KR101722420B1

KR101722420B1 - 휴대 전자 기기

Info

Publication number: KR101722420B1
Application number: KR1020127021295A
Authority: KR
Inventors: 순페이 야마자키; 준 고야마
Original assignee: 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2017-04-18
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: US20240281032A1; JP6080990B2; US20210072793A1; US9740241B2; US20110176263A1; KR102395345B1; WO2011089849A1; US20140368982A1; US10845846B2; TW201201526A; KR20170038935A; TW201524139A; JP2017072865A; KR102248998B1; JP2016122848A; JP7753485B2; US20170344069A1; KR20180120813A; JP6857758B2; TWI599185B

Abstract

전기 유도에 의한 비접촉 충전을 통해 공급된 전력이 낮을 때에도 동작할 수 있는 휴대 전자 기기가 제공된다. 상기 휴대 전자 기기는 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터를 포함하는 반사형 액정 디스플레이, 비접촉 충전에 의해 충전 가능한 충전지를 포함하는 전원부; 및 비휘발성 반도체 메모리 장치를 포함하는 신호 처리부를 포함한다. 상기 휴대 전자 기기에서, 상기 충전지에 축적된 전력은 상기 반사형 액정 디스플레이 및 상기 신호 처리부에서 이용된다.

Description

휴대 전자 기기{PORTABLE ELECTRONIC DEVICE}

본 발명의 기술 분야는 비접촉으로 충전 가능한 휴대 전자 기기에 관한 것이다.

디스플레이 상에 전산화된 서적 데이터를 표시함으로써 판독이 가능한 전자 서적 장치들과 같은 휴대 전자 기기들이 보급되어 있다. 이러한 기기들은 휴대용으로 이용되는 것이 상정되어 있고 본체들에 일체화된 전지들에 의해 구동될 수 있다. 따라서, 이들 기기들은 외부 전원 장치를 이용하여 전력이 공급되는 것이 바람직하다.

특허 문헌 1에서, AC 어댑터를 이용하여 전원 전압이 공급되는 전자 서적 장치가 제안된다.

특허 문헌 2에서, 표시 장치가 제안된다. 상기 표시 장치는 표시부, 외부로부터 조작 및 입력을 위한 콘솔부, 무선 신호를 송수신하기 위한 안테나부, 상기 콘솔부에서 입력되는 신호 및 상기 안테나부에 의해 송수신되는 신호를 제어하기 위한 제어부, 및 상기 안테나부에 의해 수신된 무선 신호를 전력으로 변환하고 이것을 상기 표시부를 구동하기 위한 전력으로서 축적하기 위한 전지부를 포함한다.

일본 공개 특허 출원 제2007-147871호 일본 공개 특허 출원 제2008-181108호

AC 어댑터로부터 전원 전압을 공급하기 위해, 금속 전극과 같은 접점이 휴대 전자 기기측 상에 제공되어야 한다. 상기 접점은 내구성을 필요로 한다. 또한, 접촉 불량이나, 또는 단락 회로, 습기 등으로 인한 누설의 발생에 대한 대책이 필요하다.

또한, 전자기 유도 방식(electromagnetic induction)에 의한 비접촉 충전을 통해 공급된 전력이 낮을 때에도 휴대 전자 기기가 동작할 수 있기 위해, 상기 휴대 전자 기기의 전력 소비가 감소되어야 한다.

본 발명의 일 실시형태의 목적은 전자기 유도 방식에 의한 비접촉 충전을 통해 공급된 전력이 낮을 때에도 동작할 수 있는 휴대 전자 기기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태는 반사형 액정 디스플레이, 전원부 및 신호 처리부를 포함하는 휴대 전자 기기이다. 상기 반사형 액정 디스플레이는 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터를 포함하고, 상기 전원부는 비접촉 충전에 의해 충전 가능한 충전지를 포함하고, 상기 신호 처리부는 비휘발성 반도체 메모리 장치를 포함한다.

본 발명의 다른 실시형태는 반사형 액정 디스플레이, 전원부 및 비휘발성 반도체 메모리 장치를 포함하는 휴대 전자 기기이다. 상기 반사형 액정 디스플레이는 제 1 산화물 반도체를 포함하는 제 1 트랜지스터를 포함하고, 상기 전원부는 비접촉 충전에 의해 충전 가능한 충전지를 포함하고, 상기 비휘발성 반도체 메모리 장치는 제 2 트랜지스터, 제 3 트랜지스터 및 용량 소자를 포함한다. 상기 제 2 트랜지스터의 제 1 단자가 제 1 배선에 전기적으로 접속되고, 상기 제 2 트랜지스터의 제 2 단자가 제 2 배선에 전기적으로 접속되고, 상기 제 2 트랜지스터의 게이트가 상기 제 3 트랜지스터의 제 1 단자 및 상기 용량 소자의 하나의 전극에 전기적으로 접속된다. 상기 제 3 트랜지스터의 제 2 단자가 제 3 배선에 전기적으로 접속되고, 상기 제 3 트랜지스터의 게이트가 제 4 배선에 전기적으로 접속된다. 상기 용량 소자의 다른 전극이 제 5 배선에 전기적으로 접속된다.

