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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-28
(45)【発行日】2024-12-06
(54)【発明の名称】蓄電装置
(51)【国際特許分類】
H01M 10/44 20060101AFI20241129BHJP
H01M 10/48 20060101ALI20241129BHJP
H01M 4/66 20060101ALI20241129BHJP
H02J 7/10 20060101ALI20241129BHJP
【ＦＩ】
H01M10/44 Q
H01M10/48 P
H01M4/66 A
H02J7/10 B
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2022509751
(86)(22)【出願日】2021-03-17
(86)【国際出願番号】 IB2021052200
(87)【国際公開番号】W WO2021191736
(87)【国際公開日】2021-09-30
【審査請求日】2024-02-27
(31)【優先権主張番号】P 2020057843
(32)【優先日】2020-03-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000153878
【氏名又は名称】株式会社半導体エネルギー研究所
(72)【発明者】
【氏名】高橋 圭
(72)【発明者】
【氏名】種村 和幸
【審査官】田中 慎太郎
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／０２０７９５（ＷＯ，Ａ２）
【文献】特開２０１７－１９２１２４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ １０／４４
Ｈ０１Ｍ １０／４８
Ｈ０１Ｍ ４／６６
Ｈ０２Ｊ ７／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１基板と、第１電池セルと、比較回路と、制御回路と、第１トランジスタと、容量素子と、を有し、前記第１電池セルは、前記第１基板上の第１電極と、前記第１電極上の正極活物質層と、前記正極活物質層上の電解質層と、前記電解質層上の負極活物質層と、前記負極活物質層上の第２電極と、を有し、
前記比較回路は、第１入力端子と、第２入力端子と、出力端子と、第２トランジスタと、を有し、
前記第１トランジスタのソースおよびドレインの一方は、前記第２入力端子と電気的に接続され、
前記第１トランジスタのソースおよびドレインの他方は、前記容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第１トランジスタは、酸化物半導体を有し、
前記第２トランジスタは、前記第１基板上の酸化物半導体と、前記酸化物半導体上の第１絶縁体と、前記第１絶縁体上のゲート電極と、を有し、
前記第１電極は、前記第２トランジスタのゲート電極および前記第１入力端子と電気的に接続され、
前記比較回路は、前記第１電極の電位と所望の基準電位の比較結果に応じた第１信号を、前記出力端子から前記制御回路へ出力する機能を有し、
前記制御回路は、前記第１信号に応じて前記第１電池セルの充電を制御する機能を有する蓄電装置。
【請求項2】
請求項１において、前記出力端子は、前記第２トランジスタのソースまたはドレインと電気的に接続される蓄電装置。
【請求項3】
請求項１において、
酸化物半導体を有する第３トランジスタを有し、
前記出力端子は、前記第３トランジスタのソースまたはドレインと電気的に接続される蓄電装置。
【請求項4】
請求項１において、前記第２トランジスタが有するゲート電極上の第２絶縁体と、前記第２絶縁体上の第３電極と、を有し、
前記第１電極は、前記第２絶縁体上に位置し、
前記第１電極と前記第３電極はそれぞれチタン化合物を有し、
前記第３電極は、前記第２トランジスタのソースまたはドレインと電気的に接続される蓄電装置。
【請求項5】
請求項１において、前記第２トランジスタは、ソース電極およびドレイン電極を有し、
前記第１電極と、前記第２トランジスタが有するソース電極と、前記第２トランジスタが有するドレイン電極と、はそれぞれチタン化合物を有する蓄電装置。
【請求項6】
請求項１において、前記第１電極と、前記第２トランジスタが有するゲート電極と、はそれぞれチタン化合物を有する蓄電装置。
【請求項7】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、第２電池セルと、変換回路と、クロック生成回路と、昇圧回路と、電圧保持回路と、を有し、
前記第２トランジスタはバックゲートを有し、
前記変換回路は、前記第２電池セルの正極電位を変換し、第２信号として前記クロック生成回路に与える機能を有し、
前記クロック生成回路は、前記第２信号を用いて、クロック信号である第３信号を生成する機能を有し、
前記昇圧回路は、前記第３信号を用いて第１電位を生成する機能を有し、
前記電圧保持回路は、前記第１電位を前記バックゲートに与えて保持する機能を有する蓄電装置。
【請求項8】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、前記第１基板は、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、金属基板、半導体基板、ＳＯＩ基板、およびプラスチック基板のいずれかである蓄電装置。
【請求項9】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、前記第１基板は、半導体基板であり、
前記第１基板は、シリコンを有し、
チャネル形成領域が前記第１基板に設けられるトランジスタを有する蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【0002】
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。
【背景技術】
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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保護ＩＣについて開示している。
【0006】
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を開示している。
【0007】
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を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】米国特許出願公開第２０１１－２６７７２６号明細書
【文献】特開２０１０－６６１６１号公報
【文献】特開２０１０－２２０３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
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、半導体装置、車両、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、消費電力の低い、電池制御回路、電池保護回路、蓄電装置、半導体装置、車両、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、集積度の高い、電池制御回路、電池保護回路、蓄電装置、半導体装置、車両、電子機器等を提供することを課題の一とする。
【0010】
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、上記列挙した課題、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。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の一態様は、第１基板と、第１電池セルと、比較回路と、制御回路と、を有し、第１電池セルは、第１基板上の第１電極と、第１電極上の正極活物質層と、正極活物質層上の電解質層と、電解質層上の負極活物質層と、負極活物質層上の第２電極と、を有し、比較回路は、第１入力端子と、第２入力端子と、出力端子と、第１トランジスタと、を有し、第１トランジスタは、第１基板上の酸化物半導体と、酸化物半導体上の第１絶縁体と、第１絶縁体上のゲート電極と、を有し、第１電極は、第１トランジスタのゲートおよび第１入力端子に電気的に接続され、比較回路は、第１電極の電位と所望の基準電位の比較結果に応じた第１信号を、出力端子から制御回路へ、出力する機能を有し、制御回路は、第１信号に応じて第１電池セルの充電を制御する機能を有する蓄電装置である。
【0012】
また上記構成において、第２トランジスタと、容量素子と、を有し、第２トランジスタのソースおよびドレインの一方は、第２入力端子に電気的に接続され、第２トランジスタのソースおよびドレインの他方は、容量素子の一方の電極に電気的に接続され、第２トランジスタは、酸化物半導体を有することが好ましい。
【0013】
また上記構成において、出力端子は、第１トランジスタのソースまたはドレインと電気的に接続されることが好ましい。
【0014】
また上記構成において、酸化物半導体を有する第２トランジスタと、酸化物半導体を有する第３トランジスタと、容量素子と、を有し、第２トランジスタのソースおよびドレインの一方は、第２入力端子および第３トランジスタのゲートと電気的に接続され、第２トランジスタのソースおよびドレインの他方は、容量素子の一方の電極と電気的に接続され、出力端子は、第３トランジスタのソースまたはドレインと電気的に接続されることが好ましい。
【0015】
また、上記構成において、第１トランジスタが有するゲート電極上の第２絶縁体と、第２絶縁体上の第３電極と、を有し、第１電極は、第２絶縁体上に位置し、第１電極と第３電極はそれぞれチタン化合物を有し、第３電極は、第１トランジスタのソースまたはドレインと電気的に接続されることが好ましい。
【0016】
また、上記構成において、第１トランジスタは、ソース電極およびドレイン電極を有し、第１電極と、第１トランジスタが有するソース電極と、第１トランジスタが有するドレイン電極と、はそれぞれチタン化合物を有することが好ましい。
【0017】
また、上記構成において、第１電極と、第１トランジスタが有するゲート電極と、はそれぞれチタン化合物を有することが好ましい。
【0018】
また上記構成において、第２電池セルと、変換回路と、クロック生成回路と、昇圧回路と、電圧保持回路と、を有し、第１トランジスタはバックゲートを有し、変換回路は、第２電池セルの正極電位を変換し、第２信号としてクロック生成回路に与える機能を有し、クロック生成回路は、第２信号を用いて、クロック信号である第３信号を生成する機能を有し、昇圧回路は、第３信号を用いて第１電位を生成する機能を有し、電圧保持回路は、第１電位をバックゲートに与えて保持する機能を有することが好ましい。
【0019】
また上記構成において、第１基板は、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、金属基板、半導体基板、ＳＯＩ基板、およびプラスチック基板のいずれかであることが好ましい。
【0020】
また上記構成において、第１基板は、半導体基板であり、第１基板は、シリコンを有し、チャネル形成領域が第１基板に設けられるトランジスタを有することが好ましい。
【0021】
または、本発明の一態様は、第１基板と、第１基板上の酸化物半導体、酸化物半導体上の第１絶縁体および第１絶縁体上のゲート電極を有する第１トランジスタと、酸化物半導体上の第２絶縁体と、第２絶縁体上の第１電極、第１電極上の正極活物質層、正極活物質層上の電解質層、電解質層上の負極活物質層および負極活物質層上の第２電極を有する第１電池セルと、第２絶縁体上の第３電極と、を有し、第３電極は、第１トランジスタのソースまたはドレインに電気的に接続される蓄電装置である。
【0022】
また、上記構成において、第１電極および第３電極は、チタン化合物を有することが好ましい。
【0023】
また、上記構成において、第１トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有することが好ましい。
【0024】
また、上記構成において、第３電極上の第４電極と、第３電極と第４電極に挟まれる第３絶縁体と、を有し、第１電極および第４電極はそれぞれ、チタン化合物を有することが好ましい。
【0025】
また、上記構成において、第３電極上の第４電極と、第３電極と第４電極に挟まれる圧電体層と、を有し、第１電極および第４電極はそれぞれ、チタン化合物を有することが好ましい。
【0026】
または、本発明の一態様は、第１基板と、第１基板上のソース電極およびドレイン電極、ソース電極およびドレイン電極上の酸化物半導体、酸化物半導体上の第１絶縁体、ならびに第１絶縁体上のゲート電極を有する第１トランジスタと、第１基板上の第１電極、第１電極上の正極活物質層、正極活物質層上の電解質層、電解質層上の負極活物質層および負極活物質層上の第２電極を有する第１電池セルと、を有し、ソース電極、ドレイン電極および第１電極はそれぞれ、チタン化合物を有する蓄電装置である。
【0027】
または、本発明の一態様は、第１基板と、第１の電池セルと、比較回路と、制御回路と、圧電素子と、を有し、第１の電池セルは、第１基板上の第１電極と、第１電極上の正極活物質層と、正極活物質層上の電解質層と、電解質層上の負極活物質層と、負極活物質層上の第２電極と、を有し、比較回路は、第１トランジスタを有し、第１トランジスタは、第１基板上の酸化物半導体と、酸化物半導体上の第１絶縁体と、第１絶縁体上のゲート電極と、を有し、圧電素子は、第３電極と、第３電極上の圧電体層と、圧電体層上の第４電極と、を有し、第１電極は、第１トランジスタのゲート電極と電気的に接続され、比較回路は、第１電極の電位と所望の電位の比較結果に応じた第１信号を制御回路へ出力する機能を有し、制御回路は、第１信号に応じて第１の電池セルの充電を制御する機能を有する電子機器である。
【0028】
また、上記構成において、第１電極および第３電極はそれぞれチタン化合物を有することが好ましい。
【0029】
または、本発明の一態様は、第１基板と、第１電池セルと、比較回路と、表示部と、駆動回路と、を有し、第１基板は、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、金属基板、半導体基板、ＳＯＩ基板、およびプラスチック基板から選ばれ、第１電池セルは、第１基板上の第１電極と、第１電極上の正極活物質層と、正極活物質層上の電解質層と、電解質層上の負極活物質層と、負極活物質層上の第２電極と、を有し、第１電極は、チタン化合物を有し、比較回路は、第１トランジスタを有し、第１トランジスタは、第１基板上の酸化物半導体と、酸化物半導体上のソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体上の第１絶縁体と、第１絶縁体上のゲート電極と、を有し、第１電極は、第１トランジスタのゲートに電気的に接続され、駆動回路は、表示部に画像信号を与える機能を有し、駆動回路は、酸化物半導体を有するトランジスタを複数有する電子機器である。
【0030】
または、本発明の一態様は、第１基板と、第１電池セルと、比較回路と、制御回路と、を有し、第１電池セルは、第１基板上の第１電極と、第１電極上の正極活物質層と、正極活物質層上の電解質層と、電解質層上の負極活物質層と、負極活物質層上の第２電極と、を有し、第１電極は、チタン化合物を有し、比較回路は、第１入力端子と、第２入力端子と、出力端子と、第１トランジスタと、を有し、第１トランジスタは、第１基板上の酸化物半導体と、酸化物半導体上のソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体上の第１絶縁体と、第１絶縁体上のゲート電極と、を有し、第１入力端子は、ゲート電極に電気的に接続され、第１電極は、第１の入力端子に電気的に接続され、比較回路は、第１電極の電位と、所望の基準電位と、の比較結果に応じた第１信号を、出力端子から制御回路へ、出力する機能を有し、制御回路は、第１信号に応じて第１の電池セルの充電を制御する機能を有する蓄電装置である。
