JP7330986B2 - 半導体装置及び半導体装置の動作方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置の動作方法 Download PDF

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Description

本発明の一態様は、半導体装置、及び半導体装置の動作方法に関する。また、本発明の一態様は、電池制御回路、電池保護回路、蓄電装置、及び電子機器に関する。
なお本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
蓄電装置（バッテリ、二次電池ともいう）は、小型の電子機器から自動車に至るまで幅広い分野で利用されるようになっている。電池の応用範囲が広がるにつれて、複数の電池セルを直列に接続したマルチセル構成のバッテリスタックを使ったアプリケーションが増えている。
蓄電装置は、過放電、過充電、過電流、または短絡といった充放電時の異常を把握するための回路を備えている。このように、電池の保護、及び制御を行う回路において、充放電時の異常を検知するため、電圧や電流等のデータを取得する。また、このような回路においては、観測されるデータに基づいて、充放電の停止やセル・バランシングなどの制御を行う。
特許文献１は、電池保護回路として機能する保護ＩＣについて開示している。特許文献１に記載の保護ＩＣでは、内部に複数のコンパレータ（比較器）を設け、参照電圧と、電池が接続された端子の電圧と、を比較して充放電時の異常を検出する構成について示している。
また特許文献２では、二次電池の微小短絡を検出する電池状態検知装置及びそれを内蔵する電池パックが示されている。
また特許文献３では、二次電池のセルが直列接続された組電池を保護する保護用半導体装置が示されている。
米国特許出願公開第２０１１－２６７７２６号明細書 特開２０１０－６６１６１号公報 特開２０１０－２２０３８９号公報
本発明の一態様は、新規な電池制御回路、電池保護回路、蓄電装置、及び電子機器等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力の低減を図ることができる、新規な構成の電池制御回路、電池保護回路、蓄電装置、及び電子機器等を提供することを課題の一とする。
なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、及び／又は他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。
本発明の一態様は、ｎ組のセルバランス回路（ｎは一以上の整数）を有する半導体装置である。一のセルバランス回路に一の二次電池が電気的に接続される。セルバランス回路は比較回路を有し、比較回路の反転入力端子には、記憶素子が電気的に接続される。記憶素子は第１のトランジスタと容量素子を有する。電位が保持される。保持される電位は、二次電池の負極の電位の変化に伴い、変化する。比較回路は、保持される電位と二次電池の正極の電位を比較する機能を有する。比較回路の出力により、二次電池に並列に電気的に接続された第２のトランジスタのゲート電圧が制御される。第１のトランジスタは、チャネル形成領域にインジウムを含む金属酸化物を有する。
また、本発明の一態様は、ｎ組のセルバランス回路（ｎは一以上の整数）を有する半導体装置である。一のセルバランス回路に一の二次電池が電気的に接続される。セルバランス回路はコンパレータを有し、コンパレータの反転入力端子には、記憶素子が電気的に接続される。記憶素子は第１のトランジスタと容量素子を有する。電位が保持される。保持される電位は、二次電池の負極の電位の変化に伴い、変化する。コンパレータは、保持される電位と二次電池の正極の電位を比較する機能を有する。コンパレータの出力により、二次電池に並列に電気的に接続された第２のトランジスタのゲート電圧が制御される。第１のトランジスタは、チャネル形成領域にインジウムを含む金属酸化物を有する。
また、本発明の一態様は、ｎ組のセルバランス回路（ｎは一以上の整数）を有する半導体装置であり、ｎ組のセルバランス回路は、ｎ個の二次電池と電気的に接続され、ｎ組のセルバランス回路の一つに対し、一つの二次電池が電気的に接続され、ｎ組のセルバランス回路のそれぞれは、第１の比較回路と、第１の比較回路の非反転入力端子に電気的に接続される第１の端子と、第１の比較回路の反転入力端子にソースおよびドレインの一方が電気的に接続される第１のトランジスタと、第１の比較回路の反転入力端子に一方の電極が電気的に接続される第１の容量と、第１の容量の他方の電極に電気的に接続される第２の端子と、を有し、第１のトランジスタはチャネル形成領域に、インジウムを含む金属酸化物を有し、第ｋのセルバランス回路（ｋは３以上ｎ以下の整数）が有する第１の端子と、第（ｋ－１）のセルバランス回路が有する第２の端子と、は電気的に接続され、第（ｋ－１）のセルバランス回路が有する第１の端子と、第（ｋ－２）のセルバランス回路が有する第２の端子と、は電気的に接続され、第ｋのセルバランス回路に電気的に接続される二次電池は、正極が第ｋのセルバランス回路の第１の端子に電気的に接続され、負極が第ｋのセルバランス回路の第２の端子に電気的に接続される半導体装置である。
また、上記構成において、第ｍのセルバランス回路（ｍは２以上ｎ以下の整数）が有する第１の端子と第２の端子の電圧の差が、第（ｍ－１）のセルバランス回路が有する第１の端子と第２の端子の電圧の差よりも大きい場合には、第ｍのセルバランス回路が有する比較回路の出力端子からは高電位信号を、第（ｍ－１）のセルバランス回路が有する比較回路の出力端子からは低電位信号を、それぞれ出力する機能を有することが好ましい。また、上記構成において、ｎ組のセルバランス回路のそれぞれにおいて、比較回路の反転入力端子に第２の端子の電圧と電圧Ａの和が与える機能を有し、電圧Ａは、３Ｖ以上５Ｖ以下であることが好ましい。
または、本発明の一態様は、第１の比較回路と、第１のトランジスタと、第１の容量素子と、第１の端子と、第２の端子と、第３の端子と、を有する半導体装置の動作方法であり、第１の比較回路の非反転入力端子には、第１の端子が電気的に接続され、第１の比較回路の反転入力端子には、第１のトランジスタのソースおよびドレインの一方と、第１の容量素子の一方の電極と、が電気的に接続され、第１の容量素子の他方の電極には、第２の端子が電気的に接続され、第１のトランジスタのソースおよびドレインの他方には、第３の端子が電気的に接続され、第１のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、金属酸化物は、インジウムを含み、第１の端子には、二次電池の正極端子が電気的に接続され、第２の端子には、二次電池の負極端子が電気的に接続され、第１のトランジスタのゲートに高電位信号が与えられる第１のステップと、第３の端子に第１の信号が与えられる第２のステップと、第１の比較回路の反転入力端子に第１の信号に応じた第２の信号が与えられる第３のステップと、第１のトランジスタのゲートに低電位信号が与えられる第４のステップと、第１の比較回路の出力端子から低電位信号が出力される第５のステップと、第１の比較回路の出力端子からの信号を低電位信号から高電位信号へ変化させることにより二次電池の電流を減少させる第６のステップと、を有し、第１の信号は、第２の端子の電圧と電圧Ａの和であり、電圧Ａは、３Ｖ以上５Ｖ以下である半導体装置の動作方法である。
また、上記構成において、第５のステップにおける第１の端子と第２の端子の電圧の差は、第６のステップにおける第１の端子と第２の端子の電圧の差よりも小さいことが好ましい。また、上記構成において、第２のトランジスタを有し、第２のトランジスタのソースおよびドレインの一方には、第１の端子または第２の端子が電気的に接続され、第２のトランジスタのゲートには、第１の比較回路の出力端子が電気的に接続されることが好ましい。また、上記構成において、第３のステップにおいて第１の比較回路の非反転入力端子に与えられる第２の信号は、第４のステップ乃至第６のステップにおいて保持される機能を有することが好ましい。また、上記構成において、電圧生成回路を有し、電圧生成回路は、第３のトランジスタと、第２の容量素子と、を有し、第３のトランジスタのソースおよびドレインの一方には、第２の容量素子の一方の電極が電気的に接続され、第３のトランジスタのソースおよびドレインの他方には、第２の端子が電気的に接続され、電圧生成回路は、第１の信号を生成する機能を有し、第３のトランジスタは、チャネル形成領域にインジウムを含む金属酸化物を有することが好ましい。また、上記構成において、電圧生成回路は、第２の比較回路を有し、第２の比較回路の非反転入力端子には、第３のトランジスタのソースおよびドレインの一方が電気的に接続され、第３の比較回路の反転入力端子には第３の端子が電気的に出力され、第３の比較回路の出力端子には第１のトランジスタのゲートが電気的に接続されることが好ましい。
または、本発明の一態様は、第１の比較回路と、第２の比較回路と、第３の比較回路と、制御回路と、二次電池と、を有し、第１の比較回路、第２の比較回路および第３の比較回路は、制御回路に信号を与える機能を有し、制御回路は、第１の比較回路から与えられる信号に応じて、二次電池の充電電流を制御する機能を有し、制御回路は、第２の比較回路から与えられる信号に応じて、二次電池の充電を停止する機能を有し、制御回路は、第３の比較回路から与えられる信号に応じて、二次電池の充電上限電圧を制御する機能を有し、第１の比較回路は、二次電池の正極の電位と、第１の基準電位と、を比較する機能を有し、第２の比較回路は、二次電池の正極の電位と、第２の基準電位と、を比較する機能を有し、第３の比較回路は、環境温度と、第３の基準電位と、を比較する機能を有する半導体装置である。
また、上記構成において、第１の比較回路の非反転入力端子または反転入力端子には第１のトランジスタのソースまたはドレインが電気的に接続され、第２の比較回路の非反転入力端子または反転入力端子には第２のトランジスタのソースまたはドレインが電気的に接続され、第３の比較回路の非反転入力端子または反転入力端子には第３のトランジスタのソースまたはドレインが電気的に接続され、第１のトランジスタ、第２のトランジスタおよび第３のトランジスタのチャネル形成領域はそれぞれ、インジウムを含む金属酸化物を有することが好ましい。
本発明の一態様は、新規な電池制御回路、電池保護回路、蓄電装置、及び電子機器等を提供することができる。または、本発明の一態様は、消費電力の低減を図ることができる、新規な構成の電池制御回路、電池保護回路、蓄電装置、及び電子機器等を提供することができる。
なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び／又は他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。
図１は本発明の一態様を説明するブロック図である。
図２は本発明の一態様を説明するブロック図である。
図３は本発明の一態様を説明するフローチャートである。
図４は本発明の一態様を説明するフローチャートである。
図５は本発明の一態様の蓄電装置の動作を説明するタイミングチャートである。
図６は本発明の一態様を説明するブロック図である。
図７は本発明の一態様を説明する回路図である。
図８Ａは本発明の一態様を説明する回路図である。図８Ｂは本発明の一態様を説明する回路図である。
図９Ａは充放電カーブを示す。図９Ｂは本発明の一態様を説明する回路図である。図９Ｃは本発明の一態様を説明する回路図である。
図１０Ａは本発明の一態様の蓄電装置の動作を説明するタイミングチャートである。図１０Ｂは本発明の一態様の蓄電装置の動作を説明するタイミングチャートである。
図１１は半導体装置の構成例を示す断面図である。
図１２は半導体装置の構成例を示す断面図である。
図１３Ａはトランジスタの構造例を示す断面図である。図１３Ｂはトランジスタの構造例を示す断面図である。図１３Ｃはトランジスタの構造例を示す断面図である。
図１４Ａは電子部品の作製工程を示すフローチャートである。図１４Ｂは電子部品の斜視模式図である。
図１５Ａは二次電池の一例を示す図である。図１５Ｂは二次電池の一例を示す図である。図１５Ｃは複数の二次電池の構成例を示す図である。図１５Ｄは複数の二次電池の構成例を示す図である。
図１６Ａは電池パックの例を示す図である。図１６Ｂは電池パックの例を示す図である。図１６Ｃは電池パックの例を示す図である。
図１７Ａは本発明の一態様の車両を説明する図である。図１７Ｂは本発明の一態様の車両を説明する図である。図１７Ｃは本発明の一態様の車両を説明する図である。
図１８Ａは本発明の一態様の車両を説明する図である。図１８Ｂは本発明の一態様の蓄電システムを説明する図である。
図１９Ａは本発明の一態様の電子機器を説明する図である。図１９Ｂは本発明の一態様の電子機器を説明する図である。図１９Ｃは本発明の一態様の電子機器を説明する図である。
図２０は本発明の一態様の電子機器を説明する図である。
図２１Ａは本発明の一態様の電子機器を説明する図である。図２１Ｂは本発明の一態様の電子機器を説明する図である。図２１Ｃは本発明の一態様の二次電池を説明する図である。図２１Ｄは本発明の一態様の電子機器を説明する図である。図２１Ｅは本発明の一態様の電子機器を説明する図である。
図２２は本発明の一態様を説明する回路図である。
図２３は本発明の一態様を説明する回路図である。
図２４は温度センサの評価結果である。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
なお本明細書等において、「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において「第２」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において省略することもありうる。
なお図面において、同一の要素または同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あるいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、発明の理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理によりレジストマスクなどが意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするために図に反映しないことがある。
また、上面図（「平面図」ともいう）や斜視図などにおいて、図面をわかりやすくするために、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
また、ソースおよびドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合など、動作条件などによって互いに入れ替わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。このため、本明細書においては、ソースおよびドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、直接接続している場合と、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。よって、「電気的に接続する」と表現される場合であっても、現実の回路においては、物理的な接続部分がなく、配線が延在しているだけの場合もある。
また、本明細書などにおいて、「平行」とは、例えば、二つの直線が－１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、－５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」および「直交」とは、例えば、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。
なお、本明細書などにおいて、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」または「均一」などと言う場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス２０％の誤差を含むものとする。
また、本明細書において、レジストマスクを形成した後にエッチング処理を行う場合は、特段の説明がない限り、レジストマスクは、エッチング処理終了後に除去するものとする。
また、電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位またはソース電位）との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧と電位は互いに言い換えることが可能な場合が多い。本明細書などでは、特段の明示が無いかぎり、電圧と電位を言い換えることができるものとする。
なお、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分低い場合は「絶縁体」としての特性を有する。よって、「半導体」を「絶縁体」に置き換えて用いることも可能である。この場合、「半導体」と「絶縁体」の境界は曖昧であり、両者の厳密な区別は難しい。したがって、本明細書に記載の「半導体」と「絶縁体」は、互いに読み換えることができる場合がある。
また、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分高い場合は「導電体」としての特性を有する。よって、「半導体」を「導電体」に置き換えて用いることも可能である。この場合、「半導体」と「導電体」の境界は曖昧であり、両者の厳密な区別は難しい。したがって、本明細書に記載の「半導体」と「導電体」は、互いに読み換えることができる場合がある。
なお、本明細書等において、トランジスタの「オン状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に短絡しているとみなせる状態（「導通状態」ともいう。）をいう。また、トランジスタの「オフ状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に遮断しているとみなせる状態（「非導通状態」ともいう。）をいう。
また、本明細書等において、「オン電流」とは、トランジスタがオン状態の時にソースとドレイン間に流れる電流をいう場合がある。また、「オフ電流」とは、トランジスタがオフ状態である時にソースとドレイン間に流れる電流をいう場合がある。
また、本明細書等において、高電源電位ＶＤＤ（以下、単に「ＶＤＤ」または「Ｈ電位」ともいう）とは、低電源電位ＶＳＳよりも高い電位の電源電位を示す。また、低電源電位ＶＳＳ（以下、単に「ＶＳＳ」または「Ｌ電位」ともいう）とは、高電源電位ＶＤＤよりも低い電位の電源電位を示す。また、接地電位をＶＤＤまたはＶＳＳとして用いることもできる。例えばＶＤＤが接地電位の場合には、ＶＳＳは接地電位より低い電位であり、ＶＳＳが接地電位の場合には、ＶＤＤは接地電位より高い電位である。
また、本明細書等において、ゲートとは、ゲート電極およびゲート配線の一部または全部のことをいう。ゲート配線とは、少なくとも一つのトランジスタのゲート電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
また、本明細書等において、ソースとは、ソース領域、ソース電極、およびソース配線の一部または全部のことをいう。ソース領域とは、半導体層のうち、抵抗率が一定値以下の領域のことをいう。ソース電極とは、ソース領域に接続される部分の導電層のことをいう。ソース配線とは、少なくとも一つのトランジスタのソース電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
また、本明細書等において、ドレインとは、ドレイン領域、ドレイン電極、及びドレイン配線の一部または全部のことをいう。ドレイン領域とは、半導体層のうち、抵抗率が一定値以下の領域のことをいう。ドレイン電極とは、ドレイン領域に接続される部分の導電層のことをいう。ドレイン配線とは、少なくとも一つのトランジスタのドレイン電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
（実施の形態１）
電池制御回路、および当該電池制御回路を備えた蓄電装置の構成について、図１及び図２を参照して説明する。
本発明の一態様の電池制御回路、または当該電池制御回路を備えた蓄電装置を「ＢＴＯＳ」と呼ぶ場合がある。「ＢＴＯＳ」は、低い消費電力によりシステムを構築できる場合がある。「ＢＴＯＳ」は、簡便な回路によりシステムを構築できる場合がある。
