半導体装置
【課題】パッシブ型ＲＦタグは、小型軽量化が可能であるという利点を有している。しかし、駆動電力には限りがある。最大通信距離や同時認識数を増やすためには、半導体装置内での消費電力の効率化、低消費電力化が求められる。
【解決手段】本発明の一態様の半導体装置は、アンテナ回路と、前記アンテナ回路と電気的に接続されている変調回路と、前記変調回路と電気的に接続されているフィルタ回路と、前記フィルタ回路と電気的に接続されている論理回路とを有し、前記変調回路は第１の抵抗とトランジスタを有し、前記フィルタ回路は容量を有し、前記第１の抵抗の一方の端子は、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続し、前記第１の抵抗の他方の端子は、前記アンテナ回路と電気的に接続し、前記トランジスタのゲートは、前記容量の一方の端子及び論理回路と電気的に接続する。
【解決手段】本発明の一態様の半導体装置は、アンテナ回路と、前記アンテナ回路と電気的に接続されている変調回路と、前記変調回路と電気的に接続されているフィルタ回路と、前記フィルタ回路と電気的に接続されている論理回路とを有し、前記変調回路は第１の抵抗とトランジスタを有し、前記フィルタ回路は容量を有し、前記第１の抵抗の一方の端子は、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続し、前記第１の抵抗の他方の端子は、前記アンテナ回路と電気的に接続し、前記トランジスタのゲートは、前記容量の一方の端子及び論理回路と電気的に接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信によりデータの送受信を行う半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線でデータの送受信が可能な半導体装置の開発が進められ、大きな注目を浴びている。このような半導体装置の例としては、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、ＲＦチップ、ＲＦタグ、ＩＣチップ、ＩＣタグ、無線チップ、無線タグ、電子チップ、電子タグ、無線プロセッサ、無線メモリと呼ばれるものがあり、一部の市場では導入が始められている。なかでも物品を管理するために無線でデータの送受信が可能な半導体装置は、小型で軽量、使い勝手がよく、セキュリティが高くかつ安価なものの開発が進められている。また、無線でデータの送受信が可能な半導体装置は、例えばカード等に搭載されることもあり、最近では様々な分野への応用が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２６０５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、無線でデータの送受信が可能な半導体装置には、リーダ／ライタ（Ｒ／Ｗ）等の送受信機（質問器）から発せられる搬送波、又は搬送波に変調波を重畳して生成された振幅変調波から、半導体装置内部で駆動用の直流電圧を生成することによって、半導体装置内部の回路の駆動電力を賄うものがあり、このような半導体装置は内部にバッテリーを持たない。これは一般にパッシブ型ＲＦタグなどと呼ばれている。一方、半導体装置の動作に必要な電力を、半導体装置自身に内蔵されたバッテリーから賄うものは、パッシブ型ＲＦタグに対してアクティブ型ＲＦタグと呼ばれている。
【０００５】
パッシブ型ＲＦタグは、小型軽量化が可能であるという利点を有している。そのため、パッシブ型ＲＦタグの利点から製造、流通の分野の個体識別技術として、従来のバーコード管理に代わり、多数多量の物品の管理等に役立てられ始めており、個人認証への応用も進められている。このような現状からパッシブ型ＲＦタグの最大通信距離や同時認識数を増やすことで、さらに様々な分野への応用が期待できる。
【０００６】
パッシブ型ＲＦタグは、Ｒ／Ｗから発せられる搬送波を受信することで駆動電力を生成するため、最大通信距離や同時認識数を増やすためには、半導体装置内での消費電力の効率化、低消費電力化が求められている。
【０００７】
図２、３は、変調回路に負荷変調方式を採用した一般的なパッシブ型ＲＦタグのアンテナ周辺の回路を示す。アンテナ回路１０２、変調回路１０５、及び応答信号２３３を出力する論理回路の一部回路２０１（論理回路の出力部の回路）、論理回路から出力される応答信号２３３を変調してＲ／Ｗに送信する信号２３２を示す。
【０００８】
図２は、トランジスタ２１２がオン時を示し、図３は、トランジスタ２１２がオフ時を示す。
【０００９】
無線信号を受信したアンテナ回路１０２から出力された信号２３１の周波数と、論理回路が出力する応答信号２３３の周波数を比較すると大きく異なっており、周波数は、信号２３１の方が応答信号２３３よりもはるかに高いのが一般的である。なお、図２、３において、信号２３１、信号２３２、応答信号２３３を示したが、後述の図面では省略する。
【００１０】
このような条件下においては、アンテナ回路などの交流回路から論理回路などの直流回路（又は直流回路とみなせる交流回路）への交流のリーク（交流リーク２３４）が生じる。
【００１１】
この交流リーク２３４は、トランジスタ２１２のゲートとドレイン間、及びゲートとソース間により形成される寄生容量を介して信号２３１の電圧振幅がトランジスタ２１２のゲートに伝搬することで生じる。さらに、交流リーク２３４は、トランジスタ２１２がオンまたはオフ時に関わらずトランジスタ２１２のゲートから常に生じている。
【００１２】
搬送波から駆動電力を賄うパッシブ型ＲＦタグにおいて、交流リーク２３４は、信号２３１の電圧振幅の振幅は内部生成される直流電圧の大きさと同程度の大きさであり、トランジスタ２１２の寄生容量が小さくても回路動作上無視できないほどの大きさのノイズになっている。
【００１３】
図２、３において、交流リーク２３４は、論理回路１０１の一部回路２０１のトランジスタや抵抗等の素子に流れ込み、半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費される。そのため、交流リーク２３４は、半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費され、半導体装置の消費電力を増大させる大きな要因になっている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
交流リーク２３４のような交流電流の場合、消費電力は、瞬時電圧と瞬時電流の積を交流電流の一周期の時間の範囲で積分し、その積分値を一周期の時間で割った平均電力とみなせる。
【００１５】
抵抗のようなレジスタンス素子に電流が流れると電気エネルギーは、熱エネルギー等の他のエネルギーに変換される性質がある。そのため、常に電力を消費する。レジスタンス素子としては抵抗のほかにＭＯＳトランジスタのソース−ドレイン間やダイオード等が挙げられる。
【００１６】
一方、計算上では、交流回路における容量の消費電力は瞬時において電力を消費しているものの、一周期ごとの平均電力はゼロとなる。これは、容量のようなリアクタンス素子は、エネルギーを蓄え、そして蓄えた電気エネルギーを放出する性質があるためである。したがって、交流回路において容量などのリアクタンス素子は電力を消費しない。つまり、半導体装置等の回路に含まれているリアクタンス素子は、その回路の駆動等に関与しない電力を消費しない素子とみなせる。
【００１７】
したがって、上記課題を解決するために、交流リーク２３４が論理回路１０１のようなトランジスタ等の素子に流れ込むのを防ぎ、容量のようなリアクタンス素子に流れ込ませる構成にすることが好ましい。
【００１８】
また、図４は、ＢＣ間に容量４０２を電気的に接続させ、さらにＢＤ間に抵抗４０１を電気的に接続させている回路図を示す。ここでは、ＡＥ間に入力電圧を印加して、交流電流Ｉを流した際の交流電流の流れ方を説明する。
【００１９】
入力電圧、及び図４で示される２つの素子のそれぞれのインピーダンスを用いてオームの法則から見積もることが可能である。例えば、抵抗４０１のインピーダンスを１００ｋΩ、容量４０２のインピーダンスを１ｋΩ、入力電圧を１Ｖとした場合、抵抗４０１に流れる交流電流は、１×１０−５Ａとなり、また容量４０２に流れる交流電流は１×１０−３Ａとなり、インピーダンスの低い方に多くの電流が流れることになる。この場合、抵抗４０１と容量４０２のインピーダンスに大きな差があるので、抵抗４０１には、交流電流がほとんど流れていないことになる。つまり、分岐する際インピーダンスの低い方に優先的に交流電流が流れる性質を持っている。図４の場合、ＢＣ間に優先的に交流電流が流れる。
【００２０】
したがって、図２、３においては、交流リーク２３４が回路２０１のようなトランジスタ等の素子に流れ込みを防ぐようにするためには、トランジスタ２１２のゲートと回路２０１のＳＥＮＤ端子間に分岐する別ルートを設けることで、回路２０１のＳＥＮＤ端子に交流リーク２３４が流れ込まない構成とすることが望ましい。さらに望ましい構成として、設けた別ルートの方に交流リークが流れやすいように、設けた別ルートにインピーダンスの低い素子を設ける構成とすることが望ましい。特に、別ルートに設ける低インピーダンスの素子としては、容量などのリアクタンス素子が望ましい。
【００２１】
交流リーク２３４が回路２０１のようなトランジスタ等の素子に流れ込みを防ぐようにする構成の一態様として、図５の構成を検討した。図５において、フィルタ回路５０６はトランジスタ２１２のゲートが容量５１４の一方の端子及び回路２０１のＳＥＮＤ端子と電気的に接続されている。つまり、図５において、回路２０１へ交流リーク２３４が流れ込まないように、トランジスタ２１２と回路２０１のＳＥＮＤ端子間に分岐する別ルートを設ける構成になっている。なお、回路２０１のＳＥＮＤ端子は論理回路１０１の出力端子に相当する。
【００２２】
図５で示した構成において、交流リーク２３４がどのように流れるかを、図６を用いて説明する。図６は、別ルートであるＢＣ間のインピーダンスがＢＤ間を介した回路２０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンスより低くなるように設けることで、ＢＣ間の方に交流リークが良く流れることを示している。ＢＣ間には、容量５１４が設けられている。そのため、ＢＣ間の方に流れ込む交流リーク５１８は、電力として消費されない。したがって、半導体装置の駆動等に関与しない電力の消費が軽減される。
【００２３】
このような回路構成にすることで、半導体装置の駆動等に関与しない電力の消費が軽減され、半導体装置内で生成された電力が効率よく論理回路等の半導体装置を駆動に寄与する回路へ電力が供給される。よって、従来よりも低電力で半導体装置の動作が可能となる。
【００２４】
本発明の一態様の半導体装置は、アンテナ回路と、第１の抵抗と、トランジスタと、容量と、論理回路と、第１の定電圧電源線と、第２の定電圧電源線とを有し、前記第１の抵抗の一方の端子は、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、前記第１の抵抗の他方の端子は、前記アンテナ回路と電気的に接続され、前記トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の定電圧電源線と電気的に接続され、前記トランジスタのゲートは、前記容量の一方の端子及び論理回路と電気的に接続され、前記容量の他方は、前記第２の定電圧電源線と電気的に接続されている。
【００２５】
本発明の一態様の半導体装置は、アンテナ回路と、第１の抵抗と、第２の抵抗と、トランジスタと、容量と、論理回路と、第１の定電圧電源線と、第２の定電圧電源線とを有し、前記第１の抵抗の一方の端子は、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、前記第１の抵抗の他方の端子は、前記アンテナ回路と電気的に接続され、前記トランジスタのゲートは、前記容量の一方の端子及び前記第２の抵抗の一方の端子と電気的に接続され、前記トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の定電圧電源線と電気的に接続され、前記第２の抵抗の他方の端子は、前記論理回路と電気的に接続され、前記容量の他方は、前記第２の定電圧電源線と電気的に接続されている。