【発明の効果】
【0031】
本発明の一態様により、新規な電池制御回路、新規な電池保護回路、蓄電装置、半導体装置、車両、電子機器等を提供することができる。また、本発明の一態様により、消費電力の低い、電池制御回路、電池保護回路、蓄電装置、半導体装置、車両、電子機器等を提供することができる。また、本発明の一態様により、集積度の高い、電池制御回路、電池保護回路、蓄電装置、半導体装置、車両、電子機器等を提供することができる。
【0032】
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。
【図面の簡単な説明】
【0033】
図１Ａは本発明の一態様の二次電池の上面図である。図１Ｂは本発明の一態様の二次電池の断面図である。
図２は本発明の一態様を示す断面図である。
図３は本発明の一態様を示す断面図である。
図４は本発明の一態様を示す断面図である。
図５は本発明の一態様を示す断面図である。
図６は本発明の一態様を示す断面図である。
図７Ａは本発明の一態様のトランジスタを示す断面図である。図７Ｂは本発明の一態様のトランジスタを示す断面図である。
図８Ａは本発明の一態様の二次電池の上面図である。図８Ｂは本発明の一態様の二次電池の上面図である。
図９は本発明の一態様を説明するブロック図である。
図１０Ａは本発明の一態様を説明する回路図である。図１０Ｂは本発明の一態様の説明する回路図である。
図１１は本発明の一態様を説明するブロック図である。
図１２Ａは本発明の一態様を説明するブロック図である。図１２Ｂは本発明の一態様を説明する回路図である。
図１３Ａは本発明の一態様を説明する回路図である。図１３Ｂは本発明の一態様を説明する回路図である。
図１４Ａは本発明の一態様を説明する回路図である。図１４Ｂは本発明の一態様を説明する回路図である。図１４Ｃは本発明の一態様を説明する回路図である。
図１５Ａは本発明の一態様を説明する回路図である。図１５Ｂは本発明の一態様を説明する回路図である。
図１６は電子機器の一例を説明する図である。
図１７Ａは電子機器の一例を説明する図である。図１７Ｂは電子機器の一例を説明する図である。図１７Ｃは電子機器の一例を説明する図である。
図１８Ａは電子機器の一例を説明する図である。図１８Ｂは電子機器の一例を説明する図である。
図１９Ａは電子機器の一例を説明する図である。図１９Ｂは電子機器の一例を説明する図である。図１９Ｃは飛行体の一例を説明する図である。図１９Ｄは車両の一例を説明する図である。
図２は本発明の一態様を示す断面図である。
図３は本発明の一態様を示す断面図である。
図４は本発明の一態様を示す断面図である。
図５は本発明の一態様を示す断面図である。
図６は本発明の一態様を示す断面図である。
図７Ａは本発明の一態様のトランジスタを示す断面図である。図７Ｂは本発明の一態様のトランジスタを示す断面図である。
図８Ａは本発明の一態様の二次電池の上面図である。図８Ｂは本発明の一態様の二次電池の上面図である。
図９は本発明の一態様を説明するブロック図である。
図１０Ａは本発明の一態様を説明する回路図である。図１０Ｂは本発明の一態様の説明する回路図である。
図１１は本発明の一態様を説明するブロック図である。
図１２Ａは本発明の一態様を説明するブロック図である。図１２Ｂは本発明の一態様を説明する回路図である。
図１３Ａは本発明の一態様を説明する回路図である。図１３Ｂは本発明の一態様を説明する回路図である。
図１４Ａは本発明の一態様を説明する回路図である。図１４Ｂは本発明の一態様を説明する回路図である。図１４Ｃは本発明の一態様を説明する回路図である。
図１５Ａは本発明の一態様を説明する回路図である。図１５Ｂは本発明の一態様を説明する回路図である。
図１６は電子機器の一例を説明する図である。
図１７Ａは電子機器の一例を説明する図である。図１７Ｂは電子機器の一例を説明する図である。図１７Ｃは電子機器の一例を説明する図である。
図１８Ａは電子機器の一例を説明する図である。図１８Ｂは電子機器の一例を説明する図である。
図１９Ａは電子機器の一例を説明する図である。図１９Ｂは電子機器の一例を説明する図である。図１９Ｃは飛行体の一例を説明する図である。図１９Ｄは車両の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
また、本明細書等において「端子」は例えば、配線、あるいは配線に接続される電極を指す場合がある。また、本明細書等において「配線」の一部を「端子」と呼ぶ場合がある。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
また、本明細書等において、「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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
（実施の形態１）
図１を用いて、本発明の一態様の二次電池について説明する。
図１を用いて、本発明の一態様の二次電池について説明する。
【0057】
［二次電池の構成］
【0058】
【0059】
図１Ａは上面図であり、図１Ｂは図１Ａ中の線Ａ－Ａ’で切断した断面図である。二次電池２００は薄膜電池であり、図１Ｂ示すように基板１１０上に正極１００及び固体電解質層２０３の積層が形成され、固体電解質層２０３上に負極２１０が形成されている。正極１００は、正極集電体１０３と、正極集電体１０３上の正極活物質層１０１と、を有する。負極２１０は、負極活物質層２０４と、負極活物質層２０４上の負極集電体２０５と、を有する。固体電解質層２０３は正極活物質層１０１と負極活物質層２０４の間に設けられる。
【0060】
また、二次電池２００には正極１００、固体電解質層２０３および負極２１０上に保護層２０６が形成されていることが好ましい。
【0061】
これらの層を形成する膜は、それぞれメタルマスクを用いて形成することができる。スパッタ法を用いて正極集電体１０３、正極活物質層１０１、固体電解質層２０３、負極活物質層２０４、負極集電体２０５を選択的に形成することができる。また、共蒸着法を用い、メタルマスクを用いることで固体電解質層２０３を選択的に形成してもよい。
【0062】
図１Ａに示すように負極集電体２０５の一部を露出させて負極端子部を形成している。また、正極集電体１０３の一部を露出させて正極端子部を形成している。負極端子部および正極端子部以外の領域は、保護層２０６で覆われている。
【0063】
正極集電体１０３としては導電性を有する材料を用いることが好ましい。また酸化を抑制しやすい材料を用いることが好ましい。例えばチタン化合物である酸化チタン、窒化チタン、一部窒素に置換された酸化チタン、一部酸素に置換された窒化チタン、または酸化窒化チタン（ＴｉＯｘＮｙ、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜１）等を適用することができる。中でも窒化チタンは導電性が高くかつ酸化を抑制する機能が高いため特に好ましい。窒化チタンを用いることにより、正極活物質層１０１が有する結晶構造を安定化させることができる場合がある。
【0064】
また、正極集電体１０３として、積層構造を用いてもよい。例えば、金、白金、アルミニウム、チタン、銅、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、ゲルマニウム、インジウム、銀、パラジウム等の金属、及びこれらの合金などの材料を有する第１層を設け、第１層上に積層して、チタン化合物を有する第２層を設けてもよい。
【0065】
固体電解質層２０３の材料としては、Ｌｉ０．３５Ｌａ０．５５ＴｉＯ３、Ｌａ（２／３－Ｘ）Ｌｉ３ＸＴｉＯ３、Ｌｉ３ＰＯ４、ＬｉＸＰＯ（４－Ｙ）ＮＹ、ＬｉＮｂ（１－Ｘ）Ｔａ（Ｘ）ＷＯ６、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２、Ｌｉ（１＋Ｘ）Ａｌ（Ｘ）Ｔｉ（２－Ｘ）（ＰＯ４）３、Ｌｉ（１＋Ｘ）Ａｌ（Ｘ）Ｇｅ（２－Ｘ）（ＰＯ４）３、ＬｉＮｂＯ２等があげられる。なお、Ｘ＞０、Ｙ＞０である。成膜方法としては、スパッタ法、蒸着法などを用いることができる。
【0066】
固体電解質層２０３を積層構造としてもよく、積層とする場合、一層にリン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）に窒素を添加した材料（Ｌｉ３ＰＯ（４－Ｚ）ＮＺ：ＬｉＰＯＮとも呼ばれる）を積層してもよい。なお、Ｚ＞０である。
【0067】
また、固体電解質層２０３は例えば、スパッタ法で形成することができる。
【0068】
正極活物質層１０１はリチウムと、遷移金属Ｍと、酸素と、を有する。正極活物質層１０１はリチウムと遷移金属Ｍを含む複合酸化物を有するといってもよい。
【0069】
正極活物質層１０１が有する遷移金属Ｍとしては、リチウムとともに空間群Ｒ－３ｍに属する層状岩塩型の複合酸化物を形成しうる金属を用いことが好ましい。遷移金属Ｍとして、例えばマンガン、コバルト、ニッケルのうち一つもしくは複数を用いることができる。つまり正極活物質層１０１が有する遷移金属としてコバルトのみを用いてもよいし、ニッケルのみを用いてもよいし、コバルトとマンガンの２種、またはコバルトとニッケルの２種を用いてもよいし、コバルト、マンガン、ニッケルの３種を用いてもよい。つまり正極活物質層１０１は、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、コバルトの一部がマンガンで置換されたコバルト酸リチウム、コバルトの一部がニッケルで置換されたコバルト酸リチウム、ニッケル－マンガン－コバルト酸リチウム等の、リチウムと遷移金属Ｍを含む複合酸化物を有することができる。
【0070】
また正極活物質層１０１は上記に加えて、マグネシウム、フッ素、アルミニウムをはじめとする遷移金属Ｍ以外の元素を有していてもよい。これらの元素が、正極活物質層１０１が有する結晶構造をより安定化させる場合がある。つまり正極活物質層１０１は、マグネシウムおよびフッ素が添加されたコバルト酸リチウム、マグネシウムおよびフッ素が添加されたニッケル－コバルト酸リチウム、マグネシウムおよびフッ素が添加されたコバルト－アルミニウム酸リチウム、ニッケル－コバルト－アルミニウム酸リチウム、マグネシウムおよびフッ素が添加されたニッケル－コバルト－アルミニウム酸リチウム等を有することができる。
【0071】
正極活物質層１０１がリチウム、コバルト、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、酸素およびフッ素を有する場合、正極活物質層１０１が有するコバルトの原子数比を１００としたときニッケルの原子数比は例えば０．０５以上２以下が好ましく、０．１以上１．５以下がより好ましく、０．１以上０．９以下がさらに好ましい。正極活物質層１０１が有するコバルトの原子数比を１００としたときアルミニウムの原子数比は例えば０．０５以上２以下が好ましく、０．１以上１．５以下がより好ましく、０．１以上０．９以下がさらに好ましい。正極活物質層１０１が有するコバルトの原子数比を１００としたときマグネシウムの原子数比は、例えば０．１以上６以下が好ましく、０．３以上３以下がより好ましい。また正極活物質層１０１が有するマグネシウムの原子数比を１としたときフッ素の原子数比は例えば２以上３．９以下が好ましい。
【0072】
上記のような濃度でニッケル、アルミニウムおよびマグネシウムを有することで、高電圧で充放電を繰り返しても安定した結晶構造を保つことができる。そのため高容量で充放電サイクル特性に優れた正極活物質層１０１とすることができる。
【0073】
コバルト、ニッケル、アルミニウムおよびマグネシウムのモル濃度は例えば誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ－ＭＳ）により評価することができる。フッ素のモル濃度は例えばグロー放電質量分析法（ＧＤ－ＭＳ）により評価することができる。
【0074】
正極活物質として例えば、スピネル型結晶構造を有する複合酸化物等を用いることができる。また、正極活物質として例えば、ポリアニオン系の材料を用いることができる。ポリアニオン系の材料として例えば、オリビン型の結晶構造を有する材料、ナシコン型の材料、等が挙げられる。また、正極活物質として例えば、硫黄を有する材料を用いることができる。
【0075】
スピネル型の結晶構造を有する材料として例えば、一般式ＬｉＭ２Ｏ４で表される複合酸化物を用いることができる。上記一般式ＬｉＭ２Ｏ４において、元素ＭとしてＭｎを有することが好ましい。例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４を用いることができる。また上記一般式ＬｉＭ２Ｏ４において、元素Ｍとして、Ｍｎに加えてＮｉを有することにより、二次電池の放電電圧が向上し、エネルギー密度が向上する場合があり、好ましい。また、ＬｉＭｎ２Ｏ４等のマンガンを含むスピネル型の結晶構造を有するリチウム含有材料に、少量のニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２やＬｉＮｉ１－ｘＭｘＯ２（Ｍ＝Ｃｏ、Ａｌ等））を混合することにより、二次電池の特性を向上させることができ、好ましい。
【0076】
ポリアニオン系の材料として例えば、酸素と、金属Ａと、金属Ｍと、元素Ｚと、を有する複合酸化物を用いることができる。上記ポリアニオン系の材料が有する金属ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｍｇの一以上であり、上記ポリアニオン系の材料が有する金属ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂの一以上であり、元素ＺはＳ、Ｐ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｓ、Ｓｉの一以上である。
【0077】
オリビン型の結晶構造を有する材料として例えば、複合材料（一般式ＬｉＭＰＯ４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上））を用いることができる。一般式ＬｉＭＰＯ４の代表例としては、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＦｅａＮｉｂＰＯ４、ＬｉＦｅａＣｏｂＰＯ４、ＬｉＦｅａＭｎｂＰＯ４、ＬｉＮｉａＣｏｂＰＯ４、ＬｉＮｉａＭｎｂＰＯ４（ａ＋ｂは１以下、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１）、ＬｉＦｅｃＮｉｄＣｏｅＰＯ４、ＬｉＦｅｃＮｉｄＭｎｅＰＯ４、ＬｉＮｉｃＣｏｄＭｎｅＰＯ４（ｃ＋ｄ＋ｅは１以下、０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１、０＜ｅ＜１）、ＬｉＦｅｆＮｉｇＣｏｈＭｎｉＰＯ４（ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉは１以下、０＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１、０＜ｈ＜１、０＜ｉ＜１）等のリチウム化合物を用いることができる。
【0078】