本発明の一態様の電池制御回路は、電池の保護を行う機能を有することが好ましい。また、本発明の一態様の電池制御回路は、電池保護回路と呼ばれる場合がある。
＜蓄電装置の一例１＞
図１には蓄電装置の一例について示す。図１に示す蓄電装置１００は、電池制御回路１１０および組電池１２０を有する。
組電池１２０は複数の電池セル１２１を有する。図１ではｎ個の電池セル１２１を有する例を示す。第ｋの電池セル（ｋは１以上ｎ以下の整数）を電池セル１２１（ｋ）と表す場合がある。組電池１２０が有する複数の電池セルは電気的に直列に接続される。
ここで電池セルとして例えば、後述する実施の形態に示す二次電池を用いることができる。例えば、捲回された電池素子を有する二次電池を用いることができる。また、電池セルは外装体を有することが好ましい。例えば、円筒型の外装体や、角型の外装体等を用いることができる。外装体の材料として絶縁体に覆われた金属板や、絶縁体に挟まれた金属フィルム等を用いることができる。電池セルは例えば、一対の正極と負極を有する。また、電池セルは正極に電気的に接続される端子、および負極に電気的に接続される端子を有してもよい。また、電池セルが本発明の一態様の電池制御回路の一部の構成を有する場合がある。
電池制御回路１１０は、ｎ組のセルバランス回路１３０、トランジスタ１４０、トランジスタ１５０、検出回路１８１および制御回路１７０を有する。ｎ組のセルバランス回路１３０をまとめてセルバランス制御部と呼ぶ場合がある。
制御回路１７０は、ｎ組のセルバランス回路１３０との信号の授受を行う機能を有する。また、制御回路１７０は、外部回路との信号の授受を行う機能を有する。また、制御回路１７０は電圧生成回路を有する場合がある。
セルバランス回路１３０は、対応する一つの電池セル１２１毎に、コンパレータ１１３および記憶素子１１４を備えた電圧比較部１１１と、トランジスタ１３２と、を有する。記憶素子１１４は、容量素子１６１およびトランジスタ１６２を有する。トランジスタ１６２のソースおよびドレインの一方は端子Ｐ１に電気的に接続され、他方は容量素子１６１の一方の電極に電気的に接続される。なお、端子Ｐ１の電位は対応する電池セル毎に異なる。電池セル１２１（ｋ）に対応するセルバランス回路１３０をセルバランス回路１３０（ｋ）、セルバランス回路１３０（ｋ）が有する端子Ｐ１を端子Ｐ１（ｋ）とする。トランジスタ１６２のゲートは端子Ｗ１に電気的に接続される。一つの電池セル１２１の正極には第１の端子（第１の電池セルであれば端子ＶＣ１、第２の電池セルであれば端子ＶＣ２、第ｎの電池セルであれば端子ＶＣＮ）が電気的に接続され、負極には第２の端子（第１の電池セルであれば端子ＶＣ２、第２の電池セルであれば端子ＶＣ３、第ｎのセルであれば端子ＶＳＳＳ）が電気的に接続される。トランジスタ１３２のソースおよびドレインの一方は該第１の端子に、他方は該第２の端子に、それぞれ電気的に接続される。コンパレータ１１３の非反転入力端子は、該第１の端子に接続される。トランジスタ１３２のゲートはコンパレータ１１３の出力端子に電気的に接続される。容量素子１６１の一方の電極はコンパレータ１１３の反転入力端子に電気的に接続され、他方の電極は該第２の端子に電気的に接続される。
セルバランス回路１３０において、トランジスタ１３２のソースおよびドレインの一方と電池セルの正極に電気的に接続される端子との間、あるいはトランジスタ１３２のソースおよびドレインの他方と電池セルの負極に電気的に接続される端子との間、のいずれかに抵抗素子１３１を有してもよい。図１に示す例においては、トランジスタ１３２のソースおよびドレインの一方と、電池セルの正極に電気的に接続される端子との間に抵抗素子１３１を有する。
隣接する２つの電池セル１２１において、第１の電池セル１２１の負極が第２の電池セル１２１の正極と電気的に接続されている場合には、第１の電池セル１２１の負極に接続される端子と、第２の電池セル１２１の正極に接続される端子は例えば共通である。
それぞれの電池セル１２１に対応する端子Ｗ１には、制御回路１７０より信号が与えられる。
また、端子Ｐ１（ｋ）には、電圧Ｖｒ（ｋ）が与えられる。電圧Ｖｒ（ｋ）は例えば可変電圧である。あるいは電圧Ｖｒ（ｋ）は固定電圧でもよい。電圧Ｖｒ（ｋ）の生成および制御を行う回路は、電池制御回路１１０の構成とは別に設けられてもよいし、電池制御回路１１０が電圧Ｖｒ（ｋ）の生成および制御のいずれかまたは両方を行う機能を有してもよい。
トランジスタ１６２として、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタという）を用いることが好ましい。本発明の一態様では、ＯＳトランジスタを有する記憶素子を用いる構成とすることで、オフ時にソースとドレイン間を流れるリーク電流（以下、オフ電流）が極めて低いことを利用して、所望の電圧を記憶素子に保持させることができる。
記憶素子１１４は、端子Ｐ１（ｋ）から与えられる電圧Ｖｒ（ｋ）、あるいは電圧Ｖｒ（ｋ）に対応する電圧をコンパレータ１１３の反転入力端子に与える機能を有する。また、電圧Ｖｒ（ｋ）が所定の電圧（例えば後述するＶｍ（ｋ））に達した時に、該電圧をコンパレータ１１３の反転入力端子に保持させる機能を有する。
端子Ｐ１（ｋ）は、対応する電池セル１２１（ｋ）の負極の電圧（以降、電圧Ｖｎ（ｋ））と、充電において、電池セル１２１の正極と負極の電圧の差分として与えたい電圧である、電圧Ｖｃと、の和（以降、電圧Ｖｍ（ｋ））をコンパレータ１１３の反転入力端子に与える機能を有する。図１において電圧Ｖｎ（１）は端子ＶＣ２の電圧であり、電圧Ｖｍ（１）、すなわち端子Ｐ１（１）に与えられる電位は端子ＶＣ２の電圧と電圧Ｖｃとの和である。電圧Ｖｎ（２）は端子ＶＣ３の電圧であり、電圧Ｖｍ（２）、すなわち端子Ｐ１（２）に与えられる電位は端子ＶＣ３と電圧Ｖｃとの和である。
端子Ｐ１（ｋ）には電圧生成回路１１９が電気的に接続されることが好ましい。電圧生成回路１１９には、それぞれの電池セル１２１の負極が電気的に接続される。電圧生成回路１１９は、電圧Ｖｎ（ｋ）を基準に、電圧Ｖｃとの和として電圧Ｖｍ（ｋ）を生成する機能を有する。なお、それぞれの電池セル１２１において、電圧Ｖｎは異なる。よって、生成される電圧Ｖｍも異なる。すなわち例えば電池セル１２１毎に、端子Ｐ１（ｋ）に与えられる電圧は異なる。電圧生成回路１１９、またはその一部がセルバランス回路１３０に含まれてもよい。
トランジスタ１６２をオフ状態として、コンパレータ１１３の反転入力端子に接続されるノードＡＮが電気的に絶縁状態となることで、電圧ＶｍをノードＡＮに保持することができる。また、ノードＡＮは容量素子１６１を介して、対応する電池セル１２１の負極と接続している。したがって、各セルの充放電に伴い、対応する電池セル１２１の負極の電位が変動した場合、それに合わせてノードＡＮの電位も変動する。このとき、ノードＡＮの電位は、対応する電池セル１２１の負極の電圧を基準としてＶｃとの和となるように変動する。なお、端子Ｐ１（ｋ）に対応するノードＡＮをノードＡＮ（ｋ）と表す場合がある。
コンパレータ１１３は、電池セル１２１（ｋ）の正極の電圧と電圧Ｖｍ（ｋ）の比較を行い、正極の電圧が電圧Ｖｍ（ｋ）と一致した時に、出力端子より高電位信号を出力する。高電位信号がトランジスタ１３２に与えられることにより、トランジスタ１３２がオン状態となり、電池セル１２１に流れていた電流の一部、あるいは大半をトランジスタ１３２に流すことができる。例えば、トランジスタ１３２をオン状態とすることにより、電池セル１２１の充電電流を制限する、あるいは充電を停止することができる。
すなわち、本発明の一態様の蓄電装置が有するセルバランス回路は、電池セルの電圧を監視し、所定の電圧において充電電流を制限することができる。
電圧Ｖｎは例えば、第１の電池セル１２１であれば端子ＶＣ２の電圧であり、第２の電池セル１２１であれば端子ＶＣ３の電圧である。
組電池１２０の両端には端子ＶＤＤＤおよび端子ＶＳＳＳが電気的に接続されている。端子ＶＤＤＤおよび端子ＶＳＳＳには、充電制御回路が電気的に接続されることが好ましい。該充電制御回路は、電池制御回路１１０の構成とは別に設けられてもよいし、電池制御回路１１０が充電制御の機能を有してもよい。
また、端子ＶＤＤＤおよび端子ＶＳＳＳには、クーロンカウンタが電気的に接続されることが好ましい。該クーロンカウンタは、電池制御回路１１０の構成とは別に設けられてもよいし、電池制御回路１１０がクーロンカウンタの機能を有してもよい。
セルバランス回路１３０は、接続される複数の電池セル１２１のそれぞれにおいて、個別に、その両端の電圧差（正極と負極との電圧の差）を制御する機能を有する。セルバランス回路１３０は、電池セル１２１毎に、正極の上限電圧として好ましい値を、記憶素子１１４に保持させることができる。またセルバランス回路１３０は、電池セル１２１の正極の電圧と、コンパレータ１１３の非反転入力端子の電圧と、の関係に応じて、トランジスタ１３２をオン状態にするか、あるいはオフ状態にするか、の制御を行う。トランジスタ１３２の制御を行うことにより、抵抗素子１３１に流れる電流量と、電池セル１２１に流れる電流量と、の比を調整することができる。例えば、電池セル１２１の充電を停止する場合には、抵抗素子１３１に電流を流し、電池セル１２１に流れる電流を制限する。
図１において、複数の電池セル１２１が端子ＶＤＤＤと端子ＶＳＳＳとの間に直列に電気的に接続されている。端子ＶＤＤＤと端子ＶＳＳＳとの間に電流を流すことにより、複数の電池セル１２１の充電を行う。
複数の電池セル１２１のうち一の電池セル１２１において、正極が所定の電圧に達し、電流が制限される場合を考える。このような場合には、該電池セルに並列に接続されるトランジスタ１３２および抵抗素子１３１に電流を流すことにより、端子ＶＤＤＤと端子ＶＳＳＳとの間の電流の経路が遮断されることなく、正極が所定の電圧に達していないその他の電池セル１２１の充電を継続することができる。すなわち、充電が完了した電池セル１２１においては、トランジスタ１３２をオン状態とすることにより充電を停止し、充電が完了していない電池セル１２１においては、トランジスタ１３２をオフ状態として充電を継続する。
電池セル１２１毎に例えば抵抗のばらつきがある場合、抵抗の低いある電池セル１２１の充電が先に完了し、ある電池セル１２１と比べて抵抗の高い電池セル１２１の充電が不充分となる場合がある。ここで、充電が不充分とは例えば、正極と負極の電圧差が所望の電圧より低いことを指す。セルバランス回路１３０を用いることにより、充電における電池セル１２１の正極の電圧を、それぞれの電池セルの負極の電圧を基準として監視することができる。
すなわち、ｎ組のセルバランス回路１３０を用いることにより、複数の電池セル１２１の充電後の状態、例えば満充電時のばらつきを小さくすることができる。よって、組電池１２０全体としての容量が高まる場合がある。また、容量を高めることにより、電池セル１２１の充放電サイクルの回数を減少させることができる場合があるため、組電池１２０の耐久性が高まる場合がある。
図２には、蓄電装置１００において、セルバランス回路１３０が電圧生成回路１１９を有する一例を示す。図２に示すセルバランス回路１３０において簡略化のため、図１に示す構成、例えば制御回路１７０等を一部省いて示すが、図１に示す構成を有することができる。図２に示す例では、蓄電装置１００において、一つの電池セル１２１毎に、対応する電圧生成回路１１９が設けられている。
図２に示す電圧生成回路１１９は、記憶素子１７４と、コンパレータ１７３と、を有する。記憶素子１７４は、容量素子１７１と、トランジスタ１７２と、を有する。トランジスタ１７２のソースおよびドレインの一方と、容量素子１７１の一方の電極と、はコンパレータ１７３の非反転入力端子に電気的に接続される。容量素子１７１の他方の電極は端子Ｐ２に電気的に接続される。トランジスタ１７２のゲートは端子Ｗ２に電気的に接続される。トランジスタ１７２のソースおよびドレインの他方は、対応する電池セル１２１の負極に接続される端子に、電気的に接続される。コンパレータ１７３の出力端子は、端子Ｗ１、すなわち電圧比較部１１１が有するトランジスタ１６２のゲートに電気的に接続される。コンパレータ１７３の反転入力端子には端子Ｐ１（ｋ）が電気的に接続される。
記憶素子１７４については例えば、記憶素子１１４の記載を参照してもよい。
トランジスタ１７２にはＯＳトランジスタを用いることが好ましい。トランジスタ１７２としてＯＳトランジスタを用いることにより、オフ時にソースとドレイン間を流れるリーク電流（以下、オフ電流）が極めて低いことを利用して、記憶素子１７４において、トランジスタ１７２をオフ状態とする場合にデータを記憶することができる。よって、所望の電圧をコンパレータ１７３の非反転入力端子に保持させることができる。
＜動作例１＞
電圧生成回路１１９は、以下の図３に説明する手順を用いて、電池セル１２１（ｋ）の負極の電圧、例えば前述の電圧Ｖｎ（ｋ）を基準に、正極の電圧の基準電圧、例えば前述の電圧Ｖｍ（ｋ）を生成することができる。以降、電圧Ｖｎ（ｋ）を基準に、電圧Ｖｃとの和として電圧Ｖｍ（ｋ）を生成する例について説明する。
まずステップＳ２００において処理を開始する。
次に、ステップＳ２０１において、端子Ｗ２に高電位信号が与えられる。端子Ｗ２に高電位信号が与えられることにより、トランジスタ１７２がオン状態となる。トランジスタ１７２がオン状態となることにより、コンパレータ１７３の非反転入力端子に電圧Ｖｎを与えることができる。
次に、ステップＳ２０２において、端子Ｗ２に低電位信号が与えられる。端子Ｗ２に低電位信号が与えられることにより、トランジスタ１７２がオフ状態となる。
次に、ステップＳ２０３において、端子Ｐ２の電圧を電圧Ｖｃ分だけ上昇させる。例えば端子Ｐ２が接地電位であった場合には、端子Ｐ２を電圧Ｖｃとすればよい。端子Ｐ２の電圧を上昇させることにより、容量素子１７１を介した容量結合により、コンパレータ１７３の非反転入力端子の電圧が電圧Ｖｃの分だけ上昇する。すなわち、コンパレータ１７３の非反転入力端子の電圧を電圧Ｖｎと電圧Ｖｃの和である電圧Ｖｍ（ｋ）とすることができる。
以上のように、電圧生成回路１１９において電圧Ｖｍ（ｋ）を生成し、非反転入力端子に該電圧を保持することができる。ここで、電池セル１２１の負極の電圧Ｖｎは、電池セル１２１の充電率により異なる。よって、上記の方法で電圧Ｖｍを生成する場合には、複数の電池セル１２１のそれぞれの充電率の差は小さい方がよい。また、電圧Ｖｃは、電池セル１２１の充電率に応じて設定されることが好ましい。
次に、電圧生成回路１１９を用いて、電圧比較部１１１が有するコンパレータ１１３の反転入力端子に所望の電圧を与える例について説明する。
まず、ステップＳ２０４において、端子Ｐ１（ｋ）に電圧Ｖｒ（ｋ）が与えられる。ここでは電圧Ｖｒ（ｋ）は可変電圧である。
次に、ステップＳ２０５において、電圧Ｖｒ（ｋ）をスイープさせる。例えば、接地電位から高い電圧側に徐々にスイープさせた電圧を与えればよい。例えば、ΔＶｒ増加させた電圧を与えればよい。このときには例えば、端子Ｐ１（ｋ）に与えられる電圧は電圧Ｖｍ（ｋ）より低いため、コンパレータ１７３よりトランジスタ１６２のゲートに高電位信号が与えられ、トランジスタ１６２はオン状態である。
次に、ステップＳ２０６において、電圧Ｖｒ（ｋ）が電圧Ｖｍ（ｋ）以上の場合には、ステップＳ２０７へ進む。電圧Ｖｒ（ｋ）が電圧Ｖｍ（ｋ）未満の場合にはステップＳ２０５に戻る。
次に、ステップＳ２０７において、コンパレータ１７３から低電位信号が出力される。これにより、電圧比較部１１１が有するトランジスタ１６２のゲートに低電位信号が与えられ、トランジスタ１６２がオフ状態となる。トランジスタ１６２がオフ状態となることにより、コンパレータ１１３の反転入力端子に電圧Ｖｍ（ｋ）が保持される。次にステップＳ２９９により処理を終了する。
以上のように、電圧生成回路１１９を用いて、電圧比較部１１１が有するコンパレータ１１３の反転入力端子に電圧Ｖｍ（ｋ）を保持することができる。
＜動作例２＞
図４に示すフローチャートを用いて、図１に示す蓄電装置の動作方法の一例を示す。
ステップＳ３００において、処理を開始する。
ステップＳ３０１において、端子Ｗ１に高電位信号が与えられる。
ステップＳ３０２において、端子Ｐ１（ｋ）に電圧Ｖｍ（ｋ）が与えられる。
次に、ステップＳ３０３において、端子Ｗ１に低電位信号が与えられる。本ステップにより、コンパレータ１１３の反転入力端子に電圧Ｖｍ（ｋ）が保持される。
次に、ステップＳ３０４において、電池セル１２１（ｋ）の充電が行われる。
次に、ステップＳ３０５において、正極の電圧がＶｍ（ｋ）以上の場合にはステップＳ３０６へ進み、Ｖｍ（ｋ）未満の場合にはステップＳ３０４へ戻る。
次に、ステップＳ３０６において、トランジスタ１３２がオフ状態からオン状態になる。本ステップにより、二次電池の充電が停止される。あるいは、二次電池の電流が制限される。
ステップＳ３９９により処理を終了する。
図５は図１に記載の蓄電装置の動作例を示すタイミングチャートである。図５には電池セル１２１（１）および電池セル１２１（２）に対応するタイミングチャートを示す。
時刻ｔ０に処理を開始する。
時刻ｔ１に端子Ｐ１（ｋ）に、電池セル１２１（ｋ）の負極の電圧が与えられる。図５においては、端子Ｐ１（１）に電圧ＶＣ２（ｔ０）が、端子Ｐ１（２）に電圧ＶＣ３（ｔ０）が、それぞれ与えられる。
時刻ｔ２に端子Ｐ１（ｋ）に、電池セル１２１（ｋ）の負極の電圧と電圧Ｖｃとの和が与えられる。図５においては、端子Ｐ１（１）に電圧ＶＣ２（ｔ０）と電圧Ｖｃとの和が、端子Ｐ１（２）に電圧ＶＣ３（ｔ０）と電圧Ｖｃとの和が、それぞれ与えられる。
時刻ｔ３に、端子Ｗ１（ｋ）に高電位信号（Ｈｉｇｈ ｌｅｖｅｌ）が与えられ、端子Ｐ１（ｋ）からノードＡＮ（ｋ）に電位が与えられる。図５においては端子Ｗ１（１）および端子Ｗ１（２）に高電位信号が与えられ、端子Ｐ１（１）からノードＡＮ（１）に電位が与えられ、端子Ｐ１（２）からノードＡＮ（２）に電位が与えられる。
なお、時刻ｔ１から時刻ｔ３の間には電池セル１２１（ｋ）の負極が一定として示されているが、実際には電位が変化する場合もある。
時刻ｔ４に、端子Ｗ１（ｋ）に低電位信号（Ｌｏｗ ｌｅｖｅｌ）が与えられ、ノードＡＮ（ｋ）の電位が保持され、コンパレータ１１３の反転入力端子には、基準となる電位がプログラミングされる。以後、ノードＡＮ（ｋ）の電位は、負極の電位の変動に合わせて変動する。コンパレータ１１３は、反転入力端子にプログラミングされた電位と、非反転入力端子に与えられる電位との比較を行う。図５に示す例においては、ノードＡＮ（２）と端子ＶＣ２の電位が比較される。
例えば、充電などによりそれぞれの電池セル１２１の電位が変化する。図５においては、時刻ｔ４から時刻ｔ６までの期間において、電池セル１２１（１）の負極の電位であるＶＣ２の電位がΔｒ１だけ上昇し、ノードＡＮ（１）の電位も合わせて上昇する。また、図５においては、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間において、電池セル１２１（２）の負極の電位であるＶＣ３の電位がΔｒ２だけ上昇し、ノードＡＮ（２）の電位も合わせて上昇する。
図５においては、時刻ｔ５においてはＶＣ２の電位はノードＡＮ（２）の電位より低く、ノードＡＮ（２）と端子ＶＣ２の電位を比較する、セルバランス回路１３０（２）のコンパレータ１１３からは低電位信号が出力される。時刻ｔ６にＶＣ２の電位がノードＡＮ（２）の電位を超えると、コンパレータ１１３より高電位信号が出力され、トランジスタ１３２がオン状態となり、電池セル１２１（２）の充電が停止される。
なお、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間にはノードＡＮ（２）の電位は一定として示されているが、実際には電位が変化する場合もある。
＜電池の保護＞
電池制御回路１１０は、電池の保護回路としての機能を有することが好ましい。
トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０は、組電池１２０への充電または放電を制御する機能を有する。一例としては、トランジスタ１４０は、制御信号Ｔ１によって導通状態または非導通状態が制御され、組電池１２０を充電させるか否かが制御される。またトランジスタ１５０は、制御信号Ｔ２によって導通状態または非導通状態が制御され、組電池１２０を放電するか否かが制御される。また図１に示す電池制御回路の例において、トランジスタ１４０のソースおよびドレインの一方は、端子ＶＭに電気的に接続される。端子ＶＭは例えば、充電器のマイナス極に電気的に接続される。また、端子ＶＭは例えば、放電の際の負荷に電気的に接続される。
トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０は、検出回路１８１と電気的に接続されることが好ましい。検出回路１８１は組電池１２０の過充電および過放電を検出する機能を有することが好ましい。検出回路１８１は組電池１２０の放電過電流および充電過電流を検出する機能を有することが好ましい。検出回路１８１は組電池１２０を用いて動作させる回路群の短絡を検出する機能を有することが好ましい。検出回路１８１は、端子ＶＤＤＤおよび端子ＶＳＳＳと電気的に接続されることが好ましい。
また、検出回路１８１は、それぞれの電池セル１２１の正極および負極と電気的に接続されてもよい。このような場合には、検出回路１８１は、それぞれの電池セル１２１毎に過充電および過放電を検出できる場合がある。
検出回路１８１は、制御回路１７０との信号の授受を行う機能を有する。
電池制御回路１１０は、組電池１２０が有する電池セル１２１の各端子の電圧値（モニタ電圧）、および組電池に流れる電流値（モニタ電流）を観測する機能を有してもよい。例えばトランジスタ１４０またはトランジスタ１５０のオン電流をモニタ電流として観測する構成としてもよい。あるいは、トランジスタ１４０等に直列に抵抗素子を設け、該抵抗素子の電流値を観測してもよい。
また、電池制御回路１１０は、電池セル１２１の温度を測定し、測定された温度に基づき電池セルの充電および放電を制御する機能を有してもよい。
＜電池セル＞
電池セル１２１としてリチウムイオン二次電池セルを用いることができる。また、電池セル１２１は、リチウムイオン二次電池セルに限定されず、二次電池の正極材料として例えば、元素Ａ、元素Ｘ、及び酸素を有する材料を用いることができる。元素Ａは第１族の元素および第２族の元素から選ばれる一以上である。第１族の元素として例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属を用いることができる。また、第２族の元素として例えば、カルシウム、ベリリウム、マグネシウム等を用いることができる。元素Ｘとして例えば金属元素、シリコン及びリンから選ばれる一以上を用いることができる。また、元素Ｘはコバルト、ニッケル、マンガン、鉄、及びバナジウムから選ばれる一以上である。代表的には、リチウムコバルト複合酸化物ＬｉＣｏＯ２や、リン酸鉄リチウムＬｉＦｅＰＯ４が挙げられる。
＜トランジスタ＞
本発明の一態様の構成では、ＯＳトランジスタを有する記憶素子を用いる構成とすることで、オフ時にソースとドレイン間を流れるリーク電流（以下、オフ電流）が極めて低いことを利用して、参照電圧を記憶素子に保持させることができる。このとき、記憶素子の電源をオフ状態にすることができるため、ＯＳトランジスタを有する記憶素子を用いることにより、極めて低い消費電力で、参照電圧を保持させることができる。
また、ＯＳトランジスタを有する記憶素子は、アナログ電位を保持することができる。例えば、二次電池の電圧を、アナログ－デジタル変換回路を用いてデジタル値に変換することなく、記憶素子に保持することができる。変換回路が不要となり、回路面積を縮小することができる。
加えてＯＳトランジスタを用いた記憶素子では、電荷を充電又は放電することによって参照電圧の書き換えおよび読み出しが可能となるため、実質的に無制限回のモニタ電圧の取得および読み出しが可能である。ＯＳトランジスタを用いた記憶素子は、磁気メモリあるいは抵抗変化型メモリなどとは異なり、原子レベルでの構造変化を伴わないため、書き換え耐性に優れている。またＯＳトランジスタを用いた記憶素子は、繰り返し書き換え動作を行っても、フラッシュメモリで生じるような電子捕獲中心の増加による特性不安定性が認められない。
またＯＳトランジスタは、オフ電流が極めて低く、高温環境下においてもスイッチング特性が良好といった特性を有する。そのため、高温環境下においても、組電池１２０への充電または放電の制御を誤動作なく行うことができる。
またＯＳトランジスタを用いた記憶素子は、Ｓｉトランジスタを用いた回路上などに積層することで自由に配置可能であるため、集積化を容易に行うことができる。またＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタと同様の製造装置を用いて作製することが可能であるため、低コストで作製可能である。
またＯＳトランジスタは、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極に加えて、バックゲート電極を含むと、４端子の半導体素子とすることができる。ゲート電極またはバックゲート電極に与える電圧に応じて、ソースとドレインとの間を流れる信号の入出力が独立制御可能な電気回路網で構成することができる。そのため、ＬＳＩと同一思考で回路設計を行うことができる。加えてＯＳトランジスタは、高温環境下において、Ｓｉトランジスタよりも優れた電気特性を有する。具体的には、１００℃以上２００℃以下、好ましくは１２５℃以上１５０℃以下といった高温下においてもオン電流とオフ電流の比が大きいため、良好なスイッチング動作を行うことができる。
トランジスタ１６２およびトランジスタ１７２としてＯＳトランジスタを用いることが好ましい。また、トランジスタ１３２としてＯＳトランジスタを用いてもよい。また、トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０としてＯＳトランジスタを用いてもよい。
また、コンパレータはＳｉトランジスタを用いて構成することができる。あるいはコンパレータはＯＳトランジスタを用いて構成してもよい。
＜蓄電装置の一例２＞
図６には、本発明の一態様の蓄電装置１００が図１に示す構成に加えて、検出回路１８５、検出回路１８６、発振回路ＯＳＣ、カウンタＣＮＴ、論理回路ＬＣ１、論理回路ＬＣ２およびショート検出回路ＳＤを有する構成の一例を示す。なお、これらの回路は図６に示すように、検出回路１８１に含まれることが好ましい。また、発振回路ＯＳＣ、カウンタＣＮＴ、論理回路ＬＣ１および論理回路ＬＣ２の少なくとも一部は制御回路１７０に含まれてもよい。
また、図６に示す蓄電装置１００は、温度センサＴＳおよびマイクロショート検出回路ＭＳＤを有する。これらの回路が検出回路１８１に含まれてもよい。
検出回路１８５は組電池１２０の過充電および過放電を検出する機能を有する。検出回路１８６は組電池１２０の放電過電流および充電過電流を検出する機能を有する。検出回路１８５については図７に、検出回路１８６については図８に、それぞれ詳細を示す。
ショート検出回路ＳＤは組電池１２０を用いて動作させる回路群の短絡を検出する機能を有する。検出回路ＳＤは端子ＳＥＮＳに電気的に接続される。端子ＳＥＮＳは例えば、組電池１２０の充電電流および放電電流を検出する。
検出回路１８５の出力端子ＯＵＴ１１および出力端子ＯＵＴ１２から発振回路ＯＳＣに信号が与えられる。また出力端子ＯＵＴ１１から論理回路ＬＣ１に、出力端子ＯＵＴ１２から論理回路ＬＣ２に、それぞれ信号が与えられる。
検出回路１８６の出力端子ＯＵＴ２１および出力端子ＯＵＴ２２から発振回路ＯＳＣに信号が与えられる。また出力端子ＯＵＴ２１から論理回路ＬＣ１に、出力端子ＯＵＴ２２から論理回路ＬＣ２に、それぞれ信号が与えられる。
発振回路ＯＳＣは所定の周波数にて発振するクロック信号を出力する。発振回路ＯＳＣは検出回路１８５の出力端子ＯＵＴ１１および出力端子ＯＵＴ１２、検出回路１８６の出力端子ＯＵＴ２１および出力端子ＯＵＴ２２が入力し、これらの信号によって発振回路ＯＳＣの動作が制御される。
カウンタＣＮＴは発振回路ＯＳＣが出力するクロック信号に同期して、一定期間カウントする機能を有する。カウンタＣＮＴがカウントした信号は、論理回路ＬＣ１およびＬＣ２に入力する。
論理回路ＬＣ１および論理回路ＬＣ２は、カウンタＣＮＴがカウントした信号に基づき、組電池１２０の制御を行う。例えば、トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０に制御信号を与え、組電池１２０の充電および放電の制御を行う。論理回路ＬＣ１および論理回路ＬＣ２は、トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０を制御するために電圧レベルをシフトさせることができる。
図１において述べた通り、トランジスタ１４０の動作の一例として、制御信号Ｔ１によって導通状態または非導通状態が制御され、組電池１２０を充電させるか否かが制御される。またトランジスタ１５０の動作の一例として、制御信号Ｔ２によって導通状態または非導通状態が制御され、組電池１２０を放電するか否かが制御される。
図６に示す一例のように、トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０は電池制御回路１１０に含まれず、その外側のチップ等に設けられてもよい。
図６において、トランジスタ１５０のソースおよびドレインの一方は端子ＶＳＳＳと電気的に接続され、他方はトランジスタ１４０のソースおよびドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１４０のソースおよびドレインの他方は端子ＶＭと電気的に接続される。端子ＶＭは例えば、充電器のマイナス極に電気的に接続される。また、端子ＶＭは例えば、放電の際の負荷に電気的に接続される。
図７には検出回路１８５の回路図の一例を示す。図７に示す検出回路１８５は、組電池１２０が有する複数の電池セル１２１のそれぞれの両端の端子（例えば端子ＶＣ１、端子ＶＣ２、端子ＶＣ３、端子ＶＣＮ、端子ＶＳＳＳ、等）に電気的に接続される。
検出回路１８５において、端子ＶＣ１と端子ＶＣ２の間の電圧が抵抗で分割される。第１のコンパレータ（コンパレータ１１３）の反転入力端子には、抵抗分割された電圧が与えられ、非反転入力端子には第１の記憶素子（記憶素子１１４）が電気的に接続される。第１の記憶素子が有するトランジスタのゲートには信号ＳＨ１－１が与えられる。第２のコンパレータ（コンパレータ１１３）の非反転入力端子には、抵抗分割された電圧が与えられ、反転入力端子には、第２の記憶素子（記憶素子１１４）が電気的に接続される。第２の記憶素子が有するトランジスタのゲートには信号ＳＨ２－１が与えられる。なお、抵抗分割された電圧は、電圧生成回路１１９で生成してもよい。
第１の記憶素子には、端子ＶＴより与えられる電圧が保持される。保持される電圧は、過充電検出に対応する電圧である。反転入力端子に入力される電圧が過充電検出に対応する電圧より高くなると、第１のコンパレータからの出力が反転する。第１のコンパレータからの出力は、レベルシフタＬＳを介して、ＡＮＤ回路ＮＡ１に与えられる。
第２の記憶素子には、端子ＶＴより与えられる電圧が保持される。保持される電圧は、過放電検出に対応する電圧である。非反転入力端子に入力される電圧が過放電検出に対応する電圧より低くなると、第２のコンパレータからの出力が反転する。第２のコンパレータからの出力は、レベルシフタＬＳを介して、ＡＮＤ回路ＮＡ２に与えられる。
記憶素子がＯＳトランジスタを有することにより、長時間にわたり安定して電圧を保持することができる。よって、端子ＶＴに信号を与える回路の電源を遮断する、あるいは回路の動作の一部を停止することが可能となり、消費電力を低減することができる。
同様に、端子ＶＣ２と端子ＶＣ３の間の電圧を監視する２つのコンパレータが設けられ、制御信号として信号ＳＨ１－２および信号ＳＨ２－２が与えられる。また、端子ＶＣＮと端子ＶＳＳＳの間の電圧を監視する２つのコンパレータが設けられ、制御信号として信号ＳＨ１－Ｎおよび信号ＳＨ２－Ｎが与えられる。
ここで、検出回路１８５が有する複数の記憶素子１１４に電気的に接続されるそれぞれの端子ＶＴに与えられる電圧は、電圧生成回路１１９において生成されることが好ましい。また、それぞれの端子ＶＴに異なる電圧を与えることもできる。
なお、検出回路１８５を構成するコンパレータは、出力がＬレベルからＨレベルに変化する場合と、ＨレベルからＬレベルに変化する場合とで閾値が異なる、すなわちヒステリシスコンパレータとしてもよい。
ここで検出回路１８５の構成は過充電、過放電等の検知のみならず、例えば充電電圧の制御等に用いてもよい。より具体的には例えば、充電を行う際に、所望の充電電圧を含むある電圧範囲内に二次電池の充電電圧を制御する場合に、検出回路１８５の構成を、該電圧範囲の上限および下限の制御に用いてもよい。
図８Ａには検出回路１８６の回路図の一例を示す。検出回路１８６は２つのコンパレータ１１３を有する。
一方のコンパレータ１１３の非反転入力端子には信号ＳＨ３が与えられ、放電過電流検出に対応する電圧が保持される記憶素子１１４が電気的に接続される。また、反転入力端子には端子ＳＥＮＳが電気的に接続される。反転入力端子に与えられる電圧により過電流を検出すると、出力端子ＯＵＴ２２からの出力が反転する。
他方のコンパレータ１１３の非反転入力端子には端子ＳＥＮＳが電気的に接続される。また、反転入力端子には信号ＳＨ４が与えられ、充電過電流検出に対応する記憶素子１１４が電気的に接続される。非反転入力端子に与えられる電圧により過電流を検出すると、出力端子ＯＵＴ２１からの出力が反転する。
温度センサＴＳは、組電池１２０、あるいは組電池１２０を含む蓄電装置１００の温度を測定する機能を有する。図８Ｂは温度センサＴＳの一例を示す回路図である。なお、図８Ｂに示す回路図は、温度センサＴＳの一部の回路を表す場合がある。
図８Ｂにおいて、温度センサＴＳはコンパレータ１１３を３つ有し、それぞれのコンパレータの反転入力端子には異なる温度に対応する電圧ＶＴ（ＶＴ＝Ｔｍ１、Ｔｍ２、Ｔｍ３）がそれぞれ与えられる。与えられたそれぞれの電圧ＶＴは、反転入力端子に電気的に接続された記憶素子１１４により保持される。電圧Ｔｍ１、Ｔｍ２、Ｔｍ３は例えば電圧生成回路１１９から与えられてもよい。出力端子ＯＵＴ５１、ＯＵＴ５２およびＯＵＴ５３にはそれぞれ、コンパレータ１１３が電気的に接続される。それぞれのコンパレータ１１３の反転出力端子には記憶素子１１４が電気的に接続される。それぞれの記憶素子１１４が有するトランジスタ１６２のゲートに電気的に接続される端子をＳＨ５とする。出力端子ＯＵＴ５１、ＯＵＴ５２およびＯＵＴ５３に電気的に接続されるそれぞれの記憶素子１１４が有するそれぞれのトランジスタ１６２のＳＨ５には、電圧ＶＴとしてＴｍ１、Ｔｍ２およびＴｍ３がそれぞれ与えられる。
入力端子Ｖｔには測定された温度に対応する電圧が与えられる。入力端子Ｖｔは３つのコンパレータ１１３のそれぞれの非反転入力端子に与えられる。
入力端子Ｖｔに与えられた電圧とそれぞれのコンパレータ１１３の反転入力端子の電圧との比較結果に対応し、それぞれのコンパレータの出力端子（出力端子ＯＵＴ５１、出力端子ＯＵＴ５２、出力端子ＯＵＴ５３）から信号が出力され、温度を判定することができる。
ＯＳトランジスタは温度が上昇すると抵抗値が小さくなる性質を有する。この性質を利用して、環境温度を電圧に変換することができる。この電圧を例えば、入力端子Ｖｔに与えればよい。すなわち例えば、ＯＳトランジスタの抵抗値に応じた電圧が入力端子Ｖｔに与えられる。あるいは例えば、ＯＳトランジスタの抵抗値に応じた電圧が、変換回路等を介して入力端子Ｖｔに与えられる。
論理回路ＬＣ１および論理回路ＬＣ２は、温度センサＴＳの出力を検知し、組電池１２０の動作可能な温度範囲を超えた場合、トランジスタ１４０および（または）トランジスタ１５０を非導通とし、充電および（または）放電を停止する構成としてもよい。
検出回路ＭＳＤは組電池１２０のマイクロショートを検出する機能を有する。例えば電圧および電流のいずれか、あるいは両方をモニターすることにより、マイクロショートを検知することができる。図９Ａにはマイクロショートが示唆される充電の波形の一例を示す。図９Ａの横軸は二次電池の充電容量Ｃｂ、縦軸は二次電池の電圧Ｖｂである。破線で丸く囲んだ領域等において、マイクロショートが示唆される。
マイクロショートとは、二次電池の内部の微小な短絡のことを指しており、二次電池の正極と負極が短絡して充放電不可能の状態になるというほどではなく、微小な短絡部で短絡電流が短期間流れてしまう現象を指している。マイクロショートの原因は、充放電が複数回行われることによって、劣化が生じ、リチウムやコバルトなどの金属元素が電池内部で析出し、析出物が成長することにより、正極の一部と負極の一部で局所的な電流の集中が生じ、セパレータの一部が機能しなくなる箇所が発生すること、または副反応物が発生することにあると推定されている。
図９Ｂは検出回路ＭＳＤの一例を示す回路図である。なお、図９Ｂに示す回路図は、検出回路ＭＳＤの一部の回路を示す場合がある。検出回路ＭＳＤには端子ＶＣ１、端子ＶＣ２、端子ＶＣ３および端子ＶＣＮからの電圧が与えられる。
検出回路ＭＳＤは、それぞれの電池セル１２１に対応するコンパレータ１１３をそれぞれ有する。コンパレータ１１３の反転入力端子には記憶素子１１４が接続される。記憶素子１１４には信号ＳＨ６が与えられる。
コンパレータ１１３の非反転入力端子には電池セル１２１の電圧（例えば正極の電圧）が与えられ、反転入力端子には、信号ＳＨ６が高電位の場合には、該電圧がオフセット回路ＯＦＳによりオフセットされた電圧Ｖｏｆｓが与えられ、信号ＳＨ６が低電位の場合には与えられた電圧が保持される。例えば、Ｖｏｆｓは該電圧よりも少し小さい電圧とすることができる。
図９Ｃの例に示すように、図１に示す回路や図９Ｂに示す回路が有するコンパレータにおいて、端子ＶＣ１と端子ＶＣ２の間を抵抗分割して端子ＶＣ１より低い電圧を生成し、コンパレータ１１３の非反転入力端子に与えてもよい。
図１０Ａには電池セル１２１の充電時における、正常時のタイミングチャートの一例を示し、図１０Ｂにはマイクロショートが検出されるタイミングチャートの一例を示す。
図１０Ａにおいて電池セル１２１の電圧、ここでは例として端子ＶＣ１の電圧は時刻に伴い上昇する。電圧Ｖｏｆｓは信号ＳＨ６が高電位の時に端子ＶＣ１の電圧からオフセットされた電圧となり、信号ＳＨ６が低電位の時には与えられた電圧が保持される。よって図１０Ａに示すように時刻ｔ１、ｔ２およびｔ３に階段状に電圧Ｖｏｆｓが上昇する。図１０Ａにおいて、端子ＶＣ１の電圧は電圧ｏｆｓより常に高いため、コンパレータ１１３の出力は高電位のままである。
図１０Ｂにおいては、時刻ｔｍにおいて、端子ＶＣ１の電圧が急激に低下し、マイクロショートが生じる。端子ＶＣ１の電圧が電圧Ｖｏｆｓより低くなると、コンパレータ１１３の出力は低電位となり、マイクロショートが検出される。
本発明の一態様の蓄電装置において、蓄電装置が有するそれぞれのブロック、例えばセルバランス回路１３０、検出回路１８５、検出回路１８６、温度センサＴＳ、等において、ＯＳトランジスタを有する記憶素子によりアナログ電位を保持することができる。すなわち例えば、アナログ電位が一度与えられれば、蓄電装置が二次電池の保護、あるいは監視を行っている期間において、アナログ電位を再度与える（以下、書き換えると表現する）必要がない、あるいは書き換える頻度を極めて低くすることができる。アナログ電位が保持されない場合には、アナログ電位を頻繁に与えるために、例えば、それぞれのブロック、あるいはそれぞれの電位に応じた変換回路を用いる。このような場合には、回路面積が増大する。一方、アナログ電位が保持される場合には例えば書き換える頻度が極めて低いため、一つの変換回路から順番にアナログ電位を出力し、保持すればよい。つまり、それぞれのブロック、あるいはそれぞれの電位に対して、変換回路を共通にすることができる。
図２２には、電圧生成回路１１９が有するデジタルアナログ変換回路１９０、セルバランス回路１３０（ｋ）、検出回路１８５、検出回路１８６および温度センサＴＳに電気的に接続される例を示す。デジタルアナログ変換回路１９０から出力されるアナログ電位は、それぞれのブロックが有する記憶素子１１４に与えられ、保持される。
また、与えられたアナログ電位が保持されるため、各ブロックが有する記憶素子１１４にアナログ電位を供給しない期間は、デジタルアナログ変換回路１９０においてパワーゲーティングが可能となり、消費電力が抑制される。
＜回路の評価結果＞
本発明の一態様の蓄電装置が有する温度センサＴＳの評価を行った。評価に用いた温度センサＴＳの構成を図２３に示す。
図２３において、出力端子ＯＵＴ５１、ＯＵＴ５２およびＯＵＴ５３に電気的に接続されるコンパレータ１１３をそれぞれコンパレータ１１３－１、１１３－２および１１３－３とする。コンパレータ１１３－１、１１３－２および１１３－３の反転出力端子に電気的に接続される記憶素子１１４をそれぞれ記憶素子１１４－１、１１４－２および１１４－３とする。記憶素子１１４－１、１１４－２および１１４－３がそれぞれ有するトランジスタ１６２のゲートに電気的に接続される端子をＳＨ５－１、ＳＨ５－２およびＳＨ５－３、トランジスタ１６２に電位を与える端子をｖｍ（１）、ｖｍ（２）およびｖｍ（３）とする。
記憶素子１１４－１、１１４－２および１１４－３がそれぞれ有するトランジスタ１６２にはＯＳトランジスタを用いた。トランジスタ１６２はここではｎチャネル型トランジスタである。