상기 제 3 트랜지스터는 제 2 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터일 수 있다. 상기 제 2 산화물 반도체는 상기 제 1 산화물 반도체와 동일할 수 있거나, 상기 제 1 산화물 반도체와 상이할 수 있다.

상기 충전지에 축적되는 전력은 상기 반사형 액정 디스플레이 및 상기 신호 처리부에서 이용될 수 있다.

상기 전원부는 태양 전지를 포함할 수 있다.

상기 산화물 반도체는 진성 또는 실질적으로 진성이고, 트랜지스터의 단위 채널 폭당 오프-상태 전류는 실온에서 100aA/㎛("a"는 10^-18) 이하, 바람직하게는 1aA/㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 1zA/㎛("z"는 10^-21) 이하이다. 이 명세서에서 "진성(intrinsic)"은 1 × 10¹²/cm³ 미만의 캐리어 농도를 가진 반도체의 상태를 의미하고, "실질적으로 진성(substantially intrinsic)"은 1 × 10¹²/cm³ 이상 1 × 10¹⁴/cm³ 이하의 캐리어 농도를 가진 반도체의 상태를 의미함을 유념한다.

비접촉 충전이 수행될 수 있기 때문에, 휴대 전자 기기 측 상의 금속 단자와 같은 접점이 제공될 필요가 없다. 또한, 전자기 유도 방식에 의한 비접촉 충전을 통해 공급된 전력이 낮을 때에도 동작할 수 있는 휴대 전자 기기가 제공될 수 있다.

도 1은 휴대 전자 기기의 블록도.
도 2는 상기 휴대 전자 기기 및 충전기의 구조예의 도면.
도 3은 비휘발성 반도체 메모리 장치의 회로 구조예의 도면.
도 4a 및 도 4b는 액정 표시 장치의 표시 패널예의 개략도들이고, 도 4c는 상기 표시 패널을 구동하기 위한 방법의 예의 차트.
도 5는 휴대 전자 기기의 블록도.
도 6은 안테나, 태양 전지 및 충전지 사이의 접속 관계의 도면.
도 7은 상기 휴대 전자 기기의 구조예의 도면.
도 8a 및 도 8b는 트랜지스터의 구조예의 도면들.
도 9a 및 도 9e는 상기 트랜지스터의 제작 방법의 예를 도시한 도면들.
도 10은 트랜지스터들의 전기 특성들을 보여주는 그래프.

본 명세서에 개시된 발명의 실시형태들은 도면들을 참조하여 하기에 기술될 것이다. 본 발명은 다음의 기술에 제한되지 않고, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 본 발명의 모드들 및 상세들이 본 발명의 목적 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 방식들로 변경될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있음을 유념한다. 따라서, 본 발명은 상기 실시형태들의 다음의 기술에 제한되는 것으로서 해석되어서는 안된다.

(실시형태 1)

이 실시형태에서, 이 실시형태의 휴대 전자 기기의 하드웨어 구조가 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 기술된다.

도 1은 이 실시형태의 상기 휴대 전자 기기의 블록도이다. 휴대 전자 기기(1)는 디스플레이(10), 전원부(20) 및 신호 처리부(30)를 포함한다. 상기 휴대 전자 기기(1)가 전자 서적 장치(또한 전자 서적 단말 장치라고 칭해짐)로서 이용되는 예가 하기에 기술됨을 유념한다.

(전원부(20))

상기 전원부(20)는 안테나(21), 정류 회로(22), 충전지(23) 및 DC-DC 컨버터(24)를 포함한다.

(안테나(21))

상기 안테나(21)는 비접촉 충전을 위한 수전 코일이다.

도 2에는, 상기 휴대 전자 기기 및 충전기의 구성예가 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 휴대 전자 기기(1)는 상기 안테나(21)를 포함하고 충전기(40)는 송전 코일(41)을 포함한다. 상기 비접촉 충전은 상기 코일들 사이의 전자기 유도에 의해 전력의 비접촉 전송에 의해 수행되고, 상기 코일들 사이에는 금속 단자가 제공되지 않는다.

상기 비접촉 충전은 상기 휴대 전자 기기(1)와 상기 충전기(40) 사이의 충전을 위해 금속 단자와 같은 접점을 필요로 하지 않는다. 따라서, 접촉 불량이 존재하지 않는다. 대안적으로, 단락 회로, 습기 등으로 인한 누설 등이 거의 발생하지 않는다.

(정류 회로(22))

상기 안테나(21)에 의해 수신된 전력은 상기 정류 회로(22)에서 정류되어 상기 충전지(23)에 축적된다.

(충전지(23))

상기 충전지(23)는 충전에 의해 전기를 축적할 수 있고 전지와 같이 반복적으로 이용될 수 있는 용량 소자이다. 상기 충전지(23)로서, 예를 들면, 리튬 이온 전지, 리튬 이온 커패시터 등이 이용될 수 있다. 또한, 상기 충전지(23)는 과충전 및 과방전을 방지하기 위한 제어 회로를 포함한다.

(DC-DC 컨버터(24))

상기 충전지(23)에 축적된 전력은 상기 DC-DC 컨버터(24)를 통해 상기 디스플레이(10) 및 상기 신호 처리부(30)에 전송되고, 전원 전압으로서 이용된다.

