je dicker das Metalloxid 432 ist, desto höher ist der Durchlassstrom des Transistors.
Darüber hinaus ist die Dicke des Metalloxides 433 vorzugsweise möglichst klein, um den Durchlassstrom des Transistors zu erhöhen. Das Metalloxid 433 weist beispielsweise einen Bereich mit einer Dicke von kleiner als 10 nm, bevorzugt kleiner als oder gleich 5 nm, stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 3 nm auf. Währenddessen weist das Metalloxid 433 eine Funktion auf, um zu verhindern, dass Elemente, die abgesehen von Sauerstoff in dem angrenzenden Isolator enthalten sind (wie z. B. Wasserstoff und Silizium), in das Metalloxid 432 eindringen, in dem ein Kanal gebildet wird. Deshalb weist das Metalloxid 433 vorzugsweise eine gewisse Dicke auf. Das Metalloxid 433 kann beispielsweise einen Bereich mit einer Dicke von größer als oder gleich 0,3 nm, bevorzugt größer als oder gleich 1 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 2 nm aufweisen. Das Metalloxid 433 weist vorzugsweise eine Eigenschaft der Sauerstoffundurchlässigkeit auf, um zu verhindern, dass Sauerstoff, der von dem Isolierfilm 404 und dergleichen abgegeben wird, nach außen diffundiert.
Um die Zuverlässigkeit zu verbessern, ist die Dicke des Metalloxides 431 vorzugsweise groß, und die Dicke des Metalloxides 433 ist vorzugsweise klein. Zum Beispiel weist das Metalloxid 431 einen Bereich mit einer Dicke von größer als oder gleich 10 nm, bevorzugt größer als oder gleich 20 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 40 nm, noch stärker bevorzugt größer als oder gleich 60 nm auf. Eine Zunahme der Dicke des Metalloxides 431 kann den Abstand von der Grenzfläche zwischen dem angrenzenden Isolator und dem Metalloxid 431 bis zu dem Metalloxid 432 vergrößern, in dem ein Kanal gebildet wird. Es sei angemerkt, dass das Metalloxid 431 beispielsweise einen Bereich mit einer Dicke von kleiner als oder gleich 200 nm, bevorzugt kleiner als oder gleich 120 nm, stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 80 nm aufweist, andernfalls die Produktivität für die Halbleitervorrichtung reduziert werden könnte.
Zwischen den Metalloxiden 432 und 431 ist beispielsweise ein Bereich bereitgestellt, in dem die durch SIMS gemessene Siliziumkonzentration höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ ist. Die Siliziumkonzentration ist bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als 5 × 10¹⁸ Atome/cm³, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als 2 × 10¹⁸ Atome/cm³. Zwischen den Metalloxiden 432 und 433 ist ein Bereich bereitgestellt, in dem die durch SIMS gemessene Siliziumkonzentration höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ ist. Die Siliziumkonzentration ist bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als 5 × 10¹⁸ Atome/cm³, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als 2 × 10¹⁸ Atome/cm³.
Vorzugsweise wird die Wasserstoffkonzentration in den Metalloxiden 431 und 433 verringert, um die Wasserstoffkonzentration in dem Metalloxid 432 zu verringern. Die Metalloxide 431 und 433 weisen jeweils einen Bereich auf, in dem die durch SIMS gemessene Wasserstoffkonzentration höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als oder gleich 2 × 10²⁰ Atome/cm³ ist. Die Wasserstoffkonzentration ist bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁹ Atome/cm³, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁹ Atome/cm³, noch stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁸ Atome/cm³. Vorzugsweise wird auch die Stickstoffkonzentration in den Metalloxiden 431 und 433 verringert, um die Stickstoffkonzentration in dem Metalloxid 432 zu verringern. Die Metalloxide 431 und 433 weisen jeweils einen Bereich auf, in dem die durch SIMS gemessene Stickstoffkonzentration höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als 5 × 10¹⁹ Atome/cm³ ist. Die Stickstoffkonzentration ist bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁸ Atome/cm³, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ Atome/cm³, noch stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁷ Atome/cm³.
Die Metalloxide 431 bis 433 können durch ein Sputterverfahren, ein chemisches Gasphasenabscheidungs-(chemical vapor deposition, CVD-)Verfahren, ein Molekularstrahlepitaxie-(molecular beam epitaxy, MBE-)Verfahren, ein gepultes Laserstrahlverdampfungs-(pulsed laser deposition, PLD-)Verfahren, ein Atomlagenabscheidungs-(atomic layer deposition, ALD-)Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
Nachdem die Metalloxide 431 und 432 ausgebildet worden sind, wird vorzugsweise eine erste Wärmebehandlung durchgeführt. Die erste Wärmebehandlung kann bei einer Temperatur von höher als oder gleich 250°C und niedriger als oder gleich 650°C, bevorzugt höher als oder gleich 450°C und niedriger als oder gleich 600°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 520°C und niedriger als oder gleich 570°C durchgeführt werden. Die erste Wärmebehandlung wird in einer Inertgasatmosphäre oder einer Atmosphäre durchgeführt, die ein Oxidationsgas mit 10 ppm oder mehr, 1% oder mehr oder 10% oder mehr enthält. Die erste Wärmebehandlung kann unter einem verringerten Druck durchgeführt werden. Alternativ kann die erste Wärmebehandlung auf folgende Weise durchgeführt werden: Eine Wärmebehandlung wird in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt, und dann wird eine weitere Wärmebehandlung in einer Atmosphäre, die ein Oxidationsgas mit 10 ppm oder mehr, 1% oder mehr oder 10% oder mehr enthält, durchgeführt, um desorbierten Sauerstoff zu kompensieren. Die Kristallinität der Metalloxide 431 und 432 kann durch die erste Wärmebehandlung erhöht werden. Darüber hinaus können Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff und Wasser, durch die erste Wärmebehandlung entfernt werden.
Die oben beschriebene dreischichtige Struktur ist ein Beispiel. Beispielsweise kann eine zweischichtige Struktur ohne das Metalloxid 431 oder 433 zum Einsatz kommen. Alternativ kann ein beliebiger der Halbleiter, die als Beispiele für die Metalloxide 431 bis 433 gezeigt worden sind, über oder unter dem Metalloxid 431 oder über oder unter dem Metalloxid 433 bereitgestellt sein; das heißt, dass eine vierschichtige Struktur zum Einsatz kommen kann. Als weitere Alternative kann eine n-schichtige Struktur (n ist eine ganze Zahl von 5 oder größer) zum Einsatz kommen, bei der ein beliebiger der Halbleiter, die als Beispiele für die Metalloxide 431 bis 433 gezeigt worden sind, an zwei oder mehr der folgenden Positionen bereitgestellt ist: über dem Metalloxid 431, unter dem Metalloxid 431, über dem Metalloxid 433 und unter dem Metalloxid 433.
<Substrat>
Als das Substrat 450 kann beispielsweise ein Isolatorsubstrat, ein Halbleitersubstrat oder ein Leitersubstrat verwendet werden. Beispiele für das Isolatorsubstrat umfassen ein Glassubstrat, ein Quarzsubstrat, ein Saphirsubstrat, ein stabilisiertes Zirkonoxid-Substrat (z. B. ein Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid-Substrat) und ein Harzsubstrat. Beispiele für das Halbleitersubstrat umfassen ein Halbleitersubstrat aus Silizium, Germanium oder dergleichen sowie ein Verbindungshalbleitersubstrat aus Siliziumkarbid, Siliziumgermanium, Galliumarsenid, Indiumphosphid, Zinkoxid oder Galliumoxid. Das Halbleitersubstrat kann ein Silizium-auf-Isolator-(silicon an insulator, SOI-)Substrat sein, in dem ein isolierender Bereich in dem vorstehenden Halbleitersubstrat bereitgestellt ist. Beispiele für das Leitersubstrat umfassen ein Graphitsubstrat, ein Metallsubstrat, ein Legierungssubstrat und ein leitendes Harzsubstrat. Ein Substrat, das ein Metallnitrid enthält, ein Substrat, das ein Metalloxid enthält, oder dergleichen kann auch verwendet werden. Ein Isolatorsubstrat, das mit einem Leiter oder einem Halbleiter versehen ist, ein Halbleitersubstrat, das mit einem Leiter oder einem Isolator versehen ist, ein Leitersubstrat, das mit einem Halbleiter oder einem Isolator versehen ist, oder dergleichen kann verwendet werden. Alternativ kann ein beliebiges dieser Substrate, über dem ein Element bereitgestellt ist, verwendet werden. Beispiele für das Element, das über dem Substrat bereitgestellt ist, umfassen einen Kondensator, einen Widerstand, ein Schaltelement, ein Licht emittierendes Element und ein Speicherelement.
Ein flexibles Substrat kann als das Substrat 450 verwendet werden. Als Verfahren zum Bereitstellen eines Transistors über einem flexiblen Substrat gibt es ein Verfahren, bei dem ein Transistor über einem nichtflexiblen Substrat ausgebildet wird und dann der Transistor getrennt und auf das Substrat 450 übertragen wird, das ein flexibles Substrat ist. In diesem Fall ist eine Trennschicht vorzugsweise zwischen dem nichtflexiblen Substrat und dem Transistor bereitgestellt. Als das Substrat 450 kann eine Platte, ein Film oder eine Folie verwendet werden, die/der eine Faser enthält. Das Substrat 450 kann eine Elastizität aufweisen. Das Substrat 450 kann eine Eigenschaft aufweisen, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, wenn man aufhört, es zu biegen oder ziehen. Alternativ kann das Substrat 450 eine Eigenschaft aufweisen, nicht in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. Die Dicke des Substrats 450 ist beispielsweise größer als oder gleich 5 μm und kleiner als oder gleich 700 μm, bevorzugt größer als oder gleich 10 μm und kleiner als oder gleich 500 μm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 15 μm und kleiner als oder gleich 300 μm. Wenn das Substrat 450 eine kleine Dicke aufweist, kann das Gewicht der Halbleitervorrichtung verringert werden. Wenn das Substrat 450 eine kleine Dicke aufweist, kann auch im Falle der Verwendung von Glas oder dergleichen das Substrat 450 eine Elastizität oder eine Eigenschaft aufweisen, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, wenn man aufhört, es zu biegen oder ziehen. Deshalb kann ein Stoß verringert werden, der der Halbleitervorrichtung über dem Substrat 450 gegeben wird, wenn sie fallen gelassen wird oder so ähnlich. Das heißt, dass eine dauerhafte Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden kann.
Für das flexible Substrat 450 kann beispielsweise ein Metall, eine Legierung, ein Harz, Glas oder eine Faser davon verwendet werden. Das flexible Substrat 450 weist vorzugsweise einen niedrigeren Längenausdehnungskoeffizienten auf, damit eine Verformung aufgrund der Umgebung unterdrückt wird. Das flexible Substrat 450 wird vorzugsweise z. B. unter Verwendung eines Materials ausgebildet, dessen Längenausdehnungskoeffizient niedriger als oder gleich 1 × 10^–3/K, niedriger als oder gleich 5 × 10^–5/K oder niedriger als oder gleich 1 × 10^–5/K ist. Beispiele für das Harz umfassen Polyester, Polyolefin, Polyamid (z. B. Nylon oder Aramid), Polyimid, Polycarbonat, Acryl und Polytetrafluorethylen (PTFE). Im Besonderen wird vorzugsweise Aramid für das Material des flexiblen Substrats 450 verwendet, da sein Längenausdehnungskoeffizient niedrig ist.