図２３に示す温度センサＴＳでは、センサ回路として、ＯＳトランジスタ１９６および容量素子１９７を有するセンサ回路１９５を用いた。ＯＳトランジスタ１９６のソースおよびドレインの一方はコンパレータ１１３の非反転出力端子と、容量素子１９７の一方の電極と、に電気的に接続され、ＯＳトランジスタ１９６のソースおよびドレインの他方には端子ｖａが電気的に接続される。ＯＳトランジスタ１９６のゲートには端子ｇａが電気的に接続される。コンパレータ１１３－１、１１３－２および１１３－３の非反転出力端子に電気的に接続されるセンサ回路１９５をそれぞれセンサ回路１９５－１、１９５－２および１９５－３とする。センサ回路１９５－１、１９５－２および１９５－３に電気的に接続される端子ｖａをそれぞれ端子ｖａ（１）、ｖａ（２）およびｖａ（３）とする。センサ回路１９５－１、１９５－２および１９５－３に電気的に接続される端子ｇａをそれぞれ端子ｇａ（１）、ｇａ（２）およびｇａ（３）とする。
ＯＳトランジスタのしきい値は温度に応じて変化することを利用し、温度センサ素子として用いることができる。すなわちＯＳトランジスタ１９６は温度センサ素子としての機能を有する。ＯＳトランジスタ１９６はここではｎチャネル型トランジスタである。
ここで、トランジスタ１６２とＯＳトランジスタ１９６は同じ構成のトランジスタを用いることが好ましい。例えば、チャネル長、チャネル幅、ゲート容量等を同程度にすることが好ましい。
温度センサＴＳに３０℃、４０℃および５０℃に対応する信号を与えた。まず３０℃の環境下において端子ＳＨ５－１に高電位信号を与え、端子ＳＨ５－２、端子ＳＨ５－３、端子ｇａ（１）、端子ｇａ（２）および端子ｇａ（３）には低電位信号を与える。端子ｖｍ（１）に、しきい値落ちが生じる程度の電圧（ここでは電圧ｖｘとする）を与えることにより、コンパレータ１１３－１の反転入力端子には、３０℃のしきい値に対応した電圧（ｖｘ－ｖｔｈ１）が記憶される。ここでｖｔｈ１はトランジスタ１６２の３０℃におけるしきい値である。
ここで、しきい値落ちが生じる程度の電圧の一例は例えば、ソース電圧を０Ｖとしたとき、ゲート電圧から該電圧（ここではドレイン電圧）を引いた値がしきい値より小さい場合である。
次に端子ＳＨ５－１に低電位信号を与える。
次に端子ＳＨ５－２に高電位信号を与え、４０℃の環境下において同様に、端子ｖｍ（２）に電圧ｖｘを与えることにより、コンパレータ１１３－２の反転入力端子に電圧（ｖｘ－ｖｔｈ２）が記憶される。ここでｖｔｈ２はトランジスタ１６２の４０℃におけるしきい値である。
次に端子ＳＨ５－２に低電位信号を与える。
次に端子ＳＨ５－３に高電位信号を与え、５０℃の環境下において同様に、端子ｖｍ（３）に電圧ｖｘを与えることにより、コンパレータ１１３－３の反転入力端子に電圧（ｖｘ－ｖｔｈ３）が記憶される。ここでｖｔｈ３はトランジスタ１６２の５０℃におけるしきい値である。
以上の工程により、それぞれのコンパレータ１１３の反転入力端子に、各温度に応じた値が記憶される。
次に、温度センサＴＳの環境温度を２５℃から６０℃まで変化させ、出力端子ＯＵＴ５１、出力端子ＯＵＴ５２および出力端子ＯＵＴ５３の電圧を測定した。
それぞれのセンサ回路１９５が有する端子ｖａに電圧ｖｘを与えた。ここで端子ｇａには常時、高電位信号が与えられてもよいが、間欠的に高電位信号を与えることにより、消費電力を下げることができる。ＯＳトランジスタはリーク電流が極めて低いため、端子ｇａが低電位信号の間も、与えられた電圧を保持することができる。本評価では１００ｍｓ間隔で１００μｓ以下程度の期間、高電位信号を与える。
図２４に評価結果を示す。横軸は環境温度、縦軸には出力端子ＯＵＴ５１、出力端子ＯＵＴ５２および出力端子ＯＵＴ５３の電圧を示す。所定の温度において、それぞれのコンパレータから低電位信号が出力されることが確認された。
尚、上記では、記憶素子１１４－１、記憶素子１１４－２、記憶素子１１４－３には、それぞれ３０℃、４０℃、５０℃の際にデータを書き込むの動作を示したが、データを書き込む際の温度に関係なく、それぞれの温度の閾値に対応するデータを書き込むことも可能である。
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態２）
上記実施の形態で説明した電池制御回路に適用可能な半導体装置の構成例について説明する。
図１１に示す半導体装置は、トランジスタ３００と、トランジスタ５００と、容量素子６００と、を有している。図１３Ａはトランジスタ５００のチャネル長方向の断面図であり、図１３Ｂはトランジスタ５００のチャネル幅方向の断面図であり、図１３Ｃはトランジスタ３００のチャネル幅方向の断面図である。
トランジスタ５００は、ＯＳトランジスタである。トランジスタ５００は、オフ電流が小さいため、これを半導体装置が有するＯＳトランジスタに用いることにより、長期にわたり書き込んだデータを保持することが可能である。
トランジスタ５００は例えば、ｎチャネル型トランジスタである。
ここで、先の実施の形態に述べた電池制御回路は例えば、ＯＳトランジスタで構成されてもよい。また例えば先の実施の形態に述べた電池制御回路はその一部をＯＳトランジスタで構成されることが好ましい。例えば、電池制御回路が有するトランジスタ１６２およびトランジスタ１７２はＯＳトランジスタであることが好ましい。また例えば、電池制御回路が有するコンパレータをＯＳトランジスタで構成することができる。電池制御回路が有するコンパレータを単極性のトランジスタ、例えばｎチャネル型トランジスタのみで構成してもよい。
本実施の形態で説明する半導体装置は、図１１に示すようにトランジスタ３００、トランジスタ５００、容量素子６００を有する。トランジスタ５００はトランジスタ３００の上方に設けられ、容量素子６００はトランジスタ３００、及びトランジスタ５００の上方に設けられている。
トランジスタ３００は、基板３１１上に設けられ、導電体３１６、絶縁体３１５、基板３１１の一部からなる半導体領域３１３、ソース領域又はドレイン領域として機能する低抵抗領域３１４ａ、及び低抵抗領域３１４ｂを有する。なお、トランジスタ３００は、例えば、上記実施の形態におけるコンパレータが有するトランジスタ等に適用することができる。
トランジスタ３００は、図１３Ｃに示すように、半導体領域３１３の上面及びチャネル幅方向の側面が絶縁体３１５を介して導電体３１６に覆われている。このように、トランジスタ３００をＦｉｎ型とすることにより、実効上のチャネル幅が増大することによりトランジスタ３００のオン特性を向上させることができる。また、ゲート電極の電界の寄与を高くすることができるため、トランジスタ３００のオフ特性を向上させることができる。
なお、トランジスタ３００は、ｐチャネル型、あるいはｎチャネル型のいずれでもよい。
半導体領域３１３のチャネルが形成される領域、その近傍の領域、ソース領域、又はドレイン領域となる低抵抗領域３１４ａ、及び低抵抗領域３１４ｂなどにおいて、シリコン系半導体などの半導体を含むことが好ましく、単結晶シリコンを含むことが好ましい。又は、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＧａＡｌＡｓ（ガリウムアルミニウムヒ素）などを有する材料で形成してもよい。結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコンを用いた構成としてもよい。又はＧａＡｓとＧａＡｌＡｓ等を用いることで、トランジスタ３００をＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としてもよい。
低抵抗領域３１４ａ、及び低抵抗領域３１４ｂは、半導体領域３１３に適用される半導体材料に加え、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、又はホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含む。
ゲート電極として機能する導電体３１６は、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、もしくはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材料、金属材料、合金材料、又は金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。
なお、導電体の材料によって仕事関数が決まるため、当該導電体の材料を選択することで、トランジスタのしきい値電圧を調整することができる。具体的には、導電体に窒化チタンや窒化タンタルなどの材料を用いることが好ましい。さらに導電性と埋め込み性を両立するために導電体にタングステンやアルミニウムなどの金属材料を積層として用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが耐熱性の点で好ましい。
なお、図１１に示すトランジスタ３００は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。例えば、半導体装置をＯＳトランジスタのみで構成する場合、図１２に示すとおり、トランジスタ３００の構成を、酸化物半導体を用いているトランジスタ５００と同様の構成にすればよい。なお、トランジスタ５００の詳細については後述する。
トランジスタ３００を覆って、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、及び絶縁体３２６が順に積層して設けられている。
絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、及び絶縁体３２６として、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いればよい。
なお、本明細書中において、酸化窒化シリコンとは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。また、本明細書中において、酸化窒化アルミニウムとは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化アルミニウムとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。
絶縁体３２２は、その下方に設けられるトランジスタ３００などによって生じる段差を平坦化する平坦化膜としての機能を有していてもよい。例えば、絶縁体３２２の上面は、平坦性を高めるために化学機械研磨（ＣＭＰ）法等を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。
また、絶縁体３２４には、基板３１１、又はトランジスタ３００などから、トランジスタ５００が設けられる領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、例えば、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ５００等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、当該半導体素子の特性が低下する場合がある。したがって、トランジスタ５００と、トランジスタ３００との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。
水素の脱離量は、例えば、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ）などを用いて分析することができる。例えば、絶縁体３２４の水素の脱離量は、ＴＤＳ分析において、膜の表面温度が５０℃から５００℃の範囲において、水素原子に換算した脱離量が、絶縁体３２４の面積当たりに換算して、１０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、好ましくは５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であればよい。
なお、絶縁体３２６は、絶縁体３２４よりも誘電率が低いことが好ましい。例えば、絶縁体３２６の比誘電率は４未満が好ましく、３未満がより好ましい。また例えば、絶縁体３２６の比誘電率は、絶縁体３２４の比誘電率の０．７倍以下が好ましく、０．６倍以下がより好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
また、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、及び絶縁体３２６には容量素子６００、又はトランジスタ５００と接続する導電体３２８、及び導電体３３０等が埋め込まれている。なお、導電体３２８、及び導電体３３０は、プラグ又は配線としての機能を有する。また、プラグ又は配線としての機能を有する導電体は、複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、及び導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。
各プラグ、及び配線（導電体３２８、導電体３３０等）の材料としては、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、又は金属酸化物材料などの導電性材料を、単層又は積層して用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。又は、アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。
絶縁体３２６、及び導電体３３０上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１１において、絶縁体３５０、絶縁体３５２、及び絶縁体３５４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３５０、絶縁体３５２、及び絶縁体３５４には、導電体３５６が形成されている。導電体３５６は、トランジスタ３００と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。なお導電体３５６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
なお、例えば、絶縁体３５０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３５６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３５０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
なお、水素に対するバリア性を有する導電体としては、例えば、窒化タンタル等を用いるとよい。また、窒化タンタルと導電性が高いタングステンを積層することで、配線としての導電性を保持したまま、トランジスタ３００からの水素の拡散を抑制することができる。この場合、水素に対するバリア性を有する窒化タンタル層が、水素に対するバリア性を有する絶縁体３５０と接する構造であることが好ましい。
絶縁体３５４、及び導電体３５６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１１において、絶縁体３６０、絶縁体３６２、及び絶縁体３６４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３６０、絶縁体３６２、及び絶縁体３６４には、導電体３６６が形成されている。導電体３６６は、プラグ又は配線としての機能を有する。なお導電体３６６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
なお、例えば、絶縁体３６０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３６６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３６０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
絶縁体３６４、及び導電体３６６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１１において、絶縁体３７０、絶縁体３７２、及び絶縁体３７４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３７０、絶縁体３７２、及び絶縁体３７４には、導電体３７６が形成されている。導電体３７６は、プラグ又は配線としての機能を有する。なお導電体３７６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
なお、例えば、絶縁体３７０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３７６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３７０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
絶縁体３７４、及び導電体３７６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１１において、絶縁体３８０、絶縁体３８２、及び絶縁体３８４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３８０、絶縁体３８２、及び絶縁体３８４には、導電体３８６が形成されている。導電体３８６は、プラグ又は配線としての機能を有する。なお導電体３８６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
なお、例えば、絶縁体３８０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３８６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３８０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
上記において、導電体３５６を含む配線層、導電体３６６を含む配線層、導電体３７６を含む配線層、及び導電体３８６を含む配線層、について説明したが、本実施の形態に係る半導体装置はこれに限られるものではない。導電体３５６を含む配線層と同様の配線層を３層以下にしてもよいし、導電体３５６を含む配線層と同様の配線層を５層以上にしてもよい。
絶縁体３８４上には絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６が、順に積層して設けられている。絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６のいずれかは、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。
例えば、絶縁体５１０、及び絶縁体５１４には、例えば、基板３１１、又はトランジスタ３００を設ける領域などから、トランジスタ５００を設ける領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。したがって、絶縁体３２４と同様の材料を用いることができる。
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ５００等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、当該半導体素子の特性が低下する場合がある。したがって、トランジスタ５００と、トランジスタ３００との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。
また、水素に対するバリア性を有する膜として、例えば、絶縁体５１０、及び絶縁体５１４には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。
特に、酸化アルミニウムは、酸素、及びトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中及び作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ５００への混入を防止することができる。また、トランジスタ５００を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ５００に対する保護膜として用いることに適している。