(신호 처리부(30))

상기 신호 처리부(30)는 안테나(31), 다운 컨버터(32), 신호 처리 회로(33), NVM(비휘발성 메모리)(34) 및 디스플레이 콘트롤러(35)를 포함한다.

(안테나(31))

상기 안테나(31)는, 상기 휴대 전자 기기(1)의 사용자에 의해 선택된 전산화된 서적 데이터(하기에 "전자 서적 데이터(e-book data)"라고 칭해짐)의 서버로의 다운로드를 시작하기 위한 요청을 전송하고, 상기 요청에 응답하여 상기 서버로부터 전송된 상기 전자 서적 데이터를 수신한다.

(다운 컨버터(32) 및 신호 처리 회로(33))

상기 안테나(31)에 의해 수신된 상기 전자 서적 데이터는 상기 다운 컨버터(32)에서 다운-컨버팅되고 기저대역 신호로 컨버팅된다. 상기 기저대역 신호는 상기 신호 처리 회로(33)에서 처리된다.

(NVM(34))

상기 안테나(31)에 의해 수신된 상기 전자 서적 데이터량이 상기 디스플레이의 하나의 스크린에 대한 데이터의 양보다 많기 때문에, 상기 수신된 데이터는 상기 NVM(34)에서 축적된다.

여기서, 상기 NVM(34)에 적용될 수 있는 비휘발성 반도체 메모리 장치의 회로의 구조예가 도 3을 참조하여 기술된다.

도 3에 도시된 비휘발성 반도체 메모리 장치는 트랜지스터(71), 트랜지스터(72) 및 용량 소자(73)를 포함한다.

산화물 반도체 이외의 재료를 포함하는 트랜지스터가 상기 트랜지스터(71)에 적합하다. 상기 산화물 반도체 이외의 재료의 예들은 단결정 실리콘, 결정성 실리콘 등을 포함한다. 상기 산화물 반도체 이외의 재료를 포함하는 상기 트랜지스터는 고속으로 동작할 수 있어서, 상기 비휘발성 반도체 메모리 장치로부터 데이터가 고속으로 판독될 수 있다.

대조적으로, 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터가 상기 트랜지스터(72)에 적합하다. 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터는 극히 낮은 오프-상태 전류의 특성을 가진다. 따라서, 상기 비휘발성 반도체 메모리 장치에 저장된 데이터는 장시간 동안 유지될 수 있다. 따라서, 리프레시 동작이 불필요하거나 덜 빈번히 수행되고, 상기 비휘발성 반도체 메모리 장치의 전력 소비가 감소될 수 있다.

상기 트랜지스터(71)의 게이트가 상기 트랜지스터(72)의 소스 및 드레인 중 하나에 접속되고, 상기 트랜지스터(71)의 소스가 배선(50)(소스선)에 접속되고, 상기 트랜지스터(71)의 드레인이 배선(51)(비트선)에 접속된다. 상기 트랜지스터(72)의 상기 소스 및 상기 드레인 중 다른 하나가 배선(52)(제 1 신호선)에 접속되고, 상기 트랜지스터(72)의 게이트가 배선(53)(제 2 신호선)에 접속된다. 또한, 상기 용량 소자(73)의 하나의 전극이 상기 트랜지스터(71)의 상기 게이트와, 상기 트랜지스터(72)의 상기 소스 및 상기 드레인 중 상기 하나에 접속되고, 상기 용량 소자(73)의 다른 하나가 배선(54)(워드선)에 접속된다.

다음에는, 도 3에 도시된 상기 비휘발성 반도체 메모리 장치에 대한 데이터 기록 동작이 기술된다.

먼저, 상기 배선(53)에 접속되는 상기 트랜지스터(72)의 상기 게이트에 전압이 인가되어, 상기 트랜지스터(72)가 턴 온된다. 결과적으로, 상기 배선(52) 및 상기 트랜지스터(71)가 도통되고, 전압이 상기 트랜지스터(71)의 게이트 및 상기 용량 소자(73)에 인가되어 데이터가 기록된다.

그 후에, 상기 트랜지스터(72)가 턴 오프되어, 상기 트랜지스터(71)의 상기 게이트에 인가된 상기 전압이 유지되고 상기 데이터가 저장된다. 이때, 상기 트랜지스터(71)가 턴 온 될 때의 전압이 상기 트랜지스터(71)의 상기 게이트에 인가될 때, 상기 트랜지스터(71)의 온 상태가 장시간 동안 유지된다. 반대로, 상기 트랜지스터(71)가 턴 오프될 때의 전압이 상기 트랜지스터(71)의 게이트에 인가될 때, 상기 트랜지스터(71)의 오프 상태가 장시간 동안 유지된다.

다음에는, 도 3에 도시된 상기 비휘발성 반도체 메모리 장치로부터의 데이터 판독 동작이 기술된다.