<Basis-Isolierfilm>
Der Isolierfilm 401 weist eine Funktion auf, um das Substrat 450 elektrisch von dem leitenden Film 414 zu isolieren. Der Isolierfilm 401 oder 402 wird unter Verwendung eines Isolierfilms mit einer einschichtigen Struktur oder einer mehrschichtigen Struktur ausgebildet. Beispiele für das Material eines Isolierfilms umfassen Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Galliumoxid, Germaniumoxid, Yttriumoxid, Zirkoniumoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid, Hafniumoxid und Tantaloxid. Der Isolierfilm 402 kann unter Verwendung von Siliziumoxid ausgebildet werden, das eine gute Stufenabdeckung ermöglicht und durch Reaktion von Tetraethylorthosilikat (TEOS), Silan oder dergleichen mit Sauerstoff, Distickstoffoxid oder dergleichen ausgebildet wird. Nachdem der Isolierfilm 402 ausgebildet worden ist, kann der Isolierfilm 402 einer Planarisierungsbehandlung mittels eines CMP-Verfahrens oder dergleichen unterzogen werden, um die Planarität seiner Oberseite zu verbessern.
Der Isolierfilm 404 enthält vorzugsweise ein Oxid. Im Besonderen enthält der Isolierfilm 404 vorzugsweise ein Oxidmaterial, von dem durch Erwärmung ein Teil seines Sauerstoffs abgegeben wird. Der Isolierfilm 404 enthält vorzugsweise ein Oxid, das mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung. Ein Teil des Sauerstoffs wird von einem Oxidfilm, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, durch Erwärmung abgegeben. Sauerstoff, der von dem Isolierfilm 404 abgegeben wird, wird dem Metalloxid 430 zugeführt, so dass Sauerstofffehlstellen in dem Metalloxid 430 verringert werden können. Folglich können Veränderungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors verringert werden, und es kann die Zuverlässigkeit des Transistors verbessert werden.
Es handelt sich bei dem Oxidfilm, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, um einen Oxidfilm, bei dem einer thermischen Desorptionsspektroskopie-(TDS-)Analyse zufolge die Menge an abgegebenem Sauerstoff, umgerechnet in Sauerstoffatome, größer als oder gleich 1,0 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugt größer als oder gleich 3,0 × 10²⁰ Atome/cm³ ist. Es sei angemerkt, dass die Temperatur der Filmoberfläche bei der TDS-Analyse vorzugsweise höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 700°C oder höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 500°C ist.
Der Isolierfilm 404 enthält vorzugsweise ein Oxid, das dem Metalloxid 430 Sauerstoff zuführen kann. Zum Beispiel wird vorzugsweise ein Material verwendet, das Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid enthält. Alternativ kann ein Metalloxid, wie z. B. Aluminiumoxid, Aluminiumoxynitrid, Galliumoxid, Galliumoxynitrid, Yttriumoxid, Yttriumoxynitrid, Hafniumoxid oder Hafniumoxynitrid, für den Isolierfilm 404 verwendet werden. Damit der Isolierfilm 404 überschüssigen Sauerstoff enthalten kann, wird der Isolierfilm 404 beispielsweise in einer Sauerstoffatmosphäre ausgebildet. Alternativ kann ein Bereich mit überschüssigem Sauerstoff ausgebildet werden, indem Sauerstoff in den Isolierfilm 404 eingeführt wird, der ausgebildet worden ist. Die beiden Verfahren können kombiniert werden.
Beispielsweise kann Sauerstoff (darunter Sauerstoffradikale, Sauerstoffatome und/oder Sauerstoffionen) in den Isolierfilm 404, der ausgebildet worden ist, eingeführt werden, so dass ein Bereich mit überschüssigem Sauerstoff ausgebildet wird. Sauerstoff kann beispielsweise durch ein Ionenimplantationsverfahren, ein Ionendotierungsverfahren, ein Plasma-Immersions-Ionenimplantationsverfahren, eine Plasmabehandlung oder dergleichen eingeführt werden. Ein sauerstoffhaltiges Gas kann für die Sauerstoffeinführungsbehandlung verwendet werden. Beispiele für das sauerstoffhaltige Gas umfassen Sauerstoff, Distickstoffoxid, Stickstoffdioxid, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Des Weiteren kann ein Edelgas in dem sauerstoffhaltigen Gas für die Sauerstoffeinführungsbehandlung enthalten sein. Außerdem kann Wasserstoff oder dergleichen enthalten sein. Beispielsweise kann ein Gasgemisch aus Kohlendioxid, Wasserstoff und Argon verwendet werden. Nachdem der Isolierfilm 404 ausgebildet worden ist, kann der Isolierfilm 404 einer Planarisierungsbehandlung mittels eines CMP-Verfahrens oder dergleichen unterzogen werden, um die Planarität seiner Oberseite zu verbessern.
Der Isolierfilm 403 weist eine Passivierungsfunktion auf, um zu verhindern, dass der in dem Isolierfilm 404 enthaltene Sauerstoff verringert wird, indem er an ein in dem leitenden Film 414 enthaltenes Metall gebunden wird. Der Isolierfilm 403 weist eine Funktion zum Blockieren von Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser, einem Alkalimetall, einem Erdalkalimetall oder dergleichen auf. Bereitstellen des Isolierfilms 403 kann verhindern, dass Sauerstoff von dem Metalloxid 430 nach außen diffundiert und Wasserstoff, Wasser oder dergleichen von außen in das Metalloxid 430 eindringt. Der Isolierfilm 403 kann beispielsweise ein Nitridisolierfilm sein. Der Nitridisolierfilm wird unter Verwendung von Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid, Aluminiumnitrid, Aluminiumnitridoxid oder dergleichen ausgebildet. Es sei angemerkt, dass anstelle des Nitridisolierfilms ein Oxidisolierfilm mit einem Sperreffekt gegen Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und dergleichen bereitgestellt werden kann. Beispiele für den Oxidisolierfilm umfassen einen Aluminiumoxidfilm, einen Aluminiumoxynitridfilm, einen Galliumoxidfilm, einen Galliumoxynitridfilm, einen Yttriumoxidfilm, einen Yttriumoxynitridfilm, einen Hafniumoxidfilm und einen Hafniumoxynitridfilm.
Die Schwellenspannung des Transistors 400a kann gesteuert werden, indem Elektronen in eine Ladungseinfangschicht injiziert werden. Die Ladungseinfangschicht wird vorzugsweise in dem Isolierfilm 402 oder dem Isolierfilm 403 oder als eine dieser Filme bereitgestellt. Zum Beispiel kann dann, wenn der Isolierfilm 403 unter Verwendung von Hafniumoxid, Aluminiumoxid, Tantaloxid, Aluminiumsilikat oder dergleichen ausgebildet wird, der Isolierfilm 403 als Ladungseinfangschicht dienen.
<Gate-Elektrode sowie Source- und Drain-Elektrode>
Die leitenden Filme 411 bis 414 und 421 bis 424 weisen jeweils vorzugsweise eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur auf, welche einen leitenden Film umfasst, der ein niederohmiges Material, das aus Kupfer (Cu), Wolfram (W), Molybdän (Mo), Gold (Au), Aluminium (Al), Mangan (Mn), Titan (Ti), Tantal (Ta), Nickel (Ni), Chrom (Cr), Blei (Pb), Zinn (Sn), Eisen (Fe), Kobalt (Co), Ruthenium (Ru), Platin (Pt), Iridium (Ir) und Strontium (Sr) ausgewählt wird, eine Legierung eines derartigen niederohmigen Materials oder eine Verbindung enthält, die ein derartiges Material als ihren Hauptbestandteil enthält. Besonders bevorzugt wird ein Material mit hohem Schmelzpunkt, das sowohl Wärmebeständigkeit als auch Leitfähigkeit aufweist, wie z. B. Wolfram oder Molybdän, verwendet. Zudem wird der leitende Film vorzugsweise unter Verwendung eines niederohmigen leitenden Materials, wie z. B.
Aluminium oder Kupfer, ausgebildet. Ferner wird vorzugsweise eine Cu-Mn-Legierung verwendet, in welchem Falle Manganoxid, das an der Grenzfläche zu einem Sauerstoff enthaltenden Isolator ausgebildet wird, eine Funktion zum Verhindern einer Cu-Diffusion aufweist.
Die leitenden Filme 421 bis 424 werden vorzugsweise unter Verwendung eines ein Edelmetall enthaltenden leitenden Oxides, wie z. B. Iridiumoxid, Rutheniumoxid oder Strontiumruthenat, ausgebildet. Ein derartiges leitendes Oxid entzieht einem Oxidhalbleiter kaum Sauerstoff, auch wenn es in Kontakt mit dem Oxidhalbleiter ist, und es erzeugt kaum Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiter.
<Niederohmiger Bereich>
Die Bereiche 441 und 442 werden ausgebildet, wenn beispielsweise die leitenden Filme 421 und 423 den Metalloxiden 431 und 432 Sauerstoff entziehen. Bei höheren Temperaturen wird Sauerstoff mit höherer Wahrscheinlichkeit extrahiert. Durch einige Erwärmungsschritte im Herstellungsprozess des Transistors werden Sauerstofffehlstellen in den Bereichen 441 und 442 gebildet. Außerdem bewirkt die Erwärmung, dass Wasserstoff in die Sauerstofffehlstellen eindringt, was die Ladungsträgerkonzentration in den Bereichen 441 und 442 erhöht. Als Ergebnis wird der Widerstand der Bereiche 441 und 442 verringert.
<Gate-Isolierfilm>
Der Isolierfilm 406 enthält vorzugsweise einen Isolator mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante. Zum Beispiel enthält der Isolierfilm 406 vorzugsweise Galliumoxid, Hafniumoxid, ein Oxid, das Aluminium und Hafnium enthält, ein Oxynitrid, das Aluminium und Hafnium enthält, ein Oxid, das Silizium und Hafnium enthält, oder ein Oxynitrid, das Silizium und Hafnium enthält.
Der Isolierfilm 406 weist vorzugsweise eine mehrschichtige Struktur auf, die Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid und einen Isolator mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante enthält. Da Siliziumoxid und Siliziumoxynitrid eine thermische Stabilität aufweisen, ermöglicht eine Kombination von Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid mit einem Isolator mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante, dass die mehrschichtige Struktur thermisch stabil ist und eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist. Beispielsweise kann dann, wenn Aluminiumoxid, Galliumoxid oder Hafniumoxid näher an dem Metalloxid 433 liegt, ein Eindringen von Silizium aus Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid in das Metalloxid 432 unterdrückt werden.
Wenn Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid näher an dem Metalloxid 433 liegt, könnten beispielsweise Einfangzentren an der Grenzfläche zwischen Aluminiumoxid, Galliumoxid oder Hafniumoxid und Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid gebildet werden. Die Einfangzentren können in einigen Fällen die Schwellenspannung des Transistors in positiver Richtung verschieben, indem sie Elektronen einfangen.
<Zwischenschicht-Isolierfilm und Schutz-Isolierfilm>
Der Isolierfilm 405 enthält vorzugsweise einen Isolator mit niedriger relativer Dielektrizitätskonstante. Zum Beispiel enthält der Isolierfilm 405 vorzugsweise Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid oder ein Harz. Alternativ weist der Isolierfilm 405 vorzugsweise eine mehrschichtige Struktur auf, die Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid und ein Harz enthält. Da Siliziumoxid und Siliziumoxynitrid eine thermische Stabilität aufweisen, ermöglicht eine Kombination von Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid mit einem Harz, dass die mehrschichtige Struktur thermisch stabil ist und eine niedrige relative Dielektrizitätskonstante aufweist. Beispiele für das Harz umfassen Polyester, Polyolefin, Polyamid (z. B. Nylon oder Aramid), Polyimid, Polycarbonat und Acryl.