【００２６】
上述の本発明の一態様の半導体装置において、前記容量のインピーダンスが少なくとも前記第２の抵抗と論理回路との合成インピーダンスよりも低いインピーダンスである半導体装置である。
【００２７】
上述の本発明の一態様の半導体装置において、前記アンテナ回路及び前記論理回路を前記第１の定電圧電源線に電気的に接続される配線を有する半導体装置である。
【００２８】
上述の本発明の一態様の半導体装置において、前記第１の定電圧電源線と前記第２の定電圧電源線とが電気的に接続されている半導体装置である。なお、定電圧電源線とは、一定の電圧を印加されている配線や接地されている配線をさす。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の一態様の半導体装置を用いることで変調回路１０５から論理回路１０１の一部回路２０１への交流リークが軽減され、半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費されなくなり、半導体装置の消費電力の効率化と低消費電力化がなされる。その結果、低電力で半導体装置が動作可能となり通信距離や同時認識数といった半導体装置の性能を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一態様に係る半導体装置のブロック図。
【図２】従来の半導体装置のアンテナ周辺の回路図。
【図３】従来の半導体装置のアンテナ周辺の回路図。
【図４】交流回路を説明する図。
【図５】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路図。
【図６】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路を説明する図。
【図７】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路図。
【図８】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路を説明する図。
【図９】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路図。
【図１０】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路を説明する図。
【図１１】本発明の一態様に係る半導体装置を用いたＲＦタグの応用例を示す図。
【図１２】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路の概略図。
【図１３】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路の概略図。
【図１４】本発明の一態様に係る半導体装置の論理回路と比較例の論理回路の消費電力の比較図。
【図１５】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の一態様の構成の半導体装置は、例えば、アンテナ回路、電源回路、復調回路、変調回路、フィルタ回路、論理回路等の様々な回路を有しているが、以下の説明では、アンテナ回路、変調回路、フィルタ回路、及び論理回路の関係についてのみ説明する。
【００３２】
以下、実施の形態及び実施例について、図面を用いて詳細に説明する。但し、発明は以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定されず、明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。また、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指すものとする。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一態様に係る半導体装置を示す。半導体装置１００は、受信されたデータに基づいた応答信号を生成するなどといった処理を行う論理回路１０１と、Ｒ／Ｗと信号の送受信を行うアンテナ回路１０２と、アンテナ回路１０２において受信された搬送波、又は被変調波から直流電圧を生成するための電源回路１０３と、アンテナ回路１０２において受信された被変調波を復調してＲ／Ｗからのベースバンド信号を取り出す復調回路１０４と、論理回路１０１から出力される応答信号を変調してＲ／Ｗに送信する信号へと変換する変調回路１０５と、変調回路１０５から論理回路１０１へと流れる交流リークを遮断するフィルタ回路１０６と、を有している。
【００３４】
アンテナ回路１０２は、アンテナ１１１及び共振容量１１２を有している。アンテナ１１１については、その形状や、電磁誘導方式や電波方式といった伝送方式や、搬送波の周波数帯によってＲ／Ｗからの搬送波の受信能力が異なるが、特にここでは限定されない。共振容量１１２は、アンテナ１１１との組み合わせによって、アンテナ回路１０２の共振周波数を、Ｒ／Ｗからの搬送波の周波数付近に最適化するために設けられる容量である。
【００３５】
電源回路１０３は、アンテナ回路１０２で受信した搬送波、又は被変調波を整流し、直流電圧であるエンベロープ電圧Ｖｅｎｖを生成するための整流回路を有する。整流回路の構成として半波整流回路、半波倍電圧整流回路、両波整流回路、両波倍電圧整流回路、ブリッジ整流回路などが挙げられるが、ここでは特に限定されない。
【００３６】
また、電源回路１０３は定電圧回路を有していてもよく、定電圧回路はＶｅｎｖが所望の電圧を大きく上回らないように調整し、一定の電圧を論理回路１０１や復調回路１０４へ駆動電圧（ＶＤＤ）として供給する。定電圧回路を有しない場合、電源回路はエンベロープ電圧Ｖｅｎｖを駆動電圧（ＶＤＤ）として供給する。
【００３７】
また、図５は、図１で示した本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路図である。アンテナ回路１０２と、変調回路１０５と、フィルタ回路５０６と、回路２０１とが示されている。なお、回路２０１は論理回路の出力部の回路を示している。
【００３８】
また、半導体装置１００が外部に応答信号などのデータを送信する場合、論理回路１０１は変調回路１０５へ応答信号２３３を入力する。半導体装置１００が採用する変調方式によっては、この応答信号２３３の代わりに、副搬送波に応答信号２３３を重畳した変調副搬送波を変調回路１０５へ入力する場合もあるが、この実施の形態では同じものとして扱う。図５では論理回路１０１のＳＥＮＤ端子からフィルタ回路５０６を介して変調回路１０５へ応答信号２３３を入力する。
【００３９】
変調回路１０５は、アンテナ回路１０２に接続された負荷変調回路であり、入力された信号レベルに応じてアンテナ１１１の両端にかかるインピーダンスを変化させる。これにより、例えば電磁誘導方式を使用する無線通信システムは、アンテナ１１１と電磁結合している外部デバイスのアンテナの搬送波の電圧レベルが変化し、また電波方式を使用する無線通信システムは、アンテナ１１１から反射される搬送波の電力レベルが変化する。Ｒ／Ｗはこの搬送波の変化した電圧レベルや電力レベルを検知し解析することで論理回路１０１が送信したデータを認識する。
【００４０】
変調回路１０５は、図５で示すように、抵抗２１１及びトランジスタ２１２を有する。変調回路１０５は、アンテナ回路１０２と抵抗２１１の一方の端子が接続され、抵抗２１１の他方の端子とトランジスタ２１２のソース又はドレインの一方が接続されている構成とする。
【００４１】
フィルタ回路５０６は、容量５１４を有し、トランジスタ２１２のゲートが容量５１４の一方の端子及び回路２０１のＳＥＮＤ端子と電気的に接続され、容量５１４の他方の端子は配線２４２に接続されている。つまり、トランジスタ２１２のゲートと回路２０１のＳＥＮＤ端子間において、論理回路の一部回路２０１に交流リーク２３４が流れ込まないように、トランジスタ２１２と回路２０１のＳＥＮＤ端子間に分岐する別ルートを設ける。
【００４２】
図５で示した構成において、交流リーク２３４がどのように流れるか図６を用いて説明する。交流リーク２３４は、新たに設けたルートであるＢＣ間とＢＤ間のどちらにも流れることが可能である。しかし、新たに設けたルートであるＢＣ間においては、インピーダンスを回路２０１のインピーダンスよりも低くなるように設けることで、ＢＣ間の方に交流リーク２３４が流れ込みやすくすることができる。そこで、フィルタ回路５０６においては、ＢＣ間に容量５１４を設けることで、ＢＤ間を通って回路２０１に流れ込む交流リーク５１７よりもＢＣ間に流れ込む交流リーク５１８の方が多く流れるようにする。
【００４３】
また、ＢＣ間に容量５１４のようなリアクタンス素子を設けることでＢＣ間の方に流れ込む交流リーク５１８は、半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費されない。
【００４４】
以上のように、ＢＤ間よりも別ルートであるＢＣ間に交流リーク２３４が流れるようにすることで、半導体装置の駆動等に関与しない電力の消費が軽減されるため、効率化、低消費電力化された電力（リーク電流として消費されるはずである電力）は、通信のための駆動電力として用いられ、最大通信距離や同時認識数を増やすことができる。
【００４５】
なお、配線２４１は、第１の定電圧電源線である。配線２４２は、第２の定電圧電源線である。また、図示しないが第１の定電圧電源線と第２の定電圧電源線とが電気的に接続していてもよい。
【００４６】
（実施の形態２）
図７は、本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路図である。アンテナ回路１０２と、変調回路１０５と、フィルタ回路７０６と、回路３０１とを示している。なお、回路３０１は論理回路の出力部の回路を示している。
【００４７】
また、本実施の形態に係る半導体装置では、回路３０１のインピーダンス（回路３０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンス）が低い場合に特に望ましい構成である。但し、回路３０１のインピーダンスが低い場合のみに本実施の形態に係る半導体装置を用いる必要はなく、どのような場合においても本実施の形態に係る半導体装置を用いることができる。
【００４８】
なお、一般的に論理回路において、出力端子のインピーダンスが低くなるような回路構成をしている場合が多い。本発明の一態様では、回路３０１もＣＭＯＳインバータのような回路構成に限らず、上述の論理回路の構成を満たせばどのような回路構成を用いてもよい。
【００４９】
本実施の形態では、回路３０１のインピーダンスが低い場合の一例として、回路３０１は二つのＣＭＯＳインバータが２段接続されているバッファ部分の構成とした。
【００５０】
この場合、回路３０１の最終段のインバータ（直接フィルタ回路と接続しているインバータ）のＰチャネルトランジスタ７１５もしくはＮチャネルトランジスタ７１６のどちらか一方は常にオンになっているためＣＭＯＳインバータの出力端子のインピーダンスは常に低くなっている。そのため、ＣＭＯＳインバータの出力端子に交流リーク２３４が流れ込みやすくなり、ＣＭＯＳインバータのオンになっているトランジスタに交流リークが流れ込むと無駄な電力が消費される。
【００５１】
なお、論理回路の出力端子のインピーダンスとは、回路３０１の最終段のインバータ（直接フィルタ回路７０６と接続しているインバータ）のＰチャネルトランジスタ７１５もしくはＮチャネルトランジスタ７１６のいずれかオンになっているトランジスタのインピーダンスのことを示す。Ｐチャネルトランジスタ７１５もしくはＮチャネルトランジスタ７１６のいずれかオフになっているトランジスタのインピーダンスは、オンになっているトランジスタのインピーダンスに比べて非常に高い値になっているため、交流電流はほとんど流れないため考慮に入れる必要はない。
