充電裝置的製作方法

2023-11-11 14:36:52 2

本申請是如下發明專利申請的分案申請：

發明名稱：充電裝置；申請號：201310299308.6；申請日：2013年7月17日。

本發明關於一種物體、方法或製造方法。或者，本發明關於一種程序（process）、機器（machine）或產品（manufacture）。例如，本發明尤其關於一種半導體裝置、顯示裝置、發光裝置、蓄電裝置、它們的驅動方法或它們的製造方法。尤其是，本發明關於一種蓄電池的充電裝置。

背景技術：

近年來，作為以便攜電話、智慧型手機為代表的可攜式終端的電源或者驅動電動汽車等的電動機的電源，諸如鋰二次電池的蓄電池被廣泛地利用（參照專利文獻1）。

作為上述蓄電池的充電裝置，開發了測量蓄電池的端子電壓判斷是否完成充電的充電裝置以及累計充電電流（用來對蓄電池進行充電所需要的電流）計算出充電電流積分值而判斷是否完成充電的充電裝置（參照專利文獻2）。

[專利文獻1]日本專利申請公開2006-269426號公報；

[專利文獻2]日本專利申請公開2004-364419號公報。

在專利文獻2中，充電電路1具有正側輸入端子tm1和負側輸入端子tm2，並且微型計算機5內組裝有將模擬輸入轉換為數位訊號的模擬/數字轉換器（也稱為a/d轉換器、adc）。這是因為如下緣故：根據模擬信號使蓄電池2等工作，另一方面根據數位訊號使微型計算機及充電電路1的外部的電路工作。

然而，有如下問題：當在充電裝置中存在模擬/數字轉換器時，模擬/數字轉換器的耗電量大，所以充電裝置的耗電量也變大。

技術實現要素：

鑑於上述問題，所公開的發明的一個方式的課題之一是獲得一種耗電量小的充電裝置。

注意，上述課題的記載不妨礙其它課題的存在。此外，本發明的一個方式並不需要解決上述課題。另外，從說明書、附圖、權利要求等的記載自然可知上述以外的課題，而可以從說明書、附圖、權利要求等的記載中抽出課題。

所公開的發明的一個方式是一種對蓄電池進行充電的充電裝置，該充電裝置包括：產生對應於蓄電池的充電電流的電流的電路；通過流過對應於該充電電流的電流積蓄電荷的電路；以及當該電荷被積蓄的電路的電位為基準電位以上時輸出指示結束該蓄電池的充電的信號的電路。

蓄電池的充電電流（記作ic）是一種以模擬方式變化的模擬信號。另外，蓄電池的充電電流流過具有已知的電阻值的電阻元件中。通過與該電阻元件的兩個端子電連接的電壓電流轉換電路，檢測出該電阻元件的兩個端子之間的電位差。

該電壓電流轉換電路輸出對應於該電阻元件的兩個端子之間的電位差的電流（記作is）。由此，電流is是對應於充電電流ic的電流或充電電流ic的一部分。從此可說，該電壓電流轉換電路是產生對應於充電電流ic的電流is的電路或從充電電流ic產生其一部分的電流即電流is的電路。

該電壓電流轉換電路的輸出與作為開關元件的將氧化物半導體用於溝道形成區域的電晶體（下面稱為「氧化物半導體電晶體」）的源極或漏極中的一個電連接。另外，對該氧化物半導體電晶體中的柵極輸入脈衝信號，並根據該脈衝信號切換導通狀態或截止狀態。

該電晶體的源極或漏極中的另一個與電容元件電連接。當該電晶體處於導通狀態時，電流is流過電晶體的源極和漏極之間而電荷積蓄在電容元件中。

電容元件的一個端子以及該電晶體的源極或漏極中的另一個與比較器的第一端子電連接。當積蓄有電荷的電容元件的一個端子的電位為輸入到該比較器的第二端子的基準電位以上時，該比較器的輸出電位從低電平電位vl變成為高電平電位vh。

通過作為上述基準電位設定對應於蓄電池的充電完成的電位，當電容元件的一個端子的電位為基準電位以上的時點可以結束充電。就是說，該比較器的輸出電位是指示蓄電池的充電結束的信號，該比較器是輸出指示蓄電池的充電結束的信號的電路。

氧化物半導體電晶體具有截止狀態下的洩漏電流極低的優點，例如每溝道寬度1μm的洩漏電流為10aa（1×10-17a）以下，優選為1aa（1×10-18a）以下，更優選為10za（1×10-20a）以下，進一步優選為1za（1×10-21a）以下，再進一步優選為100ya（1×10-22a）以下。由此，通過使用氧化物半導體電晶體作為與電容元件電連接的電晶體，當使該電晶體處於截止狀態時，可以防止積蓄在電容元件中的電荷經過該電晶體的源極和漏極之間洩漏。由此，可以保持積蓄在電容元件中的電荷量，從而通過周期性地積蓄在該電容元件中的電荷量可以與表示結束充電的基準電位進行比較。

通過上述步驟，可以獲得一種不使用模擬/數字轉換器而耗電量小的充電裝置。

所公開的發明的一個方式是一種對蓄電池進行充電的充電裝置，該充電裝置包括：產生對應於從電源控制電路供應的充電電流的電流的電路；通過流過對應於充電電流的電流，以對應於充電電流的電荷為模擬信號積蓄在電容元件的電路；以及，當電荷被積蓄的電容元件的電位為基準電位以上時，將指示蓄電池的充電結束的信號向電源控制電路的控制電路輸出的電路，其中通過指示蓄電池的充電結束的信號輸出到電源控制電路的控制電路，結束該充電電流的供應。