Der Isolierfilm 407 weist eine Funktion zum Blockieren von Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser, einem Alkalimetall, einem Erdalkalimetall und dergleichen auf. Der Isolierfilm 407 kann verhindern, dass Sauerstoff von dem Metalloxid 430 nach außen diffundiert und Wasserstoff, Wasser oder dergleichen von außen in das Metalloxid 430 eindringt. Der Isolierfilm 407 kann beispielsweise ein Nitridisolierfilm sein. Der Nitridisolierfilm wird unter Verwendung von Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid, Aluminiumnitrid, Aluminiumnitridoxid oder dergleichen ausgebildet. Es sei angemerkt, dass anstelle des Nitridisolierfilms ein Oxidisolierfilm mit einem Sperreffekt gegen Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und dergleichen bereitgestellt werden kann. Beispiele für den Oxidisolierfilm umfassen einen Aluminiumoxidfilm, einen Aluminiumoxynitridfilm, einen Galliumoxidfilm, einen Galliumoxynitridfilm, einen Yttriumoxidfilm, einen Yttriumoxynitridfilm, einen Hafniumoxidfilm und einen Hafniumoxynitridfilm. Ein Aluminiumoxidfilm wird vorzugsweise als der Isolierfilm 407 verwendet, da er den Durchgang von sowohl Sauerstoff als auch Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff und Feuchtigkeit, sehr effektiv verhindert.
Wenn der Isolierfilm 407 durch ein Sputterverfahren in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre oder ein Plasma-CVD-Verfahren mit einem sauerstoffhaltigen Gas ausgebildet wird, kann den Seitenflächen und Oberseiten der Isolierfilme 405 und 406 Sauerstoff hinzugefügt werden. Eine zweite Wärmebehandlung wird vorzugsweise zu einem beliebigen Zeitpunkt nach dem Ausbilden des Isolierfilms 407 durchgeführt. Durch die zweite Wärmebehandlung diffundiert Sauerstoff, der den Isolierfilmen 405 und 406 hinzugefügt worden ist, in den Isolierfilmen und erreicht das Metalloxid 430, wodurch Sauerstofffehlstellen in dem Metalloxid 430 verringert werden können.
Der Isolierfilm 407 weist eine Funktion zum Blockieren von Sauerstoff auf und verhindert, dass Sauerstoff durch den Isolierfilm 407 hindurch nach oben diffundiert. Ebenfalls weist der Isolierfilm 403 eine Funktion zum Blockieren von Sauerstoff auf und verhindert, dass Sauerstoff durch den Isolierfilm 403 hindurch nach unten diffundiert.
Es sei angemerkt, dass die zweite Wärmebehandlung bei einer Temperatur durchgeführt werden kann, die ermöglicht, dass Sauerstoff, der den Isolierfilmen 405 und 406 hinzugefügt worden ist, in das Metalloxid 430 diffundiert. Bezüglich der zweiten Wärmebehandlung kann beispielsweise auf die Beschreibung der ersten Wärmebehandlung Bezug genommen werden. Alternativ ist die Temperatur der zweiten Wärmebehandlung vorzugsweise niedriger als diejenige der ersten Wärmebehandlung. Die zweite Wärmebehandlung wird vorzugsweise bei einer Temperatur durchgeführt, die um 20°C oder mehr und 150°C oder weniger, bevorzugt um 40°C oder mehr und 100°C oder weniger niedriger ist als diejenige der ersten Wärmebehandlung. Dementsprechend kann eine überflüssige Sauerstoffabgabe von dem Isolierfilm 404 verhindert werden. Es sei angemerkt, dass die zweite Wärmebehandlung nicht notwendigerweise durchgeführt wird, wenn eine Erwärmung beim Ausbilden der Filme als Wärmebehandlung dienen kann, die der zweiten Wärmebehandlung vergleichbar ist. Durch Ausbilden des Isolierfilms 407 und durch die zweite Wärmebehandlung kann, wie oben beschrieben, dem Metalloxid 430 Sauerstoff von oben und unten zugeführt werden. Alternativ kann den Isolierfilmen 405 und 406 Sauerstoff hinzugefügt werden, indem als der Isolierfilm 407 ein Film ausgebildet wird, der Indiumoxid, z. B. ein In-M-Zn-Oxid, enthält.
Der Isolierfilm 408 kann unter Verwendung eines Isolators ausgebildet werden, der eine oder mehrere Arten von Materialien enthält, die aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitridoxid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Galliumoxid, Germaniumoxid, Yttriumoxid, Zirkoniumoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid und dergleichen ausgewählt werden. Für den Isolierfilm 408 kann alternativ ein Harz, das für den Isolierfilm 405 verwendet werden kann, wie z. B. ein Polyimidharz, verwendet werden. Der Isolierfilm 408 kann auch eine Schichtanordnung aus beliebigen der vorstehenden Materialien sein.
<<Strukturbeispiel 2 eines Transistors>>
Der leitende Film 414 sowie die Isolierfilme 402 und 403 können bei dem in 27A bis 27C dargestellten Transistor 400a weggelassen werden. Ein Beispiel für eine derartige Struktur ist in 29A bis 29C dargestellt. 29A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 400b. 29B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A1-A2 in 29A, und 29C ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A3-A4 in 29A.
<<Strukturbeispiel 3 eines Transistors>>
Bei dem in 27A bis 27C dargestellten Transistor 400a können die Dicken von Teilen der leitenden Filme 421 und 423, die mit der Gate-Elektrode (den leitenden Filmen 411 bis 413) überlappen, verringert werden. Ein Beispiel für eine derartige Struktur ist in 30A bis 30C dargestellt. 30A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 400c. 30B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A1-A2 in 30A, und 30C ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A3-A4 in 30A.
Wie in 30B dargestellt, wird bei dem Transistor 400c die Dicke eines Teils des leitenden Films 421 verringert, der mit der Gate-Elektrode überlappt, und der leitende Film 422 bedeckt den leitenden Film 421. Es wird auch die Dicke eines Teils des leitenden Films 423 verringert, der mit der Gate-Elektrode überlappt, und der leitende Film 424 bedeckt den leitenden Film 423. Bei einer derartigen Struktur kann ein Abstand zwischen den Gate- und Source-Elektroden oder zwischen den Gate- und Drain-Elektroden vergrößert werden. Dies führt zu einer Verringerung der parasitären Kapazität, die zwischen der Gate-Elektrode und der Source- und Drain-Elektrode erzeugt wird. Als Ergebnis kann ein Transistor, der für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeignet ist, erhalten werden.
<<Strukturbeispiel 4 eines Transistors>>
31A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 400d. 31B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A1-A2 in 31A, und 31C ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A3-A4 in 31A. Ebenso wie der Transistor 400a und dergleichen weist auch der Transistor 400d eine s-Kanal-Struktur auf. Bei dem Transistor 400d ist ein Isolierfilm 409 in Kontakt mit einer Seitenfläche des leitenden Films 407 bereitgestellt, der eine Gate-Elektrode bildet. Der Isolierfilm 409 und der leitende Film 412 sind mit dem Isolierfilm 407 bedeckt. Der Isolierfilm 409 dient als Seitenwandisolierfilm des Transistors 400d. Wie bei dem Transistor 400a kann es sich bei der Gate-Elektrode des Transistors 400d um eine Schichtanordnung aus den leitenden Filmen 411 bis 413 handeln.
Der Isolierfilm 406 und der leitende Film 412 überlappen mindestens teilweise mit dem leitenden Film 414 und dem Metalloxid 432. Die Seitenkante des leitenden Films 412 in der Kanallängsrichtung ist vorzugsweise auf die Seitenkante des Isolierfilms 406 in der Kanallängsrichtung im Wesentlichen ausgerichtet. Hier dient der Isolierfilm 406 als Gate-Isolierfilm des Transistors 400d, der leitende Film 412 dient als Gate-Elektrode des Transistors 400d, und der Isolierfilm 409 dient als Seitenwandisolierfilm des Transistors 400d.
Das Metalloxid 432 weist einen Bereich auf, der mit dem leitenden Film 412 überlappt, wobei das Metalloxid 433 und der Isolierfilm 406 dazwischen angeordnet sind. Vorzugsweise ist die Außenkante des Metalloxides 431 auf die Außenkante des Metalloxides 432 im Wesentlichen ausgerichtet, und die Außenkante des Metalloxides 433 ist von den Außenkanten der Metalloxide 431 und 432 nach außen hin positioniert. Jedoch ist die Form des Transistors dieser Ausführungsform nicht auf diejenige beschränkt, bei der die Außenkante des Metalloxides 433 von der Außenkante des Metalloxides 431 nach außen hin positioniert ist. Beispielsweise kann die Außenkante des Metalloxides 431 von der Außenkante des Metalloxides 433 nach außen hin positioniert sein, oder die Außenkante des Metalloxides 431 kann auf die Außenkante des Metalloxides 433 im Wesentlichen ausgerichtet sein.
31D ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 31B. Wie in 31D dargestellt, sind Bereiche 461a bis 461e in dem Metalloxid 430 ausgebildet. Die Bereiche 461b bis 461e weisen eine höhere Dotierstoffkonzentration und dementsprechend einen niedrigeren Widerstand auf als der Bereich 461a. Außerdem weisen die Bereiche 461b und 461c eine höhere Wasserstoffkonzentration und dementsprechend einen viel niedrigeren Widerstand auf als die Bereiche 461d und 461e. Die Dotierstoffkonzentration in dem Bereich 461a ist beispielsweise niedriger als oder gleich 5%, niedriger als oder gleich 2% oder niedriger als oder gleich 1% der maximalen Dotierstoffkonzentration in dem Bereich 461b oder 461c. Es sei angemerkt, dass der Dotierstoff auch als Donator, Akzeptor, Verunreinigung oder Element bezeichnet werden kann.
In dem Metalloxid 430 überlappt, wie in 31D dargestellt, der Bereich 461a im Wesentlichen mit dem leitenden Film 412, und die Bereiche 461b bis 461e sind die anderen Bereiche als der Bereich 461a. In den Bereichen 461b und 461c ist die Oberseite des Metalloxides 433 in Kontakt mit dem Isolierfilm 407. In den Bereichen 461d und 461e ist die Oberseite des Metalloxides 433 in Kontakt mit dem Isolierfilm 409 oder 406. Das heißt, dass, wie in 31D dargestellt, die Grenze zwischen den Bereichen 461b und 461d mit der Grenze zwischen den Seitenkanten der Isolierfilme 407 und 409 überlappt. Das Gleiche gilt für die Grenze zwischen den Bereichen 461c und 461e. Hier überlappen vorzugsweise die Bereiche 461d und 461e teilweise mit einem Teil eines Bereichs (einem Kanalbildungsbereich), in dem das Metalloxid 432 und der leitende Film 412 miteinander überlappen. Beispielsweise sind die Seitenkanten der Bereiche 461d und 461e in der Kanallängsrichtung vorzugsweise weiter innen als der leitende Film 412 positioniert, und der Abstand zwischen der Seitenkante des leitenden Films 412 und jeder der Seitenkanten der Bereiche 461d und 461e ist d. In diesem Fall gilt für die Dicke t₄₀₆ des Isolierfilms 406 und für den Abstand d vorzugsweise 0,25t₄₀₆ < d < t₄₀₆.
Auf die vorstehende Weise sind die Bereiche 461d und 461e in einem Teil des Bereichs ausgebildet, in dem das Metalloxid 430 und der leitende Film 412 miteinander überlappen. Demzufolge ist der Kanalbildungsbereich des Transistors 400d in Kontakt mit den niederohmigen Bereichen 461d und 461e, und kein Offset-Bereich mit hohem Widerstand ist zwischen dem Bereich 461a und den jeweiligen Bereichen 461d und 461e gebildet, so dass der Durchlassstrom des Transistors 400d erhöht werden kann. Darüber hinaus kann, da die Seitenkanten der Bereiche 461d und 461e in der Kanallängsrichtung derart ausgebildet sind, dass die vorstehende Beziehung erfüllt ist, verhindert werden, dass sich die Bereiche 461d und 461e zu tief in dem Kanalbildungsbereich bilden und konstant leitend sind.