また、例えば、絶縁体５１２、及び絶縁体５１６には、絶縁体３２０と同様の材料を用いることができる。また、これらの絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を適用することで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体５１２、及び絶縁体５１６として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。
また、絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６には、導電体５１８、及びトランジスタ５００を構成する導電体（例えば、導電体５０３）等が埋め込まれている。なお、導電体５１８は、容量素子６００、又はトランジスタ３００と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。導電体５１８は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
特に、絶縁体５１０、及び絶縁体５１４と接する領域の導電体５１８は、酸素、水素、及び水に対するバリア性を有する導電体であることが好ましい。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、酸素、水素、及び水に対するバリア性を有する層で、分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
絶縁体５１６の上方には、トランジスタ５００が設けられている。
図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、トランジスタ５００は、絶縁体５１４及び絶縁体５１６に埋め込まれるように配置された導電体５０３と、絶縁体５１６及び導電体５０３の上に配置された絶縁体５２０と、絶縁体５２０の上に配置された絶縁体５２２と、絶縁体５２２の上に配置された絶縁体５２４と、絶縁体５２４の上に配置された酸化物５３０ａと、酸化物５３０ａの上に配置された酸化物５３０ｂと、酸化物５３０ｂ上に互いに離れて配置された導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂと、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂ上に配置され、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間に重畳して開口が形成された絶縁体５８０と、開口の底面及び側面に配置された酸化物５３０ｃと、酸化物５３０ｃの形成面に配置された絶縁体５５０と、絶縁体５５０の形成面に配置された導電体５６０と、を有する。
また、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂと、絶縁体５８０との間に絶縁体５４４が配置されることが好ましい。また、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、導電体５６０は、絶縁体５５０の内側に設けられた導電体５６０ａと、導電体５６０ａの内側に埋め込まれるように設けられた導電体５６０ｂと、を有することが好ましい。また、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、絶縁体５８０、導電体５６０、及び絶縁体５５０の上に絶縁体５７４が配置されることが好ましい。
なお、以下において、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃをまとめて酸化物５３０という場合がある。
なお、トランジスタ５００では、チャネルが形成される領域と、その近傍において、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃの３層を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物５３０ｂの単層、酸化物５３０ｂと酸化物５３０ａの２層構造、酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃの２層構造、又は４層以上の積層構造を設ける構成にしてもよい。また、トランジスタ５００では、導電体５６０を２層の積層構造として示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体５６０が、単層構造であってもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。また、図１１、図１３Ａ等に示すトランジスタ５００は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。
ここで、導電体５６０は、トランジスタのゲート電極として機能し、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂは、それぞれソース電極又はドレイン電極として機能する。上記のように、導電体５６０は、絶縁体５８０の開口、及び導電体５４２ａと導電体５４２ｂに挟まれた領域に埋め込まれるように形成される。導電体５６０、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂの配置は、絶縁体５８０の開口に対して、自己整合的に選択される。つまり、トランジスタ５００において、ゲート電極を、ソース電極とドレイン電極の間に、自己整合的に配置させることができる。よって、導電体５６０を位置合わせのマージンを設けることなく形成することができるので、トランジスタ５００の占有面積の縮小を図ることができる。これにより、半導体装置の微細化、高集積化を図ることができる。
さらに、導電体５６０が、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間の領域に自己整合的に形成されるので、導電体５６０は、導電体５４２ａ又は導電体５４２ｂと重畳する領域を有さない。これにより、導電体５６０と導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂとの間に形成される寄生容量を低減することができる。よって、トランジスタ５００のスイッチング速度を向上させ、高い周波数特性を有せしめることができる。
導電体５６０は、第１のゲート（トップゲートともいう）電極として機能する場合がある。また、導電体５０３は、第２のゲート（ボトムゲートともいう）電極として機能する場合がある。その場合、導電体５０３に印加する電位を、導電体５６０に印加する電位と、連動させず、独立して変化させることで、トランジスタ５００のしきい値電圧を制御することができる。特に、導電体５０３に負の電位を印加することにより、トランジスタ５００のしきい値電圧を０Ｖより大きくし、オフ電流を低減することが可能となる。したがって、導電体５０３に負の電位を印加したほうが、印加しない場合よりも、導電体５６０に印加する電位が０Ｖのときのドレイン電流を小さくすることができる。
導電体５０３は、酸化物５３０、及び導電体５６０と、重なるように配置する。これにより、導電体５６０、及び導電体５０３に電位を印加した場合、導電体５６０から生じる電界と、導電体５０３から生じる電界と、がつながり、酸化物５３０に形成されるチャネル形成領域を覆うことができる。本明細書等において、第１のゲート電極、及び第２のゲート電極の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。
また、導電体５０３は、導電体５１８と同様の構成であり、絶縁体５１４及び絶縁体５１６の開口の内壁に接して導電体５０３ａが形成され、さらに内側に導電体５０３ｂが形成されている。なお、トランジスタ５００では、導電体５０３ａ及び導電体５０３ｂを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体５０３は、単層、又は３層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。
ここで、導電体５０３ａは、水素原子、水素分子、水分子、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する（上記不純物が透過しにくい。）導電性材料を用いることが好ましい。又は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい。）導電性材料を用いることが好ましい。なお、本明細書において、不純物、又は酸素の拡散を抑制する機能とは、上記不純物、又は上記酸素のいずれか一又は、すべての拡散を抑制する機能とする。
例えば、導電体５０３ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電体５０３ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。
また、導電体５０３が配線の機能を兼ねる場合、導電体５０３ｂは、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする、導電性が高い導電性材料を用いることが好ましい。その場合、導電体５０５は、必ずしも設けなくともよい。なお、導電体５０３ｂを単層で図示したが、積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
絶縁体５２０、絶縁体５２２、絶縁体５２４、及び絶縁体５５０は、第２のゲート絶縁膜としての機能を有する。
ここで、酸化物５３０と接する絶縁体５２４は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む絶縁体を用いることが好ましい。つまり、絶縁体５２４には、過剰酸素領域が形成されていることが好ましい。このような過剰酸素を含む絶縁体を酸化物５３０に接して設けることにより、酸化物５３０中の酸素欠損を低減し、トランジスタ５００の信頼性を向上させることができる。
過剰酸素領域を有する絶縁体として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、又は３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下、又は１００℃以上４００℃以下の範囲が好ましい。
また、絶縁体５２４が、過剰酸素領域を有する場合、絶縁体５２２は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子など）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）ことが好ましい。
絶縁体５２２が、酸素や不純物の拡散を抑制する機能を有することで、酸化物５３０が有する酸素は、絶縁体５２０側へ拡散することがなく、好ましい。また、導電体５０３が、絶縁体５２４や、酸化物５３０が有する酸素と反応することを抑制することができる。
絶縁体５２２は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、又は（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）などのいわゆるｈｉｇｈ－ｋ材料を含む絶縁体を単層又は積層で用いることが好ましい。トランジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁膜として機能する絶縁体にｈｉｇｈ－ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。
特に、不純物、及び酸素などの拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）絶縁性材料であるアルミニウム、ハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体を用いるとよい。アルミニウム、ハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。このような材料を用いて絶縁体５２２を形成した場合、絶縁体５２２は、酸化物５３０からの酸素の放出や、トランジスタ５００の周辺部から酸化物５３０への水素等の不純物の混入を抑制する層として機能する。
又は、これらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。又はこれらの絶縁体を窒化処理してもよい。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコン又は窒化シリコンを積層して用いてもよい。
また、絶縁体５２０は、熱的に安定していることが好ましい。例えば、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、好適である。また、ｈｉｇｈ－ｋ材料の絶縁体を酸化シリコン、または酸化窒化シリコンと組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造の絶縁体５２０や、絶縁体５２６を得ることができる。
なお、図１３Ａおよび図１３Ｂのトランジスタ５００では、３層の積層構造からなる第２のゲート絶縁膜として、絶縁体５２０、絶縁体５２２、及び絶縁体５２４が図示されているが、第２のゲート絶縁膜は、単層、２層、又は４層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。
トランジスタ５００は、チャネル形成領域を含む酸化物５３０に、酸化物半導体として機能する金属酸化物を用いることが好ましい。例えば、酸化物５３０として、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウムなどから選ばれた一種、又は複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。酸化物５３０として適用できるＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物として、ｃ軸配向性を有し、かつａ－ｂ面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造を有するＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ－ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）－ＯＳ（ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）や、ＣＡＣ（ｃｌｏｕｄ－ａｌｉｇｎｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）－ＯＳであることが好ましい。また、酸化物５３０として、Ｉｎ－Ｇａ酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
酸化物５３０においてチャネル形成領域にとして機能する金属酸化物は、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
酸化物５３０は、酸化物５３０ｂ下に酸化物５３０ａを有することで、酸化物５３０ａよりも下方に形成された構造物から、酸化物５３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。また、酸化物５３０ｂ上に酸化物５３０ｃを有することで、酸化物５３０ｃよりも上方に形成された構造物から、酸化物５３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。
なお、酸化物５３０は、各金属原子の原子数比が異なる酸化物により、積層構造を有することが好ましい。具体的には、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物において、構成元素中の元素Ｍの原子数比が、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物における、構成元素中の元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物において、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比が、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物において、元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ｃは、酸化物５３０ａ又は酸化物５３０ｂに用いることができる金属酸化物を、用いることができる。
また、酸化物５３０ａ及び酸化物５３０ｃの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物５３０ｂの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物５３０ａ及び酸化物５３０ｃの電子親和力が、酸化物５３０ｂの電子親和力より小さいことが好ましい。
ここで、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃの接合部において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃの接合部における伝導帯下端のエネルギー準位は、連続的に変化又は連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂとの界面、及び酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
具体的には、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂ、酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃが、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする）ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物５３０ｂがＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物の場合、酸化物５３０ａ及び酸化物５３０ｃとして、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物、Ｇａ－Ｚｎ酸化物、酸化ガリウムなどを用いるとよい。
このとき、キャリアの主たる経路は酸化物５３０ｂとなる。酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｃを上述の構成とすることで、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂとの界面、及び酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃとの界面における欠陥準位密度を低くすることができる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トランジスタ５００は高いオン電流を得られる。
酸化物５３０ｂ上には、ソース電極、及びドレイン電極として機能する導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂが設けられる。導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂとしては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イリジウム、ストロンチウム、ランタンから選ばれた金属元素、又は上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いることが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物などを用いることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物は、酸化しにくい導電性材料、又は、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。更に、窒化タンタルなどの金属窒化物膜は、水素又は酸素に対するバリア性があるため好ましい。