所公開的發明的一個方式是一種對蓄電池進行充電的充電裝置，該充電裝置包括：產生對應於從電源控制電路供應的充電電流的電流的電路；根據輸入的脈衝信號處於導通狀態或截止狀態的開關元件；通過處於導通狀態的開關元件流過對應於充電電流的電流，來積蓄對應於充電電流的電荷的與開關元件電連接的電容元件；以及，當電荷被積蓄的電容元件的電位為基準電位以上時，將指示蓄電池的充電結束的信號向電源控制電路的控制電路輸出的電路，其中通過指示蓄電池的充電結束的信號向電源控制電路的控制電路輸出，結束充電電流的供應。

所公開的發明的一個方式是一種對蓄電池進行充電的充電裝置，該充電裝置包括：產生對應於從電源控制電路供應的充電電流的電流的電路；根據輸入到柵極的脈衝信號處於導通狀態或截止狀態並且將氧化物半導體用於溝道形成區域的電晶體；通過處於導通狀態的電晶體流過對應於充電電流的電流，來對應於充電電流的電荷積蓄的與電晶體電連接的電容元件；以及，當電荷被積蓄的電容元件的電位為基準電位以上時，將指示蓄電池的充電結束的信號向電源控制電路的控制電路輸出的電路，其中通過指示蓄電池的充電結束的信號向電源控制電路的控制電路輸出，結束充電電流的供應。

所公開的發明的一個方式是一種對蓄電池進行充電的充電裝置，該充電裝置包括：蓄電池的充電電流流過的電阻元件；根據對電阻元件施加的電壓產生對應於充電電流的電流的運算放大器；根據向柵極輸入的脈衝信號處於導通狀態或截止狀態並且將氧化物半導體用於溝道形成區域的電晶體；通過處於導通狀態的電晶體流過充電電流的一部分來電荷被積蓄的與電晶體電連接的電容元件；以及，具有電荷被積蓄的電容元件的電位被輸入的第一輸入端子和基準電位被輸入的第二輸入端子的比較器，其中通過對電容元件的電位與基準電位進行比較來使比較器的輸出電位切換，通過使輸出電位切換來結束充電電流的供應。

在所公開的發明的一個方式中，比較器也可以為磁滯比較器。

在所公開的發明的一個方式中，作為該氧化物半導體也可以使用如下氧化物的任一；氧化銦、in-zn類氧化物、in-mg類氧化物、in-ga類氧化物、in-ga-zn類氧化物、in-al-zn類氧化物、in-sn-zn類氧化物、in-hf-zn類氧化物、in-la-zn類氧化物、in-ce-zn類氧化物、in-pr-zn類氧化物、in-nd-zn類氧化物、in-sm-zn類氧化物、in-eu-zn類氧化物、in-gd-zn類氧化物、in-tb-zn類氧化物、in-dy-zn類氧化物、in-ho-zn類氧化物、in-er-zn類氧化物、in-tm-zn類氧化物、in-yb-zn類氧化物、in-lu-zn類氧化物；in-sn-ga-zn類氧化物、in-hf-ga-zn類氧化物、in-al-ga-zn類氧化物、in-sn-al-zn類氧化物、in-sn-hf-zn類氧化物、in-hf-al-zn類氧化物。

通過所公開的發明的一個方式，可以獲得一種耗電量小的充電裝置。

附圖說明

圖1是充電電路的電路圖；

圖2是說明充電電路的工作的時序圖；

圖3是充電電路的電路圖；

圖4是充電裝置的電路圖；

圖5是充電裝置的電路圖；

圖6是充電裝置的電路圖；

圖7是充電裝置的電路圖；

圖8a和圖8b是說明蓄電池的圖；

圖9是氧化物半導體電晶體的截面圖；

圖10是示出半導體裝置的結構實例的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本說明書中公開的發明的實施方式進行說明。但是，本說明書中公開的發明可以以多種不同形式實施，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是其方式和詳細內容可以在不脫離本說明書中公開的發明的宗旨及其範圍的情況下被變更為各種形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限於本實施方式所記載的內容中。注意，在如下所述的附圖中，相同部分或具有相同功能的部分用相同的參考標記表示，並且省略對它們的重複說明。另外，當表示相同的部分時有時使用同樣的陰影線，而不特別附加附圖標記。

注意，在本說明書所公開的發明中，半導體裝置是指通過利用半導體而工作的所有元件及裝置，並且將包括電子電路、顯示裝置、發光裝置及存儲裝置等的電器裝置以及安裝有該電器裝置的電器設備包括在其範圍內。

注意，為了容易理解說明，附圖等所示出的各結構的位置、大小和範圍等有時不表示實際上的位置、大小和範圍等。因此，所公開的發明不一定局限於附圖等所公開的位置、大小、範圍等。

另外，本說明書等中的「第一」、「第二」、「第三」等的序數詞是為了避免構成要素的混同而附記的，而不是用於在數目方面上進行限制。

另外，在本說明書等中，「電極」或「布線」的術語不限定這些構成要素的功能。例如，有時將「電極」用作「布線」的一部分，反之亦然。再者，「電極」或「布線」的術語還包括多個「電極」或「布線」形成為一體的情況等。

另外，「源極」和「漏極」的功能在使用極性不同的電晶體的情況或電路工作的電流方向變化等情況下，有時互相調換。因此，在本說明書中，「源極」和「漏極」的術語可以互相調換使用。

另外，在本說明書等中，「電連接」包括通過「具有某種電作用的元件」連接的情況。這裡，「具有某種電作用的元件」只要可以進行連接對象間的電信號的授受，就對其沒有特別的限制。例如，「具有某種電作用的元件」不僅包括電極和布線，而且還包括電晶體等的開關元件、電阻元件、電感器、電容器、其他具有各種功能的元件等。