Die Bereiche 461b bis 461e werden durch eine Ionendotierungsbehandlung, wie z. B. ein Ionenimplantationsverfahren, ausgebildet. Deshalb nähern sich, wie in 31D dargestellt, in einem tieferen Bereich von der Oberseite des Metalloxides 433 die Positionen der Seitenkanten der Bereiche 461d und 461e in der Kanallängsrichtung mitunter der Seitenkante des Metalloxides 430 in der Kanallängsrichtung an. In diesem Fall handelt es sich bei dem Abstand d um den Abstand zwischen der Seitenkante des leitenden Films 412 in der Kanallängsrichtung und den jeweiligen Seitenkanten der Bereiche 461d und 461e, die am nächsten an dem Innenteil des leitenden Films 412 liegen.
In einigen Fällen überlappen beispielsweise die Bereiche 461d und 461e des Metalloxides 431 nicht mit dem leitenden Film 412. In diesem Fall ist vorzugsweise mindestens ein Teil der Bereiche 461d und 461e des Metalloxides 431 oder 432 in einem Bereich ausgebildet, der mit dem leitenden Film 412 überlappt.
Zudem sind vorzugsweise niederohmige Bereiche 451 und 452 in dem Metalloxid 431, dem Metalloxid 432 und dem Metalloxid 433 in der Nähe der Grenzfläche zu dem Isolierfilm 407 ausgebildet. Die niederohmigen Bereiche 451 und 452 enthalten mindestens eines der Elemente, die in dem Isolierfilm 407 enthalten sind. Vorzugsweise sind Teile der niederohmigen Bereiche 451 und 452 im Wesentlichen in Kontakt mit oder überlappen teilweise mit dem Bereich (dem Kanalbildungsbereich), in dem das Metalloxid 432 und der leitende Film 412 miteinander überlappen.
Da ein Großteil des Metalloxides 433 in Kontakt mit dem Isolierfilm 407 ist, ist es wahrscheinlich, dass die niederohmigen Bereiche 451 und 452 in dem Metalloxid 433 gebildet werden. Die niederohmigen Bereiche 451 und 452 des Metalloxides 433 enthalten eine höhere Konzentration von Elementen, die in dem Isolierfilm 407 enthalten sind, als die anderen Bereiche des Metalloxides 433 (z. B. der Bereich des Metalloxides 433, der mit dem leitenden Film 412 überlappt).
Die niederohmigen Bereiche 451 und 452 sind in dem Bereich 461b bzw. 461c ausgebildet. Idealerweise weist das Metalloxid 430 die folgende Struktur auf: Die Konzentration von zugesetzten Elementen ist in den niederohmigen Bereichen 451 und 452 am höchsten; in den Bereichen 461b und 461c bis 461e ausschließlich der niederohmigen Bereiche 451 und 452, am zweithöchsten; und in dem Bereich 461a, am niedrigsten. Die zugesetzten Elemente beziehen sich auf einen Dotierstoff zum Ausbilden der Bereiche 461b und 461c und auf ein Element, das den niederohmigen Bereichen 451 und 452 von dem Isolierfilm 407 zugesetzt wird.
Obwohl die niederohmigen Bereiche 451 und 452 in dem Transistor 400d ausgebildet sind, ist die Halbleitervorrichtung, die bei dieser Ausführungsform gezeigt wird, nicht auf diese Struktur beschränkt. Beispielsweise müssen die niederohmigen Bereiche 451 und 452 nicht in dem Fall ausgebildet werden, in dem die Bereiche 461b und 461c einen ausreichend niedrigen Widerstand aufweisen.
<<Strukturbeispiel 5 eines Transistors>>
32A bis 32D stellen ein Strukturbeispiel eines Transistors dar. 32A ist eine Draufsicht, die ein Strukturbeispiel eines OS-Transistors darstellt. 32B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie y1-y2 in 32A, 32C ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie x1-x2 in 32A, und 32D ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie x3-x4 in 32A.
Wie der Transistor 400a und dergleichen weist der Transistor 400e eine s-Kanal-Struktur auf. Der Transistor 400e ist mit leitenden Filmen 471 und 472 versehen. Die leitenden Filme 471 und 472 dienen jeweils als Source- oder Drain-Elektrode. Wie bei dem Transistor 400a kann es sich bei einer Gate-Elektrode des Transistors 400e um eine Schichtanordnung aus den leitenden Filmen 411 bis 413 handeln.
Wie in 32B und 32C dargestellt, beinhaltet ein Metalloxid 430 einen Abschnitt, in dem die Metalloxide 431, 432 und 433 in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind. Die leitenden Filme 471 und 472 sind über der Schichtanordnung aus den Metalloxiden 431 und 432 bereitgestellt. Das Metalloxid 433 ist ausgebildet, um die Metalloxide 431 und 432 sowie die leitenden Filme 471 und 472 zu bedecken. Der Isolierfilm 406 bedeckt das Metalloxid 433. Dabei werden das Metalloxid 433 und der Isolierfilm 406 unter Verwendung derselben Maske geätzt.
Die leitenden Schichten 471 und 472 werden unter Verwendung einer Hartmaske ausgebildet, die zum Ausbilden der Schichtanordnung aus den Metalloxiden 431 und 432 verwendet wird. Deshalb weisen die leitenden Filme 471 und 472 keine Bereiche auf, die in Kontakt mit den Seitenflächen der Metalloxide 431 und 432 sind. Beispielsweise können die Metalloxide 431 und 432 sowie die leitenden Filme 471 und 472 durch die folgenden Schritte ausgebildet werden. Es wird ein zweischichtiger Oxidhalbleiterfilm ausgebildet, der die Metalloxide 431 und 432 umfasst. Ein einschichtiger oder mehrschichtiger leitender Film wird über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet. Dieser leitende Film wird geätzt, so dass eine Hartmaske ausgebildet wird. Unter Verwendung dieser Hartmaske wird der zweischichtige Oxidhalbleiterfilm geätzt, um die Schichtanordnung aus den Metalloxiden 431 und 432 auszubilden. Dann wird die Hartmaske geätzt, um die leitenden Schichten 471 und 472 auszubilden.
<<Strukturbeispiel 6 eines Transistors>>
33A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 400f. 33B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A1-A3 in 33A.
Der Transistor 400f beinhaltet einen leitenden Film 489, der als erstes Gate dient, einen leitenden Film 488, der als zweites Gate dient, einen Halbleiter 482, leitende Filme 483 und 484, welche als Source und Drain dienen, einen Isolierfilm 481, einen Isolierfilm 485, einen Isolierfilm 486 sowie einen Isolierfilm 487.
Der leitende Film 489 liegt auf einer isolierenden Oberfläche. Der leitende Film 489 überlappt mit dem Halbleiter 482, wobei der Isolierfilm 481 dazwischen angeordnet ist. Der leitende Film 488 überlappt mit dem Halbleiter 482, wobei die Isolierfilme 485, 486 und 487 dazwischen angeordnet sind. Die leitenden Filme 483 und 484 sind mit dem Halbleiter 482 verbunden.
In 33B sind die Isolierfilme 485 bis 487 der Reihe nach über dem Halbleiter 482 sowie den leitenden Filmen 483 und 484 angeordnet; jedoch kann es sich bei einem Isolierfilm, der über dem Halbleiter 482 sowie den leitenden Filmen 483 und 484 bereitgestellt ist, um eine Einzelschicht oder eine Schichtanordnung handeln, die eine Vielzahl von Isolierfilmen aufweist.
In dem Fall, in dem ein Oxidhalbleiter als der Halbleiter 482 verwendet wird, enthält der Isolierfilm 486 vorzugsweise Sauerstoff, dessen Anteil höher oder ebenso hoch wie derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung ist, und weist eine Funktion auf, um dem Halbleiter 482 durch Erwärmung einen Teil von Sauerstoff zuzuführen. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem das Bereitstellen des Isolierfilms 486 direkt auf dem Halbleiter 482 dazu führt, dass beim Ausbilden des Isolierfilms 486 der Halbleiter 482 beschädigt wird, wie in 33B dargestellt, vorzugsweise der Isolierfilm 485 zwischen dem Halbleiter 482 und dem Isolierfilm 486 bereitgestellt wird. Der Isolierfilm 485 lässt vorzugsweise Sauerstoff durch und verursacht vorzugsweise, im Vergleich zu dem Fall des Isolierfilms 486, beim Ausbilden des Isolierfilms 485 nur geringe Schäden an dem Halbleiter 482. Wenn der Isolierfilm 486 direkt auf dem Halbleiter 482 ausgebildet werden kann, während die Schäden an dem Halbleiter 482 gering gehalten werden, wird der Isolierfilm 485 nicht notwendigerweise bereitgestellt.
Für die Isolierfilme 485 und 486 wird vorzugsweise zum Beispiel ein Material verwendet, das Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid enthält. Alternativ kann ein Metalloxid, wie z. B. Aluminiumoxid, Aluminiumoxynitrid, Galliumoxid, Galliumoxynitrid, Yttriumoxid, Yttriumoxynitrid, Hafniumoxid oder Hafniumoxynitrid, verwendet werden.
Der Isolierfilm 487 weist vorzugsweise einen Effekt zum Blockieren einer Diffusion von Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser auf. Alternativ weist der Isolierfilm 487 vorzugsweise einen Effekt zum Blockieren einer Diffusion von Wasserstoff und Wasser auf.
Wenn ein Isolierfilm eine höhere Dichte aufweist und dichter ist oder weniger offene Bindungen aufweist und chemisch stabiler ist, weist der Isolierfilm einen besseren Sperreffekt auf. Ein Isolierfilm, der einen Effekt zum Blockieren einer Diffusion von Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser aufweist, kann beispielsweise unter Verwendung von Aluminiumoxid, Aluminiumoxynitrid, Galliumoxid, Galliumoxynitrid, Yttriumoxid, Yttriumoxynitrid, Hafniumoxid oder Hafniumoxynitrid ausgebildet werden. Ein Isolierfilm, der einen Effekt zum Blockieren einer Diffusion von Wasserstoff und Wasser aufweist, kann beispielsweise unter Verwendung von Siliziumnitrid oder Siliziumnitridoxid ausgebildet werden.
In dem Fall, in dem der Isolierfilm 487 einen Effekt zum Blockieren einer Diffusion von Wasser, Wasserstoff und dergleichen aufweist, kann verhindert werden, dass Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, welche in einem Harz in einem Bildschirm oder außerhalb des Bildschirms existieren, in den Halbleiter 482 eindringen. In dem Fall, in dem ein Oxidhalbleiter als der Halbleiter 482 verwendet wird, dient ein Teil von Wasser oder Wasserstoff, das/der in den Oxidhalbleiter eindringt, als Elektronendonator (Donator). Die Verwendung des Isolierfilms 487 mit dem Sperreffekt kann daher eine Verschiebung der Schwellenspannung des Transistors 400f infolge der Erzeugung von Donatoren verhindern.
Außerdem weist in dem Fall, in dem ein Oxidhalbleiter als der Halbleiter 482 verwendet wird, der Isolierfilm 487 einen Effekt zum Blockieren einer Diffusion von Sauerstoff auf, so dass eine Diffusion von Sauerstoff aus dem Oxidhalbleiter nach außen verhindert werden kann. Folglich werden die als Donatoren dienenden Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiter verringert, so dass eine Verschiebung der Schwellenspannung des Transistors 400f infolge der Erzeugung von Donatoren verhindert werden kann.
(Ausführungsform 4)
Bei dieser Ausführungsform wird eine Halbleitervorrichtung mit einer Bauteilstruktur beschrieben, bei der ein Si-Transistor und ein OS-Transistor übereinander angeordnet sind. Hier wird ein Beispiel für die Struktur einer Halbleitervorrichtung, die den AM2 (6B) mit dem Transistor MO1 und dem Kondensator C1 beinhaltet, beschrieben.
34A und 34B sind Querschnittsansichten, die die Bauteilstruktur des RS 223B, typischerweise der Transistoren MO1 und MR1 sowie des Kondensators C1, darstellen. 34A ist eine Querschnittsansicht eines Transistors, der den RS 223B bildet, in der Kanallängsrichtung, und 34B ist eine Querschnittsansicht des Transistors in der Kanalquerrichtung.