【００５２】
つまり、回路３０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンスは、Ｐチャネルトランジスタ７１５もしくはＮチャネルトランジスタ７１６のいずれかオンになっているトランジスタに支配されている。すなわち、Ｐチャネルトランジスタ７１５もしくはＮチャネルトランジスタ７１６のいずれかオンになっているトランジスタのインピーダンスが回路３０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンスとなる。
【００５３】
したがって、回路３０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンスがこのような低いインピーダンスの場合、本実施の形態の構成を用いることが望ましい。
【００５４】
半導体装置１００が外部に応答信号などのデータを送信する場合、論理回路１０１は変調回路１０５へ応答信号２３３を入力する。半導体装置１００が採用する変調方式によっては、この応答信号２３３の代わりに、副搬送波に応答信号２３３を重畳した変調副搬送波を変調回路１０５へ入力する場合もある。しかし、この実施の形態では同じものとして扱う。図７では論理回路の一部回路３０１のＳＥＮＤ端子からフィルタ回路７０６を介して変調回路１０５へ応答信号２３３を入力する。
【００５５】
変調回路１０５はアンテナ回路１０２に接続された負荷変調回路であり、入力された信号レベルに応じてアンテナ１１１の両端にかかるインピーダンスが変化する。これにより、例えば電磁誘導方式を使用する無線通信システムではアンテナ１１１と電磁結合している外部デバイスのアンテナの搬送波の電圧レベルが変化し、また電波方式を使用する無線通信システムではアンテナ１１１から反射される搬送波の電力レベルが変化する。Ｒ／Ｗはこの搬送波の変化した電圧レベルや電力レベルを検知し解析することで論理回路１０１が送信したデータを認識する。
【００５６】
図７で示すように、変調回路１０５は、抵抗２１１及びトランジスタ２１２を有する。変調回路１０５は、アンテナ回路１０２と抵抗２１１の一方の端子が接続され、変調回路１０５に含まれる抵抗２１１の他方の端子とトランジスタ２１２のソース又はドレインの一方が接続されている。
【００５７】
フィルタ回路７０６は、抵抗７１３と容量７１４とを有する。トランジスタ２１２のゲートが容量７１４の一方の端子及び抵抗７１３の一方と電気的に接続されている構成のフィルタ回路７０６である。また、抵抗７１３の他方の端子は回路３０１のＳＥＮＤ端子に接続されている。また、容量７１４の他方の端子は配線２４２に接続されている。つまり、トランジスタ２１２のゲートと回路３０１のＳＥＮＤ端子間において、回路３０１に交流リーク２３４が流れ込まないように、図５の構成でフィルタ回路５０６内に設けられた容量に加えて、さらに抵抗も加えた構成とする。
【００５８】
また、抵抗７１３のインピーダンスは、論理回路１０１が出力する応答信号２３３が流れるため、抵抗７１３のインピーダンスは応答信号２３３の信号に影響を与えない程度の高さのインピーダンスとすることが望ましい。
【００５９】
特に、応答信号２３３の信号に影響を与えない程度のインピーダンスを有する抵抗７１３であるならばインピーダンスの値に制限はない。
【００６０】
また、容量７１４は、どのようなインピーダンスを有する素子を用いても良いが、好ましくは容量７１４のインピーダンスが少なくとも抵抗７１３と回路３０１のＳＥＮＤ端子の合成インピーダンスよりも低い素子を用いる。さらに好ましくは、容量７１４のインピーダンスが抵抗７１３のインピーダンスよりも低いものであるならば特に制限はない。
【００６１】
さらに、実施の形態１で示した抵抗を有さないフィルタ回路５０６に対して、本実施の形態で示したフィルタ回路７０６は容量の容量値を小さくすることができる。したがって、容量７１４のインピーダンスが高いほど面積が小さな容量を用いることができ、フィルタ回路の小型化が可能となり半導体装置１００の高集積化を図ることができる。
【００６２】
また、図７で示した構成において、交流リーク２３４がどのように流れるか図８を用いて説明する。図７、図８では、フィルタ回路７０６に抵抗７１３を設けることで、さらに交流リーク２３４は、別ルートであるＢＣ間の方に流れ込みやすくなる。発生した交流リークはそのほとんどがＢＣ間に流れるため、交流リーク２３４がＢＤ間を通って回路３０１へ流れることはほとんどなく、半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費されなくなる。なお、ＢＣ間に流れ込む交流リークを交流リーク７１８とする。
【００６３】
特に回路３０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンスが低いインピーダンスであっても、ＢＣ間のインピーダンスとＢＤ間を介した回路３０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンスを比べると、ＢＤ間に抵抗７１３を設けることでインピーダンスに大きな差が生じ、交流リーク２３４のほとんどをＢＣ間の方に流すことができる。
【００６４】
なお、抵抗素子を用いることでインピーダンスを容易に変更することが可能である。また抵抗素子は、インピーダンスが高いものでも小型であるため、ＢＤ間に用いることは有用である。
【００６５】
また、ＢＣ間に容量７１４のようなリアクタンス素子を設けることでＢＣ間に流れ込む交流リーク７１８は、半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費されなくなる。つまり、交流リーク２３４のほとんどが半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費されない。
【００６６】
また、容量７１４は、抵抗７１３と回路３０１のＳＥＮＤ端子の合成インピーダンスよりも低いインピーダンス、より好ましくは抵抗７１３のインピーダンスよりも低いインピーダンスを有していても良い。
【００６７】
したがって、ＢＤ間を介して回路３０１のＳＥＮＤ端子に流れるルートに比べて、別ルートであるＢＣ間に交流リーク２３４は交流リークが多く流れるようになり、さらにＢＣ間には交流リークが流れても電力を消費しない容量７１４に流れるようになる。そのため、半導体装置の駆動等に関与しない電力の消費が軽減され、効率化、低消費電力化された電力（交流リークとして消費されるはずであった電力）は、駆動電力として用いられ、最大通信距離や同時認識数を増やすことができる。
【００６８】
また、フィルタ回路７０６の構成に変えて図９のように、トランジスタ２１２のゲートが抵抗９１３の一方と電気的に接続され、抵抗９１３の他方の端子は回路３０１のＳＥＮＤ端子及び容量９１４の一方と電気的に接続され、容量９１４の他方の端子は配線２４２に接続されている構成のフィルタ回路９０６とする。
【００６９】
図９で示した構成において、交流リーク９３４（交流リーク２３４）がどのように流れるか図１０を用いて説明する。フィルタ回路９０６において、別ルートであるＢＣ間のインピーダンスは、ＢＤ間を介した回路２０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンスよりも低くなるように設けられる。よって、フィルタ回路９０６は、交流リーク９３４がＢＣ間に流れ込みやすいように、ＢＣ間に容量９１４のようなリアクタンス素子を設けている。なお、抵抗９１３を通過した交流リーク２３４を交流リーク９３４とする。また、ＢＣ間に流れ込む交流リーク９３４を交流リーク９３５とする。
【００７０】
交流リーク２３４は、抵抗９１３を通過して交流リーク９３４となる。そして、別ルートであるＢＣ間に流れ込む。つまり、交流リーク２３４は、抵抗９１３で半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費されて交流リーク９３４となる。さらに、交流リーク９３４は、別ルートであるＢＣ間とＢＤ間に流れる。
【００７１】
図９のフィルタ回路の構成においても、ＢＣ間に流れ込む交流リーク９３５は容量９１４に流れ込む。よって、交流リーク９３５は、半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費されない。半導体装置の駆動等に関与しない電力の消費は、軽減される。
【００７２】
なお、配線２４１は、第１の定電圧電源線ある。配線２４２は、第２の定電圧電源線である。また、図示しないが第１の定電圧電源線と第２の定電圧電源線とが電気的に接続していてもよい。
【００７３】
なお、一例として、本実施の形態では、容量９１４の他方の端子が配線２４２に電気的に接続されている回路図を用いて説明した。しかし、特にこれに限定されない。容量９１４の他方の端子は、常に一定の電圧が供給されている配線２４２以外の配線に接続されていればよい。
【００７４】
なお、本発明の一態様であるフィルタ回路７０６を複数段の縦続接続させてもよい。例えば、図１５は、本発明の一態様であるフィルタ回路７０６、フィルタ回路７２７の２個のフィルタ回路が直列に接続された回路図である。直列にフィルタ回路を接続することで、より交流リーク２３４が論理回路１０１の一部回路３０１のようなトランジスタ等の素子に流れ込みを防ぐことができる。
【００７５】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態、他の全ての実施例と組み合わせることが可能である。
【００７６】
（実施の形態３）
ここで、上述した半導体装置に用いられるトランジスタの構成について説明する。
【００７７】
上述した半導体装置に含まれるトランジスタには、様々な形態のトランジスタを適用させることができる。よって、適用可能なトランジスタの種類に限定されない。したがって、シリコンに代表される半導体層を用いた薄膜トランジスタ、半導体基板やＳＯＩ基板を用いて形成されるトランジスタ、ＭＯＳ型トランジスタ、接合型トランジスタ、バイポーラトランジスタ、有機半導体やカーボンナノチューブを用いたトランジスタ、その他のトランジスタを適用することができる。なお、半導体層には水素又はハロゲンが含まれていても良い。
【００７８】
また、上述した半導体装置に含まれるトランジスタを薄膜トランジスタに適応した場合においても、様々な形態が適用できる。例えば、トップゲート型ＴＦＴを用いた例としてプレーナ型ＴＦＴの構造、ボトムゲート型ＴＦＴ（典型的には逆スタガ型ＴＦＴ）など適用できる。これらに限定されない。
【００７９】
さらに、上述した半導体装置に含まれるトランジスタを作製する場合、シリコンウェハやＳＯＩ基板から作製することもできるが、特にこれに限定されない。
【００８０】
また、ＳＯＩ基板は、水素イオン、ヘリウムイオンのようなハロゲンイオンをイオン注入法等で単結晶シリコン基板へ注入することで脆化層を単結晶シリコン基板に形成し、ガラスや石英等の絶縁基板と脆化層を形成した単結晶シリコン基板を重ね合わせ、重ね合わせた絶縁基板と単結晶シリコン基板とを加熱して、絶縁基板と重ね合わせている単結晶シリコン基板の一部を脆化層に沿って分離することで、作製することができる。このＳＯＩ基板を用いて半導体装置に含まれるトランジスタを形成しても良いが、これに限定されない。
【００８１】
また、上述した半導体装置を可撓性基板に形成することで、フレキシブルな半導体装置に、適用することも可能である。
【００８２】
プラスチックや樹脂等からなる可撓性を有する基板上に、剥離層を形成して、剥離層上にトランジスタ及び表示素子を含む素子形成層を形成し、素子形成層上に可撓性を有する基板又は膜を設け、基板及び剥離層から素子形成層を分離することでフレキシブルな半導体装置を作製しても良いが、作製方法はこれに限定されない。
【００８３】
なお、本発明に係る半導体装置のトランジスタには、上述した半導体層を用いたトランジスタを用いても良い。
【００８４】