また、一般式Ｌｉ（２－ｊ）ＭＳｉＯ４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上、０≦ｊ≦２）等の複合材料を用いることができる。一般式Ｌｉ（２－ｊ）ＭＳｉＯ４の代表例としては、Ｌｉ（２－ｊ）ＦｅＳｉＯ４、Ｌｉ（２－ｊ）ＮｉＳｉＯ４、Ｌｉ（２－ｊ）ＣｏＳｉＯ４、Ｌｉ（２－ｊ）ＭｎＳｉＯ４、Ｌｉ（２－ｊ）ＦｅｋＮｉｌＳｉＯ４、Ｌｉ（２－ｊ）ＦｅｋＣｏｌＳｉＯ４、Ｌｉ（２－ｊ）ＦｅｋＭｎｌＳｉＯ４、Ｌｉ（２－ｊ）ＮｉｋＣｏｌＳｉＯ４、Ｌｉ（２－ｊ）ＮｉｋＭｎｌＳｉＯ４（ｋ＋ｌは１以下、０＜ｋ＜１、０＜ｌ＜１）、Ｌｉ（２－ｊ）ＦｅｍＮｉｎＣｏｑＳｉＯ４、Ｌｉ（２－ｊ）ＦｅｍＮｉｎＭｎｑＳｉＯ４、Ｌｉ（２－ｊ）ＮｉｍＣｏｎＭｎｑＳｉＯ４（ｍ＋ｎ＋ｑは１以下、０＜ｍ＜１、０＜ｎ＜１、０＜ｑ＜１）、Ｌｉ（２－ｊ）ＦｅｒＮｉｓＣｏｔＭｎｕＳｉＯ４（ｒ＋ｓ＋ｔ＋ｕは１以下、０＜ｒ＜１、０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０＜ｕ＜１）等のリチウム化合物を材料として用いることができる。
【0079】
また、ＡｘＭ２（ＸＯ４）３（Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｘ＝Ｓ、Ｐ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｓ、Ｓｉ）の一般式で表されるナシコン型化合物を用いることができる。ナシコン型化合物としては、Ｆｅ２（ＭｎＯ４）３、Ｆｅ２（ＳＯ４）３、Ｌｉ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３等がある。また、正極活物質として、Ｌｉ２ＭＰＯ４Ｆ、Ｌｉ２ＭＰ２Ｏ７、Ｌｉ５ＭＯ４（Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ）の一般式で表される化合物を用いることができる。
【0080】
また、正極活物質として、ＮａＦｅＦ３、ＦｅＦ３等のペロブスカイト型フッ化物、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２等の金属カルコゲナイド（硫化物、セレン化物、テルル化物）、ＬｉＭＶＯ４等の逆スピネル型の結晶構造を有する酸化物、バナジウム酸化物系（Ｖ２Ｏ５、Ｖ６Ｏ１３、ＬｉＶ３Ｏ８等）、マンガン酸化物、有機硫黄化合物等の材料を用いてもよい。
【0081】
また、正極活物質として、一般式ＬｉＭＢＯ３（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ））で表されるホウ酸塩系材料を用いてもよい。
【0082】
ナトリウムを有する材料として例えば、ＮａＦｅＯ２や、Ｎａ２／３［Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２、Ｎａ２／３［Ｎｉ１／３Ｍｎ２／３］Ｏ２、Ｎａ２Ｆｅ２（ＳＯ４）３、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｎａ２ＦｅＰＯ４Ｆ、ＮａＶＰＯ４Ｆ、ＮａＭＰＯ４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ））、Ｎａ２ＦｅＰＯ４Ｆ、Ｎａ４Ｃｏ３（ＰＯ４）２Ｐ２Ｏ７、などのナトリウム含有酸化物を正極活物質として用いてもよい。
【0083】
また、正極活物質として、リチウム含有金属硫化物を用いてもよい。例えば、Ｌｉ２ＴｉＳ３、Ｌｉ３ＮｂＳ４などが挙げられる。
【0084】
本発明の一態様の正極活物質として、上記に挙げる材料のうち、二以上を混合して用いてもよい。
【0085】
負極活物質層２０４としてはシリコン、炭素、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニッケルなどを用いることができる。またスズ、ガリウム、アルミニウムなどＬｉと合金化する材料を用いる事ができる。またこれら合金化する金属酸化物を用いても良い。また、リチウムチタン酸化物（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＬｉＴｉ２Ｏ４など）を用いても良い。中でも、負極活物質層２０４として、シリコン及び酸素を含む材料（ＳｉＯｘ膜ともいう）を用いることが好ましい。また、負極活物質層２０４としてＬｉ金属を用いてもよい。
【0086】
なお、二次電池２００において、正極、固体電解質層および負極を一組とし、複数組積層して直列に接続することにより、二次電池の電圧を高めてもよい。
【0087】
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。
【0088】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電装置の構成例を説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電装置の構成例を説明する。
【0089】
本発明の一態様の蓄電装置は、二次電池と、電池制御回路と、を有する。該電池制御回路は例えば、二次電池を保護する機能を有する。また、該電池制御回路は例えば、二次電池の充電を制御する機能を有する。また、該電池制御回路は例えば、二次電池の電圧を監視する機能を有する。
【0090】
本発明の一態様の電池制御回路は、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）を有することが好ましい。ＯＳトランジスタを有する電池制御回路の詳細については後述する。また、本発明の一態様の電池制御回路は、ＯＳトランジスタに加えて、チャネル形成領域にシリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイド、等を有するトランジスタを有してもよい。
【0091】
図２には、本発明の一態様の蓄電装置に適用可能な構成例を示す。図２に示す構成例は、二次電池２００と、電池制御回路が有するＯＳトランジスタであるトランジスタ５００と、を基板５９９上に積層して設ける例を示す。なお、図２には基板５９９上に二次電池が一つ、設けられる例を示すが、基板５９９上に２以上の二次電池を設けてもよい。そのような場合には例えば、互いの正極または負極のいずれかを共通して用いてもよい。また、互いの正極、負極、電解質、等について、共通の材料を用いることが好ましい。
【0092】
基板５９９として、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、金属基板（例えば、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板など）、半導体基板（例えば、単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、または化合物半導体基板など）ＳＯＩ（ＳＯＩ：Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、プラスチック基板、等を用いることができる。また、基板として、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、または基材フィルムなどを用いることができる。可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの一例としては、以下のものがあげられる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に代表されるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の合成樹脂などがある。または、一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、またはポリ塩化ビニルなどがある。または、一例としては、ポリアミド、ポリイミド、アラミド樹脂、エポキシ樹脂、無機蒸着フィルム、または紙類などがある。
【0093】
図２において、基板５９９上には絶縁体５１４が設けられる。絶縁体５１４として、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。絶縁体５１４として例えば、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。
【0094】
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。
【0095】
＜トランジスタ５００＞
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。
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。
【0096】
具体的には、酸化物５３０ａとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、または１：１：０．５［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物５３０ｂとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］、または１：１：１［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物５３０ｃとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、Ｇａ：Ｚｎ＝２：１［原子数比］、またはＧａ：Ｚｎ＝２：５［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物５３０ｃを積層構造とする場合の具体例としては、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］と、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］との積層構造、Ｇａ：Ｚｎ＝２：１［原子数比］と、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］との積層構造、Ｇａ：Ｚｎ＝２：５［原子数比］と、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］との積層構造、酸化ガリウムと、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］との積層構造などが挙げられる。
【0097】
また、酸化物５３０ｂは、結晶性を有していてもよい。例えば、後述するＣＡＡＣ－ＯＳ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いることが好ましい。ＣＡＡＣ－ＯＳなどの結晶性を有する酸化物は、不純物や欠陥（酸素欠損など）が少なく、結晶性の高い、緻密な構造を有している。よって、ソース電極またはドレイン電極による、酸化物５３０ｂからの酸素の引き抜きを抑制することができる。また、加熱処理を行っても、酸化物５３０ｂから酸素が、引き抜かれることを低減できるので、トランジスタ５００は、製造工程における高い温度（所謂サーマルバジェット）に対して安定である。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
なお、酸化物５３０は、各金属原子の原子数比が異なる複数の酸化物層の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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
また、図２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。
【0107】
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。
【0108】
また、図２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。
【0109】
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。
【0110】
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。
【0111】
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。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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。
【0115】
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。
【0116】
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。
【0117】
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。
【0118】
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。
【0119】
第１のゲート電極として機能する導電体５６０は、図２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。
【0120】
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。
【0121】
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、チタンまたは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。
【0122】
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。
【0123】
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。
【0124】
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。
【0125】
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。
【0126】
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。
【0127】
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。
【0128】
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。
【0129】
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、絶縁体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。
【0130】
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。
【0131】
絶縁体５８１上に、導電体６１０および二次電池２００が設けられる。導電体６１０は、導電体５４０ａと接続する配線として機能する。
【0132】
導電体６１０には、正極集電体１０３と同じ材料を用いることが好ましい。導電体６１０と正極集電体１０３として同じ材料を用いることにより、同じ工程を用いて形成することができ、製造が容易である。
【0133】
【0134】
図３に示す構成例は、基板５９９上に絶縁体５１４を有し、絶縁体５１４上にトランジスタ５００を有し、トランジスタ５００上に絶縁体５７４および絶縁体５８１を有し、絶縁体５８０、絶縁体５７４および絶縁体５８１に埋め込まれるように導電体５４０ａおよび導電体５４０ｂが形成され、導電体５４０ａは導電体５４２ａと接続するプラグとして機能し、導電体５４０ｂは導電体５４２ｂと接続するプラグとして機能する。
【0135】