Eine Halbleitervorrichtung beinhaltet Schichten 781 bis 789 in der Reihenfolge von unten. Die Schicht 781 beinhaltet ein Substrat 700, den Transistor MR1, der unter Verwendung des Substrats 700 ausgebildet wird, eine Elementisolationsschicht 701 und eine Vielzahl von Steckern, wie z. B. einen Stecker 710 und einen Stecker 711. Die Schicht 782 beinhaltet eine Vielzahl von Leitungen, wie z. B. eine Leitung 730 und eine Leitung 731. Die Schicht 783 beinhaltet eine Vielzahl von Steckern, wie z. B. einen Stecker 712 und einen Stecker 713 sowie eine Vielzahl von Leitungen (nicht dargestellt). Die Schicht 784 beinhaltet Isolierfilme 702 bis 704, den Transistor MO1, einen Isolierfilm 705 und eine Vielzahl von Steckern, wie z. B. einen Stecker 714 und einen Stecker 715.
Die Schicht 785 beinhaltet eine Vielzahl von Leitungen, wie z. B. Leitungen 732 und 733. Die Schicht 786 beinhaltet eine Vielzahl von Steckern, wie z. B. einen Stecker 716, und eine Vielzahl von Leitungen (nicht dargestellt). Die Schicht 787 beinhaltet eine Vielzahl von Leitungen, wie z. B. eine Leitung 734. Die Schicht 788 beinhaltet einen Kondensator C1 und eine Vielzahl von Steckern, wie z. B. einen Stecker 717. Der Kondensator C1 beinhaltet Elektroden 751 und 752 sowie einen Isolierfilm 753. Die Schicht 789 beinhaltet eine Vielzahl von Leitungen, wie z. B. eine Leitung 735.
Der OS-Transistor der Ausführungsform 3 wird vorzugsweise als der Transistor MO1 verwendet. Hier weist der Transistor MO1 die gleiche Bauteilstruktur wie diejenige des Transistors 400c auf (30A bis 30C). Der Transistor MR1 ist ein Si-Transistor.
Als das Substrat 700 kann ein einkristallines Halbleitersubstrat oder ein polykristallines Halbleitersubstrat aus Silizium oder Siliziumcarbid, ein Verbindungshalbleitersubstrat aus Siliziumgermanium, ein SOI-Substrat oder dergleichen verwendet werden. Alternativ kann als das Substrat 700 auch ein Glassubstrat, ein Quarzsubstrat, ein Kunststoffsubstrat, ein Metallsubstrat, ein flexibles Substrat, ein Befestigungsfilm, Papier, das ein Fasermaterial enthält, oder ein Basisfilm verwendet werden. Alternativ kann ein Halbleiterelement unter Verwendung eines einzelnen Substrats ausgebildet und dann auf ein weiteres Substrat übertragen werden. Hier wird ein einkristalliner Siliziumwafer beispielhaft als das Substrat 700 verwendet.
Die Isolierfilme 704 und 705 weisen einen Sperreffekt gegen Wasserstoff, Wasser und dergleichen auf. Wasser, Wasserstoff und dergleichen sind Faktoren, die Ladungsträger in einem Oxidhalbleiter erzeugen; deshalb kann dann, wenn eine derartige Sperrschicht gegen Wasserstoff, Wasser und dergleichen bereitgestellt ist, die Zuverlässigkeit des Transistors MO1 verbessert werden. Beispiele für den Isolator, der einen Sperreffekt gegen Wasserstoff, Wasser und dergleichen aufweist, umfassen Aluminiumoxid, Aluminiumoxynitrid, Galliumoxid, Galliumoxynitrid, Yttriumoxid, Yttriumoxynitrid, Hafniumoxid, Hafniumoxynitrid und Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ).
Die Leitungen 730 bis 735 sowie die Stecker 710 bis 717 weisen jeweils vorzugsweise eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur auf, welche einen leitenden Film umfasst, der ein niederohmiges Material, das aus Kupfer (Cu), Wolfram (W), Molybdän (Mo), Gold (Au), Aluminium (Al), Mangan (Mn), Titan (Ti), Tantal (Ta), Nickel (Ni), Chrom (Cr), Blei (Pb), Zinn (Sn), Eisen (Fe) und Kobalt (Co) ausgewählt wird, eine Legierung eines derartigen niederohmigen Materials oder eine Verbindung enthält, die ein derartiges Material als ihren Hauptbestandteil enthält. Besonders bevorzugt wird ein Material mit hohem Schmelzpunkt, das sowohl Wärmebeständigkeit als auch Leitfähigkeit aufweist, wie z. B. Wolfram oder Molybdän, verwendet. Zudem wird vorzugsweise auch ein niederohmiges leitendes Material, wie z. B. Aluminium oder Kupfer, verwendet. Die Verwendung einer Cu-Mn-Legierung wird außerdem bevorzugt, in welchem Falle Manganoxid, das an der Grenzfläche zu einem Sauerstoff enthaltenden Isolator ausgebildet wird, eine Funktion zum Verhindern einer Cu-Diffusion aufweist.
Der OS-Transistor und der Speicherkondensator können in der gleichen Elementschicht ausgebildet werden. 35 stellt ein Beispiel für einen solchen Fall dar. 35 stellt typischerweise die Transistoren MO1, MR1 und MS1 sowie den Kondensator C1 dar. In 35 sind Bereiche, die weder durch Bezugszeichen noch durch Schraffuren gekennzeichnet sind, aus einem Isolator ausgebildet. Des Weiteren werden Bereiche, die zwar durch keine Bezugszeichen, jedoch durch Schraffuren gekennzeichnet sind, unter Verwendung von Leitern ausgebildet und bilden Leitungen und Elektroden.
Der Transistor MO1 weist die gleiche Bauteilstruktur wie der Transistor 400e auf (32A bis 32D). Der Kondensator C1 wird zusammen mit dem Transistor MO1 ausgebildet. Dies führt zur Verringerung der Anzahl von Herstellungsschritten der Halbleitervorrichtung. Eine eines Paars von Elektroden des Kondensators C1 wird aus einem leitenden Film 723 (einer Source- oder Drain-Elektrode des Transistors MO1) ausgebildet. Die andere Elektrode wird aus einem Leiter ausgebildet, der in der gleichen Schicht ausgebildet wird wie eine Gate-Elektrode des Transistors MO1.
In 34A und 34B sowie in 35 sind Bereiche, die weder durch Bezugszeichen noch durch Schraffuren gekennzeichnet sind, aus einem Isolator ausgebildet. Als Isolator kann man einen Isolator verwenden, der eine oder mehrere Arten von Materialien enthält, die aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitridoxid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Galliumoxid, Germaniumoxid, Yttriumoxid, Zirkoniumoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid und dergleichen ausgewählt werden. Alternativ kann in diesen Bereichen ein organisches Harz, wie z. B. ein Polyimidharz, ein Polyamidharz, ein Acrylharz, ein Siloxanharz, ein Epoxidharz oder ein Phenolharz, verwendet werden. Es sei angemerkt, dass sich in dieser Beschreibung ein Oxynitrid auf eine Verbindung bezieht, die mehr Sauerstoff als Stickstoff enthält, und sich ein Nitridoxid auf eine Verbindung bezieht, die mehr Stickstoff als Sauerstoff enthält.
(Ausführungsform 5)
Bei dieser Ausführungsform wird ein Oxidhalbleiter beschrieben. Ein Oxidhalbleiter, der hier beschrieben wird, ist ein Metalloxid, das auf die Metalloxide der OS-Transistoren der Ausführungsform 3 angewendet werden kann.
In dieser Beschreibung und dergleichen sind trigonale und rhomboedrische Kristallsysteme in einem hexagonalen Kristallsystem enthalten. In dieser Beschreibung und dergleichen bedeutet der Begriff „parallel”, dass ein. Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich –10° und kleiner als oder gleich 10° ist, und umfasst daher den Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich –5° und kleiner als oder gleich 5° ist. Der Begriff „im Wesentlichen parallel” bedeutet, dass ein Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich –30° und kleiner als oder gleich 30° ist. Außerdem bedeutet der Begriff „senkrecht”, dass ein Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich 80° und kleiner als oder gleich 100° ist, und umfasst daher den Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich 85° und kleiner als oder gleich 95° ist. Der Begriff „im Wesentlichen senkrecht” bedeutet, dass ein Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich 60° und kleiner als oder gleich 120° ist.
<<Struktur eines Oxidhalbleiters>>
Ein Oxidhalbleiter wird in einen einkristallinen Oxidhalbleiter und in einen nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter klassifiziert. Beispiele für einen nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter umfassen einen kristallinen Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis aligned crystalline oxide semiconductor, CAAC-OS), einen polykristallinen Oxidhalbleiter, einen nanokristallinen Oxidhalbleiter (nc-OS), einen amorphähnlichen Oxidhalbleiter (a-like OS) und einen amorphen Oxidhalbleiter.
Aus einer anderen Sicht wird ein Oxidhalbleiter in einen amorphen Oxidhalbleiter und in einen kristallinen Oxidhalbleiter klassifiziert. Beispiele für einen kristallinen Oxidhalbleiter umfassen einen einkristallinen Oxidhalbleiter, einen CAAC-OS, einen polykristallinen Oxidhalbleiter und einen nc-OS.
Es ist bekannt, dass eine amorphe Struktur im Allgemeinen wie folgt definiert ist: Sie ist metastabil, nicht fixiert sowie isotrop und weist keine ungleichmäßige Struktur auf. Mit anderen Worten: Eine amorphe Struktur weist einen flexiblen Bindungswinkel und eine Nahordnung aber keine Fernordnung auf.
Dies bedeutet, dass man einen grundsätzlich stabilen Oxidhalbleiter nicht als vollständig amorphen Oxidhalbleiter ansehen kann. Außerdem kann man einen Oxidhalbleiter, der nicht isotrop ist (z. B. einen Oxidhalbleiter, der in einem mikroskopischen Bereich eine periodische Struktur aufweist) nicht als vollständig amorphen Oxidhalbleiter ansehen. Es sei angemerkt, dass ein a-ähnlicher OS eine periodische Struktur in einem mikroskopischen Bereich aufweist, aber gleichzeitig einen Hohlraum (void) enthält und daher eine instabile Struktur aufweist. Aus diesem Grund weist ein a-ähnlicher OS physikalische Eigenschaften auf, die denjenigen eines amorphen Oxidhalbleiters ähnlich sind.
<CAAC-OS>
Ein CAAC-OS ist ein Oxidhalbleiter, der eine Vielzahl von Kristallteilen mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweist (auch als Pellets bezeichnet).
Wenn ein kombiniertes Analysebild (auch als hochauflösendes TEM-Bild bezeichnet) aus einem Hellfeldbild und einem Beugungsbild eines CAAC-OS durch ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) beobachtet wird, kann eine Vielzahl von Pellets beobachtet werden. Im hochauflösenden TEM-Bild wird jedoch eine Grenze zwischen Pellets, d. h. eine Korngrenze, nicht deutlich beobachtet. Folglich ist es weniger wahrscheinlich, dass in dem CAAC-OS eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit aufgrund der Korngrenze auftritt.
Im Folgenden wird der CAAC-OS, der mit TEM beobachtet wird, beschrieben. Ein hochauflösendes TEM-Bild eines Querschnitts des CAAC-OS, der aus einer Richtung betrachtet wird, die im Wesentlichen parallel zu einer Probenoberfläche ist, zeigt, dass Metallatome in einem Pellet geschichtet angeordnet sind. Jede Metallatomlage weist eine Konfiguration auf, die eine Unebenheit einer Oberfläche, über welcher ein CAAC-OS-Film ausgebildet ist (die Oberfläche wird nachstehend als Bildungsoberfläche bezeichnet), oder einer nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS widerspiegelt, und jede Metallatomlage ist parallel zu der Bildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS angeordnet.