另外，在本說明書等中，「上」或「下」的術語不局限於構成要素的位置關係為「正上」或「正下」。例如，「柵極絕緣膜上的柵電極」的表述不排除柵極絕緣膜與柵電極之間有其它構成要素的情況。

在本說明書中，「平行」是指在-10°以上且10°以下的角度的範圍中配置兩條直線的狀態，因此也包括-5°以上且5°以下的角度的情況。另外，「垂直」是指在80°以上且100°以下的角度的範圍中配置兩條直線的狀態，因此也包括85°以上且95°以下的角度的情況。

另外，在本說明書中，六方晶系包括晶體為三方晶或菱方晶的情況。

實施方式1

〈充電電路的電路結構〉

圖1示出本實施方式的充電電路的電路圖。圖1所示的充電電路100包括電晶體102、電容元件103、電阻元件104、電壓電流轉換電路105、磁滯比較器（也稱為施密特觸發器（schmitttrigger））107。充電電路100通過端子108、端子109、端子con以及端子out與外部電路電連接。另外，圖1所示的充電電路100與通過該充電電路100進行充電的蓄電池101電連接。

另外，使用電晶體102及電容元件103構成積分電路112。根據向柵極輸入的脈衝信號，電晶體102處於導通狀態或截止狀態，關於該情況下面說明詳細內容。當電晶體102處於導通狀態時，經過電晶體102的源極和漏極之間流過電流而電荷積蓄在電容元件103中。

另外，使用電阻元件104及電壓電流轉換電路105構成電流檢測電路111。在圖1所示的充電電路100中電流檢測電路111設置在正電位側。

端子108是充電時正電位被施加的端子，其與電阻元件104的一個端子以及電壓電流轉換電路105的非反相輸入端子電連接。

電阻元件104是用來檢測充電電流ic的電流值的電阻，其具有已知的電阻值r。電阻元件104的一個端子與端子108以及電壓電流轉換電路105的非反相輸入端子電連接，電阻元件104的另一個端子與電壓電流轉換電路105的反相輸入端子以及蓄電池101的正極電連接。

電壓電流轉換電路105例如是運算放大器，其是根據電阻元件104的一個端子和另一個端子之間的電位差（對電阻元件104施加的電壓）輸出電流is的電路。更具體而言，電壓電流轉換電路105輸出與電阻元件104的一個端子和另一個端子之間的電位差（對電壓電流轉換電路105的非反相輸入端子輸入的電位和對電壓電流轉換電路105的反相輸入端子輸入的電位之間的電位差）成比例的電流is。由於電阻元件104的電阻值r是已知的，電阻元件104的一個端子和另一個端子之間的電位差與充電電流ic成比例。由此，電流is是根據充電電流ic發生變化的電流，也可以說電流is是充電電流ic的一部分。另外，也可以說電壓電流轉換電路105是從充電電流ic產生其一部分的電流is的電路。

電壓電流轉換電路105的非反相輸入端子與電阻元件104的一個端子以及端子108電連接。電壓電流轉換電路105的反相輸入端子與電阻元件104的另一個端子以及蓄電池101的正極電連接。電壓電流轉換電路105的輸出端子與電晶體102的源極或漏極中的一個電連接。

蓄電池101例如使用鋰二次電池即可，但是不限於此，也可以使用其他蓄電池。

當使用充電曲線（繪製容量對充電電壓的曲線或者繪製時間對充電電壓的曲線）上具有平坦（plateau）的鋰二次電池作為蓄電池101時，即使在平坦區域中檢測鋰二次電池的充電電壓並控制充電的充電裝置增加充電容量也對充電電壓沒有發生變化。由此，在檢測出充電電壓並控制充電的充電裝置中難檢測出正確的充電容量。

然而，在本實施方式的充電電路100中，充電電流ic（實際上，充電電流ic的一部分電流的電流is）乘以充電時間檢測出蓄電池101的充電電荷量。所以，即使作為蓄電池101使用具有平坦的鋰二次電池也可以檢測出正確的充電電荷量（充電容量）。

蓄電池101的正極與電阻元件104的另一個端子以及電壓電流轉換電路105的反相輸入端子電連接。蓄電池101的負極與電容元件103的另一個端子以及端子109電連接。

電晶體102是根據從端子con施加的電位con處於導通狀態或截止狀態的開關元件。電位con（也稱為信號con）是脈衝信號，其成為高電平電位vh和低電平電位vl中的任一電位，關於該情況下面說明詳細內容。當電晶體102處於導通狀態時（電位con成為高電平電位vh時），電流is流過源極和漏極之間，對應於此電荷積蓄在電容元件103中。

在本實施方式中，高電平電位vh高於低電平電位vl和低電平電源電位vss且為高電平電源電位vdd以下。另外，低電平電位vl低於高電平電位vh和高電平電源電位vdd且為低電平電源電位vss以上。再者，低電平電源電位vss也可以為接地電位gnd，但是不局限於此，只要低於高電平電源電位vdd就可以用作低電平電源電位vss。由算式表示上述情況，如下：低電平電源電位vss≤低電平電位vl＜高電平電位vh≤高電平電源電位vdd（注意，低電平電源電位vss也可以為接地電位gnd）。

在電晶體102中，當將氧化物半導體用於溝道形成區域時具有截止狀態下的洩漏電流（也稱為截止電流（off-statecurrent））極低的優點，所以是優選的。另外，在本說明書中，將氧化物半導體用於溝道形成區域的電晶體稱為氧化物半導體電晶體。通過使用氧化物半導體電晶體作為電晶體102，當使電晶體102處於截止狀態時，可以防止積蓄在電容元件103中的電荷經過電晶體102的源極和漏極之間洩漏。