상기 트랜지스터(71)의 상기 온 또는 오프 상태의 경우에, 상기 배선(50)에 정전압이 인가되고, 상기 배선(54)에 판독 전압이 인가된다. 결과적으로, 상기 트랜지스터(71)가 온인 경우에, 상기 배선(51)의 전압이 변한다. 대조적으로, 상기 트랜지스터(71)가 오프인 경우에, 상기 배선(51)의 상기 전압은 변하지 않는다. 따라서, 상기 배선(50)과 상기 배선(51) 사이의 상기 전압들을 비교함으로써, 상기 비휘발성 반도체 메모리 장치에 저장된 데이터가 판독될 수 있다.

도 3에 도시된 상기 비휘발성 반도체 메모리 장치에 대한 데이터 재기록 동작은 상기 데이터 기록 동작과 유사하다.

(디스플레이 콘트롤러(35))

상기 디스플레이 콘트롤러(35)는 상기 디스플레이(10) 상에 디스플레이될 내용의 데이터를 전송한다.

상기 전자 서적 데이터의 대부분은 정지-화상 데이터이다; 따라서, 데이터 재기록 속도는 매우 높을 필요가 없다. 따라서, 상기 다운 컨버터(32), 상기 신호 처리 회로(33), 상기 NVM(34) 및 상기 디스플레이 콘트롤러(35)의 고속 동작이 필요하지 않다. 따라서, 이들 회로들은 저전압으로 구동될 수 있다. 따라서, 전자기 유도에 의한 비접촉 충전을 통해 공급된 전력이 낮을 때에도, 상기 휴대 전자 기기(1)가 동작할 수 있다.

(디스플레이(10))

상기 디스플레이(10)는 상기 전자 서적 데이터의 내용을 표시한다. 반사형 액정 디스플레이 또는 전기영동 디스플레이와 같이, 자체 발광하지 않는 디스플레이의 이용으로, 상기 디스플레이(10)의 전력 소비가 10mW 이하로 설정될 수 있음을 유념한다. 따라서, 전자기 유도에 의한 비접촉 충전을 통해 공급된 전력이 낮을 때에도, 상기 휴대 전자 기기(1)가 동작할 수 있다.

여기에는, 디스플레이에 적용될 수 있는 회로 구조의 예가 도 4a 및 도 4b를 참조하여 기술된다.

도 4a는 액정 표시 장치의 표시 패널예의 개략도이다. 표시 패널(60)은 화소부(61), 게이트 신호선(62), 게이트 신호선 구동 회로(62D), 데이터 신호선(63), 데이터 신호선 구동 회로(63D), 화소(64), 공통 전극(65), 용량선(66) 및 단자부(67)를 포함한다.

도 4b는 도 4a에 도시된 상기 화소(64)의 도면이다. 상기 화소(64)는 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터(75), 액정 소자(76) 및 유지 용량(77; storage capacitor)을 포함한다.

다음에는, 상기 표시 패널을 구동하기 위한 방법의 예가 도 4c를 참조하여 기술된다.

먼저, 화상 신호 BK/W를 상기 화소에 기록하기 위해, 상기 트랜지스터(75)가 턴 온되고, 상기 화상 신호에 기초한 전압이 상기 액정 소자(76)의 화소 전극에 인가되는 동안의 기간 T(이후, "기록 기간(writing period) T1"이라고 칭해짐)가 제공된다. 상기 기록 기간 T1에서, 구동 회로 제어 신호가 상기 디스플레이(10)의 구동 회로 및 상기 디스플레이 콘트롤러(35)에 공급되어, 이들 회로들이 동작한다.

상기 기록 기간 T1 후에, 전압 V_pix가 상기 액정 소자(76)의 상기 화소 전극에서 생성된다. 그 후에, 상기 트랜지스터(75)가 턴 오프되어, 상기 전압 V_pix가 상기 액정 소자(76)의 상기 화소 전극에서 유지된다.

상기 전압 V_pix가 상기 액정 소자(76)의 상기 화소 전극에서 유지되는 동안의 후속 기간 T2(이후, "유지 기간(holding period) T2"이라고 칭해짐)에서, 상기 화상 신호 BK/W가 기록되지 않는다. 또한, 상기 구동 회로 제어 신호가 상기 디스플레이(10)의 상기 구동 회로 및 상기 디스플레이 콘트롤러(35)에 공급되지 않아서, 이들 회로들이 동작하지 않는다.

상기 유지 기간 T2의 길이는 상기 트랜지스터(75)의 오프-상태 전류 I₇₅와 상기 액정 소자(76)를 통해 흐르는 전류 I₇₆에 의존하여 변한다. 이들 전류들의 변동으로 인한 화면 흔들림을 방지하기 위해, 상기 화면 상에 표시된 데이터가 정기적 간격들로 재기록되는 리프레시 동작이 필요하다.

산화물 반도체를 포함하는 상기 트랜지스터(75)의 상기 오프-상태 전류 I₇₅는 극히 낮음을 유념한다. 따라서, 상기 유지 기간 T2의 상기 길이는 상기 액정 소자(76)에서 흐르는 상기 전류 I₇₆에 대해서만 의존한다. 따라서, 상기 화면 상에 표시될 데이터의 재기록 동작의 수는 일반적인 재기록 동작(초당 60회)의 수의 대략 1/1000일 수 있다.