また、図１３Ａ等では、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂを単層構造として示したが、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、窒化タンタル膜とタングステン膜を積層するとよい。また、チタン膜とアルミニウム膜を積層してもよい。また、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅－マグネシウム－アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造としてもよい。
また、チタン膜又は窒化チタン膜と、そのチタン膜又は窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜又は窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜又は窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜又は窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜又は窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫又は酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。
また、図１３Ａ等に示すように、酸化物５３０の、導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）との界面とその近傍には、低抵抗領域として、領域５４３ａ、及び領域５４３ｂが形成される場合がある。このとき、領域５４３ａはソース領域又はドレイン領域の一方として機能し、領域５４３ｂはソース領域又はドレイン領域の他方として機能する。また、領域５４３ａと領域５４３ｂに挟まれる領域にチャネル形成領域が形成される。
酸化物５３０と接するように上記導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）を設けることで、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）の酸素濃度が低減する場合がある。また、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）に導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）に含まれる金属と、酸化物５３０の成分とを含む金属化合物層が形成される場合がある。このような場合、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）のキャリア密度が増加し、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）は、低抵抗領域となる。
絶縁体５４４は、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂを覆うように設けられ、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂの酸化を抑制する。このとき、絶縁体５４４は、酸化物５３０の側面を覆い、絶縁体５２４と接するように設けられてもよい。
絶縁体５４４として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、ネオジム、ランタン又は、マグネシウムなどから選ばれた一種、又は二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。また、絶縁体５４４として、窒化酸化シリコン又は窒化シリコンなども用いることができる。
特に、絶縁体５４４として、アルミニウム、又はハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体である、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム、及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。特に、ハフニウムアルミネートは、酸化ハフニウム膜よりも、耐熱性が高い。そのため、後の工程での熱処理において、結晶化しにくいため好ましい。なお、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂが耐酸化性を有する材料、又は、酸素を吸収しても著しく導電性が低下しない場合、絶縁体５４４は、必須の構成ではない。求めるトランジスタ特性により、適宜設計すればよい。
絶縁体５４４を有することで、絶縁体５８０に含まれる水、及び水素などの不純物が酸化物５３０ｃ、絶縁体５５０を介して、酸化物５３０ｂに拡散することを抑制することができる。また、絶縁体５８０が有する過剰酸素により、導電体５６０が酸化するのを抑制することができる。
絶縁体５５０は、第１のゲート絶縁膜として機能する。絶縁体５５０は、酸化物５３０ｃの内側（上面、及び側面）に接して配置することが好ましい。絶縁体５５０は、上述した絶縁体５２４と同様に、過剰に酸素を含み、かつ加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。
具体的には、過剰酸素を有する酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素、及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。特に、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。
加熱により酸素が放出される絶縁体を、絶縁体５５０として、酸化物５３０ｃの上面に接して設けることにより、絶縁体５５０から、酸化物５３０ｃを通じて、酸化物５３０ｂのチャネル形成領域に効果的に酸素を供給することができる。また、絶縁体５２４中と同様に、絶縁体５５０中の水又は水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。絶縁体５５０の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
また、絶縁体５５０が有する過剰酸素を、効率的に酸化物５３０へ供給するために、絶縁体５５０と導電体５６０との間に金属酸化物を設けてもよい。当該金属酸化物は、絶縁体５５０から導電体５６０への酸素拡散を抑制することが好ましい。酸素の拡散を抑制する金属酸化物を設けることで、絶縁体５５０から導電体５６０への過剰酸素の拡散が抑制される。つまり、酸化物５３０へ供給する過剰酸素量の減少を抑制することができる。また、過剰酸素による導電体５６０の酸化を抑制することができる。当該金属酸化物としては、絶縁体５４４に用いることができる材料を用いればよい。
なお、絶縁体５５０は、第２のゲート絶縁膜と同様に、積層構造としてもよい。トランジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合があるため、ゲート絶縁膜として機能する絶縁体を、ｈｉｇｈ－ｋ材料と、熱的に安定している材料との積層構造とすることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。また、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。
第１のゲート電極として機能する導電体５６０は、図１３Ａおよび図１３Ｂでは２層構造として示しているが、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。
導電体５６０ａは、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。又は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。導電体５６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、絶縁体５５０に含まれる酸素により、導電体５６０ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、又は酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。また、導電体５６０ａとして、酸化物５３０に適用できる酸化物半導体を用いることができる。その場合、導電体５６０ｂをスパッタリング法で成膜することで、導電体５６０ａの電気抵抗値を低下させて導電体にすることができる。これをＯＣ（Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電極と呼ぶことができる。
また、導電体５６０ｂは、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体５６０ｂは、配線としても機能するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体５６０ｂは積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層構造としてもよい。
絶縁体５８０は、絶縁体５４４を介して、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂ上に設けられる。絶縁体５８０は、過剰酸素領域を有することが好ましい。例えば、絶縁体５８０として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素、及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、又は樹脂などを有することが好ましい。特に、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。特に、酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンは、後の工程で、容易に過剰酸素領域を形成することができるため好ましい。
絶縁体５８０は、過剰酸素領域を有することが好ましい。加熱により酸素が放出される絶縁体５８０を、酸化物５３０ｃと接して設けることで、絶縁体５８０中の酸素を、酸化物５３０ｃを通じて、酸化物５３０へと効率良く供給することができる。なお、絶縁体５８０中の水又は水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
絶縁体５８０の開口は、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間の領域に重畳して形成される。これにより、導電体５６０は、絶縁体５８０の開口、及び導電体５４２ａと導電体５４２ｂに挟まれた領域に、埋め込まれるように形成される。
半導体装置を微細化するに当たり、ゲート長を短くすることが求められるが、導電体５６０の導電性が下がらないようにする必要がある。そのために導電体５６０の膜厚を大きくすると、導電体５６０はアスペクト比が高い形状となりうる。本実施の形態では、導電体５６０を絶縁体５８０の開口に埋め込むように設けるため、導電体５６０をアスペクト比の高い形状にしても、工程中に導電体５６０を倒壊させることなく、形成することができる。
絶縁体５７４は、絶縁体５８０の上面、導電体５６０の上面、及び絶縁体５５０の上面に接して設けられることが好ましい。絶縁体５７４をスパッタリング法で成膜することで、絶縁体５５０、及び絶縁体５８０へ過剰酸素領域を設けることができる。これにより、当該過剰酸素領域から、酸化物５３０中に酸素を供給することができる。
例えば、絶縁体５７４として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、又はマグネシウムなどから選ばれた一種、又は二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。
特に、酸化アルミニウムはバリア性が高く、０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の薄膜であっても、水素、及び窒素の拡散を抑制することができる。したがって、スパッタリング法で成膜した酸化アルミニウムは、酸素供給源であるとともに、水素などの不純物のバリア膜としての機能も有することができる。
また、絶縁体５７４の上に、層間膜として機能する絶縁体５８１を設けることが好ましい。絶縁体５８１は、絶縁置５２４などと同様に、膜中の水又は水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
また、絶縁体５８１、絶縁体５７４、絶縁体５８０、及び絶縁体５４４に形成された開口に、導電体５４０ａ、及び導電体５４０ｂを配置する。導電体５４０ａ及び導電体５４０ｂは、導電体５６０を挟んで対向して設ける。導電体５４０ａ及び導電体５４０ｂは、後述する導電体５４６、及び導電体５４８と同様の構成である。
絶縁体５８１上には、絶縁体５８２が設けられている。絶縁体５８２は、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。したがって、絶縁体５８２には、絶縁体５１４と同様の材料を用いることができる。例えば、絶縁体５８２には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。
特に、酸化アルミニウムは、酸素、及びトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中及び作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ５００への混入を防止することができる。また、トランジスタ５００を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ５００に対する保護膜として用いることに適している。
また、絶縁体５８２上には、絶縁体５８６が設けられている。絶縁体５８６は、絶縁体３２０と同様の材料を用いることができる。また、これらの絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を適用することで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体５８６として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。
また、絶縁体５２０、絶縁体５２２、絶縁体５２４、絶縁体５４４、絶縁体５８０、絶縁体５７４、絶縁体５８１、絶縁体５８２、及び絶縁体５８６には、導電体５４６、及び導電体５４８等が埋め込まれている。
導電体５４６、及び導電体５４８は、容量素子６００、トランジスタ５００、又はトランジスタ３００と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。導電体５４６、及び導電体５４８は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
続いて、トランジスタ５００の上方には、容量素子６００が設けられている。容量素子６００は、導電体６１０と、導電体６２０、絶縁体６３０とを有する。
また、導電体５４６、及び導電体５４８上に、導電体６１２を設けてもよい。導電体６１２は、トランジスタ５００と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。導電体６１０は、容量素子６００の電極としての機能を有する。なお、導電体６１２、及び導電体６１０は、同時に形成することができる。
導電体６１２、及び導電体６１０には、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属膜、又は上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化タンタル膜、窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることができる。又は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。
図１１では、導電体６１２、及び導電体６１０は単層構造を示したが、当該構成に限定されず、２層以上の積層構造でもよい。例えば、バリア性を有する導電体と導電性が高い導電体との間に、バリア性を有する導電体、及び導電性が高い導電体に対して密着性が高い導電体を形成してもよい。
絶縁体６３０を介して、導電体６１０と重畳するように、導電体６２０を設ける。なお、導電体６２０は、金属材料、合金材料、又は金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが好ましい。また、導電体などの他の構造と同時に形成する場合は、低抵抗金属材料であるＣｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）等を用いればよい。
導電体６２０、及び絶縁体６３０上には、絶縁体６４０が設けられている。絶縁体６４０は、絶縁体３２０と同様の材料を用いて設けることができる。また、絶縁体６４０は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜として機能してもよい。
本構造を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、電気特性の変動を抑制するとともに、信頼性を向上させることができる。又は、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた電池制御回路において、微細化又は高集積化を図ることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明し電池制御回路を電子部品とする例について、図１４Ａおよび図１４Ｂを用いて説明する。
図１４Ａでは上述の実施の形態で説明し電池制御回路を電子部品とする例について説明する。なお電子部品は、半導体パッケージ、又はＩＣ用パッケージともいう。この電子部品は、端子取り出し方向や、端子の形状に応じて、複数の規格や名称が存在する。そこで、本実施の形態では、その一例について説明することにする。
ＯＳトランジスタやＳｉトランジスタで構成される回路部は、組み立て工程（後工程）を経て、プリント基板に脱着可能な部品が複数合わさることで完成する。
後工程については、図１４Ａに示す各工程を経ることで完成させることができる。具体的には、前工程で得られる素子基板が完成（ステップＳ１）した後、基板の裏面を研削する（ステップＳ２）。この段階で基板を薄膜化することで、前工程での基板の反り等を低減し、部品としての小型化を図るためである。
基板の裏面を研削して、基板を複数のチップに分離するダイシング工程を行う。そして、分離したチップを個々にピックアップしてリードフレーム上に搭載し接合する、ダイボンディング工程を行う（ステップＳ３）。このダイボンディング工程におけるチップとリードフレームとの接着は、樹脂による接着や、テープによる接着等、適宜製品に応じて適した方法を選択する。なお、ダイボンディング工程は、インターポーザ上に搭載し接合してもよい。
次いでリードフレームのリードとチップ上の電極とを、金属の細線（ワイヤー）で電気的に接続する、ワイヤーボンディングを行う（ステップＳ４）。金属の細線には、銀線や金線を用いることができる。また、ワイヤーボンディングは、ボールボンディングや、ウェッジボンディングを用いることができる。
ワイヤーボンディングされたチップは、エポキシ樹脂等で封止される、モールド工程が施される（ステップＳ５）。モールド工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填され、機械的な外力による内蔵される回路部やワイヤーに対するダメージを低減することができ、また水分や埃による特性の劣化を低減することができる。
次いでリードフレームのリードをメッキ処理する。そしてリードを切断及び成形加工する（ステップＳ６）。このめっき処理によりリードの錆を防止し、後にプリント基板に実装する際のはんだ付けをより確実に行うことができる。
次いでパッケージの表面に印字処理（マーキング）を施す（ステップＳ７）。そして最終的な検査工程（ステップＳ８）を経てＰＬＤを含む回路部を有する電子部品が完成する（ステップＳ９）。