在本實施方式中，如上述那樣，使用截止電流極低的氧化物半導體電晶體作為用作根據從端子con施加的電位con處於導通狀態或截止狀態的開關元件的電晶體102。但是，只要積蓄在電容元件103中的電荷不洩漏就可以使用其他開關元件。

電晶體102的柵極與端子con電連接。電晶體102的源極和漏極中的一個與電壓電流轉換電路105的輸出端子電連接。電晶體102的源極或漏極中的另一個與電容元件103的一個端子以及磁滯比較器107的非反相輸入端子電連接。

電容元件103是積蓄流過電晶體102的源極和漏極之間的電流is的電荷的元件。隨著電荷積蓄在電容元件103中，增大電容元件103的一個端子的電位vc。

電容元件103的一個端子與電晶體102的源極或漏極中的另一個以及磁滯比較器107的非反相輸入端子電連接。電容元件103的另一個端子與蓄電池101的負極以及端子109電連接。

磁滯比較器107是輸入或輸出時顯示滯後現象的比較器。就是說，增大輸入到非反相輸入端子的電位和輸入到反相輸入端子的電位之間的電位差時輸出切換的電位與減少輸入到非反相輸入端子的電位和輸入到反相輸入端子之間的電位差時輸出切換的電位不同。通過利用磁滯比較器，可以抑制受噪聲的影響而頻繁發生輸出電位的切換。

注意，在本實施方式中，雖然為了抑制受噪聲的影響而頻繁發生輸出電位的切換利用磁滯比較器，但是不局限於此。只要根據輸入到非反相輸入端子及反相輸入端子的電位差能夠切換輸出電位，也可以利用其他比較器代替磁滯比較器。

基準電位vref輸入到磁滯比較器107的反相輸入端子。磁滯比較器107的非反相輸入端子與電晶體102的源極或漏極中的另一個以及電容元件103的一個端子電連接。磁滯比較器107的非反相輸入端子與電容元件103的一個端子電連接，所以電位vc輸入到磁滯比較器107的非反相輸入端子。磁滯比較器107的輸出端子與端子out電連接。

當輸入到磁滯比較器107的反相輸入端子的基準電位vref高於輸入到磁滯比較器107的非反相輸入端子的電位vc時，磁滯比較器107從輸出端子向端子out輸出低電平電位vl。當輸入到磁滯比較器107的非反相輸入端子的電位vc成為輸入到磁滯比較器107的反相輸入端子的基準電位vref以上時，磁滯比較器107從輸出端子向端子out輸出高電平電位vh。在將端子out的電位設定為電位out的情況下，當電位vc為基準電位vref以上時，電位out從低電平電位vl變為高電平電位vh。

通過作為基準電位vref設定對應於蓄電池101的充電結束的電位，當電位vc成為基準電位vref以上的時點可以結束充電。即，可以說磁滯比較器107的輸出電位（等於電位out）是指示蓄電池101的充電結束的信號，磁滯比較器107是輸出指示蓄電池101的充電結束的信號的電路。

端子109是充電時負電位被施加的端子，其與蓄電池101的負極以及電容元件103的另一個端子電連接。

如上述那樣，本實施方式的充電電路100使用模擬信號的充電電流ic檢測出蓄電池101的充電電荷量。由此，不使用模擬/數字轉換器的情況下也可以檢測出蓄電池的充電電荷量（充電容量）。

〈充電電路的其他結構〉

另外，雖然在圖1所示的充電電路100中電流檢測電路111設置在正電位側，但是電流檢測電路也可以設置在負電位側。圖3示出電流檢測電路設置在負電位側的例子。另外，在圖3中，與圖1相同的構成要素由相同的符號表示。在圖3所示的充電電路120中電流檢測電路113設置在負電位側。

〈充電電路的工作〉

下面採用圖1和圖2說明充電電路100的工作的詳細內容。

注意，在前階段將電容元件103的兩個端子設定為接地電位gnd，使電容元件103放電，將電位vc設定為接地電位gnd。

脈衝信號的電位con從端子con輸入到電晶體102的柵極。電位con在期間p2n-1（注意，n為自然數）成為高電平電位vh，在期間p2n成為低電平電位vl，在固定的周期（期間p2n-1＋期間p2n）交替反覆高電平電位vh和低電平電位vl。由此，電晶體102在期間p2n-1處於導通狀態，在期間p2n處於截止狀態，在固定的周期（期間p2n-1＋期間p2n）交替反覆導通狀態和截止狀態。

當在期間p1電晶體102處於導通狀態時，充電電流ic的一部分電流的電流is流過電晶體102的源極和漏極之間，電荷積蓄在電容元件103中。當電荷積蓄在電容元件103中時，電容元件103的一個端子的電位即電位vc從接地電位gnd增加到電位v1。

當在期間p2電晶體102處於截止狀態時，保持積蓄在電容元件103中的電荷而電容元件103的一個端子的電位即電位vc也保持為電位v1。通過如上述那樣使用氧化物半導體電晶體作為電晶體102，由於氧化物半導體電晶體的截止電流極低，所以可以防止積蓄在電容元件103中的電荷經過電晶體102的源極和漏極之間洩漏。

接著，與在期間p1同樣在期間p3電位con成為高電平電位vh。由此電晶體102也處於導通狀態，電流is流過電晶體102的源極和漏極之間而電荷積蓄在電容元件103中。當電荷積蓄在電容元件103中時，電容元件103的一個端子的電位即電位vc從電位v1增加到電位v2。

接著，與在期間p2同樣在期間p4電位con成為低電平電位vl。由此電晶體102也處於截止狀態，保持積累在電容元件103中的電荷而電容元件103的一個端子的電位即電位vc也保持為電位v2。