상술된 바와 같이, 상기 유지 기간 T2에서, 상기 디스플레이(10)의 상기 구동 회로 및 상기 디스플레이 콘트롤러(35)의 상기 동작이 중단될 수 있다. 따라서, 상기 디스플레이 및 상기 디스플레이 콘트롤러(35)의 전력 소비가 일반적인 전력 소비의 대략 1/1000일 수 있다.

다음에, 상기 트랜지스터에 포함된 상기 산화물 반도체가 기술된다.

도너들의 역할을 하는 수소, 습기, 수산기 또는 수소화물(또한 수소 화합물이라고 칭해짐)과 같은 불순물들은 상기 트랜지스터에 포함된 상기 산화물 반도체로부터 의도적으로 제거되고, 그 후에 이들 불순물들을 제거하는 단계에서 동시에 감소된 산소가 공급되어, 상기 산화물 반도체가 고순도화되고 전기적으로 i형(진성)이 된다. 이것은 상기 트랜지스터의 전기 특성들의 변동을 억제하기 위한 것이다.

상기 산화물 반도체에 함유된 수소는 가능한 많이 제거된다; 따라서, 상기 산화물 반도체의 캐리어 밀도가 1 × 10¹⁴/cm³ 미만, 바람직하게 1 × 10¹²/cm³ 미만, 또는 더욱 바람직하게 1 × 10¹⁰/cm³ 미만이다.

넓은 대역 갭 반도체인 산화물 반도체에서, 소수 캐리어의 밀도가 낮고 상기 소스 캐리어는 여기되기가 어렵다. 따라서, 상기 산화물 반도체를 포함하는 상기 트랜지스터에서, 터널 전류가 발생되기 어렵다; 결과적으로, 오프-상태 전류가 흐르기 어렵다.

또한, 넓은 대역 갭 반도체인 상기 산화물 반도체를 포함하는 상기 트랜지스터에서 충격 이온화 및 애벌런치 브레이크다운이 발생할 가능성이 적다. 따라서, 상기 산화물 반도체를 포함하는 상기 트랜지스터는 핫 캐리어 열화에 대한 내열성을 가진다. 상기 핫 캐리어 열화는 애벌런치 브레이크다운으로 인한 캐리어들의 수적 증가에 의해 및 고속으로 가속화된 상기 캐리어들의 게이트 절연막으로의 주입에 의해 주로 유발된다.

이 명세서에서 상기 "오프-상태 전류(off-state current)"는 실온에서 -20V 이상 -5V 이하의 소정의 게이트 전압이 인가될 때 양의 임계 전압(Vth)을 가진 n-채널 트랜지스터의 소스와 드레인 사이에 흐르는 전류를 의미함을 유념한다. 또한 "실온(room temperature)"은 15℃ 이상 25℃ 이하임을 유념한다.

본 명세서에 개시된 상기 산화물 반도체를 포함하는 상기 트랜지스터는 실온에서 100aA/㎛ 이하, 바람직하게는 1aA/㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 10zA/㎛ 이하의 마이크로미터 채널 폭(1㎛) 당 전류 값을 가진다.

상술된 바와 같이, 고순도화되고 전기적으로 i형(진성)이 되는 산화물 반도체를 이용함으로써, 극히 작은 오프-상태 전류값을 가진 트랜지스터가 제공될 수 있다. 시험용 소자(또한 TEG라고 칭해짐)가 제작되고 오프-상태 전류 특성들의 측정 결과들이 하기에 기술된다.

상기 TEG에서, L/W = 3㎛/50㎛(두께 d가 30nm이었음)을 각각 가진 2백 개의 트랜지스터들이 L/W = 3㎛/10000㎛을 가진 트랜지스터를 제공하기 위해 병렬로 접속된다. W는 상기 채널 폭을 표현하고 L은 상기 채널 길이를 표현함을 유념한다.

도 10은 상기 TEG에 제공된 상기 트랜지스터들의 전기 특성들(log(I_d)-V_g)을 보여주는 그래프이다. 도 10에서, 수평 축은 게이트 전압 V_g[V]를 표현하고 수직축은 드레인 전류 I_d[A]를 표현한다. 상기 기판 온도가 실온이었고, 소스와 드레인 사이의 상기 전압 V_d가 1V(상기 그래프에서 점선) 또는 10V(상기 그래프에서 실선)이었음을 유념한다. 상기 조건에서, 상기 소스와 상기 게이트 사이의 상기 전압 V_g는 -20V 내지 +20V에서 변화되었고, 상기 드레인 전류 I_d의 변화 특성들이 측정되었다.

도 10에 도시된 바와 같이, 10000㎛의 채널 폭 W를 가진 상기 트랜지스터의 상기 오프-상태 전류 값은 V_d가 1V 또는 10V이었을 때 1 × 10^-13A 이하이었다. 이 값은 측정기(반도체 파라미터 분석기, Agilent Technologies, Inc.에 의해 제작된 Agilent 4156C)의 분해능(100fA) 이하이다. 이 오프-상태 전류 값은 마이크로미터 채널 폭(1㎛) 당 10aA/㎛에 대응한다.

(실시형태 2)

이 실시형태에서는, 실시형태 1의 상기 휴대 전자 기기의 하드웨어 구조와 상이한 휴대 전자 기기의 하드웨어 구조가 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하여 기술된다.