Dem hochauflösenden TEM-Bild zufolge weist der CAAC-OS eine charakteristische Atomanordnung auf. Die Größe eines Pellets ist größer als oder gleich 1 nm oder größer als oder gleich 3 nm, und die Größe eines Abstandes, der durch die Neigung der Pellets hervorgerufen ist, ist ungefähr 0,8 nm. Deshalb kann das Pellet auch als Nanokristall (nanocrystal, nc) bezeichnet werden. Der CAAC-OS kann als Oxidhalbleiter, der Nanokristalle mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis aligned nanocrystals, CANC) enthält, bezeichnet werden.
Ein Cs-korrigiertes hochauflösendes TEM-Bild einer Fläche des CAAC-OS, der aus einer Richtung beobachtet wird, die im Wesentlichen senkrecht zur Probenoberfläche ist, zeigt, dass Metallatome in einer dreieckigen, viereckigen oder sechseckigen Konfiguration in einem Pellet angeordnet sind. Zwischen verschiedenen Pellets gibt es jedoch keine Regelmäßigkeit der Anordnung der Metallatome.
Als Nächstes wird ein CAAC-OS, der durch Röntgenstrahlbeugung (X-ray diffraction, XRD) analysiert wird, beschrieben. Wenn beispielsweise die Struktur eines CAAC-OS, der einen InGaZnO₄-Kristall enthält, durch ein Out-of-Plane-Verfahren (out-of-plane method) analysiert wird, erscheint ein Peak bei einem Beugungswinkel (2θ) von ungefähr 31°. Dieser Peak stammt aus der (009)-Fläche des InGaZnO₄-Kristalls, was darauf hindeutet, dass Kristalle in dem CAAC-OS eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweisen und dass die c-Achsen in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Bildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS ausgerichtet sind.
Bei der Strukturanalyse des CAAC-OS durch ein Out-of-Plane-Verfahren, kann neben dem Peak bei 2θ von ungefähr 31° ein weiterer Peak erscheinen, wenn 2θ bei ungefähr 36° liegt. Der Peak bei 2θ von ungefähr 36° deutet darauf hin, dass ein Kristall ohne Ausrichtung bezüglich der c-Achse in einem Teil des CAAC-OS enthalten ist. Es wird bevorzugt, dass in dem durch ein Out-of-Plane-Verfahren analysierten CAAC-OS ein Peak erscheint, wenn 2θ bei ungefähr 31° liegt, und dass kein Peak erscheint, wenn 2θ bei ungefähr 36° liegt.
Andererseits erscheint bei der Strukturanalyse des CAAC-OS durch ein In-Plane-Verfahren (in-plane method), bei dem ein Röntgenstrahl auf eine Probe in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur c-Achse einfällt, ein Peak, wenn 2θ bei ungefähr 56° liegt. Dieser Peak stammt aus der (110)-Fläche des InGaZnO₄-Kristalls. Im Falle des CAAC-OS wird kein deutlicher Peak beobachtet, wenn eine Analyse (ϕ-Scan) durchgeführt wird, wobei 2θ auf ungefähr 56° festgelegt wird und die Probe um einen Normalenvektor der Probenoberfläche als Achse (ϕ-Achse) gedreht wird. Im Gegensatz dazu werden im Falle eines einkristallinen Oxidhalbleiters von InGaZnO₄ sechs Peaks, die aus den der (110)-Fläche entsprechenden Kristallflächen stammen, beobachtet, wenn ein ϕ-Scan durchgeführt wird, wobei 2θ auf ungefähr 56° festgelegt wird. Also zeigt die Strukturanalyse mit XRD, dass die Richtungen der a-Achsen und b-Achsen in dem CAAC-OS unregelmäßig orientiert sind.
Als Nächstes wird ein CAAC-OS, der durch Elektronenbeugung analysiert wird, beschrieben. Wenn beispielsweise ein Elektronenstrahl mit einem Probendurchmesser von 300 nm in einer Richtung, die parallel zur Probenoberfläche ist, auf einen CAAC-OS, der einen InGaZnO₄-Kristall enthält, einfällt, kann ein Beugungsbild (auch als Feinbereichs-(selected-area)Transmissionselektronenbeugungsbild bezeichnet) erhalten werden. In diesem Beugungsbild sind Punkte enthalten, die auf die (009)-Fläche eines InGaZnO₄-Kristalls zurückzuführen sind. Daher deutet die Elektronenbeugung auch darauf hin, dass Pellets, die in dem CAAC-OS enthalten sind, eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweisen und dass die c-Achsen in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Bildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS ausgerichtet sind. Währenddessen wird ein ringförmiges Beugungsbild beobachtet, wenn ein Elektronenstrahl mit einem Probendurchmesser von 300 nm in einer Richtung, die senkrecht zur Probenoberfläche ist, auf dieselbe Probe einfällt. Daher deutet die Elektronenbeugung auch darauf hin, dass die a-Achsen und b-Achsen der Pellets, die in dem CAAC-OS enthalten sind, keine regelmäßige Ausrichtung aufweisen.
Wie oben beschrieben, handelt es sich bei dem CAAC-OS um einen Oxidhalbleiter mit hoher Kristallinität. Das Eindringen von Verunreinigungen, die Bildung von Defekten oder dergleichen könnte die Kristallinität eines Oxidhalbleiters reduzieren. Dies bedeutet, dass der CAAC-OS nur geringe Verunreinigungen und Defekte (z. B. Sauerstofffehlstellen) aufweist.
Es sei angemerkt, dass die Verunreinigung ein Element, das verschieden von den Hauptbestandteilen des Oxidhalbleiters ist, wie z. B. Wasserstoff, Kohlenstoff, Silizium oder ein Übergangsmetallelement, bezeichnet. Beispielsweise extrahiert ein Element (z. B. Silizium), das eine höhere Bindungsstärke an Sauerstoff aufweist als ein in einem Oxidhalbleiter enthaltenes Metallelement, Sauerstoff aus dem Oxidhalbleiter, was eine Unordnung der Atomanordnung und eine reduzierte Kristallinität des Oxidhalbleiters zur Folge hat. Ein Schwermetall, wie z. B. Eisen oder Nickel, Argon, Kohlenstoffdioxid oder dergleichen weist einen großen Atomradius (oder molekularen Radius) auf und stört daher die Atomanordnung des Oxidhalbleiters und reduziert die Kristallinität.
Die Eigenschaften eines Oxidhalbleiters, der Verunreinigungen oder Defekte aufweist, könnten durch Licht, Hitze oder dergleichen verändert werden. Verunreinigungen, die in dem Oxidhalbleiter enthalten sind, könnten beispielsweise als Einfangstellen für Ladungsträger oder als Ladungsträgererzeugungsquellen dienen. Darüber hinaus dienen Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiter als Einfangstellen für Ladungsträger oder als Ladungsträgererzeugungsquellen, wenn Wasserstoff dorthin eingefangen wird.
Der CAAC-OS, der eine geringe Menge an Verunreinigungen und eine geringe Menge an Sauerstofffehlstellen aufweist, ist ein Oxidhalbleiter mit niedriger Ladungsträgerdichte (insbesondere niedriger als 8 × 10¹¹/cm³, bevorzugt niedriger als 1 × 10¹¹/cm³, stärker bevorzugt niedriger als 1 × 10¹⁰ (cm³, und höher als oder gleich 1 × 10^–9/cm³). Ein derartiger Oxidhalbleiter wird als hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiter bezeichnet. Ein CAAC-OS weist eine niedrige Verunreinigungskonzentration und eine niedrige Dichte der Defektzustände auf. Daher kann der CAAC-OS als Oxidhalbleiter mit stabilen Eigenschaften bezeichnet werden.
<nc-OS>
In einem hochauflösenden TEM-Bild weist ein nc-OS einen Bereich, in dem ein Kristallteil beobachtet wird, und einen Bereich auf, in dem ein Kristallteil nicht eindeutig beobachtet wird. In den meisten Fällen ist ein Kristallteil in dem nc-OS größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, oder größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm. Es sei angemerkt, dass ein Oxidhalbleiter mit einem Kristallteil, dessen Größe größer als 10 nm und kleiner als oder gleich 100 nm ist, mitunter als mikrokristalliner Oxidhalbleiter bezeichnet wird. In einem hochauflösenden TEM-Bild des nc-OS kann beispielsweise eine Korngrenze in einigen Fällen nicht deutlich beobachtet werden. Es gibt eine Möglichkeit, dass der Ursprung des Nanokristalls gleich demjenigen eines Pellets in einem CAAC-OS ist. Ein Kristallteil des nc-OS kann deshalb in einigen Fällen in der folgenden Beschreibung als Pellet bezeichnet werden.
In dem nc-OS weist ein mikroskopischer Bereich (zum Beispiel ein Bereich mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, im Besonderen ein Bereich mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm) eine periodische Atomanordnung auf. Es gibt keine Regelmäßigkeit der Kristallorientierung zwischen verschiedenen Pellets in dem nc-OS. Daher wird keine Orientierung des ganzen Films beobachtet. Deshalb kann man den nc-OS von einem a-ähnlichen OS oder einem amorphen Oxidhalbleiter in Abhängigkeit von einem Analyseverfahren nicht unterscheiden. Wenn beispielsweise der nc-OS durch ein Out-of-Plane-Verfahren unter Verwendung eines Röntgenstrahls mit einem Durchmesser analysiert wird, der größer ist als die Größe eines Pellets, erscheint kein Peak, der eine Kristallfläche zeigt. Außerdem wird ein Halo-Muster (halo pattern) in einem Elektronenbeugungsbild des nc-OS gezeigt, das mittels eines Elektronenstrahls mit einem Probendurchmesser (z. B. größer als oder gleich 50 nm), der größer ist als die Größe eines Pellets, aufgenommen wird. Währenddessen erscheinen Punkte in einem Nanostrahl-Elektronenbeugungsbild (nanobeam electron diffraction pattern) des nc-OS, das aufgenommen wird, indem ein Elektronenstrahl mit einem Probendurchmesser, der nahe der oder kleiner als die Größe eines Pellets ist, angewendet wird. In einem Nanostrahl-Elektronenbeugungsbild des nc-OS werden außerdem in einigen Fällen Bereiche mit hoher Leuchtdichte in Kreisform (Ringform) beobachtet. Außerdem werden in einigen Fällen eine Vielzahl von Punkten in einem ringförmigen Bereich gezeigt.
Da es, wie zuvor beschrieben, keine Regelmäßigkeit der Kristallorientierung zwischen den Pellets (Nanokristallen) gibt, kann der nc-OS auch als Oxidhalbleiter, der ungeordnet ausgerichtete Nanokristalle (random aligned nanocrystals, RANC) enthält, oder als Oxidhalbleiter, der nicht ausgerichtete Nanokristalle (non-aligned nanocrystals, NANC) enthält, bezeichnet werden.
Der nc-OS ist ein Oxidhalbleiter, der eine höhere Regelmäßigkeit aufweist als ein amorpher Oxidhalbleiter. Deshalb ist es wahrscheinlich, dass der nc-OS eine niedrigere Dichte der Defektzustände aufweist als ein a-ähnlicher OS und ein amorpher Oxidhalbleiter. Es sei angemerkt, dass es keine Regelmäßigkeit der Kristallorientierung zwischen verschiedenen Pellets in dem nc-OS gibt. Daher weist der nc-OS eine höhere Dichte der Defektzustände auf als der CAAC-OS.
<a-ähnlicher OS>
Ein a-ähnlicher OS weist eine Struktur auf, die zwischen derjenigen des nc-OS und derjenigen des amorphen Oxidhalbleiters liegt. In einem hochauflösenden TEM-Bild des a-ähnlichen OS wird in einigen Fällen ein Hohlraum beobachtet. Darüber hinaus bestehen im hochauflösenden TEM-Bild ein Bereich, in dem ein Kristallteil deutlich beobachtet wird, und ein Bereich, in dem kein Kristallteil beobachtet wird. Der a-ähnliche OS weist eine instabile Struktur auf, da er einen Hohlraum enthält. In einigen Fällen wird das Wachstum des Kristallteils in dem a-ähnlichen OS durch Elektronenbestrahlung angeregt. In dem nc-OS und dem CAAC-OS wird im Gegensatz dazu das Wachstum des Kristallteils durch Elektronenbestrahlung kaum angeregt. Deshalb weist der a-ähnliche OS eine instabile Struktur im Vergleich zu dem nc-OS und dem CAAC-OS auf.