如上述那樣，通過反覆期間p2n-1和期間p2n，電位vc上升。在電位vc低於基準電位vref的情況下，磁滯比較器107的輸出電位即電位out為低電平電位vl。當電位vc上升到基準電位vref以上時，磁滯比較器107的輸出電位即電位out從低電平電位vl變成為高電平電位vh。

如上述那樣，將基準電位vref設定為對應於蓄電池101的充電結束的電位。由此，磁滯比較器107的輸出電位out從低電平電位vl變成為高電平電位vh的時間t成為結束充電的時間。

〈充電裝置的結構〉

接著，下面說明使用上述的充電電路的充電裝置的結構。

圖4所示的充電裝置包括充電電路100、電源控制電路150、分壓電路164、直流電源161、控制電路170、計數電路181、振蕩電路182。另外，雖然在圖4所示的充電裝置中示出使用圖1所示的充電電路100的實例，但是也可以使用圖3所示的充電電路120代替充電電路100。

電源控制電路150包括電容元件151、電阻元件152、線圈153、二極體154、電晶體155，其是利用降壓型dc-dc轉換器的電流控制電路。

電容元件151的一個端子與電阻元件152的一個端子、電阻元件162的一個端子、控制電路170的端子sense2以及充電電路100的端子108電連接。電容元件151的另一個端子接地。

電阻元件152的一個端子與電容元件151的一個端子、電阻元件162的一個端子、控制電路170的端子sense2以及充電電路100的端子108電連接。電阻元件152的另一個端子與線圈153的一個端子以及控制電路170的端子sense1電連接。對具有已知的電阻值的電阻元件152的兩個端子施加的電位差與對控制電路170的端子sense1以及sense2施加的電位差相同。由此，可以測量流過電阻元件152中的電流的電流值。

線圈153的一個端子與電阻元件152的另一個端子以及控制電路170的端子sense1電連接。線圈153的另一個端子與二極體154的陰極以及電晶體155的源極或漏極中的一個電連接。

二極體154的陽極接地。二極體154的陰極與線圈153的另一個端子以及電晶體155的源極或漏極中的一個電連接。

電晶體155是n溝道型電晶體，其柵極與控制電路170的端子gs電連接。通過脈衝寬度調製（pwm：pulsewidthmodulation）信號從控制電路170輸入到電晶體155的柵極，可以控制流過電阻元件152中的電流的電流值。控制流過電阻元件152中的電流的電流值相等於控制向蓄電池101的充電電流ic的電流值。

電晶體155的源極和漏極中的一個與二極體154的陰極以及線圈153的另一個端子電連接。電晶體155的源極或漏極中的另一個與直流電源161電連接。

直流電源161供應用於對蓄電池101進行充電的電力。在圖4中，雖然使用直流電源161作為用於對蓄電池101進行充電的電力的電力供給源，但是不局限於此。也可以使用交流電源（例如商用電源）以及將交流電源的交流電力轉換為直流電力的交流-直流轉換器（也稱為ac-dc轉換器或ac-dc逆變器）代替直流電源161。

分壓電路164的電阻元件162的一個端子與電容元件151的一個端子、電阻元件152的一個端子、控制電路170的端子sense2以及充電電路100的端子108電連接。電阻元件162的另一個端子與電阻元件163的一個端子以及控制電路170的端子fb電連接。

電阻元件163的一個端子與電阻元件162的另一個端子以及控制電路170的端子fb電連接。電阻元件163的另一個端子接地。

通過具有已知的電阻值的電阻元件162和電阻元件163，分壓電路164可以檢測出對電阻元件162的一個端子施加的電位值、即輸入到充電電路100的端子108的電位值。更具體地說，作為對電阻元件162的一個端子施加的電位的分壓的、對電阻元件162的另一個端子和電阻元件163的一個端子施加的電位，通過端子fb輸入到控制電路170。如上述那樣，電阻元件162和電阻元件163的電阻值是已知的，從而根據輸入到端子fb的電位可以檢測出對電阻元件162的一個端子施加的電位值（輸入到充電電路100的端子108的電位值）。

計數電路181是生成輸入到充電電路100的電晶體102的柵極的作為脈衝信號的電位con的電路。計數電路181的一個端子通過端子con與電晶體102的柵極電連接。計數電路181的另一個端子與振蕩電路182電連接。

振蕩電路182是為了計數電路181生成作為脈衝信號的電位con振蕩基準脈衝信號的電路。振蕩電路182與計數電路181的另一個端子電連接。

通過檢測出端子sense1和端子sense2的電位，控制電路170測量流過端子sense1和端子sense2之間的電流的電流值，即流過電阻元件152中的電流的電流值。通過控制電路170生成脈衝寬度調製信號並從端子gs向電晶體155的柵極輸入脈衝寬度調製信號，控制流過電阻元件152中的電流的電流值，即向蓄電池101的充電電流ic的電流值。

根據輸入到端子fb的電位，控制電路170控制輸入到電晶體155的柵極的脈衝寬度調製信號。如上述那樣，控制脈衝寬度調製信號是指控制流過電阻元件152中的電流的電流值，也是指控制向蓄電池101的充電電流ic的電流值。

另外，通過充電電路100的端子out，磁滯比較器107的輸出電位輸入到控制電路170的端子en。如上述那樣，當磁滯比較器107的輸出電位的電位out從低電平電位vl變成為高電平電位vh時，停止輸入從端子gs向電晶體155的柵極輸入的脈衝寬度調製信號。由此，結束供應向蓄電池101的充電電流而可以結束對蓄電池101進行充電。

〈充電裝置的其他結構1〉

圖5示出具有與圖4不同的結構的充電裝置的實例。在圖5所示的充電裝置中，在控制電路180中設置有計數電路181以及振蕩電路182。控制電路180的端子con_o通過充電電路100的端子con與電晶體102的柵極電連接，脈衝信號的電位con從控制電路180的端子con_o輸入到電晶體102的柵極。