도 5는 이 실시형태의 상기 휴대 전자 기기의 블록도이다. 휴대 전자 기기(2)는 도 1에 도시된 상기 휴대 전자 기기(1)의 상기 전원부(20)에 태양 전지(25)가 추가되는 구조를 가진다. 상기 태양 전지(25)를 포함하는 구조로, 상기 휴대 전자 기기(2)가 태양광 또는 조명광에 노출될 때, 상기 태양 전지(25)를 이용하여 상기 충전지(23)에서 전기가 축적될 수 있다.

도 6에서, 상기 안테나, 상기 태양 전지 및 상기 충전지 사이의 접속 관계가 도시된다. 상기 안테나(21)와 상기 충전지(23) 사이 및 상기 태양 전지(25)와 상기 충전지(23) 사이에 역류 방지 다이오드들이 제공된다.

상기 태양 전지를 포함하는 상기 휴대 전자 기기의 구조예가 도 7을 참조하여 기술된다.

도 7에 도시된 상기 휴대 전자 기기(2)는 상기 휴대 전자 기기(2)가 오픈된 상태에서 전자 서적 데이터가 상기 디스플레이(10) 상에 표시되는 구조를 가진다. 따라서, 상기 휴대 전자 기기(2)가 개방된 상태에서 상기 태양 전지(25)가 외부에 노출되도록 제공될 때, 상기 태양 전지(25)는 상기 전자 서적 데이터가 상기 디스플레이(10) 상에 표시되는 동안 충전을 수행할 수 있다.

상기 태양 전지(25)가 충전을 수행할 수 있기 때문에, 반사형 액정 디스플레이 또는 전기영동 디스플레이와 같은 자체 발광하지 않는 디스플레이가 상기 디스플레이(10)에 특히 적합하다.

(실시형태 3)

이 실시형태에서, 진성 또는 실질적으로 진성인 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터의 구조예 및 그 제작 방법의 예가 도 8a 및 도 8b 및 도 9a 내지 도 9e를 참조하여 기술된다.

도 8a 및 도 8b는 트랜지스터의 평면 구조의 예 및 단면 구조의 예이다. 도 8a는 톱 게이트형 트랜지스터의 평면도이다. 도 8b는 도 8a의 직선 C1-C2를 따라 취해진 부분의 단면도이다.

트랜지스터(410)는 기판(400) 위에, 절연층(407), 산화물 반도체층(412), 제 1 전극(415a), 제 2 전극(415b), 게이트 절연층(402) 및 게이트 전극(411)을 포함한다. 상기 제 1 전극(415a)은 배선층(414a)과 접촉하고, 상기 제 2 전극(415b)은 배선층(414b)과 접촉한다.

도 8a 및 도 8b에 도시된 상기 트랜지스터(410)는 단일 게이트 트랜지스터이지만, 상기 트랜지스터의 상기 구조는 이에 제한되지 않음을 유념한다. 예를 들면, 멀티-게이트형 트랜지스터가 적용될 수 있다.

다음에, 상기 트랜지스터(410)를 제작하기 위한 공정이 도 9a 내지 도 9e를 참조하여 기술된다.

먼저, 하지막의 역할을 하는 상기 절연층(407)이 상기 기판(400) 위에 형성된다. 상기 절연층(407)은 처리 챔버에 남아있는 습기가 제거되면서 형성되는 것이 바람직하다. 이것은 수소, 수분, 수산기, 수소화물 등이 상기 절연층(407)에 함유되는 것을 방지하기 위한 것이다.

그 후에, 산화물 반도체층이 스퍼터링법에 의해 상기 절연층(407) 위에 형성된다. 상기 산화물 반도체층이 형성되기 전에, 상기 절연층(407)이 형성되는 상기 기판(400)이 예열되는 것이 바람직함을 유념한다. 이것은 수소, 습기 및 수산기가 상기 산화물 반도체층에 가능한 많이 함유되는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 예열에 의해, 상기 기판(400) 상에 흡착된 수소 또는 습기와 같은 불순물들은 제거되거나 배기된다.

상기 산화물 반도체층을 형성하기 위한 타겟으로서, 아연 산화물을 주성분으로 함유한 금속 산화물 타겟이 이용될 수 있다. 예를 들면, In₂O₃ : Ga₂O₃ : ZnO = 1 : 1 : 1의 조성비를 가진 타겟, 즉 In : Ga : Zn = 1 : 1 : 0.5가 이용될 수 있다. 대안적으로, In : Ga : Zn = 1 : 1 : 1 또는 In : Ga : Zn = 1 : 1 : 2의 조성비를 가진 타겟이 이용될 수 있다.

대안적으로, In-Sn-Ga-Zn-O-계 금속 산화물, In-Sn-Zn-O-계 금속 산화물, In-Al-Zn-O-계 금속 산화물, Sn-Ga-Zn-O-계 금속 산화물, Al-Ga-Zn-O-계 금속 산화물, Sn-Al-Zn-O-계 금속 산화물, In-Zn-O-계 금속 산화물, Sn-Zn-O-계 금속 산화물, Al-Zn-O-계 금속 산화물, Zn-Mg-O-계 금속 산화물, Sn-Mg-O-계 금속 산화물, In-Mg-O-계 금속 산화물, In-O-계 금속 산화물, Sn-O-계 금속 산화물, 또는 Zn-O-계 금속 산화물과 같은 금속 산화물의 타겟이 이용될 수 있다.