図３において、絶縁体５８１上に導電体６１０ｂが設けられ、導電体６１０ｂおよび絶縁体５８１上に絶縁体６１１が設けられ、絶縁体６１１上に、導電体６１０ｂと重畳して導電体６１０が設けられる。導電体６１０および導電体６１０ｂは容量素子６００の電極として機能し、絶縁体６１１において導電体６１０と導電体６１０ｂに挟まれる領域は、容量素子６００の誘電体として機能する。
【0136】
また図３において、絶縁体６１１上に二次電池２００およびセンサ素子６６０が設けられる。
【0137】
センサ素子６６０は、絶縁体６１１上の導電体６６０ａと、導電体６６０ａ上の導電体６６０ｃと、導電体６６０ａと導電体６６０ｃに挟まれた層６６０ｂと、を有する。
【0138】
導電体６１０および導電体６６０ａとして、正極集電体１０３と同じ材料を用いることが好ましい。
【0139】
センサ素子６６０として例えば、圧力センサ、ピエゾセンサ、加速度センサ、ジャイロセンサ、磁気センサ、光センサ、赤外線センサ、距離センサ、脈拍センサ、超音波センサ、タッチセンサ、指紋センサ、等を用いることができる。
【0140】
センサ素子６６０としてピエゾセンサを用いる例を以下に示す。ピエゾセンサを用いることにより、圧力、変位、等の検知を行うことができる。
【0141】
導電体６６０ａとしてチタン化合物を用いることが好ましい。具体的には例えば、窒化チタンを用いることが好ましい。あるいは、チタンを用いることが好ましい。窒化チタンを用いることにより、層６６０ｂの結晶性が高まる場合がある。また、導電体６６０ａ上にさらに第２の導電層を設けてもよい。例えば、チタンと、チタン上の白金を積層して用いてもよい。チタンと、チタン上の白金を積層して用いることにより、層６６０ｂの結晶性が高まる場合がある。
【0142】
層６６０ｂとして、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、等の圧電セラミックスを用いることができる。チタン酸ジルコン酸鉛はＰｂ（ＺｒｘＴｉ１－ｘ）Ｏ３と表される場合がある。チタン酸バリウムはＢａＴｉＯ３と表される場合がある。
【0143】
導電体６６０ａと層６６０ｂの間に緩衝層として、ストロンチウムを有する化合物（例えばＬａ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＳｒＲｕＯ３など）、ランタンを有する化合物（ＬａＮｉＯ３）、（Ｂｉ，Ｌａ）４Ｔｉ３Ｏ１２など）、イットリウムを有する化合物（例えばＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｘなど）、等から選ばれる一以上を積層して設けてもよい。
【0144】
図４に示す構成例のように、絶縁体５１４と絶縁体５７４に挟まれる領域に、ＯＳトランジスタであるトランジスタ５００と、二次電池２００と、を設けてもよい。
【0145】
図４に示すトランジスタ５００は、ボトムコンタクト型の構造を有する。図４において、絶縁体５２４上に導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂが設けられる。また図４に示すトランジスタ５００は、絶縁体５２４、導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂ上に酸化物５３０を有し、酸化物５３０上に絶縁体５５０を有し、絶縁体５５０上に導電体５６０を有する。また、図４において、酸化物５３０を挟んで、導電体５６０と導電体５０３が重畳して設けられる。導電体５０３と酸化物５３０の間には絶縁体５２０、絶縁体５２２および絶縁体５２４が設けられる。
【0146】
図４において、二次電池２００は絶縁体５２４上に設けられる。二次電池２００の保護層２０６上には絶縁層５５０が設けられ、絶縁層５５０上には絶縁体５８０が設けられ、絶縁体５８０上には絶縁体５７４が設けられる。
【0147】
導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂは、トランジスタ５００のソース電極およびドレイン電極として機能する。導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂとして、正極集電体１０３と同じ材料を用いることが好ましい。
【0148】
【0149】
図５に示す構成例のように、基板５９９上に二次電池２００を設け、二次電池２００上に絶縁体５８０ｂを設け、絶縁体５８０ｂ上に絶縁体５１４を設け、絶縁体５１４上にトランジスタ５００を設けてもよい。絶縁体５８０ｂに用いることのできる材料等は、絶縁体５８０を参照することができる。
【0150】
図６に示すように、基板５９９としてシリコン、シリコンゲルマニウム、またはシリコンカーバイドを用い、基板５９９にトランジスタ３００を設け、トランジスタ３００上に絶縁体５１４、トランジスタ５００、容量素子６００、センサ素子６６０、等を設けてもよい。本発明の一態様の電池制御回路が有するトランジスタの一部を例えば、トランジスタ３００を用いて構成してもよい。
【0151】
図６に示すトランジスタ３００は、基板５９９上に設けられ、導電体３１６、絶縁体３１５、基板５９９の一部からなる半導体領域３１３、低抵抗領域３１４ａ、および低抵抗領域３１４ｂを有する。低抵抗領域３１４ａおよび低抵抗領域３１４ｂの一方はソース領域として、他方はドレイン領域としてそれぞれ機能する。
【0152】
トランジスタ３００は、半導体領域３１３の上面およ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し、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。
【0153】
なお、トランジスタ３００は、ｐチャネル型のトランジスタ、あるいはｎチャネル型のトランジスタのいずれでもよい。
【0154】
低抵抗領域３１４ａ、および低抵抗領域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、またはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含む。
【0155】
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、また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。
【0156】
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。
【0157】
トランジスタ３００は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などを用いて形成してもよい。
【0158】
また、ＳＯＩ基板としては、鏡面研磨ウエハに酸素イオンを注入した後、高温加熱することにより、表面から一定の深さに酸化層を形成させるとともに、表面層に生じた欠陥を消滅させて形成されたＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）基板や、水素イオン注入により形成された微小ボイドの熱処理による成長を利用して半導体基板を劈開するスマートカット法、ＥＬＴＲＡＮ法（登録商標：Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｙｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）などを用いて形成されたＳＯＩ基板を用いてもよい。単結晶基板を用いて形成されたトランジスタは、チャネル形成領域に単結晶半導体を有する。
【0159】
トランジスタ３００を覆って、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、および絶縁体３２６が順に積層して設けられている。
【0160】
絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、および絶縁体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。
【0161】
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。
【0162】
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。
【0163】
また、絶縁体３２４には、基板５９９、またはトランジスタ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。
【0164】
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。
【0165】
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。
【0166】
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。
【0167】
また、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、および絶縁体３２６には導電体３２８、および導電体３３０等が埋め込まれている。なお、導電体３２８、および導電体３３０は、プラグまたは配線としての機能を有する。また、プラグまたは配線としての機能を有する導電体は、複数の構成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、および導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。
【0168】
各プラグおよび配線（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、または金属酸化物材料などの導電性材料を、単層また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。または、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。
【0169】
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３３０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、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。
【0170】
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と接する構成であることが好ましい。
【0171】
絶縁体３５０上には絶縁体５１２が設けられ、絶縁体５１２上には絶縁体５１４が設けられている。絶縁体５１２に用いることのできる材料については例えば、絶縁体３２６を参照することができる。
【0172】
図７Ａに示すトランジスタ５００は、図２に示すトランジスタ５００の変形例であって、図７Ａは、トランジスタ５００のチャネル長方向の断面図であり、図７Ｂは、図７Ａに示すトランジスタ５００のチャネル幅方向の断面図である。
【0173】
図７Ａに示すトランジスタ５００は、酸化物５３０ｃを有していない点で、図２Ａに示す構成のトランジスタ５００と異なる。絶縁体５８０の、導電体５４２ａと導電体５４２ｂとの間に形成された開口部の底面、および側面には、絶縁体５５０が配置され、絶縁体５５０の形成面には、導電体５６０が配置されている。図７Ａに示す構成のトランジスタ５００は、酸化物５３０ｃを有していないため、絶縁体５５０を介して、酸化物５３０ｃと導電体５６０との間の寄生容量を無くすことができる。
【0174】
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。
【0175】
（実施の形態３）
薄膜二次電池の出力電圧を大きくするために、二次電池を直列接続することができる。実施の形態２ではセルが１つである二次電池の例を示したが、本実施の形態では複数のセルを直列接続させた薄膜二次電池を作製する例を示す。
薄膜二次電池の出力電圧を大きくするために、二次電池を直列接続することができる。実施の形態２ではセルが１つである二次電池の例を示したが、本実施の形態では複数のセルを直列接続させた薄膜二次電池を作製する例を示す。
【0176】
図８Ａに１つ目の二次電池を形成直後の上面図を示し、図８Ｂは、２つの二次電池が直列接続されている上面図を示す。なお、図８Ａ及び図８Ｂにおいて、実施の形態２に示す図５Ａと同一の部分には同一の符号を用いる。
【0177】
図８Ａは、負極集電体２０５を成膜した直後の状態を示している。図５Ａとは負極集電体２０５の上面形状が異なっている。図８Ａに示す負極集電体２０５は、固体電解質層側面と一部接し、基板の絶縁表面とも接している。
【0178】
そして、図８Ｂに示すように、１つめの負極活物質層と重ならない負極集電体２０５の領域上に第２の負極活物質層を形成する。そして、第２の固体電解質層２１３を形成し、その上に第２の正極活物質層及び第２の正極集電体２１５を形成する。最後に保護層２０６を形成する。
【0179】
図８Ｂは２つの固体二次電池が平面上に並び、直列接続している構成を示している。
【0180】
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。
【0181】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電装置の一例を示す。
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電装置の一例を示す。
【0182】
＜蓄電装置の一例１＞
図９には蓄電装置９０の一例を示す。図９に示す蓄電装置９０は、電池制御回路９１および組電池１２０を有する。電池制御回路９１には、上述のＯＳトランジスタを用いた回路が搭載されることが好ましい。
図９には蓄電装置９０の一例を示す。図９に示す蓄電装置９０は、電池制御回路９１および組電池１２０を有する。電池制御回路９１には、上述のＯＳトランジスタを用いた回路が搭載されることが好ましい。
【0183】
電池制御回路９１は、回路９１ａおよび回路９１ｂを有する。
【0184】
回路９１ａは、セルバランス回路１３０、検出回路１８５、検出回路１８６、検出回路ＭＳＤ、検出回路ＳＤ、温度センサＴＳおよび論理回路１８２を有する。
【0185】
また、回路９１ｂは、トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０を有する。トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０として様々なトランジスタを用いることができる。なお、図９に示すようにトランジスタ１４０およびトランジスタ１５０はそれぞれ、寄生ダイオードを有することが好ましい。
【0186】
回路９１ａが有するセルバランス回路１３０、検出回路１８５、検出回路１８６、検出回路ＭＳＤ、検出回路ＳＤ、温度センサＴＳおよび論理回路１８２が有するトランジスタとしてＯＳトランジスタを用いることができる。
【0187】
回路９１ｂが有するトランジスタ１４０およびトランジスタ１５０の一例として、単結晶シリコンをチャネル形成領域に有するトランジスタを用いる例を考える。このような場合には例えば、シリコン基板上にトランジスタ１４０およびトランジスタ１５０を形成し、その上に、成膜プロセスを用いてＯＳトランジスタを形成することができ、回路９１ａと回路９１ｂを同じ基板上に形成することができる。これにより例えば、コストの低減を行うことができる。また、回路の集積化が可能となり、回路面積を縮小することができる。また、同一基板上に積層して回路９１ａおよび回路９１ｂを設けることにより、配線の引き回しの抵抗を削減することができる。トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０には大電流が流れる場合があり、配線抵抗を下げることが好ましい。