〈充電裝置的其他結構2〉

圖6示出具有與圖4以及圖5不同的結構的充電裝置的實例。在圖6所示的充電裝置中，微型計算機185包括計數電路181以及振蕩電路182。微型計算機185的端子con_o通過充電電路100的端子con與電晶體102的柵極電連接，脈衝信號的電位con從微型計算機185的端子con_o輸入到電晶體102的柵極。

另外，也可以使用實施方式3所說明的氧化物半導體電晶體作為構成微型計算機185的電晶體。

〈充電裝置的其他結構3〉

圖7示出具有與圖4至圖6不同的結構的充電裝置的實例。在圖7所示的充電裝置中，微型計算機190包括控制電路170、計數電路181以及振蕩電路182。在微型計算機190中設置有控制電路170的端子gs、端子sense1、端子sense2、端子fb和端子en以及計數電路181的端子con_o。

另外，也可以使用實施方式3所說明的氧化物半導體電晶體作為構成微型計算機190的電晶體。

通過上述的本實施方式，可以獲得一種不使用模擬/數字轉換器的充電裝置。

另外，在本實施方式中可以獲得一種不使用模擬/數字轉換器而耗電量小的充電裝置。

實施方式2

在本實施方式中，作為實施方式1所述的蓄電池101的一個例子說明鋰二次電池。

圖8a是蓄電池的截面圖。圖8a所示的蓄電池300包括：具有正極集流體301及正極活性物質層302的正極311；具有負極集流體305及負極活性物質層304的負極312；以及夾持在正極311與負極312之間且為液體電解質的電解液308。

正極311通過利用cvd法、濺射法或塗敷法在正極集流體301上形成正極活性物質層302來形成。

作為正極集流體301，可以使用不鏽鋼、金、鉑、鋅、鐵、銅、鋁、鈦等金屬及它們的合金等導電性高且不與鋰等載體離子合金化的材料。另外，可以使用添加有矽、鈦、釹、鈧、鉬等提高耐熱性的元素的鋁合金。另外，也可以使用與矽起反應形成矽化物的金屬元素形成。作為與矽起反應形成矽化物的金屬元素，可以舉出鋯、鈦、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢、鈷、鎳等。正極集流體301能夠適當地使用箔狀、板狀（薄片狀）、網狀、衝孔金屬網狀、拉制金屬網狀等形狀。

作為包含在正極活性物質層302中的正極活性物質，只要使用能夠嵌入及脫嵌鋰離子等載體離子的材料，既可。例如，可以使用lifeo2、licoo2、linio2、limn2o4、v2o5、cr2o5、mno2等各種化合物。在通過塗敷法形成正極活性物質層302的情況下，對正極活性物質添加導電助劑或粘結劑製造正極漿料，將其塗敷在正極集流體301上進行乾燥，即可。

作為用於正極活性物質的具有層狀巖鹽型的晶體結構的鋰氧化物，例如可以舉出：鈷酸鋰（licoo2）；linio2、limno2、li2mno3、lini0.8co0.2o2等nico類（通式為linixco1-xo2（0<x<1））；lini0.5mn0.5o２等nimn類（通式為linixmn1-xo2（0<x0，y>0，x+y0，y>0））膜、添加有氮的矽酸鉿膜、鋁酸鉿（hfalxoy（x>0、y>0））膜或氧化鑭膜等（由所謂的high-k材料構成的膜）的膜。通過使用這種膜，可以降低柵極洩漏電流。

〈導電層235的具體例子〉

作為導電層235，可以應用由選自鋁、銅、鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹、鈧中的元素、以這些元素為成分的合金構成的膜。此外，作為導電層235，也可以應用包含氮的金屬氧化物，具體地說，包含氮的in-ga-zn類氧化物膜、包含氮的in-sn類氧化物膜、包含氮的in-ga類氧化物膜、包含氮的in-zn類氧化物膜、包含氮的sn類氧化物膜、包含氮的in類氧化物膜或金屬氮化物膜（inn、snn等）。這些氮化膜具有5ev（電子伏特）以上的功函數，優選具有5.5ev（電子伏特）以上的功函數。當將這些膜用作柵極時，可以使電晶體的閾值電壓成為正值，而能夠實現所謂的常閉型（normallyoff）的開關元件。此外，也可以應用這些膜的疊層。

在圖9所示的電晶體220中，優選抑制雜質混入到氧化物半導體層231中或者構成氧化物半導體層231的元素脫離。這是因為當發生上述現象時電晶體220的電特性發生變動的緣故。作為抑制發生上述現象的方法，可以舉出將阻擋效果高的絕緣層設置在電晶體的上表面及下表面（具有絕緣表面的層230和電晶體220之間以及絕緣層234和導電層235的上表面）的方法。例如，作為上述絕緣層，可以應用氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜或氧化鎵膜等無機絕緣材料膜。此外，也可以應用這些材料的疊層。

可以使用圖9所示的將氧化物半導體層231用於溝道形成區域的電晶體220作為實施方式1所說明的電晶體102。將氧化物半導體層231用於溝道形成區域的電晶體220的截止電流小。由此，當電晶體220（電晶體102）處於截止狀態時，可以防止積蓄在電容元件103中的電荷經過電晶體220（電晶體102）的源極和漏極之間洩漏。

〈矽電晶體和氧化物半導體電晶體的層疊結構〉

下面，參照圖10說明層疊將氧化物半導體用於溝道形成區域的電晶體902和將單晶矽片用於溝道形成區域的電晶體901構成的半導體裝置的結構實例。另外，可以應用電晶體902作為實施方式1所示的電晶體102等，還可以應用電晶體901作為包含於實施方式1所示的電壓電流轉換電路105的電晶體、包含於磁滯比較器107的電晶體、電源控制電路150的電晶體155、包含於控制電路170的電晶體、包含於控制電路180的電晶體、包含於計數電路181的電晶體、包含于振蕩電路182的電晶體、包含於微型計算機185的電晶體、包含於微型計算機190的電晶體等。