Der a-ähnliche OS weist eine niedrigere Dichte auf als der nc-OS und der CAAC-OS, da er einen Hohlraum enthält. Die Dichte des a-ähnlichen OS ist insbesondere höher als oder gleich 78,6% und niedriger als 92,3% der Dichte des einkristallinen Oxidhalbleiters mit der gleichen Zusammensetzung. Die Dichte des nc-OS und die Dichte des CAAC-OS sind jeweils höher als oder gleich 92,3% und niedriger als 100% der Dichte des einkristallinen Oxidhalbleiters mit der gleichen Zusammensetzung. Es ist schwierig, einen Oxidhalbleiter mit einer Dichte, die niedriger als 78% der Dichte eines einkristallinen Oxidhalbleiters ist, abzuscheiden.
Im Falle eines Oxidhalbleiters mit einem Atomverhältnis In:Ga:Zn = 1:1:1 ist beispielsweise die Dichte eines Einkristalls InGaZnO₄ mit einer rhomboedrischen Kristallstruktur 6,357 g/cm³. Dementsprechend ist im Falle des Oxidhalbleiters mit einem Atomverhältnis In:Ga:Zn = 1:1:1 die Dichte des a-ähnlichen OS höher als oder gleich 5,0 g/cm³ und niedriger als 5,9 g/cm³. Im Falle des Oxidhalbleiters mit einem Atomverhältnis In:Ga:Zn = 1:1:1 sind beispielsweise die Dichte des nc-OS und die Dichte des CAAC-OS jeweils höher als oder gleich 5,9 g/cm³ und niedriger als 6,3 g/cm³.
Einkristalle mit der gleichen Zusammensetzung sind in einigen Fällen nicht vorhanden. In diesem Fall kann, indem Einkristalle mit verschiedenen Zusammensetzungen in einem gegebenen Verhältnis kombiniert werden, die Dichte berechnet werden, die der Dichte eines Einkristalls mit einer gewünschten Zusammensetzung entspricht. Die Dichte des Einkristalls mit einer gewünschten Zusammensetzung kann unter Verwendung eines gewichteten Durchschnitts bezüglich des Kombinationsverhältnisses der Einkristalle mit verschiedenen Zusammensetzungen berechnet werden. Vorzugsweise werden möglichst wenige Arten von Einkristallen für die Berechnung der Dichte kombiniert.
Wie zuvor beschrieben, weisen Oxidhalbleiter verschiedene Strukturen und verschiedene Eigenschaften auf. Der Oxidhalbleiter kann ein mehrschichtiger Film, der beispielsweise zwei oder mehr aus einem amorphen Oxidhalbleiter, einem a-ähnlichen OS, einem nc-OS und einem CAAC-OS umfasst, sein.
Im Folgenden werden Informationen über diese Beschreibung und dergleichen beschrieben.
In den Zeichnungen kann die Größe, die Schichtdicke oder der Bereich für das bessere Verständnis übertrieben dargestellt werden. Deshalb ist das Größenverhältnis nicht notwendigerweise auf dasjenige in den Zeichnungen beschränkt. Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen ideale Beispiele schematisch darstellen; die Formen oder die Werte sind nicht auf diejenigen beschränkt, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Beispielsweise können die folgenden Schwankungen mit eingeschlossen werden: Schwankungen eines Signals, einer Spannung oder eines Stroms aufgrund eines Rauschens oder einer Zeitdifferenz.
In dieser Beschreibung können Begriffe zur Beschreibung der Anordnung, wie z. B. „über” und „unter”, der Einfachheit halber verwendet werden, um die Positionsbeziehung zwischen Bestandteilen anhand von Zeichnungen zu beschreiben. Die Positionsbeziehung zwischen Bestandteilen wird nach Bedarf entsprechend der Richtung verändert, in der jeder Bestandteil beschrieben wird. Deshalb gibt es keine Beschränkung bezüglich der Begriffe, die in dieser Beschreibung verwendet werden, und die Beschreibung kann je nach Umständen angemessen vorgenommen werden.
Die Positionsbeziehung von Schaltungsblöcken in Blockschemata ist zur Beschreibung bestimmt. Es können auch in dem Fall, in dem in den Schemata unterschiedliche Schaltungsblöcke unterschiedliche Funktionen aufweisen, die unterschiedlichen Schaltungsblöcke in einem realen Schaltungsblock derart bereitgestellt sein, dass unterschiedliche Funktionen in demselben Schaltungsblock erzielt werden. Die Funktionen von Schaltungsblöcken sind auch zur Beschreibung bestimmt, und es können auch in dem Fall, in dem ein einzelner Schaltungsblock dargestellt ist, Blöcke in einem realen Schaltungsblock derart bereitgestellt sein, dass eine durch einen Schaltungsblock durchgeführte Verarbeitung durch eine Vielzahl von Schaltungsblöcken durchgeführt wird.
In dieser Beschreibung und dergleichen können die Begriffe „Film” und „Schicht” je nach Sachlage oder Umständen gegeneinander ausgetauscht werden. Beispielsweise kann der Begriff „leitende Schicht” in einigen Fällen in den Begriff „leitender Film” umgewandelt werden. Es kann auch der Begriff „Isolierfilm” in einigen Fällen in den Begriff „Isolierschicht” umgewandelt werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen kann ein Fachmann eine Ausführungsform der Erfindung bilden, selbst wenn Abschnitte, mit denen sämtliche Anschlüsse eines aktiven Elements (z. B. eines Transistors oder einer Diode), eines passiven Elements (z. B. eines Kondensators oder eines Widerstandes) und dergleichen verbunden sind, nicht spezifiziert sind. Mit anderen Worten ist eine Ausführungsform der Erfindung selbst dann eindeutig, wenn Verbindungsabschnitte nicht spezifiziert sind. Ferner kann es in dem Fall, in dem ein Verbindungsabschnitt in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart ist, in einigen Fällen bestimmt werden, dass eine Ausführungsform der Erfindung, bei der kein Verbindungsabschnitt spezifiziert ist, in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart ist. Insbesondere ist es in dem Fall, in dem die Anzahl der Abschnitte, mit denen der Anschluss verbunden ist, mehr als eins sein kann, nicht erforderlich, die Abschnitte zu spezifizieren, mit denen der Anschluss verbunden ist. Es kann daher möglich sein, eine Ausführungsform der Erfindung zu bilden, indem nur Abschnitte spezifiziert werden, mit denen einige Anschlüsse eines aktiven Elements (z. B. eines Transistors oder einer Diode), eines passiven Elements (z. B. eines Kondensators oder eines Widerstandes) und dergleichen verbunden sind.
Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen ein Fachmann die Erfindung spezifizieren kann, wenn mindestens der Verbindungsabschnitt einer Schaltung spezifiziert ist. Alternativ kann ein Fachmann die Erfindung spezifizieren, wenn mindestens eine Funktion einer Schaltung spezifiziert ist. Mit anderen Worten ist dann, wenn eine Funktion einer Schaltung spezifiziert ist, eine Ausführungsform der Erfindung eindeutig, und es kann bestimmt werden, dass die Ausführungsform in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart ist. Daher ist dann, wenn ein Verbindungsabschnitt einer Schaltung spezifiziert ist, die Schaltung als eine Ausführungsform der Erfindung offenbart, auch wenn keine Funktion spezifiziert ist, und eine Ausführungsform der Erfindung kann gebildet werden. Alternativ ist dann, wenn eine Funktion einer Schaltung spezifiziert ist, die Schaltung als eine Ausführungsform der Erfindung offenbart, auch wenn kein Verbindungsabschnitt spezifiziert ist, und eine Ausführungsform der Erfindung kann gebildet werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können verschiedene Schalter als Schalter verwendet werden. Ein Schalter ist leitend oder nicht leitend (ein- oder ausgeschaltet), um festzulegen, ob Strom hindurchfließt oder nicht. Alternativ weist ein Schalter eine Funktion zum Bestimmen und Ändern eines Strompfades auf. Beispielsweise weist ein Schalter eine Funktion auf, zu bestimmen, ob ein Strom durch einen Pfad 1 oder einen Pfad 2 fließen kann, und die Pfade umzuschalten. Beispielsweise kann ein elektrischer Schalter oder ein mechanischer Schalter verwendet werden. Das heißt: Ein Schalter ist nicht auf ein bestimmtes Element beschränkt und kann ein beliebiges Element sein, das einen Strom steuern kann. Beispiele für einen Schalter sind ein Transistor (z. B. ein Bipolartransistor oder ein Metall-Oxid-Halbleiter(metal-oxide-semiconductor, MOS-)Transistor), eine Diode (z. B. eine PN-Diode, eine PIN-Diode, eine Schottky-Diode, eine Metall-Isolator-Metall-(MIM-)Diode, eine Metall-Isolator-Halbleiter-(metal-insulator-semiconductor, MIS-)Diode oder ein als Diode geschalteter Transistor) und eine Logikschaltung, bei der derartige Elemente kombiniert werden. Ein Beispiel für einen mechanischen Schalter ist ein Schalter, bei dem eine Technologie eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) verwendet wird, wie z. B. eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (digital micromirror device, DMD). Ein derartiger Schalter beinhaltet eine Elektrode, die sich mechanisch bewegen kann, und arbeitet, indem das Leitvermögen entsprechend der Bewegung der Elektrode gesteuert wird.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gibt es keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Bauteilstruktur eines Kondensators, der absichtlich als Element bereitgestellt wird. Beispielsweise kann ein MIM-Kondensator oder ein MOS-Kondensator verwendet werden.