さらに、本発明に係る半導体装置のトランジスタがすべて同じ半導体層であっても異なる半導体層であってもよい。
【００８５】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態、他の全ての実施例と組み合わせることが可能である。
【００８６】
（実施の形態４）
本発明の一態様によりＲＦタグ（以下、無線タグ、無線チップ、無線プロセッサ、無線メモリとも呼ぶ）として機能する半導体装置を形成することができる。本発明の一態様に係る半導体装置の用途は広範にわたり、非接触で対象物の履歴等の情報を明確にし、生産・管理等に役立てる商品であればどのようなものにも適用することができる。
【００８７】
例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用することができる。これらの例に関して図１１を用いて説明する。
【００８８】
紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの（金券）、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１００１を設けることができる（図１１（Ａ）参照）。
【００８９】
証書類とは、運転免許証、住民票等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１００２を設けることができる（図１１（Ｂ）参照）。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１００３を設けることができる（図１１（Ｃ）参照）。
【００９０】
無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す。包装用容器類とは、お弁当等の包装材、ペットボトル等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１００４を設けることができる（図１１（Ｄ）参照）。書籍類とは、書物、本等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１００５を設けることができる（図１１（Ｅ）参照）。記録媒体とは、ＤＶＤソフト、ビデオテープ等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１００６を設けることができる（図１１（Ｆ）参照）。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１００７を設けることができる（図１１（Ｇ）参照）。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。
【００９１】
生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶半導体装置、ＥＬ半導体装置、テレビジョン装置（テレビ受像機、薄型テレビ受像機）、携帯電話等を指す。
【００９２】
このような半導体装置の設け方としては、物品の表面に貼る、或いは物品に埋め込んで設けることが可能である。例えば、本の場合は紙に埋め込めばよく、有機樹脂からなるパッケージであれば有機樹脂に埋め込めばよい。
【００９３】
このように、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に半導体装置を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。また乗物類に半導体装置を設けることにより、偽造や盗難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物にセンサーを備えた半導体装置を埋め込む又は取り付けることによって、生まれた年や性別又は種類等はもちろん体温等の健康状態を容易に管理することが可能となる。
【００９４】
なお、本実施の形態は、他の全ての実施の形態、他の全ての実施例と組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【００９５】
本実施例では、本発明の一態様に係る半導体装置の消費電力を計算した。
【００９６】
本発明の一態様に係る半導体装置としては、図７に示したフィルタ回路７０６を有するアンテナ周辺の回路構成を有する半導体装置を用いた。また、比較例として、図２に示したフィルタ回路がないアンテナ周辺の回路構成を有する半導体装置を用いた。
【００９７】
次に、ＲＦタグにおける消費電力の計算方法について説明する。Ｒ／Ｗからの搬送波に相当する電力をＲＦタグのアンテナ結合を介して投入し、ＲＦタグで消費される電流（消費電力）を過渡解析による回路シミュレーションにより計算した。なお、変調回路のトランジスタ２１２は、常に非導通（オフ）状態とした。ＲＦタグに用いられる交流の周波数を１３．５６ＭＨｚとした。
【００９８】
図１２、図１３は、図７、図２にそれぞれ対応する等価回路表現であり、回路３０１の最終段のインバータのトランジスタを抵抗とみなしている。これらの等価回路は交流リークが流れる経路を解析する上で役立つ。本実施例における回路シミュレーションの条件は、抵抗１１１５は約１ＧΩ、抵抗１１１６は約６００Ωに相当する抵抗と見積もられた。
【００９９】
なお、容量７１４の静電容量を１２ｐＦとした。ＲＦタグに用いられる交流の周波数を１３．５６ＭＨｚとすると容量７１４のインピーダンスの絶対値は約１ｋΩに相当した。また、抵抗７１３のインピーダンス値を５０ｋΩとした。また上記計算条件によって、図１４を算出した。
【０１００】
図１４に、本発明の一態様に係るＲＦタグの消費電力に対し、本発明の一態様に係るＲＦタグにおけるアンテナ周辺の回路（図７、図１２：フィルタ回路あり）の論理回路内の最終段のインバータ（抵抗１１１５、１１１６）の消費電力を計算した結果と、比較例のＲＦタグの消費電力に対し、比較例のＲＦタグにおけるアンテナ周辺の回路（図２、図１３：フィルタ回路無し）の論理回路内の最終段のインバータ（抵抗１２１５、１２１６）の消費電力を計算した結果を示す。計算条件として、ＲＦタグ全体の消費電力に相当するパラメータを変化させた。なお、図１４の縦軸は対数表示となっている。また、横軸の単位であるｄＢｍとは、１ｍＷに対する電力の比をとり、それをデシベルで表した単位ある。
【０１０１】
図１４に示すように、本発明の一態様の論理回路内のインバータ最終段（抵抗１１１５、１１１６）と比較例の論理回路内のインバータ最終段（抵抗１２１５、１２１６）の消費電力を比較すると、本発明の一態様の論理回路内のインバータ最終段（抵抗１１１５、１１１６）の消費電力の方が比較例の論理回路内のインバータ最終段（抵抗１２１５、１２１６）の消費電力より低くなっている。本発明の一態様の論理回路内のインバータ最終段（抵抗１１１５、１１１６）の消費電力が比較例の論理回路内のインバータ最終段（抵抗１２１５、１２１６）の消費電力のおよそ１０分の１以下であった。
【０１０２】
よって、本発明の一態様に係るＲＦタグのフィルタ回路７０６により、交流リーク２３４が論理回路内のインバータ最終段で消費されることを大幅に防いでいることが確認できた。フィルタ回路７０６は、交流リーク２３４を容量７１４に流し、論理回路１０１の一部回路３０１に交流リーク２３４を流れ込むことを防いだ結果となった。
【０１０３】
本発明の一態様に係るフィルタ回路７０６を設けることにより、本発明の一態様に係る論理回路へ交流リークの流入を防ぐことで無駄な電力消費がなくなり、ＲＦタグ（半導体装置）の消費電力の効率化と低消費電力化する。よって、最大通信距離や同時認識数が増加する。
【０１０４】
なお、本実施例は、他の全ての実施の形態、他の全ての実施例と組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０１ 論理回路
１０２ アンテナ回路
１０３ 電源回路
１０４ 復調回路
１０５ 変調回路
１０６ フィルタ回路
１１１ アンテナ
１１２ 共振容量
３０１ 回路
２１１ 抵抗
２１２ トランジスタ
２３１ 信号
２３２ 信号
２３３ 応答信号
２３４ 交流リーク
２４２ 配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信によりデータの送受信を行う半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線でデータの送受信が可能な半導体装置の開発が進められ、大きな注目を浴びている。このような半導体装置の例としては、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、ＲＦチップ、ＲＦタグ、ＩＣチップ、ＩＣタグ、無線チップ、無線タグ、電子チップ、電子タグ、無線プロセッサ、無線メモリと呼ばれるものがあり、一部の市場では導入が始められている。なかでも物品を管理するために無線でデータの送受信が可能な半導体装置は、小型で軽量、使い勝手がよく、セキュリティが高くかつ安価なものの開発が進められている。また、無線でデータの送受信が可能な半導体装置は、例えばカード等に搭載されることもあり、最近では様々な分野への応用が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２６０５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、無線でデータの送受信が可能な半導体装置には、リーダ／ライタ（Ｒ／Ｗ）等の送受信機（質問器）から発せられる搬送波、又は搬送波に変調波を重畳して生成された振幅変調波から、半導体装置内部で駆動用の直流電圧を生成することによって、半導体装置内部の回路の駆動電力を賄うものがあり、このような半導体装置は内部にバッテリーを持たない。これは一般にパッシブ型ＲＦタグなどと呼ばれている。一方、半導体装置の動作に必要な電力を、半導体装置自身に内蔵されたバッテリーから賄うものは、パッシブ型ＲＦタグに対してアクティブ型ＲＦタグと呼ばれている。
【０００５】
パッシブ型ＲＦタグは、小型軽量化が可能であるという利点を有している。そのため、パッシブ型ＲＦタグの利点から製造、流通の分野の個体識別技術として、従来のバーコード管理に代わり、多数多量の物品の管理等に役立てられ始めており、個人認証への応用も進められている。このような現状からパッシブ型ＲＦタグの最大通信距離や同時認識数を増やすことで、さらに様々な分野への応用が期待できる。
【０００６】
パッシブ型ＲＦタグは、Ｒ／Ｗから発せられる搬送波を受信することで駆動電力を生成するため、最大通信距離や同時認識数を増やすためには、半導体装置内での消費電力の効率化、低消費電力化が求められている。
【０００７】
図２、３は、変調回路に負荷変調方式を採用した一般的なパッシブ型ＲＦタグのアンテナ周辺の回路を示す。アンテナ回路１０２、変調回路１０５、及び応答信号２３３を出力する論理回路の一部回路２０１（論理回路の出力部の回路）、論理回路から出力される応答信号２３３を変調してＲ／Ｗに送信する信号２３２を示す。
【０００８】
図２は、トランジスタ２１２がオン時を示し、図３は、トランジスタ２１２がオフ時を示す。
【０００９】
無線信号を受信したアンテナ回路１０２から出力された信号２３１の周波数と、論理回路が出力する応答信号２３３の周波数を比較すると大きく異なっており、周波数は、信号２３１の方が応答信号２３３よりもはるかに高いのが一般的である。なお、図２、３において、信号２３１、信号２３２、応答信号２３３を示したが、後述の図面では省略する。
【００１０】
このような条件下においては、アンテナ回路などの交流回路から論理回路などの直流回路（又は直流回路とみなせる交流回路）への交流のリーク（交流リーク２３４）が生じる。
【００１１】
この交流リーク２３４は、トランジスタ２１２のゲートとドレイン間、及びゲートとソース間により形成される寄生容量を介して信号２３１の電圧振幅がトランジスタ２１２のゲートに伝搬することで生じる。さらに、交流リーク２３４は、トランジスタ２１２がオンまたはオフ時に関わらずトランジスタ２１２のゲートから常に生じている。
【００１２】