【0188】
組電池１２０は複数の電池セル１２１を有する。図９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。ここで図９においては組電池１２０が直列に接続された複数の電池セル１２１を有する例を示すが、組電池１２０は一つの電池のみを有してもよい。あるいは、組電池１２０が複数の電池を有し、該複数の電池が並列に接続されてもよい。
【0189】
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。
【0190】
セルバランス回路１３０は、組電池１２０が有する個々の電池セル１２１の充電を制御する機能を有する。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。
【0191】
検出回路ＭＳＤはマイクロショートを検出する機能を有する。
【0192】
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、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。
【0193】
検出回路ＳＤは例えば、組電池１２０を用いて動作させる回路の短絡を検出する。また、検出回路ＳＤ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。
【0194】
電池制御回路９１は、組電池１２０が有するｎ個の電池セル１２１のそれぞれの正極に電気的に接続される端子ＶＣ１乃至端子ＶＣＮと、第ｎの電池セル１２１の負極に電気的に接続される端子ＶＳＳＳと、を有する。
【0195】
論理回路１８２は、検出回路１８５、検出回路１８６、検出回路ＳＤ、検出回路ＭＳＤおよび温度センサＴＳからの出力信号に応じて、トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０の制御を行う機能を有する。また、論理回路１８２は、電池制御回路９１の外部または内部に設けられる充電回路へ信号を与えてもよい。この場合には例えば、論理回路１８２から該充電回路に与えられる信号に応じて、二次電池の充電が制御される。ここで充電回路は例えば、電池の充電の条件を制御する機能を有する。あるいは、電池の充電の条件を制御する信号を、他の回路、例えば本発明の一態様が有するセルバランス回路、過充電検出回路、トランジスタ１４０、トランジスタ１５０、トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０を制御する回路、等に与える。
【0196】
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、論理回路１８２が与える制御信号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、論理回路１８２が与える制御信号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９に示す例において、トランジスタ１４０のソースおよびドレインの一方は、端子ＶＳＳＳに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、トランジスタ１５０のソースおよびドレインの一方に電気的に接続される。トランジスタ１５０のソースおよびドレインの他方は、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。
【0197】
電池制御回路９１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。
【0198】
温度センサＴＳ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。例えば低い温度においては二次電池の抵抗が増加する場合があるため、充電電流密度および放電電流密度を小さくする場合がある。また高い温度においては二次電池の抵抗が減少する場合があるため、放電電流密度を高くする場合がある。また、高い温度において充電電流を高くすることにより、二次電池特性の劣化が懸念される場合には例えば、劣化が抑制される充電電流に制御すればよい。充電条件、放電条件等のデータは、本発明の一態様の電池制御回路９１が有する記憶回路等に格納されることが好ましい。また、充電により電池制御回路９１、あるいは組電池１２０の温度が上昇する場合がある。このような場合には、測定される温度に合わせて、充電の制御を行うことが好ましい。例えば温度の上昇に伴い、充電電流を抑制すればよい。
【0199】
セルバランス回路１３０、検出回路１８５、検出回路１８６、検出回路ＭＳＤ、検出回路ＳＤおよび温度センサＴＳは、記憶素子を有することが好ましい。記憶素子は例えば、電池の上限電圧、下限電圧、過電流に対応する電圧、温度に対応する電圧、などを保持することができる。
【0200】
【0201】
トランジスタ１６２として、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。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１１４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。
【0202】
図１０Ｂは、記憶素子１１４が有するトランジスタ１６２が第２のゲートを有する点が図１０Ａと異なる。第２のゲートはバックゲート、あるいはボトムゲートと呼ばれる場合がある。ＯＳトランジスタが有する第２のゲートについては、後の実施の形態で詳述する。
【0203】
次に、セルバランス回路１３０および検出回路１８５の構成要素を説明する。
【0204】
図１１は、一の電池セル１２１に対応するセルバランス回路１３０ａおよび検出回路１８５ａを示す。
【0205】
図９に示すセルバランス回路１３０は複数のセルバランス回路１３０ａを有し、一の電池セルに対して一のセルバランス回路１３０ａが接続される。複数の電池セル１２１が直列に接続された構成において、一ずつの電池セル１２１に対してそれぞれ、セルバランス回路１３０ａおよびトランジスタ１３２を設け、トランジスタ１３２を直接に接続することにより、直列に接続された複数の該電池セル１２１を充電する際に、電池セル１２１の間の充電電圧のばらつきを低減することができる。
【0206】
図１１に示す検出回路１８５ａは、回路１８５ｃと回路１８５ｄを有する。検出回路１８５ｃは過充電を検出する機能を有し、検出回路１８５ｄは過放電を検出する機能を有する。
【0207】
図９に示す検出回路１８５は複数の検出回路１８５ａを有し、一の電池セルに対して一の検出回路１８５ａが接続される。あるいは、図９に示す検出回路は、複数の電池セル１２１が直列に接続された構成に対して、一の検出回路１８５ａが設けられてもよい。
【0208】
図１１において、トランジスタ１３２および抵抗素子１３１が直列に接続され、トランジスタ１３２のソースおよびドレインの一方は電池セル１２１の負極に、他方は抵抗素子の一方の電極にそれぞれ電気的に接続される。抵抗素子の他方の電極は、二次電池の正極に電気的に接続される。
【0209】
ここで、トランジスタ１３２のソースおよびドレインの一方が電池セル１２１の正極に、他方が抵抗素子１３１の一方の電極に、抵抗素子１３１の他方の電極が電池セル１２１の負極に、それぞれ電気的に接続されてもよい。
【0210】
また図１１において、セルバランス回路１３０ａ、回路１８５ｃおよび回路１８５ｄはそれぞれ、コンパレータ１１３および記憶素子１１４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。セルバランス回路１３０ａ、回路１８５ｃおよび回路１８５ｄが有するそれぞれのコンパレータ１１３の非反転入力端子または反転入力端子の一方には、記憶素子１１４が電気的に接続される。記憶素子１１４において、それぞれの記憶素子１１４が有するトランジスタ１６２のソースおよびドレインの一方に、共通の端子、ここでは端子ＶＴが電気的に接続される。また、記憶素子１１４において、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、端子（セルバランス回路ａ１３０においては端子ＳＨ６、回路１８５ｃにおいては端子ＳＨ１、回路１８５ｄにおいては端子ＳＨ２）が電気的に接続される。
【0211】
図１１において、セルバランス回路１３０ａは電池セル１２１の正極および負極に電気的に接続される。電池セル１２１の正極は端子ＶＣ１に電気的に接続され、負極は端子ＶＣ２に電気的に接続される。セルバランス回路１３０ａにおいて、記憶素子１１４が有するトランジスタ１６２のソースおよびドレインの他方にはコンパレータ１１３の反転入力端子が電気的に接続される。またセルバランス回路１３０ａにおいて、コンパレータ１１３の非反転入力端子は端子ＶＣ１に電気的に接続されることが好ましい。あるいは図１１に示すように、コンパレータ１１３の非反転入力端子には端子ＶＣ１と端子ＶＣ２の間が抵抗分割された電圧が与えられてもよい。セルバランス回路１３０ａにおいて、記憶素子１１４が有するトランジスタ１６２のソースおよびドレインの他方に接続されるノードをノードＮ６とする。
【0212】
図１１において、検出回路１８５ａは電池セル１２１の正極および負極に電気的に接続される。回路１８５ｃにおいて、トランジスタ１６２のソースおよびドレインの他方にはコンパレータの反転入力端子が電気的に接続される。また回路１８５ｃにおいて、コンパレータ１１３の非反転入力端子は端子ＶＣ１に電気的に接続されることが好ましい。あるいは図１１に示すように、コンパレータ１１３の非反転入力端子には端子ＶＣ１と端子ＶＣ２の間が抵抗分割された電圧が与えられてもよい。回路１８５ｃにおいて、トランジスタ１６２のソースおよびドレインの他方に接続されるノードをノードＮ１とする。
【0213】
回路１８５ｄにおいて、トランジスタ１６２のソースおよびドレインの他方にはコンパレータの非反転入力端子が電気的に接続される。また回路１８５ｄにおいて、コンパレータ１１３の反転入力端子は端子ＶＣ１に電気的に接続されることが好ましい。あるいは図１１に示すように、コンパレータ１１３の反転入力端子には端子ＶＣ１と端子ＶＣ２の間が抵抗分割された電圧が与えられてもよい。回路１８５ｄにおいて、トランジスタ１６２のソースおよびドレインの他方に接続されるノードをノードＮ２とする。
【0214】
セルバランス回路１３０ａおよび検出回路１８５ａにおいて、それぞれの回路が有する容量素子１６１の他方の電極が接続されるノード（ここではノードＮ６、ノードＮ１およびノードＮ２）はトランジスタ１６２をオフ状態にすることにより保持される。
【0215】
端子ＶＴはセルバランス回路１３０ａ、回路１８５ｃおよび回路１８５ｄに順次、アナログ信号を与える。ノードＮ６、ノードＮ１およびノードＮ２に順次、アナログ信号が与えられ、保持される。ノードＮ６、ノードＮ１およびノードＮ２のうち、第１のノードにアナログ信号を与えた後、ノードに接続されるトランジスタ１６２をオフ状態とすることにより、第１のノードの電位が保持される。その後、第２のノードに電位を与えて保持し、その後、第３のノードの電位を与えて保持する。トランジスタ１６２のオンとオフの制御は、端子ＳＨ１、端子ＳＨ２および端子ＳＨ６に与えられる信号により制御される。
【0216】
図１１に示すセルバランス回路１３０ａおよび検出回路１８５ａは、組電池１２０が有する電池セル１２１の一に対してそれぞれ、設けることにより、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）を制御することができる。またセルバランス回路１３０ａは、電池セル１２１毎に、正極の第１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。
【0217】
セルバランス回路１３０ａ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。
【0218】
図９において、複数の電池セル１２１が端子ＶＣ１と端子ＶＳＳＳとの間に直列に電気的に接続されている。端子ＶＣ１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。
【0219】
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ＶＣ１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。
【0220】
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制御することができる。
【0221】
本発明の一態様のセルバランス回路において、電池制御回路９１の外部に設けられる回路、例えばＭＰＵあるいはＭＣＵ等の演算回路を用いることなく、一の電池セル、あるいは複数の電池セルの充電電圧、あるいは充電容量、等を制御することができる。
【0222】
すなわち、Ｎ個のセルバランス回路１３０ａ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。
【0223】
回路１８５ｃは、電池セル１２１毎に、電池セル１２１の充電における正極の第２の上限電圧を記憶素子１１４に保持させることができる。該第２の上限電圧は、過充電電圧と呼ばれる場合がある。回路１８５ｄは、放電における正極の下限電圧を記憶素子１１４に保持させることができる。該下限電圧は、過放電電圧と呼ばれる場合がある。
【0224】
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。ヒステリシスコンパレータの参照電位の入力部に接続される記憶素子は２つの閾値を保持する機能を有することが好ましい。
【0225】
検出回路１８５において、電池制御回路９１の外部に設けられる回路、例えばＭＰＵあるいはＭＣＵ等の演算回路を用いることなく、一の電池セル、あるいは複数の電池セルの過充電および過放電を検知し、電池セルの保護を行うことができる。過放電による電圧の低下が検知されると、本発明の一態様の制御回路は放電電流を遮断し、電圧の低下を防止する。放電電流の遮断が不充分な場合、リーク電流が生じ、電圧の低下が生じてしまう場合がある。パワーゲーティングを用いた回路構成により、リーク電流が抑制される場合がある。また、ＯＳトランジスタを用いた回路構成により、リーク電流が抑制される場合がある。
【0226】
電池セルは、該電池セルに接続されるセルバランス回路と、過充電を検出する回路と、においてそれぞれ、上限の電圧が制御される。セルバランス回路が検出する上限電圧は例えば、過充電を検出する回路が検出する上限電圧よりも低い。よって、充電を行う過程で、第１のステップによりセルバランス回路が電池セルの上限電圧への到達を検知し、充電条件を変更する。ここでは例えば、充電の電流密度を低くする。あるいは、放電を開始してもよい。その後、電池セルの充電電圧の上昇に伴い、過充電を検出する回路が検出する上限電圧への到達が検知される場合には、第２のステップにより電池セルの充電条件を変更する。ここでは例えば、充電を停止し、放電を開始する。
【0227】
＜蓄電装置のさらなる構成要素＞
以下に、本発明の一態様の蓄電装置が有するさらなる構成要素の一例を説明する。
以下に、本発明の一態様の蓄電装置が有するさらなる構成要素の一例を説明する。
【0228】
また、電池制御回路９１は端子群ＡＨを有する。端子群ＡＨは一の端子、または複数の端子を有する。
【0229】
図１２に示すように、端子群ＡＨは、論理回路１８２に接続される。端子群ＡＨは、論理回路１８２に信号を与える機能、および論理回路１８２からの信号を電池制御回路９１の外部に設けられる回路に与える機能を有することが好ましい。
【0230】