Erläuterung der Bezugszeichen

10: LAT (Latch-Schaltung), 11: MUX (Multiplexer), 12: AND (AND-Gate), 13: NOR (NOR-Gate), 20: AND (AND-Gate), 21: Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung, 22: Ausgabesignal-Erzeugungsschaltung, 23: Ausgabetiming-Erzeugungsschaltung, 32: MUX, 33: MUX, 34: MUX, 35: MUX, 36: MUX, 40: Register, 41: Register, 42: Register, 50_1: RS-Latch (Rücksetz-/Setz-Latch-Schaltung), 50_2: RS-Latch, 50_3: RS-Latch, 53: MUX, 55_1: RS-Latch, 55_2: RS-Latch, 55_3: RS-Latch, 56_1: AND, 56_2: AND, 56_3: AND, 57: AND, 59: MUX, 100: Rundfunksystem, 110: Kamera, 111: Sender, 112: Empfänger, 113: Anzeigevorrichtung, 120: Bildsensor, 121: Bildprozessor, 122: Encoder, 123: Modulator, 125: Demodulator, 126: Decoder, 127: Bildprozessor, 128: Anzeigeabschnitt, 140: Rohdaten, 141: Bilddaten, 142: codierte Daten, 143: Rundfunksignal, 144: Bilddaten, 145: Datensignal, 146: Digitalsignal, 147: Datenstrom, 148: Datenstrom, 160: TV (Fernsehempfänger), 161: Rundfunkstation, 162: künstlicher Satellit, 163: Funkturm, 164: Antenne, 165: Antenne, 166A: Funkwelle, 166B: Funkwelle, 167A: Funkwelle, 167B: Funkwelle, 171: Empfänger, 172: drahtloses Gerät, 173: drahtloses Gerät, 174: Empfänger, 175: Verbindungsabschnitt, 180: Schaltung, 181: Schaltung, 181a: Bildtrennungsschaltung, 181b: LDPC-Decoderschaltung, 181c: Erkennungsverarbeitungsschaltung, 181d: Descrambler, 182: Schaltung, 183: Schaltung, 183a: DCT-Schaltung, 183b: Zwischenbild-Prognoseschaltung, 183c: Bewegungskompensation-Prognoseschaltung, 200: FPGA, 210: Logikarray, 211: Eingabe-/Ausgabeeinheit (I/O), 212: Taktgenerator, 213: Konfigurationsregler, 214: Kontextregler, 215: Zeilentreiber, 216: Spaltentreiber, 220: LE (Logikelement), 221: RSA (Routing-Schalter-Array), 222: CFM (configuration memory bzw. Konfigurationsspeicher), 222i: CFM, 222oa: CFM, 222ob: CFM, 223: RS (Routing-Schalter), 223B: RS, 223C: RS, 225: LE, 230: SW (Umschaltschaltung), 230B: SW, 230C: SW, 230D: SW, 231: Leitung, 232: Leitung, 233: Leitung, 234: Leitung, 235: Latch-Schaltung, 240: MC (Speicherzelle), 241: Leitung, 242: Leitung, 243: Leitung, 244: Leitung, 250: arithmetische Schaltung, 251: Replikatschaltung, 252: DIN (Dateneingabeabschnitt), 253: Datenausgabeabschnitt, 255: DOUT, 260: Schaltung, 270: Schaltung, 280: Schaltung, 290: Schaltung, 300: Rettungswagen, 301: medizinische Einrichtung, 302: medizinische Einrichtung, 305: Hochgeschwindigkeitsnetzwerk, 310: Kamera, 311: Encoder, 312: Kommunikationsgerät, 315: Bilddaten, 316: Bilddaten, 320: Kommunikationsgerät, 321: Decoder, 323: Anzeigevorrichtung, 400a: Transistor, 400b: Transistor, 400c: Transistor, 400d: Transistor, 400e: Transistor, 400f: Transistor, 401: Isolierfilm, 402: Isolierfilm, 403: Isolierfilm, 404: Isolierfilm, 405: Isolierfilm, 406: Isolierfilm, 407: Isolierfilm, 408: Isolierfilm, 409: Isolierfilm, 411: leitender Film, 412: leitender Film, 413: leitender Film, 414: leitender Film, 421: leitender Film, 422: leitender Film, 423: leitender Film, 424: leitender Film, 430: Metalloxid, 431: Metalloxid, 432: Metalloxid, 433: Metalloxid, 441: Bereich, 442: Bereich, 450: Substrat, 451: niederohmiger Bereich, 452: niederohmiger Bereich, 461a: Bereich, 461b: Bereich, 461c: Bereich, 461d: Bereich, 461e: Bereich, 471: leitender Film, 472: leitender Film, 481: Isolierfilm, 482: Halbleiter, 483: leitender Film, 484: leitender Film, 485: Isolierfilm, 486: Isolierfilm, 487: Isolierfilm, 488: leitender Film, 489: leitender Film, 601: photoelektrisches Umwandlungselement, 602: Transistor, 603: Transistor, 604: Transistor, 605: Transistor, 606: Kondensator, 607: Knoten, 608: Leitung, 609: Leitung, 610: Pixeltreiber, 611: Leitung, 621: Pixelabschnitt, 622: Pixel, 622B: Pixel, 622G: Pixel, 622R: Pixel, 623: Pixel, 624: Filter, 624B: Filter, 624G: Filter, 624R: Filter, 625: Linse, 626: Leitungsgruppe, 660: Licht, 700: Substrat, 701: Elementisolationsschicht, 702: Isolierfilm, 703: Isolierfilm, 704: Isolierfilm, 705: Isolierfilm, 710: Stecker, 711: Stecker, 712: Stecker, 713: Stecker, 714: Stecker, 715: Stecker, 716: Stecker, 717: Stecker, 723: leitender Film, 730: Leitung, 732: Leitung, 733: Leitung, 734: Leitung, 735: Leitung, 751: Elektrode, 752: Elektrode, 753: Isolierfilm, 781: Schicht, 782: Schicht, 783: Schicht, 784: Schicht, 785: Schicht, 786: Schicht, 787: Schicht, 788: Schicht, 789: Schicht, 824: Isolierfilm, 852: leitender Film, 3100: Anzeigeabschnitt, 3125: Licht emittierendes Element, 3130: Pixel, 3130B: Pixel, 3130C: Pixel, 3131: Anzeigebereich, 3132: Schaltung, 3133: Schaltung, 3135: Abtastleitung, 3136: Signalleitung, 3232: Transistor, 3233: Kondensator, 3431: Transistor, 3432: Flüssigkristallelement, 3434: Transistor, 3436: Knoten, 4000A: Anzeigefeld, 4000B: Anzeigefeld, 4001: Substrat, 4002: Pixelabschnitt, 4003: Signalleitungstreiber, 4004: Abtastleitungstreiber, 4005: Dichtungsmittel, 4006: Substrat, 4008: Flüssigkristallschicht, 4010: Transistor, 4011: Transistor, 4012: Halbleiterschicht, 4013: Flüssigkristallelement, 4014: Leitung, 4015: Elektrode, 4017: Elektrode, 4018: FPC, 4018a: FPC, 4018b: FPC, 4019: anisotrope leitende Schicht, 4020: Kondensator, 4021: Elektrode, 4030: Elektrodenschicht, 4031: Elektrodenschicht, 4032: Isolierschicht, 4033: Isolierschicht, 4035: Abstandshalter, 4103: Isolierschicht, 4110: Isolierschicht, 4111: Isolierschicht, 4112: Isolierschicht, 4510: Damm, 4511: Licht emittierende Schicht, 4513: Licht emittierendes Element, 4514: Füllmaterial, 6000: Anzeigemodul, 6001: obere Abdeckung, 6002: untere Abdeckung, 6003: FPC, 6004: Berührungssensor, 6005: FPC, 6006: Anzeigefeld, 6007: Hintergrundbeleuchtungseinheit, 6008: Lichtquelle, 6009: Rahmen, 6010: gedruckte Leiterplatte, 6011: Batterie, 7000: Anzeigevorrichtung, 7001: Gehäuse, 7002: Anzeigeabschnitt, 7003: Trägerbasis, 7100: tragbares Informationsendgerät, 7101: Gehäuse, 7102: Anzeigeabschnitt, 7103: Band, 7104: Schnalle, 7105: Bedienknopf, 7106: Eingangs-/Ausgangsanschluss, 7107: Icon, 7200: PC (Personal Computer), 7221: Gehäuse, 7222: Anzeigeabschnitt, 7223: Tastatur, 7224: Zeigegerät, 7400: Mobiltelefon, 7401: Gehäuse, 7402: Anzeigeabschnitt, 7403: Bedienknopf, 7404: externer Verbindungsanschluss, 7405: Lautsprecher, 7406: Mikrofon, 7500: Auto, 7551: Karosserie, 7552: Rad, 7553: Armaturenbrett, 7554: Scheinwerfer, 7600: Videokamera, 7641: Gehäuse, 7642: Gehäuse, 7643: Anzeigeabschnitt, 7644: Bedientaste, 7645: Linse, 7646: Gelenk, AM1: Analogspeicher, AM2: Analogspeicher, AM3: Analogspeicher, C1: Kondensator, C2: Kondensator, C3: Kondensator, MO1: Transistor, MO2: Transistor, MO3: Transistor, MR1: Transistor, MR2: Transistor, MR3: Transistor, MS1: Transistor, MS11: Transistor, SN1: Knoten, SN2: Knoten, SN3: Knoten, TP1: Transistor, TP2: Transistor.

Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2015-082016 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 13. April 2015, deren gesamter Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenlegung gemacht ist.

Claims

Decoder, der eine Funktion zum Decodieren von codierten Daten aufweist, umfassend: ein FPGA, das mindestens eine Verarbeitung zum Decodieren der Daten durchführt, wobei in dem Fall, in dem die Daten eine erste Auflösung aufweisen, ein Eingabedatensignal des FPGA ein Binärsignal ist, und wobei in dem Fall, in dem die Auflösung der Daten niedriger ist als die erste Auflösung, das Eingabedatensignal des FPGA ein Impulssignal ist.
Decoder nach Anspruch 1, wobei das FPGA ein Logikelement umfasst, wobei das Logikelement umfasst: einen Dateneingabeabschnitt, in den das Eingabedatensignal eingegeben wird; eine arithmetische Schaltung, die eine arithmetische Verarbeitung des Eingabedatensignals durchführt; und einen Datenausgabeabschnitt, der ein Datensignal verarbeitet, das als Ergebnis einer arithmetischen Verarbeitung in der arithmetischen Schaltung erhalten wird, und ein Ausgabedatensignal erzeugt, und wobei in dem Fall, in dem die Auflösung der Daten niedriger ist als die erste Auflösung, der Dateneingabeabschnitt derart konfiguriert ist, dass das Eingabedatensignal in ein Binärsignal umgewandelt werden kann, der Datenausgabeabschnitt derart konfiguriert ist, dass das Ausgabedatensignal in ein Impulssignal umgewandelt werden kann, und ein Power-Gating der arithmetischen Schaltung durchgeführt wird.
Decoder, der eine Funktion zum Decodieren von codierten Daten aufweist, umfassend: eine Schaltung, die eine erste Verarbeitung zum Decodieren der Daten durchführt, wobei in dem Fall, in dem die Daten eine erste Auflösung aufweisen, ein Eingabedatensignal der Schaltung ein Binärsignal ist, und wobei in dem Fall, in dem die Auflösung der Daten niedriger ist als die erste Auflösung, das Eingabedatensignal der Schaltung ein Impulssignal ist.
Decoder nach Anspruch 3, wobei die Schaltung umfasst: einen Dateneingabeabschnitt, in den das Eingabedatensignal eingegeben wird; eine dedizierte Schaltung, die die erste Verarbeitung durchführt; und einen Datenausgabeabschnitt, der ein Ausgabedatensignal aus einem Signal erzeugt, das in der dedizierten Schaltung verarbeitet wird, wobei in dem Fall, in dem die Auflösung der Daten niedriger ist als die erste Auflösung, der Dateneingabeabschnitt derart konfiguriert ist, dass das Eingabedatensignal in ein Binärsignal umgewandelt werden kann, der Datenausgabeabschnitt derart konfiguriert ist, dass das Ausgabedatensignal in ein Impulssignal umgewandelt werden kann, und ein Power-Gating der dedizierten Schaltung durchgeführt wird.
Decoder nach Anspruch 1 oder 2, wobei das FPGA einen Konfigurationsspeicher umfasst, wobei der Konfigurationsspeicher einen Speicherkondensator und einen Transistor umfasst, der mit dem Speicherkondensator verbunden ist, und wobei ein Kanalbildungsbereich des Transistors aus einem Oxidhalbleiter ausgebildet ist.
Decoder nach Anspruch 3, der ferner umfasst: einen Dateneingabeabschnitt, in den das Eingabedatensignal eingegeben wird; und einen Datenausgabeabschnitt, der ein Ausgabedatensignal aus einem Signal erzeugt, das in der dedizierten Schaltung verarbeitet wird, wobei ein Konfigurationsspeicher mit dem Dateneingabeabschnitt und dem Datenausgabeabschnitt verbunden ist, wobei der Konfigurationsspeicher einen Speicherkondensator und einen Transistor umfasst, der mit dem Speicherkondensator verbunden ist, und wobei ein Kanalbildungsbereich des Transistors aus einem Oxidhalbleiter ausgebildet ist.
Empfänger, der eine Funktion zum Empfangen eines Rundfunksignals aufweist, umfassend: einen Demodulator; und den Decoder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Demodulator eine Funktion zum Demodulieren des Rundfunksignals aufweist, und wobei der Decoder das demodulierte Rundfunksignal verarbeitet.
Elektronisches Gerät, umfassend: einen Anzeigeabschnitt; und den Empfänger nach Anspruch 7.