搬送波から駆動電力を賄うパッシブ型ＲＦタグにおいて、交流リーク２３４は、信号２３１の電圧振幅の振幅は内部生成される直流電圧の大きさと同程度の大きさであり、トランジスタ２１２の寄生容量が小さくても回路動作上無視できないほどの大きさのノイズになっている。
【００１３】
図２、３において、交流リーク２３４は、論理回路１０１の一部回路２０１のトランジスタや抵抗等の素子に流れ込み、半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費される。そのため、交流リーク２３４は、半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費され、半導体装置の消費電力を増大させる大きな要因になっている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
交流リーク２３４のような交流電流の場合、消費電力は、瞬時電圧と瞬時電流の積を交流電流の一周期の時間の範囲で積分し、その積分値を一周期の時間で割った平均電力とみなせる。
【００１５】
抵抗のようなレジスタンス素子に電流が流れると電気エネルギーは、熱エネルギー等の他のエネルギーに変換される性質がある。そのため、常に電力を消費する。レジスタンス素子としては抵抗のほかにＭＯＳトランジスタのソース−ドレイン間やダイオード等が挙げられる。
【００１６】
一方、計算上では、交流回路における容量の消費電力は瞬時において電力を消費しているものの、一周期ごとの平均電力はゼロとなる。これは、容量のようなリアクタンス素子は、エネルギーを蓄え、そして蓄えた電気エネルギーを放出する性質があるためである。したがって、交流回路において容量などのリアクタンス素子は電力を消費しない。つまり、半導体装置等の回路に含まれているリアクタンス素子は、その回路の駆動等に関与しない電力を消費しない素子とみなせる。
【００１７】
したがって、上記課題を解決するために、交流リーク２３４が論理回路１０１のようなトランジスタ等の素子に流れ込むのを防ぎ、容量のようなリアクタンス素子に流れ込ませる構成にすることが好ましい。
【００１８】
また、図４は、ＢＣ間に容量４０２を電気的に接続させ、さらにＢＤ間に抵抗４０１を電気的に接続させている回路図を示す。ここでは、ＡＥ間に入力電圧を印加して、交流電流Ｉを流した際の交流電流の流れ方を説明する。
【００１９】
入力電圧、及び図４で示される２つの素子のそれぞれのインピーダンスを用いてオームの法則から見積もることが可能である。例えば、抵抗４０１のインピーダンスを１００ｋΩ、容量４０２のインピーダンスを１ｋΩ、入力電圧を１Ｖとした場合、抵抗４０１に流れる交流電流は、１×１０−５Ａとなり、また容量４０２に流れる交流電流は１×１０−３Ａとなり、インピーダンスの低い方に多くの電流が流れることになる。この場合、抵抗４０１と容量４０２のインピーダンスに大きな差があるので、抵抗４０１には、交流電流がほとんど流れていないことになる。つまり、分岐する際インピーダンスの低い方に優先的に交流電流が流れる性質を持っている。図４の場合、ＢＣ間に優先的に交流電流が流れる。
【００２０】
したがって、図２、３においては、交流リーク２３４が回路２０１のようなトランジスタ等の素子に流れ込みを防ぐようにするためには、トランジスタ２１２のゲートと回路２０１のＳＥＮＤ端子間に分岐する別ルートを設けることで、回路２０１のＳＥＮＤ端子に交流リーク２３４が流れ込まない構成とすることが望ましい。さらに望ましい構成として、設けた別ルートの方に交流リークが流れやすいように、設けた別ルートにインピーダンスの低い素子を設ける構成とすることが望ましい。特に、別ルートに設ける低インピーダンスの素子としては、容量などのリアクタンス素子が望ましい。
【００２１】
交流リーク２３４が回路２０１のようなトランジスタ等の素子に流れ込みを防ぐようにする構成の一態様として、図５の構成を検討した。図５において、フィルタ回路５０６はトランジスタ２１２のゲートが容量５１４の一方の端子及び回路２０１のＳＥＮＤ端子と電気的に接続されている。つまり、図５において、回路２０１へ交流リーク２３４が流れ込まないように、トランジスタ２１２と回路２０１のＳＥＮＤ端子間に分岐する別ルートを設ける構成になっている。なお、回路２０１のＳＥＮＤ端子は論理回路１０１の出力端子に相当する。
【００２２】
図５で示した構成において、交流リーク２３４がどのように流れるかを、図６を用いて説明する。図６は、別ルートであるＢＣ間のインピーダンスがＢＤ間を介した回路２０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンスより低くなるように設けることで、ＢＣ間の方に交流リークが良く流れることを示している。ＢＣ間には、容量５１４が設けられている。そのため、ＢＣ間の方に流れ込む交流リーク５１８は、電力として消費されない。したがって、半導体装置の駆動等に関与しない電力の消費が軽減される。
【００２３】
このような回路構成にすることで、半導体装置の駆動等に関与しない電力の消費が軽減され、半導体装置内で生成された電力が効率よく論理回路等の半導体装置を駆動に寄与する回路へ電力が供給される。よって、従来よりも低電力で半導体装置の動作が可能となる。
【００２４】
本発明の一態様の半導体装置は、アンテナ回路と、第１の抵抗と、トランジスタと、容量と、論理回路と、第１の定電圧電源線と、第２の定電圧電源線とを有し、前記第１の抵抗の一方の端子は、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、前記第１の抵抗の他方の端子は、前記アンテナ回路と電気的に接続され、前記トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の定電圧電源線と電気的に接続され、前記トランジスタのゲートは、前記容量の一方の端子及び論理回路と電気的に接続され、前記容量の他方は、前記第２の定電圧電源線と電気的に接続されている。
【００２５】
本発明の一態様の半導体装置は、アンテナ回路と、第１の抵抗と、第２の抵抗と、トランジスタと、容量と、論理回路と、第１の定電圧電源線と、第２の定電圧電源線とを有し、前記第１の抵抗の一方の端子は、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、前記第１の抵抗の他方の端子は、前記アンテナ回路と電気的に接続され、前記トランジスタのゲートは、前記容量の一方の端子及び前記第２の抵抗の一方の端子と電気的に接続され、前記トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の定電圧電源線と電気的に接続され、前記第２の抵抗の他方の端子は、前記論理回路と電気的に接続され、前記容量の他方は、前記第２の定電圧電源線と電気的に接続されている。
【００２６】
上述の本発明の一態様の半導体装置において、前記容量のインピーダンスが少なくとも前記第２の抵抗と論理回路との合成インピーダンスよりも低いインピーダンスである半導体装置である。
【００２７】
上述の本発明の一態様の半導体装置において、前記アンテナ回路及び前記論理回路を前記第１の定電圧電源線に電気的に接続される配線を有する半導体装置である。
【００２８】
上述の本発明の一態様の半導体装置において、前記第１の定電圧電源線と前記第２の定電圧電源線とが電気的に接続されている半導体装置である。なお、定電圧電源線とは、一定の電圧を印加されている配線や接地されている配線をさす。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の一態様の半導体装置を用いることで変調回路１０５から論理回路１０１の一部回路２０１への交流リークが軽減され、半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費されなくなり、半導体装置の消費電力の効率化と低消費電力化がなされる。その結果、低電力で半導体装置が動作可能となり通信距離や同時認識数といった半導体装置の性能を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一態様に係る半導体装置のブロック図。
【図２】従来の半導体装置のアンテナ周辺の回路図。
【図３】従来の半導体装置のアンテナ周辺の回路図。
【図４】交流回路を説明する図。
【図５】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路図。
【図６】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路を説明する図。
【図７】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路図。
【図８】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路を説明する図。
【図９】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路図。
【図１０】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路を説明する図。
【図１１】本発明の一態様に係る半導体装置を用いたＲＦタグの応用例を示す図。
【図１２】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路の概略図。
【図１３】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路の概略図。
【図１４】本発明の一態様に係る半導体装置の論理回路と比較例の論理回路の消費電力の比較図。
【図１５】本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の一態様の構成の半導体装置は、例えば、アンテナ回路、電源回路、復調回路、変調回路、フィルタ回路、論理回路等の様々な回路を有しているが、以下の説明では、アンテナ回路、変調回路、フィルタ回路、及び論理回路の関係についてのみ説明する。
【００３２】
以下、実施の形態及び実施例について、図面を用いて詳細に説明する。但し、発明は以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定されず、明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。また、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指すものとする。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一態様に係る半導体装置を示す。半導体装置１００は、受信されたデータに基づいた応答信号を生成するなどといった処理を行う論理回路１０１と、Ｒ／Ｗと信号の送受信を行うアンテナ回路１０２と、アンテナ回路１０２において受信された搬送波、又は被変調波から直流電圧を生成するための電源回路１０３と、アンテナ回路１０２において受信された被変調波を復調してＲ／Ｗからのベースバンド信号を取り出す復調回路１０４と、論理回路１０１から出力される応答信号を変調してＲ／Ｗに送信する信号へと変換する変調回路１０５と、変調回路１０５から論理回路１０１へと流れる交流リークを遮断するフィルタ回路１０６と、を有している。
【００３４】
アンテナ回路１０２は、アンテナ１１１及び共振容量１１２を有している。アンテナ１１１については、その形状や、電磁誘導方式や電波方式といった伝送方式や、搬送波の周波数帯によってＲ／Ｗからの搬送波の受信能力が異なるが、特にここでは限定されない。共振容量１１２は、アンテナ１１１との組み合わせによって、アンテナ回路１０２の共振周波数を、Ｒ／Ｗからの搬送波の周波数付近に最適化するために設けられる容量である。
【００３５】
電源回路１０３は、アンテナ回路１０２で受信した搬送波、又は被変調波を整流し、直流電圧であるエンベロープ電圧Ｖｅｎｖを生成するための整流回路を有する。整流回路の構成として半波整流回路、半波倍電圧整流回路、両波整流回路、両波倍電圧整流回路、ブリッジ整流回路などが挙げられるが、ここでは特に限定されない。