상기 산화물 반도체층으로서, InMO₃(ZnO)_m(m > 0)에 의해 표현된 산화물 반도체를 함유한 박막이 이용될 수 있음을 유념한다. 여기서, M은 Ga, Al, Mn 및 Co로부터 선택된 하나 이상의 금속 원소들을 표현한다. 예를 들면, Ga, Ga 및 Al, Ga 및 Mn, 또는 Ga 및 Co가 M으로서 주어질 수 있다.

상기 산화물 반도체층이 제 1 포토리소그래피 단계에서 가공되어, 섬형 산화물 반도체층(412)이 형성된다(도 9a 참조). 그 후에, 상기 산화물 반도체층(412)으로부터 수소, 수분 및 수산기를 제거하기 위해, 상기 산화물 반도체층(412)이 형성되는 상기 기판(400)이 전기로에 넣어져서 열 처리를 받는다. 이 열 처리는 상기 산화물 반도체층(412)에 대한 탈수화 또는 탈수소화의 효과를 가진다.

상기 열 처리의 온도는 400℃ 이상 750℃ 이하, 바람직하게 400℃ 이상 상기 기판의 변형점 이하이다. 또한, 상기 열 처리의 분위기는 수분, 수소 등을 함유하지 않는다.

상기 열 처리 후에, 산소 분위기 또는 질소와 산소를 함유한 분위기(예를 들면, 산소 대 질소는 부피비가 1 대 4임)에서 연속적인 열 처리가 수행되는 것이 바람직하다. 이것은 상기 산화물 반도체층(412)에서 생성되는 산소 결핍을 보수하기 위한 것이다.

도 9b에서, 상기 제 1 전극(415a) 및 상기 제 2 전극(415b)이 상기 절연층(407) 및 상기 산화물 반도체층(412) 위에 형성되는 상태가 도시된다. 상기 제 1 전극(415a)은 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나로서 기능을 한다. 상기 제 2 전극(415b)은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 중 다른 하나로서 기능한다.

도 9c에서, 상기 게이트 절연층(402)이 상기 절연층(407), 상기 산화물 반도체층(412), 상기 제 1 전극(415a) 및 상기 제 2 전극(415b) 위에 형성되는 상태가 도시된다. 상기 게이트 절연층(402)을 형성하기 위해 이용되는 분위기에 수소가 함유되지 않는 것이 바람직함을 유념한다.

도 9d에서, 상기 제 1 전극(415a)에 도달하는 개구(421a) 및 상기 제 2 전극(415b)에 도달하는 개구(421b)가 상기 게이트 절연층(402)의 일부의 제거에 의해 형성되는 상태가 도시된다.

도 9e에서, 상기 게이트 전극(411), 상기 제 1 배선층(414a) 및 상기 제 2 배선층(414b)이 상기 게이트 절연층(402) 위에, 및 상기 개구(421a) 및 상기 개구(421b)에서 형성되는 상태가 도시된다.

상기 방식으로, 진성 또는 실질적으로 진성인 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터가 제작될 수 있다.

이 출원은 2010년 1월 20일 일본 특허청에 출원 제 일본 특허 출원 일련번호 제2010-010382호에 기초하고, 그 전체 내용들은 본 명세서에 참조로서 포함된다.

1: 휴대 전자 기기, 2: 휴대 전자 기기, 10: 디스플레이, 20: 전원부, 21: 안테나, 22: 정류 회로, 23: 충전지, 24: DC-DC 컨버터, 25: 태양 전지, 30: 신호 처리부, 31: 안테나, 32: 다운 컨버터, 33: 신호 처리 회로, 34: NVM, 35: 디스플레이 콘트롤러, 40: 충전기, 41: 송전 코일, 50: 배선, 51: 배선, 52: 배선, 53: 배선, 54: 배선, 60: 표시 패널, 61: 화소부, 62: 게이트 신호선, 62D: 게이트 신호선 구동 회로, 63: 데이터 신호선, 63D: 데이터 신호선 구동 회로, 64: 화소, 65: 공통 전극, 66: 용량선, 67: 단자부, 71: 트랜지스터, 72: 트랜지스터, 73: 용량 소자, 75: 트랜지스터, 76: 액정 소자, 77: 유지 용량, 400: 기판, 402: 게이트 절연층, 407: 절연층, 410: 트랜지스터, 411: 게이트 전극, 412: 산화물 반도체층, 414a: 배선층, 414b: 배선층, 415a: 전극, 415b: 전극, 421a: 개구, 421b: 개구.