また、完成した電子部品の斜視模式図を図１４Ｂに示す。図１４Ｂでは、電子部品の一例として、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）の斜視模式図を示している。図１４Ｂに示す電子部品７００は、リード７０１及び回路部７０３を示している。図１４Ｂに示す電子部品７００は、例えばプリント基板７０２に実装される。このような電子部品７００が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板７０２上で電気的に接続されることで電子機器の内部に搭載することができる。完成した回路基板７０４は、電子機器等の内部に設けられる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した電池制御回路を備えた電子部品を適用可能な蓄電装置および蓄電システムの構成について説明する。
［円筒型二次電池］
円筒型の二次電池の例について図１５Ａを参照して説明する。円筒型の二次電池４００は、図１５Ａに示すように、上面に正極キャップ（電池蓋）４０１を有し、側面及び底面に電池缶（外装缶）４０２を有している。これら正極キャップ４０１と電池缶（外装缶）４０２とは、ガスケット（絶縁パッキン）４１０によって絶縁されている。
図１５Ｂは、円筒型の二次電池４００の断面を模式的に示した図である。図１５Ｂに示すように、円筒型の二次電池４００は、上面に正極キャップ（電池蓋）４０１を有し、側面および底面に電池缶（外装缶）４０２を有している。これら正極キャップと電池缶（外装缶）４０２とは、ガスケット（絶縁パッキン）４１０によって絶縁されている。
中空円柱状の電池缶４０２の内側には、帯状の正極６０４と負極６０６とがセパレータ６０５を間に挟んで捲回された電池素子が設けられている。図示しないが、電池素子はセンターピンを中心に捲回されている。電池缶４０２は、一端が閉じられ、他端が開いている。電池缶４０２には、電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金（例えば、ステンレス鋼等）を用いることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等を電池缶４０２に被覆することが好ましい。電池缶４０２の内側において、正極、負極およびセパレータが捲回された電池素子は、対向する一対の絶縁板６０８、６０９により挟まれている。また、電池素子が設けられた電池缶４０２の内部は、非水電解液（図示せず）が注入されている。非水電解液は、コイン型の二次電池と同様のものを用いることができる。
円筒型の蓄電池に用いる正極および負極は捲回するため、集電体の両面に活物質を形成することが好ましい。正極６０４には正極端子（正極集電リード）６０３が接続され、負極６０６には負極端子（負極集電リード）６０７が接続される。正極端子６０３および負極端子６０７は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正極端子６０３は安全弁機構４１２に、負極端子６０７は電池缶４０２の底にそれぞれ抵抗溶接される。安全弁機構４１２は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子６１１を介して正極キャップ４０１と電気的に接続されている。安全弁機構４１２は電池の内圧の上昇が所定の閾値を超えた場合に、正極キャップ４０１と正極６０４との電気的な接続を切断するものである。また、ＰＴＣ素子６１１は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大により電流量を制限して異常発熱を防止するものである。ＰＴＣ素子には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）系半導体セラミックス等を用いることができる。
図１５Ｃは蓄電システム４１５の一例を示す。蓄電システム４１５は複数の二次電池４００を有する。それぞれの二次電池の正極は、絶縁体４２５で分離された導電体４２４に接触し、電気的に接続されている。導電体４２４は配線４２３を介して、制御回路４２０に電気的に接続されている。また、それぞれの二次電池の負極は、配線４２６を介して制御回路４２０に電気的に接続されている。制御回路４２０として、先の実施の形態にて述べた電池制御回路を用いることができる。
図１５Ｄは、蓄電システム４１５の一例を示す。蓄電システム４１５は複数の二次電池４００を有し、複数の二次電池４００は、導電板４１３及び導電板４１４の間に挟まれている。複数の二次電池４００は、配線４１６により導電板４１３及び導電板４１４と電気的に接続される。複数の二次電池４００は、並列接続されていてもよいし、直列接続されていてもよいし、並列に接続された後さらに直列に接続されていてもよい。複数の二次電池４００を有する蓄電システム４１５を構成することで、大きな電力を取り出すことができる。
複数の二次電池４００が、並列に接続された後さらに直列に接続される場合を考える。このような場合には、図１または図２に示す蓄電装置において例えば、電池セル１２１は、並列に接続された複数の二次電池に対応し、一のセルバランス回路１３０が並列に接続された複数の二次電池に電気的に接続される。
複数の二次電池４００の間に温度制御装置を有していてもよい。二次電池４００が過熱されたときは、温度制御装置により冷却し、二次電池４００が冷えすぎているときは温度制御装置により加熱することができる。そのため蓄電システム４１５の性能が外気温に影響されにくくなる。
また、図１５Ｄにおいて、蓄電システム４１５は制御回路４２０に配線４２１及び配線４２２を介して電気的に接続されている。制御回路４２０として、先の実施の形態にて述べた電池制御回路を用いることができる。配線４２１は導電板４１３を介して複数の二次電池４００の正極に、配線４２２は導電板４１４を介して複数の二次電池４００の負極に、それぞれ電気的に接続される。
［二次電池パック］
次に本発明の一態様の蓄電システムの例について、図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１６Ｃを用いて説明する。
図１６Ａは、二次電池パック５３１の外観を示す図である。図１６Ｂは二次電池パック５３１の構成を説明する図である。二次電池パック５３１は、回路基板５０１と、二次電池５１３と、を有する。二次電池５１３には、ラベル５０９が貼られている。回路基板５０１は、シール５１５により固定されている。また、二次電池パック５３１は、アンテナ５１７を有する。
回路基板５０１は制御回路５９０を有する。制御回路５９０は、先の実施の形態に示す電池制御回路を用いることができる。例えば、図１６Ｂに示すように、回路基板５０１上に、制御回路５９０を有する。また、回路基板５０１は、端子５１１と電気的に接続されている。また回路基板５０１は、アンテナ５１７、二次電池５１３の正極リード及び負極リードの一方５５１、正極リード及び負極リードの他方５５２と電気的に接続される。
あるいは、図１６Ｃに示すように、回路基板５０１上に設けられる回路システム５９０ａと、端子５１１を介して回路基板５０１に電気的に接続される回路システム５９０ｂと、を有してもよい。例えば、本発明の一態様の制御回路の一部分が回路システム５９０ａに、本発明の一態様の制御回路の他の一部分が回路システム５９０ｂに、それぞれ設けられる。
なお、アンテナ５１７はコイル状に限定されず、例えば線状、板状であってもよい。また、平面アンテナ、開口面アンテナ、進行波アンテナ、ＥＨアンテナ、磁界アンテナ、誘電体アンテナ等のアンテナを用いてもよい。又は、アンテナ５１７は、平板状の導体でもよい。この平板状の導体は、電界結合用の導体の一つとして機能することができる。つまり、コンデンサの有する２つの導体のうちの一つの導体として、アンテナ５１７を機能させてもよい。これにより、電磁界、磁界だけでなく、電界で電力のやり取りを行うこともできる。
二次電池パック５３１は、アンテナ５１７と、二次電池５１３との間に層５１９を有する。層５１９は、例えば二次電池５１３による電磁界を遮蔽することができる機能を有する。層５１９としては、例えば磁性体を用いることができる。
二次電池５１３は、捲回された電池素子を有するしてもよい。捲回された電池素子は、セパレータを挟んで負極と、正極とが重なり合って積層され、該積層シートを捲回したものである。
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、車両に本発明の一態様である蓄電システムを搭載する例を示す。車両として例えば自動車、二輪車、自転車、等が挙げられる。
蓄電システムを車両に搭載すると、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、又はプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の次世代クリーンエネルギー自動車を実現できる。
図１７Ａ、図１７Ｂおよび図１７Ｃにおいて、本発明の一態様である蓄電システムを用いた車両を例示する。図１７Ａに示す自動車８４００は、走行のための動力源として電気モーターを用いる電気自動車である。または、走行のための動力源として電気モーターとエンジンを適宜選択して用いることが可能なハイブリッド自動車である。本発明の一態様を用いることで、航続距離の長い車両を実現することができる。自動車８４００は蓄電システムを有する。蓄電システムは電気モーター８４０６を駆動するだけでなく、ヘッドライト８４０１やルームライト（図示せず）などの発光装置に電力を供給することができる。
また、蓄電システムは、自動車８４００が有するスピードメーター、タコメーターなどの表示装置に電力を供給することができる。また、蓄電システムは、自動車８４００が有するナビゲーションシステムなどに電力を供給することができる。
図１７Ｂに示す自動車８５００は、自動車８５００が有する蓄電システム８０２４にプラグイン方式や非接触給電方式等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電することができる。図１７Ｂに、地上設置型の充電装置８０２１から自動車８５００に搭載された蓄電システム８０２４に、ケーブル８０２２を介して充電を行っている状態を示す。充電に際しては、充電方法やコネクターの規格等はＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）やコンボ等の所定の方式で適宜行えばよい。充電装置８０２１は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよく、また家庭の電源であってもよい。例えば、プラグイン技術によって、外部からの電力供給により自動車８５００に搭載された蓄電システム８０２４を充電することができる。充電は、ＡＣＤＣコンバータ等の変換装置を介して、交流電力を直流電力に変換して行うことができる。
また、図示しないが、受電装置を車両に搭載し、地上の送電装置から電力を非接触で供給して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を組み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給電の方式を利用して、車両同士で電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に太陽電池を設け、停車時や走行時に蓄電システムの充電を行ってもよい。このような非接触での電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。
また、図１７Ｃは、本発明の一態様の蓄電システムを用いた二輪車の一例である。図１７Ｃに示すスクータ８６００は、蓄電システム８６０２、サイドミラー８６０１、方向指示灯８６０３を備える。蓄電システム８６０２は、方向指示灯８６０３に電気を供給することができる。
また、図１７Ｃに示すスクータ８６００は、座席下収納８６０４に、蓄電システム８６０２を収納することができる。蓄電システム８６０２は、座席下収納８６０４が小型であっても、座席下収納８６０４に収納することができる。
また、図１８Ａは、本発明の一態様の蓄電システムを用いた電動自転車の一例である。図１８Ａに示す電動自転車８７００に、本発明の一態様の蓄電システムを適用することができる。本発明の一態様の蓄電システムは例えば、複数の蓄電池と、保護回路と、ニューラルネットワークと、を有する。
電動自転車８７００は、蓄電システム８７０２を備える。蓄電システム８７０２は、運転者をアシストするモーターに電気を供給することができる。また、蓄電システム８７０２は、持ち運びができ、図１８Ｂに自転車から取り外した状態を示している。また、蓄電システム８７０２は、本発明の一態様の蓄電システムが有する蓄電池８７０１が複数内蔵されており、そのバッテリー残量などを表示部８７０３で表示できるようにしている。また蓄電システム８７０２は、本発明の一態様の制御回路８７０４を有する。制御回路８７０４は、蓄電池８７０１の正極及び負極と電気的に接続されている。制御回路８７０４として、先の実施の形態に示す電池制御回路を用いることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態６）
本実施の形態では、先の実施の形態で示した蓄電システムを電子機器に実装する例を説明する。
次に、図１９Ａ及び図１９Ｂに、２つ折り可能なタブレット型端末（クラムシェル型端末も含む）の一例を示す。図１９Ａ及び図１９Ｂに示すタブレット型端末９６００は、筐体９６３０ａ、筐体９６３０ｂ、筐体９６３０ａと筐体９６３０ｂを接続する可動部９６４０、表示部９６３１、表示モード切り替えスイッチ９６２６、電源スイッチ９６２７、省電力モード切り替えスイッチ９６２５、留め具９６２９、操作スイッチ９６２８、を有する。表示部９６３１には、可撓性を有するパネルを用いることで、より広い表示部を有するタブレット端末とすることができる。図１９Ａは、タブレット型端末９６００を開いた状態を示し、図１９Ｂは、タブレット型端末９６００を閉じた状態を示している。
また、タブレット型端末９６００は、筐体９６３０ａ及び筐体９６３０ｂの内部に蓄電体９６３５を有する。蓄電体９６３５は、可動部９６４０を通り、筐体９６３０ａと筐体９６３０ｂに渡って設けられている。
表示部９６３１は、一部をタッチパネルの領域とすることができ、表示された操作キーにふれることでデータ入力をすることができる。また、タッチパネルのキーボード表示切り替えボタンが表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで表示部９６３１にキーボードボタン表示することができる。
また、表示モード切り替えスイッチ９６２６は、縦表示又は横表示などの表示の向きを切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイッチ９６２５は、タブレット型端末９６００に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内蔵させてもよい。
図１９Ｂは、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、太陽電池９６３３、及び本発明の一態様の蓄電システムを有する。蓄電システムは、制御回路９６３４と、蓄電体９６３５と、を有する。制御回路９６３４については、先の実施の形態に示す電池制御回路を用いることができる。
なお、タブレット型端末９６００は２つ折り可能なため、未使用時に筐体９６３０ａ及び筐体９６３０ｂを重ね合せるように折りたたむことができる。折りたたむことにより、表示部９６３１を保護できるため、タブレット型端末９６００の耐久性を高めることができる。
また、この他にも図１９Ａ及び図１９Ｂに示したタブレット型端末は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。
タブレット型端末の表面に装着された太陽電池９６３３によって、電力をタッチパネル、表示部、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池９６３３は、筐体９６３０の片面又は両面に設けることができ、蓄電体９６３５の充電を効率的に行う構成とすることができる。
なお図１９Ａ、図１９Ｂでは、２つ折り可能なタブレット型端末に先の実施の形態に示す電池制御回路を用いた制御回路を適用する構成について説明したが、他の構成でもよい。例えば、図１９Ｃに図示するように、クラムシェル型端末であるノート型パーソナルコンピュータへの適用も可能である。図１９Ｃでは、筐体９６３０ａに表示部９６３１、筐体９６３０ｂにキーボード部９６４１を備えたノート型パーソナルコンピュータ９６０１を図示している。ノート型パーソナルコンピュータ９６０１内には、図１９Ａ、図１９Ｂで説明した制御回路９６３４と、蓄電体９６３５と、を有する。制御回路９６３４については、先の実施の形態に示す電池制御回路を用いることができる。
図２０に、他の電子機器の例を示す。図２０において、表示装置８０００は、本発明の一態様の蓄電システムを実装する電子機器の一例である。具体的に、表示装置８０００は、ＴＶ放送受信用の表示装置に相当し、筐体８００１、表示部８００２、スピーカ部８００３、二次電池８００４等を有する。本発明の一態様に係る検出システムは、筐体８００１の内部に設けられている。表示装置８０００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８００４に蓄積された電力を用いることもできる。
表示部８００２には、液晶表示装置、有機ＥＬ素子などの発光素子を各画素に備えた発光装置、電気泳動表示装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの、半導体表示装置を用いることができる。
また、音声入力デバイス８００５も二次電池を用いる。音声入力デバイス８００５は、先の実施の形態に示す蓄電システムを有する。音声入力デバイス８００５は、無線通信素子の他、マイクを含むセンサ（光学センサ、温度センサ、湿度センサ、気圧センサ、照度センサ、モーションセンサなど）を複数有し、使用者の命令する言葉によって他のデバイス、例えば表示装置８０００の電源操作、照明装置８１００の光量調節などを行うことができる。音声入力デバイス８００５は音声で周辺機器の操作が行え、手動リモコンの代わりとなる。
また、音声入力デバイス８００５は、車輪や機械式移動手段を有しており、使用者の発声が聞こえる方向に移動し、内蔵されているマイクで正確に命令を聞き取るとともに、その内容を表示部８００８に表示する、または表示部８００８のタッチ入力操作が行える構成としている。
また、音声入力デバイス８００５は、スマートフォンなどの携帯情報端末８００９の充電ドックとしても機能させることができる。携帯情報端末８００９と音声入力デバイス８００５は、有線または無線で電力の授受を可能としている。携帯情報端末８００９は、室内においては、特に持ち運ぶ必要がなく、必要な容量を確保しつつ、二次電池に負荷がかかり劣化することを回避したいため、音声入力デバイス８００５によって二次電池の管理、メンテナンスなどを行えることが望ましい。また、音声入力デバイス８００５はスピーカ８００７及びマイクを有しているため、携帯情報端末８００９が充電中であってもハンズフリーで会話することもできる。また、音声入力デバイス８００５の二次電池の容量が低下すれば、矢印の方向に移動し、外部電源と接続された充電モジュール８０１０から無線充電によって充電を行えばよい。
また、音声入力デバイス８００５を台に載せてもよい。また、音声入力デバイス８００５を車輪や機械式移動手段を設けて所望の位置に移動させてもよく、或いは台や車輪を設けず、音声入力デバイス８００５を所望の位置、例えば床の上などに固定してもよい。
なお、表示装置には、ＴＶ放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
図２０において、据え付け型の照明装置８１００は、充電を制御するマイクロプロセッサ（ＡＰＳを含む）で制御される二次電池８１０３を用いた電子機器の一例である。具体的に、照明装置８１００は、筐体８１０１、光源８１０２、二次電池８１０３等を有する。図２０では、二次電池８１０３が、筐体８１０１及び光源８１０２が据え付けられた天井８１０４の内部に設けられている場合を例示しているが、二次電池８１０３は、筐体８１０１の内部に設けられていても良い。照明装置８１００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８１０３に蓄積された電力を用いることもできる。
なお、図２０では天井８１０４に設けられた据え付け型の照明装置８１００を例示しているが、二次電池８１０３は、天井８１０４以外、例えば側壁８１０５、床８１０６、窓８１０７等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上型の照明装置などに用いることもできる。