図１２Ａには、論理回路１８２の一例を示す。図１２Ａに示す論理回路１８２は、インターフェース回路ＩＦ、カウンタ回路ＣＮＤ、ラッチ回路ＬＴＣおよびトランジスタ１７２を有する。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。なお、図１２Ａに示す構成は、本発明の一態様の電池制御回路が有するＯＳトランジスタのみで構成されてもよいし、図１２Ａに示す構成の一部のみが本発明の一態様の電池制御回路が有するＯＳトランジスタにより構成されてもよい。図１２Ａに示す構成の一部のみが本発明の一態様の電池制御回路が有するＯＳトランジスタにより構成される場合には、他の一部が例えば単結晶シリコンを有するトランジスタ等により構成される。
【0231】
インターフェース回路ＩＦには、検出回路１８５の出力端子ＯＵＴ１１および出力端子ＯＵＴ１２からの信号、検出回路１８６の出力端子ＯＵＴ３１および出力端子ＯＵＴ３２からの信号、および検出回路ＳＤの出力端子ＯＵＴ４１からの信号が与えられる。出力端子ＯＵＴ１１は例えば、過充電に対応する信号を与える。出力端子ＯＵＴ１２は例えば、過放電に対応する信号を与える。出力端子ＯＵＴ３１は例えば、充電時の過電流に対応する信号を与える。出力端子ＯＵＴ３２は例えば、放電時の過電流に対応する信号を与える。
【0232】
インターフェース回路ＩＦは、異常を検知する信号、例えば過充電、過放電および過電流の少なくともいずれかに対応する信号の検知する場合に、信号ＰＧをトランジスタ１７２のゲートに与える。
【0233】
トランジスタ１７２はカウンタ回路ＣＮＤに接続される。
【0234】
カウンタ回路ＣＮＤは、信号ＰＧがトランジスタ１７２をオン状態とする信号、より具体的には例えば高電位信号を出力する場合には、カウンタと、遅延回路と、を動作させる。一方、信号ＰＧがトランジスタ１７２をオフ状態とする信号、より具体的には例えば低電位信号を出力する場合には、カウンタ回路ＣＮＤの動作を停止、あるいはカウンタ回路ＣＮＤを待機状態とすることができる。インターフェース回路ＩＦからカウンタ回路ＣＮＤおよびラッチ回路ＬＴＣに信号ｒｅｓが与えられる。信号ｒｅｓはリセット信号である。カウンタ回路ＣＮＤに信号ｒｅｓが与えられ、カウントを開始する。信号ｅｎはイネーブル信号である。カウンタ回路ＣＮＤは信号ｅｎにより動作を開始、あるいは動作を停止する。
【0235】
インターフェース回路ＩＦに異常を検知する信号が与えられる場合には、カウンタ回路ＣＮＤで一定期間、カウントを行った後、検知した異常に対応する信号が、カウンタ回路ＣＮＤを介してラッチ回路ＬＴＣに与えられる。
【0236】
ラッチ回路ＬＴＣは検知した異常に応じてトランジスタ１４０またはトランジスタ１５０のゲートに、トランジスタをオフ状態とする信号を与える。
【0237】
図１３Ａ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。
【0238】
一方のコンパレータ１１３の非反転入力端子には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。記憶素子１１４が有するトランジスタのゲートには端子ＳＨ３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ＯＵＴ３２からの出力が反転する。
【0239】
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、反転入力端子には充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。記憶素子１１４が有するトランジスタのゲートには端子ＳＨ４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ＯＵＴ３１からの出力が反転する。
【0240】
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９０の温度を測定する機能を有する。図１３Ｂは温度センサＴＳの一例を示す回路図である。なお、図１３Ｂ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。
【0241】
図１３Ｂ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は例えば電池制御回路９１から与えられてもよい。
【0242】
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。
【0243】
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。
【0244】
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。
【0245】
論理回路１８２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。
【0246】
＜電池セル＞
電池セル１２１として、先の実施の形態に示す二次電池２００を用いることができる。
電池セル１２１として、先の実施の形態に示す二次電池２００を用いることができる。
【0247】
＜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。
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。
【0248】
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。
【0249】
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のように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、フラッシュメモリのように繰り返し書き換え動作でも電子捕獲中心の増加による不安定性が認められない。
【0250】
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。
【0251】
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。
【0252】
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。
【0253】
トランジスタ１６２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。
【0254】
また、コンパレータをＯＳトランジスタを用いて構成してもよい。
【0255】
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。
【0256】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様の電池制御回路が有する検出回路の一例について説明する。本発明の一形態に係わる半導体装置は、充放電中の二次電池において、二次電池の正極負極間電位を所定の時間ごとにサンプリングし（取得し）、サンプリングした電位と、サンプリング後の正極負極間電位とを比較することで、マイクロショートによる瞬間的な電位変動（ここでは、電位が下がる）を検知する機能を有する。所定時間ごとのサンプリングを繰り返すことで、充放電中における二次電池の電位変動に対応し、また、当該半導体装置は、二次電池の正極負極間電位を用いて動作させることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の電池制御回路が有する検出回路の一例について説明する。本発明の一形態に係わる半導体装置は、充放電中の二次電池において、二次電池の正極負極間電位を所定の時間ごとにサンプリングし（取得し）、サンプリングした電位と、サンプリング後の正極負極間電位とを比較することで、マイクロショートによる瞬間的な電位変動（ここでは、電位が下がる）を検知する機能を有する。所定時間ごとのサンプリングを繰り返すことで、充放電中における二次電池の電位変動に対応し、また、当該半導体装置は、二次電池の正極負極間電位を用いて動作させることができる。
【0257】
なお、本実施の形態では、充電中の二次電池において、二次電池および半導体装置の電位変動を、タイミングチャート等を用いて説明する。放電中の電位変動については、当業者であれば容易に理解できるため、その説明は省略する。
【0258】
＜検出回路の一例＞
図１４Ａは、検出回路ＭＳＤの構成例を示す回路図である。検出回路ＭＳＤは、トランジスタ１１乃至トランジスタ１５、容量素子Ｃ１１、および、コンパレータ５０を有する。なお、本明細書等で説明する図面においては、主な信号の流れを矢印または線で示しており、電源線等は省略する場合がある。検出回路ＭＳＤが有するコンパレータ５０として、ヒステリシスコンパレータを用いてもよい。なお、検出回路ＭＳＤは複数の直列に接続された電池セルにおいて検出を行ってもよいし、電池セルの一毎に検出をおこなってもよい。
図１４Ａは、検出回路ＭＳＤの構成例を示す回路図である。検出回路ＭＳＤは、トランジスタ１１乃至トランジスタ１５、容量素子Ｃ１１、および、コンパレータ５０を有する。なお、本明細書等で説明する図面においては、主な信号の流れを矢印または線で示しており、電源線等は省略する場合がある。検出回路ＭＳＤが有するコンパレータ５０として、ヒステリシスコンパレータを用いてもよい。なお、検出回路ＭＳＤは複数の直列に接続された電池セルにおいて検出を行ってもよいし、電池セルの一毎に検出をおこなってもよい。
【0259】
また、図１４Ａに示す検出回路ＭＳＤは、端子ＶＣ１、所定の電位ＶＢ１が供給される配線ＶＢ１＿ＩＮ、所定の電位ＶＢ２が供給される配線ＶＢ２＿ＩＮ、サンプリング信号が供給される配線ＳＨ＿ＩＮ、および、出力端子Ｓ＿ＯＵＴを有する。
【0260】
ここで、所定の電位ＶＢ１は、所定の電位ＶＢ２より高い電位であり、所定の電位ＶＢ２は、端子ＶＳＳＳの電位より高い電位である。
【0261】
【0262】
図１４Ｃは端子ＶＳＳＳを有する点、配線ＶＢ１＿ＩＮに接続される記憶素子１１４を有する点と、配線ＶＢ２＿ＩＮに接続される記憶素子１１４を有する点と、が図１４Ｂと異なる。また図１４Ｃにおいて、トランジスタ１１のソースおよびドレインの一方と、トランジスタ１３のソースおよびドレインの一方と、容量素子Ｃ１１の一方の電極と、は端子ＶＳＳＳに電気的に接続される。電位ＶＢ１および電位ＶＢ２が記憶素子１１４を介してそれぞれ配線ＶＢ１＿ＩＮおよび配線ＶＢ２＿ＩＮに与えられるため、記憶素子１１４により与えた電位を保持することができる。よって、電位ＶＢ１および電位ＶＢ２を供給する電圧生成回路の電源をオフとする、あるいは待機状態とすることができる。
【0263】
トランジスタ１１乃至トランジスタ１５は、ｎチャネル型のトランジスタである。本明細書等では、検出回路ＭＳＤを、ｎチャネル型のトランジスタを用いて構成した例を示すが、ｐチャネル型のトランジスタであってもよい。ｎチャネル型のトランジスタを用いて構成した回路図から、トランジスタをｐチャネル型に変更することは、当業者であれば容易に理解できるため、その説明は省略する。
【0264】
検出回路ＭＳＤにおいて、トランジスタ１１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、トランジスタ１１のソースおよびドレインの他方は、トランジスタ１２のソースおよびドレインの一方、および、トランジスタ１５のソースおよびドレインの一方と電気的に接続され、トランジスタ１１のゲートは、配線ＶＢ１＿ＩＮと電気的に接続され、トランジスタ１２のソースおよびドレインの他方、および、トランジスタ１２のゲートは、端子ＶＣ１と電気的に接続される。
【0265】
トランジスタ１３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、トランジスタ１３のソースおよびドレインの他方は、トランジスタ１４のソースおよびドレインの一方、および、コンパレータ５０の反転入力端子と電気的に接続され、トランジスタ１３のゲートは、配線ＶＢ２＿ＩＮと電気的に接続され、トランジスタ１４のソースおよびドレインの他方、および、トランジスタ１４のゲートは、端子ＶＣ１と電気的に接続される。
【0266】
また、トランジスタ１５のソースおよびドレインの他方は、容量素子Ｃ１１の他方の端子、および、コンパレータ５０の非反転入力端子と電気的に接続され、トランジスタ１５のゲートは、配線ＳＨ＿ＩＮと電気的に接続され、容量素子Ｃ１１の一方の端子は、端子ＶＳＳＳと電気的に接続され、コンパレータ５０の出力端子は、出力端子Ｓ＿ＯＵＴと電気的に接続される。なお、容量素子Ｃ１１の一方の端子は、所定の電位が供給される配線であれば、端子ＶＳＳＳ以外の配線と電気的に接続されてもよい。
【0267】
ここで、トランジスタ１１のソースおよびドレインの他方、トランジスタ１２のソースおよびドレインの一方、および、トランジスタ１５のソースおよびドレインの一方が、電気的に接続された接続部をノードＮ１１と呼称し、トランジスタ１３のソースおよびドレインの他方、トランジスタ１４のソースおよびドレインの一方、および、コンパレータ５０の反転入力端子が、電気的に接続された接続部をノードＮ１２と呼称し、トランジスタ１５のソースおよびドレインの他方、容量素子Ｃ１１の他方の端子、および、コンパレータ５０の非反転入力端子が、電気的に接続された接続部をノードＮ１３と呼称する。
【0268】
また、トランジスタ１１およびトランジスタ１２は、第１ソースフォロワを構成し、トランジスタ１３およびトランジスタ１４は、第２ソースフォロワを構成する。すなわち、トランジスタ１１のゲートは、第１ソースフォロワの入力に相当し、第１ソースフォロワはノードＮ１１に出力する。トランジスタ１３のゲートは、第２ソースフォロワの入力に相当し、第２ソースフォロワはノードＮ１２に出力する。
【0269】
検出回路ＭＳＤの動作の一例を図１４Ｃに示す回路を用いて説明する。
【0270】
組電池において充電が開始されると、配線ＳＨ＿ＩＮへ与えられるサンプリング信号は所定の時間ごとにハイレベルとなる。電位ＶＢ１として電位ＶＢ２より高い電位を与える。充電に伴い、ノードＮ１１の電位およびノードＮ１２の電位が上昇する。
【0271】
マイクロショートの発生により正極電位が瞬間的に低下すると、ノードＮ１１およびノードＮ１２の電位は瞬間的に低下する。一方、配線ＳＨ＿ＩＮへ与えられるサンプリング信号がローレベルの場合、ノードＮ１３の電位はノードＮ１１の電位に影響されず、ノードＮ１２の電位がノードＮ１３の電位より低くなる。すると、コンパレータ５０の出力が反転し、マイクロショートが検出される。
【0272】
また、マイクロショートの検出精度を高めるため、二次電池の電圧をアナログデジタル変換回路によりデジタルデータに変換し、プロセッサユニット等を用いて該デジタルデータを基に演算を行い、充電の波形または放電の波形を解析し、マイクロショートの検出、またはマイクロショートの予測を行ってもよい。例えば、充電の波形または放電の波形において、各時間ステップの電圧誤差の変位を用いてマイクロショートの検出、あるいは予測を行う。電圧誤差の変位とは、電圧誤差を算出し、前のステップとの差を算出することにより求められる。
【0273】
マイクロショートの検出精度を高めるため、ニューラルネットワークを用いてもよい。
【0274】
ニューラルネットワークとは手法であり、ニューラルネットワーク部（例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＡＰＵ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリなどを含む）で行うニューラルネットワーク処理である。なお、ＡＰＵは、ＣＰＵとＧＰＵを一つに統合したチップを指している。
【0275】
デバイスに搭載される二次電池は、放電に関しては使用者の使用方法に依存しやすいためランダムであるが、充電に関しては充電条件が決まっているため、放電に比べれば充電のカーブは予想しやすいといえる。ある程度多くの充電カーブを学習用のデータとすることで正確な値をニューラルネットワークを用いて予測することができる。充電カーブを取得すれば、ニューラルネットワークを利用してＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）等を得ることができる。ニューラルネットワークの演算には例えばマイクロプロセッサ等を用いればよい。