但是，作為電晶體901的材料，除了使用矽以外，還可以使用鍺、矽鍺、單晶碳化矽等半導體材料。另外，例如，使用矽的電晶體可以使用通過soi法製造的矽薄膜、通過氣相生長法製造的矽薄膜等形成。此時，作為襯底，可以使用通過熔融法或浮法而製造的玻璃襯底、石英襯底、半導體襯底、陶瓷襯底等。另外，當後面的加熱處理的溫度較高時，作為玻璃襯底優選使用應變點為730℃以上的玻璃襯底。

在圖10所示的半導體裝置中，形成有使用單晶矽片形成的電晶體901以及在其上層使用氧化物半導體形成的電晶體902。就是說，本實施方式所示的半導體裝置是具有使用矽片作為襯底並且在其上層設置有電晶體層的三維層疊結構的半導體裝置，也是具有將矽用於溝道形成區域的電晶體和將氧化物半導體用於溝道形成區域的電晶體的混合型半導體裝置。

既可以使用n溝道電晶體（nmosfet）又可以使用p溝道電晶體（pmosfet）作為使用包含半導體材料的襯底900製造的電晶體901。在圖10所示的例子中，例如電晶體901由通過sti（shallowtrenchisolation；淺溝槽隔離）法形成的元件分離區域905與其他元件絕緣分離。通過利用元件分離區域905，可以進行元件分離部分的縮小等。另一方面，在不被要求結構的微型化、小型化的半導體裝置中，未必需要通過sti法形成元件分離區域905，也可以利用locos等元件分離方法。在形成了電晶體901的襯底900中，形成有添加了諸如硼、磷或砷等賦予導電性的雜質的阱904。

圖10所示的電晶體901包括設置在襯底900中的溝道形成區域、以夾著溝道形成區域的方式設置的雜質區域906（也稱為源區域及漏區域）、設置在溝道形成區域上的柵極絕緣膜907、在柵極絕緣膜907上以與溝道形成區域重疊的方式設置的柵電極層908。作為柵電極層908，可以採用層疊使用用來提高加工精度的第一材料構成的柵電極層和使用作為布線用來低電阻化的第二材料構成的柵電極層的結構。例如，可以舉出添加了賦予導電性的磷等的結晶矽和鎳矽化物的層疊結構等。但是，不局限於上述結構，根據被要求的規格可以調整材料、層疊數量以及形狀等。

另外，作為圖10所示的電晶體901可以採用鰭（fin）型結構的電晶體。鰭型結構是指將半導體襯底的一部分加工為板狀的突起形狀並以使突起形狀的長尺方向交叉的方式設置柵電極層的結構。柵電極層隔著柵極絕緣膜覆蓋突起形狀的上表面和側面。通過採用鰭型結構的電晶體作為電晶體901，可以縮小溝道寬度實現電晶體的集成化。另外，除了可以流過多電流以外，還可以提高控制效率，從而降低電晶體處於截止時的電流和閾值電壓。

另外，設置在襯底900中的雜質區域906與接觸銷913以及接觸銷915連接。在此，接觸銷913及接觸銷915也用作連接的電晶體901的源電極或漏電極。另外，在雜質區域906與溝道形成區域之間設置有與雜質區域906不同的雜質區域。作為ldd區域或擴展區域，上述雜質區域具有按照被導入的雜質的濃度控制溝道形成區域附近的電場分布的功能。在柵電極層908的側壁上隔著絕緣膜具有側壁絕緣膜909。通過使用上述絕緣膜或側壁絕緣膜909，可以形成ldd區域或擴展區域。

另外，電晶體901由絕緣膜910覆蓋。可以使絕緣膜910具有保護膜的功能，並且絕緣膜910可以防止雜質從外部侵入到溝道形成區域。另外，通過利用cvd法使用氮化矽等材料形成絕緣膜910，在作為溝道形成區域使用單晶矽的情況下可以通過加熱處理使單晶矽氫化。另外，通過作為絕緣膜910使用具有拉伸應力或壓縮應力的絕緣膜，可以對構成溝道形成區域的半導體材料施加應變。通過在採用n溝道型電晶體的情況下對成為溝道形成區域的矽材料施加拉伸應力，且在p溝道型電晶體的情況下對成為溝道形成區域的矽材料施加壓縮應力，可以提高各電晶體的場效應遷移率。

再者，在絕緣膜910上設置絕緣膜911，對其上表面進行了利用cmp的平坦化處理。由此，可以在包括電晶體901的層的上層以高精度層疊元件層。

在包括電晶體901的層的上層形成包括將氧化物半導體用於溝道形成區域的電晶體902的層。電晶體902是頂柵結構的電晶體，該電晶體包括與氧化物半導體膜926的側面以及上表面接觸的源電極層927及漏電極層928以及它們上的柵極絕緣膜929上的柵電極層930。另外，以覆蓋電晶體902的方式形成有絕緣膜932及絕緣膜933。氧化物半導體膜926形成在絕緣膜924上。作為絕緣膜924，可以使用氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、氧氮化矽、氧化鋁、氮化鋁或氧氮化鋁等無機絕緣膜。