【００３６】
また、電源回路１０３は定電圧回路を有していてもよく、定電圧回路はＶｅｎｖが所望の電圧を大きく上回らないように調整し、一定の電圧を論理回路１０１や復調回路１０４へ駆動電圧（ＶＤＤ）として供給する。定電圧回路を有しない場合、電源回路はエンベロープ電圧Ｖｅｎｖを駆動電圧（ＶＤＤ）として供給する。
【００３７】
また、図５は、図１で示した本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路図である。アンテナ回路１０２と、変調回路１０５と、フィルタ回路５０６と、回路２０１とが示されている。なお、回路２０１は論理回路の出力部の回路を示している。
【００３８】
また、半導体装置１００が外部に応答信号などのデータを送信する場合、論理回路１０１は変調回路１０５へ応答信号２３３を入力する。半導体装置１００が採用する変調方式によっては、この応答信号２３３の代わりに、副搬送波に応答信号２３３を重畳した変調副搬送波を変調回路１０５へ入力する場合もあるが、この実施の形態では同じものとして扱う。図５では論理回路１０１のＳＥＮＤ端子からフィルタ回路５０６を介して変調回路１０５へ応答信号２３３を入力する。
【００３９】
変調回路１０５は、アンテナ回路１０２に接続された負荷変調回路であり、入力された信号レベルに応じてアンテナ１１１の両端にかかるインピーダンスを変化させる。これにより、例えば電磁誘導方式を使用する無線通信システムは、アンテナ１１１と電磁結合している外部デバイスのアンテナの搬送波の電圧レベルが変化し、また電波方式を使用する無線通信システムは、アンテナ１１１から反射される搬送波の電力レベルが変化する。Ｒ／Ｗはこの搬送波の変化した電圧レベルや電力レベルを検知し解析することで論理回路１０１が送信したデータを認識する。
【００４０】
変調回路１０５は、図５で示すように、抵抗２１１及びトランジスタ２１２を有する。変調回路１０５は、アンテナ回路１０２と抵抗２１１の一方の端子が接続され、抵抗２１１の他方の端子とトランジスタ２１２のソース又はドレインの一方が接続されている構成とする。
【００４１】
フィルタ回路５０６は、容量５１４を有し、トランジスタ２１２のゲートが容量５１４の一方の端子及び回路２０１のＳＥＮＤ端子と電気的に接続され、容量５１４の他方の端子は配線２４２に接続されている。つまり、トランジスタ２１２のゲートと回路２０１のＳＥＮＤ端子間において、論理回路の一部回路２０１に交流リーク２３４が流れ込まないように、トランジスタ２１２と回路２０１のＳＥＮＤ端子間に分岐する別ルートを設ける。
【００４２】
図５で示した構成において、交流リーク２３４がどのように流れるか図６を用いて説明する。交流リーク２３４は、新たに設けたルートであるＢＣ間とＢＤ間のどちらにも流れることが可能である。しかし、新たに設けたルートであるＢＣ間においては、インピーダンスを回路２０１のインピーダンスよりも低くなるように設けることで、ＢＣ間の方に交流リーク２３４が流れ込みやすくすることができる。そこで、フィルタ回路５０６においては、ＢＣ間に容量５１４を設けることで、ＢＤ間を通って回路２０１に流れ込む交流リーク５１７よりもＢＣ間に流れ込む交流リーク５１８の方が多く流れるようにする。
【００４３】
また、ＢＣ間に容量５１４のようなリアクタンス素子を設けることでＢＣ間の方に流れ込む交流リーク５１８は、半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費されない。
【００４４】
以上のように、ＢＤ間よりも別ルートであるＢＣ間に交流リーク２３４が流れるようにすることで、半導体装置の駆動等に関与しない電力の消費が軽減されるため、効率化、低消費電力化された電力（リーク電流として消費されるはずである電力）は、通信のための駆動電力として用いられ、最大通信距離や同時認識数を増やすことができる。
【００４５】
なお、配線２４１は、第１の定電圧電源線である。配線２４２は、第２の定電圧電源線である。また、図示しないが第１の定電圧電源線と第２の定電圧電源線とが電気的に接続していてもよい。
【００４６】
（実施の形態２）
図７は、本発明の一態様に係る半導体装置のアンテナ周辺の回路図である。アンテナ回路１０２と、変調回路１０５と、フィルタ回路７０６と、回路３０１とを示している。なお、回路３０１は論理回路の出力部の回路を示している。
【００４７】
また、本実施の形態に係る半導体装置では、回路３０１のインピーダンス（回路３０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンス）が低い場合に特に望ましい構成である。但し、回路３０１のインピーダンスが低い場合のみに本実施の形態に係る半導体装置を用いる必要はなく、どのような場合においても本実施の形態に係る半導体装置を用いることができる。
【００４８】
なお、一般的に論理回路において、出力端子のインピーダンスが低くなるような回路構成をしている場合が多い。本発明の一態様では、回路３０１もＣＭＯＳインバータのような回路構成に限らず、上述の論理回路の構成を満たせばどのような回路構成を用いてもよい。
【００４９】
本実施の形態では、回路３０１のインピーダンスが低い場合の一例として、回路３０１は二つのＣＭＯＳインバータが２段接続されているバッファ部分の構成とした。
【００５０】
この場合、回路３０１の最終段のインバータ（直接フィルタ回路と接続しているインバータ）のＰチャネルトランジスタ７１５もしくはＮチャネルトランジスタ７１６のどちらか一方は常にオンになっているためＣＭＯＳインバータの出力端子のインピーダンスは常に低くなっている。そのため、ＣＭＯＳインバータの出力端子に交流リーク２３４が流れ込みやすくなり、ＣＭＯＳインバータのオンになっているトランジスタに交流リークが流れ込むと無駄な電力が消費される。
【００５１】
なお、論理回路の出力端子のインピーダンスとは、回路３０１の最終段のインバータ（直接フィルタ回路７０６と接続しているインバータ）のＰチャネルトランジスタ７１５もしくはＮチャネルトランジスタ７１６のいずれかオンになっているトランジスタのインピーダンスのことを示す。Ｐチャネルトランジスタ７１５もしくはＮチャネルトランジスタ７１６のいずれかオフになっているトランジスタのインピーダンスは、オンになっているトランジスタのインピーダンスに比べて非常に高い値になっているため、交流電流はほとんど流れないため考慮に入れる必要はない。
【００５２】
つまり、回路３０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンスは、Ｐチャネルトランジスタ７１５もしくはＮチャネルトランジスタ７１６のいずれかオンになっているトランジスタに支配されている。すなわち、Ｐチャネルトランジスタ７１５もしくはＮチャネルトランジスタ７１６のいずれかオンになっているトランジスタのインピーダンスが回路３０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンスとなる。
【００５３】
したがって、回路３０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンスがこのような低いインピーダンスの場合、本実施の形態の構成を用いることが望ましい。
【００５４】
半導体装置１００が外部に応答信号などのデータを送信する場合、論理回路１０１は変調回路１０５へ応答信号２３３を入力する。半導体装置１００が採用する変調方式によっては、この応答信号２３３の代わりに、副搬送波に応答信号２３３を重畳した変調副搬送波を変調回路１０５へ入力する場合もある。しかし、この実施の形態では同じものとして扱う。図７では論理回路の一部回路３０１のＳＥＮＤ端子からフィルタ回路７０６を介して変調回路１０５へ応答信号２３３を入力する。
【００５５】
変調回路１０５はアンテナ回路１０２に接続された負荷変調回路であり、入力された信号レベルに応じてアンテナ１１１の両端にかかるインピーダンスが変化する。これにより、例えば電磁誘導方式を使用する無線通信システムではアンテナ１１１と電磁結合している外部デバイスのアンテナの搬送波の電圧レベルが変化し、また電波方式を使用する無線通信システムではアンテナ１１１から反射される搬送波の電力レベルが変化する。Ｒ／Ｗはこの搬送波の変化した電圧レベルや電力レベルを検知し解析することで論理回路１０１が送信したデータを認識する。
【００５６】
図７で示すように、変調回路１０５は、抵抗２１１及びトランジスタ２１２を有する。変調回路１０５は、アンテナ回路１０２と抵抗２１１の一方の端子が接続され、変調回路１０５に含まれる抵抗２１１の他方の端子とトランジスタ２１２のソース又はドレインの一方が接続されている。
【００５７】
フィルタ回路７０６は、抵抗７１３と容量７１４とを有する。トランジスタ２１２のゲートが容量７１４の一方の端子及び抵抗７１３の一方と電気的に接続されている構成のフィルタ回路７０６である。また、抵抗７１３の他方の端子は回路３０１のＳＥＮＤ端子に接続されている。また、容量７１４の他方の端子は配線２４２に接続されている。つまり、トランジスタ２１２のゲートと回路３０１のＳＥＮＤ端子間において、回路３０１に交流リーク２３４が流れ込まないように、図５の構成でフィルタ回路５０６内に設けられた容量に加えて、さらに抵抗も加えた構成とする。
【００５８】
また、抵抗７１３のインピーダンスは、論理回路１０１が出力する応答信号２３３が流れるため、抵抗７１３のインピーダンスは応答信号２３３の信号に影響を与えない程度の高さのインピーダンスとすることが望ましい。
【００５９】
特に、応答信号２３３の信号に影響を与えない程度のインピーダンスを有する抵抗７１３であるならばインピーダンスの値に制限はない。
【００６０】
また、容量７１４は、どのようなインピーダンスを有する素子を用いても良いが、好ましくは容量７１４のインピーダンスが少なくとも抵抗７１３と回路３０１のＳＥＮＤ端子の合成インピーダンスよりも低い素子を用いる。さらに好ましくは、容量７１４のインピーダンスが抵抗７１３のインピーダンスよりも低いものであるならば特に制限はない。
【００６１】
さらに、実施の形態１で示した抵抗を有さないフィルタ回路５０６に対して、本実施の形態で示したフィルタ回路７０６は容量の容量値を小さくすることができる。したがって、容量７１４のインピーダンスが高いほど面積が小さな容量を用いることができ、フィルタ回路の小型化が可能となり半導体装置１００の高集積化を図ることができる。
【００６２】
また、図７で示した構成において、交流リーク２３４がどのように流れるか図８を用いて説明する。図７、図８では、フィルタ回路７０６に抵抗７１３を設けることで、さらに交流リーク２３４は、別ルートであるＢＣ間の方に流れ込みやすくなる。発生した交流リークはそのほとんどがＢＣ間に流れるため、交流リーク２３４がＢＤ間を通って回路３０１へ流れることはほとんどなく、半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費されなくなる。なお、ＢＣ間に流れ込む交流リークを交流リーク７１８とする。
【００６３】
特に回路３０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンスが低いインピーダンスであっても、ＢＣ間のインピーダンスとＢＤ間を介した回路３０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンスを比べると、ＢＤ間に抵抗７１３を設けることでインピーダンスに大きな差が生じ、交流リーク２３４のほとんどをＢＣ間の方に流すことができる。
【００６４】
なお、抵抗素子を用いることでインピーダンスを容易に変更することが可能である。また抵抗素子は、インピーダンスが高いものでも小型であるため、ＢＤ間に用いることは有用である。
【００６５】