【0276】
具体的には、得られる様々なデータを機械学習または人工知能を用いて評価、及び学習し、予想される二次電池の劣化度合いを解析し、異常があれば二次電池への充電を停止、または定電流充電の電流密度を調整する。
【0277】
例えば、電気自動車において、走行中に学習データの取得ができ、二次電池の劣化状態を把握することができる。なお、二次電池の劣化状態の予測にはニューラルネットワークを用いる。ニューラルネットワークは、隠れ層を複数有するニューラルネットワーク、すなわち、ディープニューラルネットワークによって構成することができる。なお、ディープニューラルネットワークにおける学習を、ディープラーニングと呼ぶことがある。
【0278】
機械学習は、まず、学習データから特徴値を抽出する。時間によって変化する相対的変化量を特徴値として抽出し、抽出された特徴値に基づいてニューラルネットワークを学習させる。学習手段は時間区間ごとに互いに異なる学習パターンに基づいてニューラルネットワークを学習させることができる。学習データに基づいた学習結果に従ってニューラルネットワークに適用された結合重みを更新することができる。
【0279】
ニューラルネットワークを用いて行う二次電池の充電状態推定方法としては、回帰モデル、例えばカルマンフィルタなどを用いて計算処理して得ることもできる。
【0280】
カルマンフィルタは、無限インパルス応答フィルタの一種である。また、重回帰分析は多変量解析の一つであり、回帰分析の独立変数を複数にしたものである。重回帰分析としては、最小二乗法などがある。回帰分析では観測値の時系列が多く必要とされる一方、カルマンフィルタは、ある程度のデータの蓄積さえあれば、逐次的に最適な補正係数が得られるメリットを有する。また、カルマンフィルタは、非定常時系列に対しても適用できる。
【0281】
二次電池の内部抵抗及び充電率（ＳＯＣ）を推定する方法として、非線形カルマンフィルタ（具体的には無香料カルマンフィルタ（ＵＫＦとも呼ぶ））を利用することができる。また、拡張カルマンフィルタ（ＥＫＦともよぶ）を用いることもできる。ＳＯＣとは、充電状態（充電率ともよぶ）を示しており、満充電時を１００％、完全放電時を０％とする指標である。
【0282】
最適化アルゴリズムにより得られた初期パラメータをｎ（ｎは整数、例えば５０）サイクル毎に集め、それらのデータ群を教師データに用いてニューラルネットワーク処理することで高精度のＳＯＣの推定を行うことができる。
【0283】
学習システムは、教師データ作成装置及び学習装置を有する。教師データ作成装置は、学習装置が学習する際に利用する教師データを作成する。教師データとは処理対象データと認識対象が同一のデータと、そのデータに対応するラベルの評価とを含む。教師データ作成装置は、入力データ取得部、評価取得部、教師データ作成部を有する。入力データ取得部は、記憶装置に記憶されたデータから取得してもよいし、インターネットを介して学習の入力データを取得してもよく、入力データとは学習に用いるデータであり、二次電池の電流値や電圧値を含む。また、教師データとしては、実測のデータでなくともよく、初期パラメータを条件振りすることで多様性を持たせ、実測に近いデータを作成し、それらの所定の特性データベースを教師データに用いてニューラルネットワーク処理することで充電率（ＳＯＣ）を推定してもよい。ある一つの電池の充放電特性を基に、実測に近いデータを作成し、それらの所定の特性データベースを教師データに用いてニューラルネットワーク処理することで、同種の電池のＳＯＣ推定を効率よく行うこともできる。
【0284】
二次電池の劣化が進んだ場合、初期パラメータのＦＣＣが大きく変化するとＳＯＣの誤差が生じる恐れがあるため、ＳＯＣの推定のための演算に用いる初期パラメータを更新してもよい。更新する初期パラメータは、予め実測した充放電特性のデータを用いて最適化アルゴリズムにより算出する。更新された初期パラメータを用いた回帰モデル、例えばカルマンフィルタで計算処理することで、劣化後であっても高精度のＳＯＣの推定を行うことができる。本明細書ではカルマンフィルタを用いて計算処理することをカルマンフィルタ処理するとも表現する。
【0285】
初期パラメータを更新するタイミングは任意でよいが、高い精度でＳＯＣの推定を行うためには、更新頻度は多い方が好ましく、定期的、連続的に更新するほうが好ましい。なお、二次電池の温度が高い状態において、ＳＯＣが高いと劣化が進みやすい場合がある。このような場合には、二次電池の放電を行い、ＳＯＣを低くすることにより二次電池の劣化を抑制することが好ましい。
【0286】
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。
【0287】
（実施の形態６）
本実施の形態は、コンパレータの構成例を示す。
本実施の形態は、コンパレータの構成例を示す。
【0288】
図１５Ａには、先の実施の形態で述べたコンパレータ５０の構成の一例を示す。コンパレータ５０はトランジスタ２１乃至トランジスタ２５を有する。またコンパレータ５０は、二次電池の負極電位が供給される配線ＶＢＭ＿ＩＮ、二次電池の正極電位ＶＢＰが供給される配線ＶＢＰ＿ＩＮ、所定の電位ＶＢ３が供給される配線ＶＢ３＿ＩＮ、入力端子ＣＰ１＿ＩＮ、入力端子ＣＭ１＿ＩＮ、出力端子ＣＰ１＿ＯＵＴ、および、出力端子ＣＭ１＿ＯＵＴを有する。
【0289】
図１５Ａのコンパレータ５０をセルバランス回路１３０および検出回路１８５に適用する場合には例えば、配線ＶＢＰ＿ＩＮには端子ＶＣ１から、配線ＶＢＭ＿ＩＮには端子ＶＣ２から、それぞれ電位が接続される。
【0290】
ここで、所定の電位ＶＢ３は、負極電位ＶＢＭより高い電位であり、また、コンパレータ５０において、正極電位ＶＢＰは高電源電位であり、負極電位ＶＢＭは低電源電位である。
【0291】
コンパレータ５０において、トランジスタ２１のソースおよびドレインの一方は、配線ＶＢＭ＿ＩＮと電気的に接続され、トランジスタ２１のソースおよびドレインの他方は、トランジスタ２２のソースおよびドレインの一方、および、トランジスタ２４のソースおよびドレインの一方と電気的に接続され、トランジスタ２１のゲートは、配線ＶＢ３＿ＩＮと電気的に接続される。
【0292】
トランジスタ２２のソースおよびドレインの他方は、トランジスタ２３のソースおよびドレインの一方、および、出力端子ＣＭ１＿ＯＵＴと電気的に接続され、トランジスタ２３のソースおよびドレインの他方、および、トランジスタ２３のゲートは、配線ＶＢＰ＿ＩＮと電気的に接続され、トランジスタ２２のゲートは、入力端子ＣＰ１＿ＩＮと電気的に接続される。
【0293】
トランジスタ２４のソースおよびドレインの他方は、トランジスタ２５のソースおよびドレインの一方、および、出力端子ＣＰ１＿ＯＵＴと電気的に接続され、トランジスタ２５のソースおよびドレインの他方、および、トランジスタ２５のゲートは、配線ＶＢＰ＿ＩＮと電気的に接続され、トランジスタ２４のゲートは、入力端子ＣＭ１＿ＩＮと電気的に接続される。
【0294】
また、図１５Ａに示す回路を並列に複数接続して、コンパレータ５０として用いてもよい。すなわち、図１５Ａに示すコンパレータの出力を次段のコンパレータ５０に入力し、複数のコンパレータを接続して用いてもよい。
【0295】
なお、図１５Ａに示す回路が有するトランジスタは、図１５Ｂに示すように、バックゲートを有してもよい。保持回路９９によりバックゲートに電圧を与え、保持することができる。保持回路９９において、トランジスタ９９ａのソースおよびドレインの一方は端子ＳＨ＿９９に、他方はトランジスタ２２のバックゲート、トランジスタ２４のバックゲートおよび容量素子９９ｂの一方の電極に電気的に接続される。
【0296】
保持回路９９において、端子ＳＨ＿９９にバックゲートに与える電圧を与え、トランジスタ９９ａをオン状態としてトランジスタ２２およびトランジスタ２４のバックゲートに電圧を与えた後、トランジスタ９９ａをオフ状態とすることにより、バックゲートの電圧を保持することができる。トランジスタ９９ａ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）が極めて低いため、所望の電圧をトランジスタ２２およびトランジスタ２４のバックゲートに保持させることができる。
【0297】
端子ＳＨ＿９９に与える電圧は例えば、二次電池９９ｆから変換回路９９ｅに与えられ、変換回路９９ｅを経た後、昇圧回路９９ｃに与えられ、昇圧回路９９ｃにて昇圧された後、端子ＳＨ＿９９に与えられる。昇圧回路９９ｃにはクロック生成回路９９ｄからの信号が与えられる。変換回路９９ｅ、昇圧回路９９ｃ、クロック生成回路９９ｄは、ＯＳトランジスタを用いて構成することができる。
【0298】
本発明の一態様の蓄電装置において、基板上に二次電池を２以上設けてもよい。例えば、蓄電装置から後述する電子機器等に電力を共有するための二次電池（ここでは第１の二次電池と呼ぶ）とは別に、二次電池９９ｆを設けてもよい。そのような場合、二次電池９９ｆは、第１の二次電池よりも容量が小さくてもよく、例えば、０．１倍以下、あるいは０．０１倍以下である。
【0299】
図１２Ｂには昇圧回路９９ｃおよびクロック生成回路９９ｄからの信号が与えられるクロックバッファ回路９９ｇの構成の一例を示す。
【0300】
（クロックバッファ回路）
クロックバッファ回路９９ｇは、インバータ７０乃至７５、端子ａ１乃至ａ３を有する。クロックバッファ回路９９ｇは、信号ＣＬＫ＿ｃｐから信号ＣＫ１＿ｃｐ、ＣＫＢ１＿ｃｐを生成する機能を有する。端子ａ１は信号ＣＬＫ＿ｃｐの入力端子であり、端子ａ２、ａ３は、信号ＣＫ１＿ｃｐ、ＣＫＢ１＿ｃｐの出力端子である。信号ＣＬＫ＿ｃｐは、クロック信号である。本発明の一態様の蓄電装置は、基準クロック信号を分周して、信号ＣＬＫ＿ｃｐを生成する機能を有してもよい。信号ＣＫ１＿ｃｐと信号ＣＫＢ１＿ｃｐとは相補関係にあるクロック信号である。
クロックバッファ回路９９ｇは、インバータ７０乃至７５、端子ａ１乃至ａ３を有する。クロックバッファ回路９９ｇは、信号ＣＬＫ＿ｃｐから信号ＣＫ１＿ｃｐ、ＣＫＢ１＿ｃｐを生成する機能を有する。端子ａ１は信号ＣＬＫ＿ｃｐの入力端子であり、端子ａ２、ａ３は、信号ＣＫ１＿ｃｐ、ＣＫＢ１＿ｃｐの出力端子である。信号ＣＬＫ＿ｃｐは、クロック信号である。本発明の一態様の蓄電装置は、基準クロック信号を分周して、信号ＣＬＫ＿ｃｐを生成する機能を有してもよい。信号ＣＫ１＿ｃｐと信号ＣＫＢ１＿ｃｐとは相補関係にあるクロック信号である。
【0301】
（昇圧回路）
昇圧回路９９ｃは、降圧型チャージポンプであり、電位ＧＮＤを降圧して、電位Ｖｃｐ１を生成する機能を有する。なお、入力電位は電位ＧＮＤに限定されない。昇圧回路９９ｃは、トランジスタＭＮ６１乃至ＭＮ６５、容量素子Ｃ６１乃至Ｃ６５を有する。昇圧回路９９ｃの段数は５であるが、段数はこれに限定されない。
昇圧回路９９ｃは、降圧型チャージポンプであり、電位ＧＮＤを降圧して、電位Ｖｃｐ１を生成する機能を有する。なお、入力電位は電位ＧＮＤに限定されない。昇圧回路９９ｃは、トランジスタＭＮ６１乃至ＭＮ６５、容量素子Ｃ６１乃至Ｃ６５を有する。昇圧回路９９ｃの段数は５であるが、段数はこれに限定されない。
【0302】
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。
【0303】
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電装置を用いた電子機器の例について図１６及び図１７Ａ乃至図１７Ｃを用いて説明する。本発明の一態様の蓄電装置は、二次電池と、電池制御回路と、を同一基板上に設けることができるため、電子機器の小型化が可能となり、かつ、二次電池の安全性を高めることができる。また、本発明の一態様の蓄電装置は基板上に設けることができるため、薄いという特徴がある。
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電装置を用いた電子機器の例について図１６及び図１７Ａ乃至図１７Ｃを用いて説明する。本発明の一態様の蓄電装置は、二次電池と、電池制御回路と、を同一基板上に設けることができるため、電子機器の小型化が可能となり、かつ、二次電池の安全性を高めることができる。また、本発明の一態様の蓄電装置は基板上に設けることができるため、薄いという特徴がある。
【0304】
図１６は、本発明の一態様の蓄電装置を用いた応用機器の一例であるＩＣカードである。電波３００５からの給電により得られた電力を蓄電装置が有する薄膜型二次電池３００１に充電することができる。ＩＣカード３０００内部にはアンテナ及びＩＣ３００４や、薄膜型二次電池３００１が配置されている。ＩＣカード３０００上には、管理バッジを装着する作業者のＩＤ３００２及び写真３００３が表示されている。薄膜型二次電池３００１に充電した電力を用いてアンテナから認証信号などの信号を発信することもできる。
【0305】
本発明の一態様の蓄電装置は、ＩＤ３００２および写真３００３の表示のために、表示装置を有してもよい。表示装置は例えば、表示部と、表示部に画像信号を与える駆動回路と、を有する。該駆動回路は例えば、先の実施の形態に示すＯＳトランジスタを複数用いた構成とすることができる。本発明の一態様の蓄電装置では、二次電池とＯＳトランジスタとを、同一基板上に設けることができる。よって、ＯＳトランジスタを用いて該駆動回路を設けることにより、同一基板上に二次電池と駆動回路、あるいは駆動回路の少なくとも一部を設けることができる。よって、ＩＣカードの薄膜化、軽量化、丈夫さの向上、等が可能となる。
【0306】
表示装置として例えば、アクティブマトリクス表示装置を設けてもよい。アクティブマトリクス表示装置としては反射型液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置や電子ペーパーなどがある。アクティブマトリクス表示装置に映像（動画または静止画）や時間を表示させることもできる。アクティブマトリクス表示装置の電力は、薄膜型二次電池３００１から供給することができる。
【0307】
ＩＣカードはプラスチック基板が用いられるため、フレキシブル基板を用いた有機ＥＬ表示装置が好ましい。
【0308】
また、写真３００３に代えて太陽電池を設けてもよい。外光の照射により光を吸収し、電力を発生させ、その電力を薄膜型二次電池３００１に充電することができる。
【0309】
また、薄膜型二次電池は、ＩＣカードに限定されず、車載に用いるワイヤレスセンサの電源、ＭＥＭＳデバイス用の二次電池などに用いることができる。
【0310】
図１７Ａは、ウェアラブルデバイスの例を示している。ウェアラブルデバイスは、電源として二次電池を用いる。また、使用者が生活または屋外で使用する場合において、防沫性能、耐水性能または防塵性能を高めるため、接続するコネクタ部分が露出している有線による充電だけでなく、無線充電も行えるウェアラブルデバイスが望まれている。
【0311】
例えば、図１７Ａに示すような眼鏡型デバイス４００に本発明の一態様である蓄電装置を搭載することができる。眼鏡型デバイス４００は、フレーム４００ａと、表示部４００ｂを有する。湾曲を有するフレーム４００ａのテンプル部に、二次電池を有する蓄電装置を搭載することで、軽量であり、且つ、重量バランスがよく継続使用時間の長い眼鏡型デバイス４００とすることができる。本発明の一態様である二次電池を備えることで、筐体の小型化に伴う省スペース化に対応できる構成を実現することができる。
【0312】
また、ヘッドセット型デバイス４０１に本発明の一態様である二次電池を搭載することができる。ヘッドセット型デバイス４０１は、少なくともマイク部４０１ａと、フレキシブルパイプ４０１ｂと、イヤフォン部４０１ｃを有する。フレキシブルパイプ４０１ｂ内やイヤフォン部４０１ｃ内に二次電池を設けることができる。本発明の一態様である二次電池を備えることで、筐体の小型化に伴う省スペース化に対応できる構成を実現することができる。