另外，也可以在氧化物半導體膜926和源電極層927以及漏電極層928之間設置用作源區域及漏區域的氧化物導電膜。作為氧化物導電膜的材料，優選使用以氧化鋅為成分的材料，且優選不含有氧化銦的材料。作為上述氧化物導電膜，可以適用氧化鋅、氧化鋅鋁、氧氮化鋅鋁、氧化鋅鎵等。以覆蓋源電極層927、漏電極層928以及氧化物半導體膜926的方式形成有柵極絕緣膜929。並且，在柵極絕緣膜929上的與氧化物半導體膜926重疊的位置上形成有柵電極層930。

另外，雖然使用單柵結構電晶體說明電晶體902，但是也可以根據需要形成通過具有彼此電連接的多個柵電極來具有多個溝道形成區域的多柵結構電晶體。

另外，在本實施方式中，電晶體902採用頂柵結構。另外，在電晶體902中設置有背柵電極層923。通過設置背柵電極層，可以進一步實現電晶體902的常閉化。例如，通過將背柵電極層923的電位設定為gnd或固定電位，可以使電晶體902的閾值電壓進一步向正方向漂移，從而可以實現常閉電晶體。

為了如上述那樣使電晶體901與電晶體902電連接形成電路，在各層之間及上層中層疊用來連接的一個或多個布線層。

在圖10中，電晶體901的源極和漏極中的一個通過接觸銷913與布線層914電連接。另一方面，電晶體901的源極和漏極中的另一個通過接觸銷915與布線層916電連接。另外，電晶體901的柵極通過接觸銷917、布線層918、接觸銷921、布線層922以及接觸銷925與電晶體902的漏極電極層928電連接。

布線層914、布線層918、布線層916、布線層922以及背柵電極層923都埋入在絕緣膜中。上述布線層等例如優選使用銅或鋁等低電阻的導電性材料。另外，也可以使用通過cvd法形成的石墨烯作為導電性材料，形成布線層。石墨烯是指具有sp2鍵的一個原子層的碳分子的薄片，或者是指層疊兩層至一百層而成的碳分子的疊層體。

作為絕緣膜911，絕緣膜912，絕緣膜919，絕緣膜920以及絕緣膜933，都可以使用氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、bpsg（borophosphosilicateglass；硼磷矽玻璃）、psg（phosphosilicateglass；磷矽玻璃）、添加有碳的氧化矽（sioc）、添加有氟的氧化矽（siof）、作為以si(oc2h5)4為原料的氧化矽的teos（tetraethylorthosilicate：四乙氧基矽烷）、hsq(hydrogensilsesquioxane：氫矽倍半環氧乙烷)、msq(methylsilsesquioxane：甲基矽倍半環氧乙烷)、osg(organosilicateglass：有機矽酸鹽玻璃)、有機聚合物類材料等的絕緣體。尤其是，當進行半導體裝置的微型化時，由於布線之間的寄生電容變為明顯而信號延遲增大，所以氧化矽的相對介電常數（k=4.0至4.5）高，因此優選使用k為3.0以下的材料。另外，由於在將布線埋入在該絕緣膜中之後進行cmp處理，所以要求絕緣膜具有機械強度。只要確保該機械強度，就可以使它們多孔（porous）化而實現低介電常數化。

如上面說明那樣，可以使用將氧化物半導體膜926用於溝道形成區域的電晶體902作為實施方式1所說明的電晶體102。將氧化物半導體膜926用於溝道形成區域的電晶體902的截止電流小。由此，當電晶體902（電晶體102）處於截止狀態時，可以防止積蓄在電容元件103中的電荷經過電晶體902（電晶體102）的源極和漏極之間洩漏。

另外，溝道形成區域採用單晶矽片的電晶體901，可以用在包含於實施方式1所示的電壓電流轉換電路105的電晶體、包含於磁滯比較器107的電晶體、電源控制電路150的電晶體155、包含於控制電路170的電晶體、包含於控制電路180的電晶體、包含於計數電路181的電晶體、包含于振蕩電路182的電晶體、包含於微型計算機185的電晶體、包含於微型計算機190的電晶體等。通過層疊電晶體901和電晶體902，可以減少充電裝置所佔的面積。

另外，雖然未圖示，但是不僅電晶體901和電晶體902而且電容元件103可以層疊。例如，作為電容元件103也使用層疊與源電極層927以及漏電極層928相同的層的導電膜、與柵極絕緣膜929相同的層的絕緣膜以及與柵電極層930相同的層的導電膜的膜。通過層疊電晶體901、電晶體902以及電容元件103，可以減少充電裝置所佔的面積。

本實施方式所示的結構、方法等可以與其他實施方式所示的結構、方法等適當地組合而實施。

符號說明

100充電電路；101蓄電池；102電晶體；103電容元件；104電阻元件；105電壓電流轉換電路；107磁滯比較器；108端子；109端子；111電流檢測電路；112積分電路；113電流檢測電路；120充電電路；150電源控制電路；151電容元件；152電阻元件；153線圈；154二極體；155電晶體；161直流電源；162電阻元件；163電阻元件；164分壓電路；170控制電路；180控制電路；181計數電路；182振蕩電路；185微型計算機；190微型計算機；220電晶體；230層；231氧化物半導體層；232導電層；233導電層；234絕緣層；235導電層；300蓄電池；301正極集流體；302正極活性物質層；304負極活性物質層；305負極集流體；307隔離體；308電解液；309外殼；310蓄電池；311正極；312負極；900襯底；901電晶體；902電晶體；904阱；906雜質區域；907柵極絕緣膜；908柵電極層；909側壁絕緣膜；910絕緣膜；911絕緣膜；912絕緣膜；913接觸銷；914布線層；915接觸銷；916布線層；917接觸銷；918布線層；919絕緣膜；920絕緣膜；921接觸銷；922布線層；923背柵電極層；924絕緣膜；925接觸銷；926氧化物半導體膜；927源電極層；928漏電極層；929柵極絕緣膜；930柵電極層；932絕緣膜；933絕緣膜。