また、ＢＣ間に容量７１４のようなリアクタンス素子を設けることでＢＣ間に流れ込む交流リーク７１８は、半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費されなくなる。つまり、交流リーク２３４のほとんどが半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費されない。
【００６６】
また、容量７１４は、抵抗７１３と回路３０１のＳＥＮＤ端子の合成インピーダンスよりも低いインピーダンス、より好ましくは抵抗７１３のインピーダンスよりも低いインピーダンスを有していても良い。
【００６７】
したがって、ＢＤ間を介して回路３０１のＳＥＮＤ端子に流れるルートに比べて、別ルートであるＢＣ間に交流リーク２３４は交流リークが多く流れるようになり、さらにＢＣ間には交流リークが流れても電力を消費しない容量７１４に流れるようになる。そのため、半導体装置の駆動等に関与しない電力の消費が軽減され、効率化、低消費電力化された電力（交流リークとして消費されるはずであった電力）は、駆動電力として用いられ、最大通信距離や同時認識数を増やすことができる。
【００６８】
また、フィルタ回路７０６の構成に変えて図９のように、トランジスタ２１２のゲートが抵抗９１３の一方と電気的に接続され、抵抗９１３の他方の端子は回路３０１のＳＥＮＤ端子及び容量９１４の一方と電気的に接続され、容量９１４の他方の端子は配線２４２に接続されている構成のフィルタ回路９０６とする。
【００６９】
図９で示した構成において、交流リーク９３４（交流リーク２３４）がどのように流れるか図１０を用いて説明する。フィルタ回路９０６において、別ルートであるＢＣ間のインピーダンスは、ＢＤ間を介した回路２０１のＳＥＮＤ端子のインピーダンスよりも低くなるように設けられる。よって、フィルタ回路９０６は、交流リーク９３４がＢＣ間に流れ込みやすいように、ＢＣ間に容量９１４のようなリアクタンス素子を設けている。なお、抵抗９１３を通過した交流リーク２３４を交流リーク９３４とする。また、ＢＣ間に流れ込む交流リーク９３４を交流リーク９３５とする。
【００７０】
交流リーク２３４は、抵抗９１３を通過して交流リーク９３４となる。そして、別ルートであるＢＣ間に流れ込む。つまり、交流リーク２３４は、抵抗９１３で半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費されて交流リーク９３４となる。さらに、交流リーク９３４は、別ルートであるＢＣ間とＢＤ間に流れる。
【００７１】
図９のフィルタ回路の構成においても、ＢＣ間に流れ込む交流リーク９３５は容量９１４に流れ込む。よって、交流リーク９３５は、半導体装置の駆動等に関与しない電力として消費されない。半導体装置の駆動等に関与しない電力の消費は、軽減される。
【００７２】
なお、配線２４１は、第１の定電圧電源線ある。配線２４２は、第２の定電圧電源線である。また、図示しないが第１の定電圧電源線と第２の定電圧電源線とが電気的に接続していてもよい。
【００７３】
なお、一例として、本実施の形態では、容量９１４の他方の端子が配線２４２に電気的に接続されている回路図を用いて説明した。しかし、特にこれに限定されない。容量９１４の他方の端子は、常に一定の電圧が供給されている配線２４２以外の配線に接続されていればよい。
【００７４】
なお、本発明の一態様であるフィルタ回路７０６を複数段の縦続接続させてもよい。例えば、図１５は、本発明の一態様であるフィルタ回路７０６、フィルタ回路７２７の２個のフィルタ回路が直列に接続された回路図である。直列にフィルタ回路を接続することで、より交流リーク２３４が論理回路１０１の一部回路３０１のようなトランジスタ等の素子に流れ込みを防ぐことができる。
【００７５】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態、他の全ての実施例と組み合わせることが可能である。
【００７６】
（実施の形態３）
ここで、上述した半導体装置に用いられるトランジスタの構成について説明する。
【００７７】
上述した半導体装置に含まれるトランジスタには、様々な形態のトランジスタを適用させることができる。よって、適用可能なトランジスタの種類に限定されない。したがって、シリコンに代表される半導体層を用いた薄膜トランジスタ、半導体基板やＳＯＩ基板を用いて形成されるトランジスタ、ＭＯＳ型トランジスタ、接合型トランジスタ、バイポーラトランジスタ、有機半導体やカーボンナノチューブを用いたトランジスタ、その他のトランジスタを適用することができる。なお、半導体層には水素又はハロゲンが含まれていても良い。
【００７８】
また、上述した半導体装置に含まれるトランジスタを薄膜トランジスタに適応した場合においても、様々な形態が適用できる。例えば、トップゲート型ＴＦＴを用いた例としてプレーナ型ＴＦＴの構造、ボトムゲート型ＴＦＴ（典型的には逆スタガ型ＴＦＴ）など適用できる。これらに限定されない。
【００７９】
さらに、上述した半導体装置に含まれるトランジスタを作製する場合、シリコンウェハやＳＯＩ基板から作製することもできるが、特にこれに限定されない。
【００８０】
また、ＳＯＩ基板は、水素イオン、ヘリウムイオンのようなハロゲンイオンをイオン注入法等で単結晶シリコン基板へ注入することで脆化層を単結晶シリコン基板に形成し、ガラスや石英等の絶縁基板と脆化層を形成した単結晶シリコン基板を重ね合わせ、重ね合わせた絶縁基板と単結晶シリコン基板とを加熱して、絶縁基板と重ね合わせている単結晶シリコン基板の一部を脆化層に沿って分離することで、作製することができる。このＳＯＩ基板を用いて半導体装置に含まれるトランジスタを形成しても良いが、これに限定されない。
【００８１】
また、上述した半導体装置を可撓性基板に形成することで、フレキシブルな半導体装置に、適用することも可能である。
【００８２】
プラスチックや樹脂等からなる可撓性を有する基板上に、剥離層を形成して、剥離層上にトランジスタ及び表示素子を含む素子形成層を形成し、素子形成層上に可撓性を有する基板又は膜を設け、基板及び剥離層から素子形成層を分離することでフレキシブルな半導体装置を作製しても良いが、作製方法はこれに限定されない。
【００８３】
なお、本発明に係る半導体装置のトランジスタには、上述した半導体層を用いたトランジスタを用いても良い。
【００８４】
さらに、本発明に係る半導体装置のトランジスタがすべて同じ半導体層であっても異なる半導体層であってもよい。
【００８５】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態、他の全ての実施例と組み合わせることが可能である。
【００８６】
（実施の形態４）
本発明の一態様によりＲＦタグ（以下、無線タグ、無線チップ、無線プロセッサ、無線メモリとも呼ぶ）として機能する半導体装置を形成することができる。本発明の一態様に係る半導体装置の用途は広範にわたり、非接触で対象物の履歴等の情報を明確にし、生産・管理等に役立てる商品であればどのようなものにも適用することができる。
【００８７】
例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用することができる。これらの例に関して図１１を用いて説明する。
【００８８】
紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの（金券）、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１００１を設けることができる（図１１（Ａ）参照）。
【００８９】
証書類とは、運転免許証、住民票等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１００２を設けることができる（図１１（Ｂ）参照）。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１００３を設けることができる（図１１（Ｃ）参照）。
【００９０】
無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す。包装用容器類とは、お弁当等の包装材、ペットボトル等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１００４を設けることができる（図１１（Ｄ）参照）。書籍類とは、書物、本等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１００５を設けることができる（図１１（Ｅ）参照）。記録媒体とは、ＤＶＤソフト、ビデオテープ等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１００６を設けることができる（図１１（Ｆ）参照）。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１００７を設けることができる（図１１（Ｇ）参照）。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。
【００９１】
生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶半導体装置、ＥＬ半導体装置、テレビジョン装置（テレビ受像機、薄型テレビ受像機）、携帯電話等を指す。
【００９２】
このような半導体装置の設け方としては、物品の表面に貼る、或いは物品に埋め込んで設けることが可能である。例えば、本の場合は紙に埋め込めばよく、有機樹脂からなるパッケージであれば有機樹脂に埋め込めばよい。
【００９３】
このように、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に半導体装置を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。また乗物類に半導体装置を設けることにより、偽造や盗難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物にセンサーを備えた半導体装置を埋め込む又は取り付けることによって、生まれた年や性別又は種類等はもちろん体温等の健康状態を容易に管理することが可能となる。
【００９４】
なお、本実施の形態は、他の全ての実施の形態、他の全ての実施例と組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【００９５】
本実施例では、本発明の一態様に係る半導体装置の消費電力を計算した。
【００９６】
本発明の一態様に係る半導体装置としては、図７に示したフィルタ回路７０６を有するアンテナ周辺の回路構成を有する半導体装置を用いた。また、比較例として、図２に示したフィルタ回路がないアンテナ周辺の回路構成を有する半導体装置を用いた。
【００９７】
次に、ＲＦタグにおける消費電力の計算方法について説明する。Ｒ／Ｗからの搬送波に相当する電力をＲＦタグのアンテナ結合を介して投入し、ＲＦタグで消費される電流（消費電力）を過渡解析による回路シミュレーションにより計算した。なお、変調回路のトランジスタ２１２は、常に非導通（オフ）状態とした。ＲＦタグに用いられる交流の周波数を１３．５６ＭＨｚとした。
【００９８】
図１２、図１３は、図７、図２にそれぞれ対応する等価回路表現であり、回路３０１の最終段のインバータのトランジスタを抵抗とみなしている。これらの等価回路は交流リークが流れる経路を解析する上で役立つ。本実施例における回路シミュレーションの条件は、抵抗１１１５は約１ＧΩ、抵抗１１１６は約６００Ωに相当する抵抗と見積もられた。
【００９９】
なお、容量７１４の静電容量を１２ｐＦとした。ＲＦタグに用いられる交流の周波数を１３．５６ＭＨｚとすると容量７１４のインピーダンスの絶対値は約１ｋΩに相当した。また、抵抗７１３のインピーダンス値を５０ｋΩとした。また上記計算条件によって、図１４を算出した。
【０１００】