また、光源８１０２には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、ＬＥＤや有機ＥＬ素子などの発光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。
図２０において、室内機８２００及び室外機８２０４を有するエアコンディショナーは、二次電池８２０３を用いた電子機器の一例である。具体的に、室内機８２００は、筐体８２０１、送風口８２０２、二次電池８２０３等を有する。図２０では、二次電池８２０３が、室内機８２００に設けられている場合を例示しているが、二次電池８２０３は室外機８２０４に設けられていても良い。或いは、室内機８２００と室外機８２０４の両方に、二次電池８２０３が設けられていても良い。エアコンディショナーは、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８２０３に蓄積された電力を用いることもできる。
図２０において、電気冷凍冷蔵庫８３００は、二次電池８３０４を用いた電子機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫８３００は、筐体８３０１、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３、二次電池８３０４等を有する。図２０では、二次電池８３０４が、筐体８３０１の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫８３００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８３０４に蓄積された電力を用いることもできる。
また、電子機器が使用されない時間帯、特に、商用電源の供給元が供給可能な総電力量のうち、実際に使用される電力量の割合（電力使用率と呼ぶ）が低い時間帯において、二次電池に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるのを抑えることができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫８３００の場合、気温が低く、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３の開閉が行われない夜間において、二次電池８３０４に電力を蓄える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３の開閉が行われる昼間において、二次電池８３０４を補助電源として用いることで、昼間の電力使用率を低く抑えることができる。
上述の電子機器の他、二次電池はあらゆる電子機器に搭載することができる。本発明の一態様により、二次電池のサイクル特性が良好となる。そのため、本発明の一態様である充電を制御するマイクロプロセッサ（ＡＰＳを含む）を本実施の形態で説明した電子機器に搭載することで、より長寿命の電子機器とすることができる。本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
本発明の一態様の蓄電システムを電子機器に実装する例を図２１Ａ乃至図２１Ｅに示す。本発明の一態様の蓄電システムを適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置（テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
図２１Ａは、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機７４００は、筐体７４０１に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、外部接続ポート７４０４、スピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、携帯電話機７４００は、本発明の一態様の蓄電システムを有する。本発明の一態様の蓄電システムは例えば、蓄電池７４０７と、先の実施の形態に示す電池制御回路と、を有する。
図２１Ｂは、携帯電話機７４００を湾曲させた状態を示している。携帯電話機７４００を外部の力により変形させて全体を湾曲させると、その内部に設けられている蓄電池７４０７も湾曲される場合がある。このような場合には、蓄電池７４０７として、可撓性を有する蓄電池を用いることが好ましい。可撓性を有する蓄電池の曲げられた状態を図２１Ｃに示す。蓄電池には制御回路７４０８が電気的に接続されている。制御回路７４０８として、先の実施の形態に示す電池制御回路を用いることができる。
また、フレキシブルな形状を備える蓄電池を、家屋やビルの内壁または外壁や、自動車の内装または外装の曲面に沿って組み込むことも可能である。
図２１Ｄは、バングル型の表示装置の一例を示している。携帯表示装置７１００は、筐体７１０１、表示部７１０２、操作ボタン７１０３、及び本発明の一態様の蓄電システムを有する。本発明の一態様の蓄電システムは例えば、蓄電池７１０４と、先の実施の形態に示す電池制御回路と、を有する。
図２１Ｅは、腕時計型の携帯情報端末の一例を示している。携帯情報端末７２００は、筐体７２０１、表示部７２０２、バンド７２０３、バックル７２０４、操作ボタン７２０５、入出力端子７２０６などを備える。
携帯情報端末７２００は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。
表示部７２０２はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示部７２０２はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部７２０２に表示されたアイコン７２０７に触れることで、アプリケーションを起動することができる。
操作ボタン７２０５は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、携帯情報端末７２００に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作ボタン７２０５の機能を自由に設定することもできる。
また、携帯情報端末７２００は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。
また、携帯情報端末７２００は入出力端子７２０６を備え、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子７２０６を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子７２０６を介さずに無線給電により行ってもよい。
携帯情報端末７２００は、本発明の一態様の蓄電システムを有する。該蓄電システムは、蓄電池と、先の実施の形態に示す電池制御回路と、を有する。
携帯情報端末７２００はセンサを有することが好ましい。センサとして例えば、指紋センサ、脈拍センサ、体温センサ等の人体センサや、タッチセンサ、加圧センサ、加速度センサ、等が搭載されることが好ましい。
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
（本明細書等の記載に関する付記）
以上の実施の形態、及び実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。
各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、構成例を適宜組み合わせることが可能である。
なお、ある一つの実施の形態の中で述べる内容（一部の内容でもよい）は、その実施の形態で述べる別の内容（一部の内容でもよい）、及び／又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態で述べる内容（一部の内容でもよい）に対して、適用、組み合わせ、又は置き換えなどを行うことが出来る。
なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用いて述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。
なお、ある一つの実施の形態において述べる図（一部でもよい）は、その図の別の部分、その実施の形態において述べる別の図（一部でもよい）、及び／又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態において述べる図（一部でもよい）に対して、組み合わせることにより、さらに多くの図を構成させることが出来る。
また本明細書等において、ブロック図では、構成要素を機能毎に分類し、互いに独立したブロックとして示している。しかしながら実際の回路等においては、構成要素を機能毎に切り分けることが難しく、一つの回路に複数の機能が係わる場合や、複数の回路にわたって一つの機能が関わる場合があり得る。そのため、ブロック図のブロックは、明細書で説明した構成要素に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、説明の便宜上任意の大きさに示したものである。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は明確性を期すために模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。
本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、「ソース又はドレインの一方」（又は第１電極、又は第１端子）、「ソース又はドレインの他方」（又は第２電極、又は第２端子）という表記を用いる。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース（ドレイン）端子や、ソース（ドレイン）電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
また、本明細書等において、電圧と電位は、適宜言い換えることができる。電圧は、基準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電圧（接地電圧）とすると、電圧を電位に言い換えることができる。グラウンド電位は必ずしも０Ｖを意味するとは限らない。なお電位は相対的なものであり、基準となる電位によっては、配線等に与える電位を変化させる場合がある。
なお本明細書等において、「膜」、「層」などの語句は、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
本明細書等において、スイッチとは、導通状態（オン状態）、または、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。または、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。
本明細書等において、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲートとが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとの間の距離をいう。
本明細書等において、チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。
本明細書等において、ＡとＢとが接続されている、とは、ＡとＢとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、ＡとＢとが電気的に接続されているとは、ＡとＢとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、ＡとＢとの電気信号の授受を可能とするものをいう。
１００：蓄電装置、１１０：電池制御回路、１１１：電圧比較部、１１３：コンパレータ、１１３－１：コンパレータ、１１３－２：コンパレータ、１１３－３：コンパレータ、１１４：記憶素子、１１４－１：記憶素子、１１４－２：記憶素子、１１４－３：記憶素子、１２０：組電池、１２１：電池セル、１２１（ｋ）：電池セル、１６１：容量素子、１６２：トランジスタ、１１９：電圧生成回路、１３０：セルバランス回路、１３０（ｋ）：セルバランス回路、１３１：抵抗素子、１３２：トランジスタ、１４０：トランジスタ、１５０：トランジスタ、１７０：制御回路、１７１：容量素子、１７２：トランジスタ、１７３：コンパレータ、１７４：記憶素子、１８１：検出回路、１８５：検出回路、１８６：検出回路、１９０：デジタルアナログ変換回路、１９５：センサ回路、１９５－１：センサ回路、１９５－２：センサ回路、１９５－３：センサ回路、１９６：トランジスタ、１９７：容量素子

Claims (10)

  1. ｎ組のセルバランス回路（ｎは一以上の整数）を有する半導体装置であり、
    前記ｎ組のセルバランス回路は、ｎ個の二次電池と電気的に接続され、
    前記ｎ組のセルバランス回路の一に対し、前記ｎ個の二次電池の一が電気的に接続され、
    前記ｎ組のセルバランス回路のそれぞれは、
    比較回路と、
    前記比較回路の非反転入力端子に電気的に接続される第１の端子と、
    前記比較回路の反転入力端子にソースおよびドレインの一方が電気的に接続される第１のトランジスタと、
    前記比較回路の反転入力端子に一方の電極が電気的に接続される第１の容量と、
    前記第１の容量の他方の電極に電気的に接続される第２の端子と、
    を有し、
    前記第１のトランジスタはチャネル形成領域に、インジウムを含む金属酸化物を有し、
    第ｋのセルバランス回路（ｋは３以上ｎ以下の整数）が有する前記第１の端子と、第（ｋ－１）のセルバランス回路が有する前記第２の端子と、は電気的に接続され、
    前記第（ｋ－１）のセルバランス回路が有する前記第１の端子と、第（ｋ－２）のセルバランス回路が有する前記第２の端子と、は電気的に接続され、
    前記第ｋのセルバランス回路に電気的に接続される前記二次電池は、正極が前記第ｋのセルバランス回路の前記第１の端子に電気的に接続され、負極が前記第ｋのセルバランス回路の前記第２の端子に電気的に接続される半導体装置。
  2. 請求項１において、
    第ｍのセルバランス回路（ｍは２以上ｎ以下の整数）が有する前記第１の端子と前記第２の端子の電圧の差が第（ｍ－１）のセルバランス回路が有する前記第１の端子と前記第２の端子の電圧の差よりも大きい場合には、
    前記第ｍのセルバランス回路が有する前記比較回路の出力端子からは高電位信号を、
    前記第（ｍ－１）のセルバランス回路が有する前記比較回路の前記出力端子からは低電位信号を、
    それぞれ出力する機能を有する半導体装置。
  3. 請求項１または請求項２において、
    前記ｎ組のセルバランス回路のそれぞれにおいて、前記比較回路の前記反転入力端子に前記第２の端子の電圧と電圧Ａの和が与える機能を有し、
    前記電圧Ａは、３Ｖ以上５Ｖ以下である半導体装置。
  4. 第１の比較回路と、第１のトランジスタと、第１の容量素子と、第１の端子と、第２の端子と、第３の端子と、を有する半導体装置の動作方法であり、
    前記第１の比較回路の非反転入力端子には、前記第１の端子が電気的に接続され、
    前記第１の比較回路の反転入力端子には、前記第１のトランジスタのソースおよびドレインの一方と、前記第１の容量素子の一方の電極と、が電気的に接続され、
    前記第１の容量素子の他方の電極には、前記第２の端子が電気的に接続され、
    前記第１のトランジスタのソースおよびドレインの他方には、前記第３の端子が電気的に接続され、
    前記第１のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、
    前記金属酸化物は、インジウムを含み、
    前記第１の端子には、二次電池の正極端子が電気的に接続され、
    前記第２の端子には、前記二次電池の負極端子が電気的に接続され、
    前記第１のトランジスタのゲートに高電位信号が与えられる第１のステップと、
    前記第３の端子に第１の信号が与えられる第２のステップと、
    前記第１の比較回路の前記反転入力端子に前記第１の信号に応じた第２の信号が与えられる第３のステップと、
    前記第１のトランジスタのゲートに低電位信号が与えられる第４のステップと、
    前記第１の比較回路の出力端子から低電位信号が出力される第５のステップと、
    前記第１の比較回路の出力端子からの信号を低電位信号から高電位信号へ変化させることにより前記二次電池の電流を減少させる第６のステップと、
    を有し、
    前記第１の信号は、前記第２の端子の電圧と電圧Ａの和であり、
    前記電圧Ａは、３Ｖ以上５Ｖ以下である半導体装置の動作方法。
  5. 請求項４において、
    前記第５のステップにおける前記第１の端子と前記第２の端子の電圧の差は、
    前記第６のステップにおける前記第１の端子と前記第２の端子の電圧の差よりも小さい半導体装置の動作方法。
  6. 請求項４または請求項５において、
    第２のトランジスタを有し、
    前記第２のトランジスタのソースおよびドレインの一方には、前記第１の端子または前記第２の端子が電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタのゲートには、前記第１の比較回路の前記出力端子が電気的に接続される半導体装置の動作方法。
  7. 請求項４乃至請求項６のいずれか一において、
    前記第３のステップにおいて前記第１の比較回路の前記非反転入力端子に与えられる前記第２の信号は、前記第４のステップ乃至前記第６のステップにおいて保持される半導体装置の動作方法。
  8. 請求項４乃至請求項７のいずれか一において、
    電圧生成回路を有し、
    前記電圧生成回路は、第３のトランジスタと、第２の容量素子と、を有し、
    前記第３のトランジスタのソースおよびドレインの一方には、前記第２の容量素子の一方の電極が電気的に接続され、
    前記第３のトランジスタのソースおよびドレインの他方には、前記第２の端子が電気的に接続され、
    前記電圧生成回路は、前記第１の信号を生成する機能を有し、
    前記第３のトランジスタは、チャネル形成領域にインジウムを含む金属酸化物を有する半導体装置の動作方法。
  9. 請求項８において、
    前記電圧生成回路は、第２の比較回路を有し、
    前記第２の比較回路の非反転入力端子には、前記第３のトランジスタのソースおよびドレインの一方が電気的に接続され、
    前記第２の比較回路の反転入力端子には前記第３の端子が電気的に出力され、
    前記第２の比較回路の出力端子には前記第１のトランジスタのゲートが電気的に接続される半導体装置の動作方法。
  10. 第１の比較回路と、第２の比較回路と、第３の比較回路と、制御回路と、二次電池と、を有し、
    前記第１の比較回路、前記第２の比較回路および前記第３の比較回路は、前記制御回路に信号を与える機能を有し、
    前記制御回路は、前記第１の比較回路から与えられる信号に応じて、前記二次電池の充電電流を制御する機能を有し、
    前記制御回路は、前記第２の比較回路から与えられる信号に応じて、前記二次電池の充電を停止する機能を有し、
    前記制御回路は、前記第３の比較回路から与えられる信号に応じて、前記二次電池の充電上限電圧を制御する機能を有し、
    前記第１の比較回路は、前記二次電池の正極の電位と、第１の基準電位と、を比較する機能を有し、
    前記第２の比較回路は、前記二次電池の正極の電位と、第２の基準電位と、を比較する機能を有し、
    前記第３の比較回路は、環境温度と、第３の基準電位と、を比較する機能を有し、
    前記第１の比較回路の非反転入力端子または反転入力端子には第１のトランジスタのソースまたはドレインが電気的に接続され、
    前記第２の比較回路の非反転入力端子または反転入力端子には第２のトランジスタのソースまたはドレインが電気的に接続され、前記第３の比較回路の非反転入力端子または反転入力端子には第３のトランジスタのソースまたはドレインが電気的に接続され、
    前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタおよび前記第３のトランジスタのチャネル形成領域はそれぞれ、インジウムを含む金属酸化物を有する半導体装置。
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