Claims

휴대 전자 기기에 있어서:
제 1 트랜지스터를 포함하는 표시부로서, 상기 제 1 트랜지스터의 채널 영역은 제 1 산화물 반도체를 포함하는, 상기 표시부;
비접촉 충전에 의해 충전 가능한 충전지를 포함하는 전원부; 및
반도체 메모리 장치를 포함하는 신호 처리부로서, 상기 반도체 메모리 장치는:
제 2 트랜지스터로서, 상기 제 2 트랜지스터의 채널 영역은 결정성 실리콘을 포함하는, 상기 제 2 트랜지스터;
제 3 트랜지스터로서, 상기 제 3 트랜지스터의 채널 영역은 제 2 산화물 반도체를 포함하는, 상기 제 3 트랜지스터;
용량 소자;
소스선;
비트선;
제 1 신호선;
제 2 신호선; 및
워드선을 포함하는, 상기 신호 처리부를 포함하고,
상기 제 2 트랜지스터의 게이트는 상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 하나에 전기적으로 접속되고, 상기 제 2 트랜지스터의 소스는 상기 소스선에 전기적으로 접속되고, 상기 제 2 트랜지스터의 드레인은 상기 비트선에 전기적으로 접속되고,
상기 제 3 트랜지스터의 게이트는 상기 제 2 신호선에 전기적으로 접속되고, 상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 상기 하나는 상기 용량 소자의 제 1 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 하나는 상기 제 1 신호선에 전기적으로 접속되고,
상기 제 3 트랜지스터의 상기 채널 영역에서의 상기 제 2 산화물 반도체는 1 aA/㎛ 이하의 오프-상태 전류를 갖는, 휴대 전자 기기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터의 상기 채널 영역에서의 상기 제 1 산화물 반도체 및 상기 제 3 트랜지스터의 상기 채널 영역에서의 상기 제 2 산화물 반도체 중 적어도 하나는 진성 또는 실질적으로 진성인, 휴대 전자 기기.
휴대 전자 기기에 있어서:
제 1 트랜지스터를 포함하는 표시부로서, 상기 제 1 트랜지스터의 채널 영역은 제 1 산화물 반도체를 포함하는, 상기 표시부;
비접촉 충전에 의해 충전 가능한 충전지를 포함하는 전원부; 및
반도체 메모리 장치를 포함하는 신호 처리부로서, 상기 반도체 메모리 장치는:
제 2 트랜지스터로서, 상기 제 2 트랜지스터의 채널 영역은 결정성 실리콘을 포함하는, 상기 제 2 트랜지스터;
제 3 트랜지스터로서, 상기 제 3 트랜지스터의 채널 영역은 제 2 산화물 반도체를 포함하는, 상기 제 3 트랜지스터;
용량 소자; 및
제 1 내지 제 5 배선들을 포함하는, 상기 신호 처리부를 포함하고,
상기 제 2 트랜지스터의 제 1 단자가 상기 제 1 배선에 전기적으로 접속되고, 상기 제 2 트랜지스터의 제 2 단자가 상기 제 2 배선에 전기적으로 접속되고, 상기 제 2 트랜지스터의 게이트가 상기 제 3 트랜지스터의 제 1 단자 또는 상기 용량 소자의 제 1 전극에 전기적으로 접속되고,
상기 제 3 트랜지스터의 제 2 단자가 상기 제 3 배선에 전기적으로 접속되고, 상기 제 3 트랜지스터의 게이트가 상기 제 4 배선에 전기적으로 접속되고,
상기 용량 소자의 제 2 전극이 상기 제 5 배선에 전기적으로 접속되고,
상기 제 3 트랜지스터의 상기 채널 영역에서의 상기 제 2 산화물 반도체는 1 aA/㎛ 이하의 오프-상태 전류를 갖는, 휴대 전자 기기.
제 3 항에 있어서,
상기 제 2 산화물 반도체는 상기 제 1 산화물 반도체와 동일한, 휴대 전자 기기.
제 3 항에 있어서,
상기 제 2 산화물 반도체는 상기 제 1 산화물 반도체와 상이한, 휴대 전자 기기.
제 3 항에 있어서,
상기 채널 영역에서의 상기 제 2 산화물 반도체는 진성 또는 실질적으로 진성인, 휴대 전자 기기.
제 3 항에 있어서,
상기 채널 영역에서의 상기 제 1 산화물 반도체는 진성 또는 실질적으로 진성인, 휴대 전자 기기.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 표시부는 반사형 액정 표시 장치를 포함하는, 휴대 전자 기기.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 충전지에 축적되는 전력은 상기 표시부 및 상기 신호 처리부에서 이용되는, 휴대 전자 기기.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 전원부는 태양 전지를 포함하는, 휴대 전자 기기.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 전원부는 비접촉 충전을 위한 수전 코일을 갖는 제 1 안테나를 더 포함하고, 상기 신호 처리부는 서버로 데이터의 다운로드를 시작하기 위한 요청을 전송하고 상기 요청에 응답하여 상기 서버로부터 전송된 상기 데이터를 수신하는 제 2 안테나를 포함하는, 휴대 전자 기기.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 채널 영역에서의 상기 제 1 산화물 반도체는 1aA/㎛ 이하의 오프-상태 전류를 가지는, 휴대 전자 기기.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 휴대 전자 기기는 전자 서적 장치인, 휴대 전자 기기.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 표시부는 전기 영동 디스플레이(electrophoretic display)를 포함하는, 휴대 전자 기기.