図１４に、本発明の一態様に係るＲＦタグの消費電力に対し、本発明の一態様に係るＲＦタグにおけるアンテナ周辺の回路（図７、図１２：フィルタ回路あり）の論理回路内の最終段のインバータ（抵抗１１１５、１１１６）の消費電力を計算した結果と、比較例のＲＦタグの消費電力に対し、比較例のＲＦタグにおけるアンテナ周辺の回路（図２、図１３：フィルタ回路無し）の論理回路内の最終段のインバータ（抵抗１２１５、１２１６）の消費電力を計算した結果を示す。計算条件として、ＲＦタグ全体の消費電力に相当するパラメータを変化させた。なお、図１４の縦軸は対数表示となっている。また、横軸の単位であるｄＢｍとは、１ｍＷに対する電力の比をとり、それをデシベルで表した単位ある。
【０１０１】
図１４に示すように、本発明の一態様の論理回路内のインバータ最終段（抵抗１１１５、１１１６）と比較例の論理回路内のインバータ最終段（抵抗１２１５、１２１６）の消費電力を比較すると、本発明の一態様の論理回路内のインバータ最終段（抵抗１１１５、１１１６）の消費電力の方が比較例の論理回路内のインバータ最終段（抵抗１２１５、１２１６）の消費電力より低くなっている。本発明の一態様の論理回路内のインバータ最終段（抵抗１１１５、１１１６）の消費電力が比較例の論理回路内のインバータ最終段（抵抗１２１５、１２１６）の消費電力のおよそ１０分の１以下であった。
【０１０２】
よって、本発明の一態様に係るＲＦタグのフィルタ回路７０６により、交流リーク２３４が論理回路内のインバータ最終段で消費されることを大幅に防いでいることが確認できた。フィルタ回路７０６は、交流リーク２３４を容量７１４に流し、論理回路１０１の一部回路３０１に交流リーク２３４を流れ込むことを防いだ結果となった。
【０１０３】
本発明の一態様に係るフィルタ回路７０６を設けることにより、本発明の一態様に係る論理回路へ交流リークの流入を防ぐことで無駄な電力消費がなくなり、ＲＦタグ（半導体装置）の消費電力の効率化と低消費電力化する。よって、最大通信距離や同時認識数が増加する。
【０１０４】
なお、本実施例は、他の全ての実施の形態、他の全ての実施例と組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０１ 論理回路
１０２ アンテナ回路
１０３ 電源回路
１０４ 復調回路
１０５ 変調回路
１０６ フィルタ回路
１１１ アンテナ
１１２ 共振容量
３０１ 回路
２１１ 抵抗
２１２ トランジスタ
２３１ 信号
２３２ 信号
２３３ 応答信号
２３４ 交流リーク
２４２ 配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ回路と、第１の抵抗と、トランジスタと、容量と、論理回路と、第１の定電圧電源線と、第２の定電圧電源線とを有し、
前記第１の抵抗の一方の端子は、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１の抵抗の他方の端子は、前記アンテナ回路と電気的に接続され、
前記トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の定電圧電源線と電気的に接続され、
前記トランジスタのゲートは、前記容量の一方の端子及び論理回路と電気的に接続され、
前記容量の他方の端子は、前記第２の定電圧電源線と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
アンテナ回路と、第１の抵抗と、第２の抵抗と、トランジスタと、容量と、論理回路と、第１の定電圧電源線と、第２の定電圧電源線とを有し、
前記第１の抵抗の一方の端子は、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１の抵抗の他方の端子は、前記アンテナ回路と電気的に接続され、
前記トランジスタのゲートは、前記容量の一方の端子及び前記第２の抵抗の一方の端子と電気的に接続され、
前記トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の定電圧電源線と電気的に接続され、
前記第２の抵抗の他方の端子は、前記論理回路と電気的に接続され、
前記容量の他方の端子は、前記第２の定電圧電源線と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
アンテナ回路と、第１の抵抗と、第２の抵抗と、トランジスタと、容量と、論理回路と、第１の定電圧電源線と、第２の定電圧電源線とを有し、
前記第１の抵抗の一方の端子は、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１の抵抗の他方の端子は、前記アンテナ回路と電気的に接続され、
前記トランジスタのゲートは、前記第２の抵抗の一方の端子と電気的に接続され、
前記トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の定電圧電源線と電気的に接続され、
前記第２の抵抗の他方の端子は、前記容量の一方の端子及び前記論理回路と電気的に接続され、
前記容量の他方の端子は、前記第２の定電圧電源線と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
アンテナ回路と、第１乃至第３の抵抗と、トランジスタと、第１の容量と、第２の容量と、論理回路と、第１の定電圧電源線と、第２の定電圧電源線とを有し、
前記第１の抵抗の一方の端子は、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１の抵抗の他方の端子は、前記アンテナ回路と電気的に接続され、
前記トランジスタのゲートは、前記第１の容量の一方の端子及び前記第２の抵抗の一方の端子と電気的に接続され、
前記トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の定電圧電源線と電気的に接続され、
前記第２の抵抗の他方の端子は、前記第２の容量の一方の端子及び前記第３の抵抗の一方の端子と電気的に接続され、
前記第３の抵抗の他方の端子は、前記論理回路と電気的に接続され、
前記第１の容量の他方は、前記第２の定電圧電源線と電気的に接続され、
前記第２の容量の他方は、前記第２の定電圧電源線と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項２において、
前記容量のインピーダンスが前記第２の抵抗のインピーダンスよりも低いインピーダンスであることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項２において、
前記容量のインピーダンスが少なくとも前記第２の抵抗と論理回路との合成インピーダンスよりも低いインピーダンスであることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記アンテナ回路、及び前記論理回路は前記第１の定電圧電源線に電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１の定電圧電源線と前記第２の定電圧電源線とが電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
アンテナ回路と、第１の抵抗と、トランジスタと、容量と、論理回路と、第１の定電圧電源線と、第２の定電圧電源線とを有し、
前記第１の抵抗の一方の端子は、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１の抵抗の他方の端子は、前記アンテナ回路と電気的に接続され、
前記トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の定電圧電源線と電気的に接続され、
前記トランジスタのゲートは、前記容量の一方の端子及び論理回路と電気的に接続され、
前記容量の他方の端子は、前記第２の定電圧電源線と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
アンテナ回路と、第１の抵抗と、第２の抵抗と、トランジスタと、容量と、論理回路と、第１の定電圧電源線と、第２の定電圧電源線とを有し、
前記第１の抵抗の一方の端子は、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１の抵抗の他方の端子は、前記アンテナ回路と電気的に接続され、
前記トランジスタのゲートは、前記容量の一方の端子及び前記第２の抵抗の一方の端子と電気的に接続され、
前記トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の定電圧電源線と電気的に接続され、
前記第２の抵抗の他方の端子は、前記論理回路と電気的に接続され、
前記容量の他方の端子は、前記第２の定電圧電源線と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
アンテナ回路と、第１の抵抗と、第２の抵抗と、トランジスタと、容量と、論理回路と、第１の定電圧電源線と、第２の定電圧電源線とを有し、
前記第１の抵抗の一方の端子は、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１の抵抗の他方の端子は、前記アンテナ回路と電気的に接続され、
前記トランジスタのゲートは、前記第２の抵抗の一方の端子と電気的に接続され、
前記トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の定電圧電源線と電気的に接続され、
前記第２の抵抗の他方の端子は、前記容量の一方の端子及び前記論理回路と電気的に接続され、
前記容量の他方の端子は、前記第２の定電圧電源線と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
アンテナ回路と、第１乃至第３の抵抗と、トランジスタと、第１の容量と、第２の容量と、論理回路と、第１の定電圧電源線と、第２の定電圧電源線とを有し、
前記第１の抵抗の一方の端子は、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１の抵抗の他方の端子は、前記アンテナ回路と電気的に接続され、
前記トランジスタのゲートは、前記第１の容量の一方の端子及び前記第２の抵抗の一方の端子と電気的に接続され、
前記トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の定電圧電源線と電気的に接続され、
前記第２の抵抗の他方の端子は、前記第２の容量の一方の端子及び前記第３の抵抗の一方の端子と電気的に接続され、
前記第３の抵抗の他方の端子は、前記論理回路と電気的に接続され、
前記第１の容量の他方は、前記第２の定電圧電源線と電気的に接続され、
前記第２の容量の他方は、前記第２の定電圧電源線と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項２において、
前記容量のインピーダンスが前記第２の抵抗のインピーダンスよりも低いインピーダンスであることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項２において、
前記容量のインピーダンスが少なくとも前記第２の抵抗と論理回路との合成インピーダンスよりも低いインピーダンスであることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記アンテナ回路、及び前記論理回路は前記第１の定電圧電源線に電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１の定電圧電源線と前記第２の定電圧電源線とが電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２２１９９８（Ｐ２０１１−２２１９９８Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６０６６３（Ｐ２０１１−６０６６３）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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