【0313】
また、身体に直接取り付け可能なデバイス４０２に本発明の一態様である二次電池を搭載することができる。デバイス４０２の薄型の筐体４０２ａの中に、二次電池を有する蓄電装置４０２ｂを設けることができる。本発明の一態様である二次電池を備えることで、筐体の小型化に伴う省スペース化に対応できる構成を実現することができる。
【0314】
また、衣服に取り付け可能なデバイス４０３に本発明の一態様である蓄電装置を搭載することができる。デバイス４０３の薄型の筐体４０３ａの中に、二次電池が搭載された蓄電装置４０３ｂを設けることができる。本発明の一態様である二次電池を備えることで、筐体の小型化に伴う省スペース化に対応できる構成を実現することができる。
【0315】
また、ベルト型デバイス４０６に本発明の一態様である蓄電装置を搭載することができる。ベルト型デバイス４０６は、ベルト部４０６ａおよびワイヤレス給電受電部４０６ｂを有し、ベルト部４０６ａの内部に、二次電池を有する蓄電装置を搭載することができる。本発明の一態様である蓄電装置を備えることで、筐体の小型化に伴う省スペース化に対応できる構成を実現することができる。
【0316】
また、腕時計型デバイス４０５に本発明の一態様である蓄電装置を搭載することができる。腕時計型デバイス４０５は表示部４０５ａおよびベルト部４０５ｂを有し、表示部４０５ａまたはベルト部４０５ｂに、蓄電装置を設けることができる。本発明の一態様である蓄電装置を備えることで、筐体の小型化に伴う省スペース化に対応できる構成を実現することができる。
【0317】
表示部４０５ａには、時刻だけでなく、メールや電話の着信等、様々な情報を表示することができる。
【0318】
また、腕時計型デバイス４０５は、腕に直接巻きつけるタイプのウェアラブルデバイスであるため、使用者の脈拍、血圧等を測定するセンサを搭載してもよい。使用者の運動量および健康に関するデータを蓄積し、健康を管理することができる。
【0319】
図１７Ｂに腕から取り外した腕時計型デバイス４０５の斜視図を示す。
【0320】
【0321】
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。
【0322】
（実施の形態８）
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電装置を用いた電子機器について、図１８Ａおよび図１８Ｂ、および図１９Ａ乃至図１９Ｄを用いて説明する。本発明の一態様の蓄電装置は、二次電池と、電池制御回路と、を同一基板上に設けることができるため、電子機器の小型が可能となり、かつ、二次電池の安全性を高めることができる。また、本発明の一態様の蓄電装置は基板上に設けることができるため、薄いという特徴がある。
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電装置を用いた電子機器について、図１８Ａおよび図１８Ｂ、および図１９Ａ乃至図１９Ｄを用いて説明する。本発明の一態様の蓄電装置は、二次電池と、電池制御回路と、を同一基板上に設けることができるため、電子機器の小型が可能となり、かつ、二次電池の安全性を高めることができる。また、本発明の一態様の蓄電装置は基板上に設けることができるため、薄いという特徴がある。
【0323】
図１８Ａに、腕時計型の携帯情報端末（スマートウォッチ（登録商標）とも呼ぶ）７００の斜視図を示す。携帯情報端末７００は、筐体７０１、表示パネル７０２、留め金７０３、バンド７０５Ａ、７０５Ｂ、操作ボタン７１１、７１２を有する。
【0324】
表示パネルとして例えば、アクティブマトリクス表示装置を設けてもよい。アクティブマトリクス表示装置としては反射型液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置や電子ペーパーなどがある。アクティブマトリクス表示装置に映像（動画または静止画）や時間を表示させることもできる。アクティブマトリクス表示装置の電力は、薄膜型二次電池から供給することができる。また、フレキシブル基板を用いた有機ＥＬ表示装置を用いてもよい。
【0325】
上記表示装置は、表示パネルと、表示パネルに画像信号を与える駆動回路を有する。該駆動回路は例えば、先の実施の形態に示すＯＳトランジスタを複数用いた構成とすることができる。本発明の一態様の蓄電装置では、二次電池とＯＳトランジスタと、同一基板上に設けることができる。よって、ＯＳトランジスタを用いて該駆動回路を設けることにより、同一基板上に二次電池と駆動回路、あるいは駆動回路の少なくとも一部を設けることができる。よって、本発明の一態様の携帯情報端末の小型化、軽量化、丈夫さの向上、等が可能となる。
【0326】
ベゼル部を兼ねる筐体７０１に搭載された表示パネル７０２は、矩形状の表示領域を有している。また、該表示領域は曲面を構成している。表示パネル７０２は可撓性を有すると好ましい。なお、表示領域は非矩形状であってもよい。
【0327】
バンド７０５Ａおよびバンド７０５Ｂは、筐体７０１と接続される。留め金７０３は、バンド７０５Ａと接続される。バンド７０５Ａと筐体７０１とは、例えばピンを介して接続部が回転できるように接続される。バンド７０５Ｂと筐体７０１、ならびにバンド７０５Ａと留め金７０３の接続についても同様である。
【0328】
図１８Ｂにバンド７０５Ａの斜視図を示す。バンド７０５Ａは蓄電装置を有する。蓄電装置には、例えば先の実施の形態で説明した蓄電装置を用いることができる。蓄電装置はバンド７０５Ａの内部に埋め込まれ、蓄電装置が有する二次電池の正極リード７５１および負極リード７５２はそれぞれ一部がバンド７０５Ａから突出している（図１８Ｂ参照）。正極リード７５１および負極リード７５２は、表示パネル７０２と電気的に接続される。なお、上記のピンが電極の機能を有していてもよい。具体的には、正極リード７５１および表示パネル７０２、ならびに負極リード７５２および表示パネル７０２が、それぞれバンド７０５Ａと筐体７０１とを接続するピンを介して電気的に接続されていてもよい。このようにすることで、バンド７０５Ａおよび筐体７０１の接続部における構成を簡略化できる。
【0329】
蓄電装置は可撓性を有する。そのためバンド７０５Ａは、蓄電装置と一体形成することで作製できる。例えば、バンド７０５Ａの外形に対応する金型に蓄電装置をセットし、バンド７０５Ａの材料を該金型に流し込み、該材料を硬化させることで図１８Ｂに示すバンド７０５Ａを作製できる。
【0330】
バンド７０５Ａの材料としてゴム材料を用いる場合、加熱処理によってゴムを硬化させる。例えばゴム材料としてフッ素ゴムを用いる場合、１７０℃、１０分の加熱処理によって硬化させる。また、ゴム材料としてシリコーンゴムを用いる場合、１５０℃、１０分の加熱処理によって硬化させる。
【0331】
バンド７０５Ａに用いる材料としては、フッ素ゴム、シリコーンゴムのほか、フロロシリコーンゴム、ウレタンゴムが挙げられる。
【0332】
なお、図１８Ａに示す携帯情報端末７００は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示領域に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、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、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信又は受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示領域に表示する機能、等を有することができる。
【0333】
また、筐体７０１の内部に、スピーカ、センサ（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン等を有することができる。なお、携帯情報端末７００は、発光素子をその表示パネル７０２に用いることにより作製することができる。
【0334】
なお、図１８Ａでは蓄電装置がバンド７０５Ａに含まれる例を示したが、蓄電装置がバンド７０５Ｂに含まれていてもよい。バンド７０５Ｂとしてはバンド７０５Ａと同様の材料を用いることができる。
【0335】
図１９Ａは、掃除ロボットの一例を示している。掃除ロボット６３００は、筐体６３０１上面に配置された表示部６３０２、側面に配置された複数のカメラ６３０３、ブラシ６３０４、操作ボタン６３０５、各種センサなどを有する。図示されていないが、掃除ロボット６３００には、タイヤ、吸い込み口等が備えられている。掃除ロボット６３００は自走し、ゴミ６３１０を検知し、下面に設けられた吸い込み口からゴミを吸引することができる。
【0336】
例えば、掃除ロボット６３００は、カメラ６３０３が撮影した画像を解析し、壁、家具または段差などの障害物の有無を判断することができる。また、画像解析により、配線などブラシ６３０４に絡まりそうな物体を検知した場合は、ブラシ６３０４の回転を止めることができる。掃除ロボット６３００は、その内部に本発明の一態様に係る蓄電装置と、半導体装置または電子部品を備える。本発明の一態様に係る蓄電装置を掃除ロボット６３００に用いることで、掃除ロボット６３００を稼働時間が長く信頼性の高い電子機器とすることができる。
【0337】
図１９Ｂは、ロボットの一例を示している。図１９Ｂに示すロボット６４００は、蓄電装置６４０９、照度センサ６４０１、マイクロフォン６４０２、上部カメラ６４０３、スピーカ６４０４、表示部６４０５、下部カメラ６４０６および障害物センサ６４０７、移動機構６４０８、演算装置等を備える。
【0338】
マイクロフォン６４０２は、使用者の話し声及び環境音等を検知する機能を有する。また、スピーカ６４０４は、音声を発する機能を有する。ロボット６４００は、マイクロフォン６４０２およびスピーカ６４０４を用いて、使用者とコミュニケーションをとることが可能である。
【0339】
表示部６４０５は、種々の情報の表示を行う機能を有する。ロボット６４００は、使用者の望みの情報を表示部６４０５に表示することが可能である。表示部６４０５は、タッチパネルを搭載していてもよい。また、表示部６４０５は取り外しのできる情報端末であっても良く、ロボット６４００の定位置に設置することで、充電およびデータの受け渡しを可能とする。
【0340】
上部カメラ６４０３および下部カメラ６４０６は、ロボット６４００の周囲を撮像する機能を有する。また、障害物センサ６４０７は、移動機構６４０８を用いてロボット６４００が前進する際の進行方向における障害物の有無を察知することができる。ロボット６４００は、上部カメラ６４０３、下部カメラ６４０６および障害物センサ６４０７を用いて、周囲の環境を認識し、安全に移動することが可能である。
【0341】
ロボット６４００は、その内部に本発明の一態様に係る蓄電装置６４０９と、電子部品を備える。本発明の一態様に係る蓄電装置をロボット６４００に用いることで、ロボット６４００を稼働時間が長く信頼性の高い電子機器とすることができる。
【0342】
【0343】
例えば、カメラ６５０２で撮影した画像データは、電子部品６５０４に記憶される。電子部品６５０４は、画像データを解析し、移動する際の障害物の有無などを察知することができる。また、蓄電装置６５０３は、二次電池の蓄電容量の変化から、残量を推定することができる。飛行体６５００は、その内部に本発明の一態様に係る蓄電装置６５０３を備える。本発明の一態様に係る蓄電装置を飛行体６５００に用いることで、飛行体６５００を稼働時間が長く信頼性の高い電子機器とすることができる。
【0344】
図１９Ｄは、自動車の一例を示している。自動車７１６０は、蓄電装置７１６１、エンジン、タイヤ、ブレーキ、操舵装置、カメラなどを有する。自動車７１６０は、その内部に本発明の一態様に係る蓄電装置７１６１を備える。本発明の一態様に係る蓄電装置を自動車７１６０に用いることで、車両の重量を軽くすることができる。また、車両に占める二次電池の容積を小さくすることができる。また、自動車７１６０を航続距離が長く、安全性が高く、信頼性が高い自動車とすることができる。
【0345】
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。
【符号の説明】
【0346】
１１：トランジスタ、１２：トランジスタ、１３：トランジスタ、１４：トランジスタ、１５：トランジスタ、２１：トランジスタ、２２：トランジスタ、２３：トランジスタ、２４：トランジスタ、２５：トランジスタ、５０：コンパレータ、９０：蓄電装置、９１：電池制御回路、９１ａ：回路、９１ｂ：回路、９９：保持回路、９９ａ：トランジスタ、９９ｂ：トランジスタ、１００：正極、１０１：正極活物質層、１０３：正極集電体、１１０：基板、１１３：コンパレータ、１１４：記憶素子、１２０：組電池、１２１：電池セル、１３０：セルバランス回路、１３０ａ：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、１６１：容量素子、１６２：トランジスタ、１７２：トランジスタ、１８２：論理回路、１８５：検出回路、１８５ａ：検出回路、１８５ｃ：回路、１８５ｄ：回路、１８６：検出回路、２００：二次電池、２０３：固体電解質層、２０４：負極活物質層、２０５：負極集電体、２０６：保護層、２１０：負極、２１３：固体電解質層、２１５：正極集電体、３００：トランジスタ、３１３：半導体領域、３１４ａ：低抵抗領域、３１４ｂ：低抵抗領域、３１５：絶縁体、３１６：導電体、３２０：絶縁体、３２２：絶縁体、３２４：絶縁体、３２６：絶縁体、３２８：導電体、３３０：導電体、３５０：絶縁体、４００：眼鏡型デバイス、４００ａ：フレーム、４００ｂ：表示部、４０１：ヘッドセット型デバイス、４０１ａ：マイク部、４０１ｂ：フレキシブルパイプ、４０１ｃ：イヤフォン部、４０２：デバイス、４０２ａ：筐体、４０２ｂ：蓄電装置、４０３：デバイス、４０３ａ：筐体、４０３ｂ：蓄電装置、４０５：腕時計型デバイス、４０５ａ：表示部、４０５ｂ：ベルト部、４０６：ベルト型デバイス、４０６ａ：ベルト部、４０６ｂ：ワイヤレス給電受電部、５００：トランジスタ、５０３：導電体、５１２：絶縁体、５１４：絶縁体、５２０：絶縁体、５２２：絶縁体、５２４：絶縁体、５３０：酸化物、５３０ａ：酸化物、５３０ｂ：酸化物、５３０ｃ：酸化物、５４０ａ：導電体、５４０ｂ：導電体、５４２ａ：導電体、５４２ｂ：導電体、５４３ａ：領域、５４３ｂ：領域、５４４：絶縁体、５５０：絶縁体、５６０：導電体、５６０ａ：導電体、５６０ｂ：導電体、５７４：絶縁体、５８０：絶縁体、５８０ｂ：絶縁体、５８１：絶縁体、５９９：基板、６００：容量素子、６１０：導電体、６１０ｂ：導電体、６１１：絶縁体、６６０：センサ素子、６６０ａ：導電体、６６０ｂ：層、６６０ｃ：導電体、７００：携帯情報端末、７０１：筐体、７０２：表示パネル、７０３：留め金、７０５Ａ：バンド、７０５Ｂ：バンド、７１１：操作ボタン、７１２：操作ボタン、７５１：正極リード、７５２：負極リード、９１３：蓄電装置、３０００：ＩＣカード、３００１：薄膜型二次電池、３００２：ＩＤ、３００３：写真、３００４：ＩＣ、３００５：電波、６３００：掃除ロボット、６３０１：筐体、６３０２：表示部、６３０３：カメラ、６３０４：ブラシ、６３０５：操作ボタン、６３１０：ゴミ、６４００：ロボット、６４０１：照度センサ、６４０２：マイクロフォン、６４０３：上部カメラ、６４０４：スピーカ、６４０５：表示部、６４０６：下部カメラ、６４０７：障害物センサ、６４０８：移動機構、６４０９：蓄電装置、６５００：飛行体、６５０１：プロペラ、６５０２：カメラ、６５０３：蓄電装置、６５０４：電子部品、７１６０：自動車、７１６１：蓄電装置
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図18A】
【図18B】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図19D】