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專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不用接觸就可以發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
近年來，有關(guān)不用接觸就可以發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件的研 究得到了發(fā)展，在一些市場(chǎng)上，已經(jīng)開始引入半導(dǎo)體器件。所述半導(dǎo)體
器件稱為RFID (射頻標(biāo)識(shí))、ID標(biāo)簽、ID芯片、IC標(biāo)簽、IC芯片、 RF標(biāo)簽(射頻)、RF芯片、無線標(biāo)簽、無線芯片、電子標(biāo)簽、和電子
心o
半導(dǎo)體器件包括多個(gè)元件(包括晶體管等)和天線，數(shù)據(jù)通過電磁 波發(fā)送到外部器件(讀出器/寫入器)和從所述外部器件接收。最近，已 經(jīng)試圖通過為各種產(chǎn)品提供半導(dǎo)體器件來監(jiān)測(cè)或者控制產(chǎn)品。例如，通 過附著半導(dǎo)體器件到產(chǎn)品上，提出了一種管理系統(tǒng)(參見專利文獻(xiàn)1 ), 所述管理系統(tǒng)不僅可以很容易地執(zhí)行庫(kù)存管理，比如控制庫(kù)存數(shù)或者庫(kù) 存狀態(tài)，而且可以執(zhí)行自動(dòng)產(chǎn)品管理。
另外，提出了用于安全器件和安全系統(tǒng)的半導(dǎo)體器件，以增強(qiáng)預(yù)防 犯罪效果(參見專利文獻(xiàn)2)。
另外，提出了通過在紙幣或者證巻等上安裝IC芯片來防止非授權(quán) 使用比如開發(fā)的方法(參見專利文獻(xiàn)3)。以此方式，提出半導(dǎo)體器件 可以用于各種領(lǐng)域。日本專利公開No.2004-359363日本專利公開No.2003-303379日本專利公開No.2001-260580

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供如下半導(dǎo)體器件它通過利用不用接觸就可 以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)提高了其便利性。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括進(jìn)行運(yùn)算處理的運(yùn)算處理電路、檢測(cè)化學(xué) 反應(yīng)的檢測(cè)部分、和天線。運(yùn)算處理電路具有多個(gè)晶體管，檢測(cè)部分具 有多個(gè)檢測(cè)元件，天線具有導(dǎo)電層。
所述多個(gè)檢測(cè)元件的每一個(gè)都具有用于固化核酸、蛋白質(zhì)、酶、抗
原、抗體和微生物中至少任何一種的反應(yīng)層。具體而言，檢測(cè)元件具有 第一層和第二層。第一層是導(dǎo)電層，第二層是反應(yīng)層。或者，檢測(cè)元件 具有第一層、第二層和第三層。第一層和第三層是導(dǎo)電層，第二層是反 應(yīng)層。
本發(fā)明可以提供便利性增強(qiáng)的半導(dǎo)體器件，其能夠通過檢測(cè)元件檢 測(cè)化學(xué)反應(yīng)，并通過天線向外部器件發(fā)送數(shù)據(jù)。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件除了上述部件元件之外，還具有用于存 儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)部分。存儲(chǔ)部分具有多個(gè)存儲(chǔ)元件，每個(gè)存儲(chǔ)元件具有含 有有機(jī)化合物的層。具體而言，所述多個(gè)存儲(chǔ)元件的每一個(gè)都包括第一 層、第二層和第三層。第一層和第三層是導(dǎo)電層，而第二層是含有有機(jī) 化合物的層。
如上所述，由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以制備工藝不復(fù)雜，并因而 可以降低制備成本。另外，當(dāng)采用所述筒單結(jié)構(gòu)時(shí)， 一個(gè)存儲(chǔ)元件占據(jù) 的面積可以降低。因此，所述存4渚部分可以實(shí)現(xiàn)大容量。而且，還有如
下優(yōu)點(diǎn)存儲(chǔ)部分是非揮發(fā)性的，可以向其多次寫入數(shù)據(jù)。
另外，本發(fā)明半導(dǎo)體器件中包括的運(yùn)算處理電路、檢測(cè)部分和天線 是提供在相同襯底上。另外，本發(fā)明半導(dǎo)體器件中包括的運(yùn)算部分、檢 測(cè)部分、天線和存儲(chǔ)部分是提供在相同襯底上。相應(yīng)地，無需安裝部件， 可以提供尺寸、厚度、重量和成本都下降的半導(dǎo)體器件。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，在其上提供電路等的襯底是玻璃襯底。 和單一晶體一于底相比，玻璃襯底i^更宜，可以具有長(zhǎng)邊。因此，可以進(jìn)4亍
規(guī)模生產(chǎn)，可以提供成本下降的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括將電磁波轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的天線、檢測(cè)化學(xué) 反應(yīng)的4全測(cè)部分、和控制天線和一全測(cè)部分的控制部分。4企測(cè)部分包括至 少檢測(cè)元件，控制部分包括至少晶體管。另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包 括天線、檢測(cè)部分、控制部分、和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)部分。控制部分控制 天線、檢測(cè)部分和存儲(chǔ)部分。存儲(chǔ)部分包括至少存儲(chǔ)元件，存儲(chǔ)元件具 有第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層、和位于第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的 層。第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的層含有有機(jī)化合物和無機(jī)化合物中
的至少之一。
在半導(dǎo)體器件中，控制部分包括運(yùn)算處理電路、電源電路、解調(diào)電 路、調(diào)制電路、控制檢測(cè)元件的控制電路、和控制存儲(chǔ)元件的控制電路
等。電源電路通過采用從天線供應(yīng)的AC (交流)電信號(hào)生成電源電勢(shì)，
并將生成的電源電勢(shì)輸出到其它電路。解調(diào)電路將從天線供應(yīng)的AC電
信號(hào)解調(diào)。調(diào)制電路將天線中生成的信號(hào)調(diào)制?？刂茩z測(cè)元件的控制電 路(也稱作第一控制電路和檢測(cè)控制電路)和控制檢測(cè)元件讀取信號(hào)的 電路相對(duì)應(yīng)。另外，控制存儲(chǔ)元件的控制電路(也稱作第二控制電路和
本發(fā)明由于包括檢測(cè)部分，所以可以檢測(cè)對(duì)象的化學(xué)反應(yīng)。另外， 由于本發(fā)明包括天線，所以檢測(cè)部分的檢測(cè)結(jié)果可以通過天線發(fā)送給外 部器件，例如，讀出器/寫入器。結(jié)果，可以提供便利性增強(qiáng)的半導(dǎo)體器 件。
由于本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)筒單的存儲(chǔ)部分，所以制備工藝不復(fù)雜。因 此，成本下降。而且， 一個(gè)存儲(chǔ)部分占據(jù)的面積可以實(shí)現(xiàn)最小化，所以
存儲(chǔ)部分可以實(shí)現(xiàn)大容量。而且，還有如下優(yōu)點(diǎn)存儲(chǔ)部分是非揮發(fā)性 的，可以向其多次寫入數(shù)據(jù)。


在附圖中
圖1示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體器件；
圖2A和2B示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體器件；
圖3示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體器件；
圖4示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體器件；
圖5示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體器件；
圖6示出了采用本發(fā)明半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)；
圖7示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體器件；和
圖8示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體器件。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式。請(qǐng)注意本發(fā)明不限于下 面的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解，在此7>開的實(shí)施方式和細(xì)節(jié)可 以以各種方式改變，而不偏離本發(fā)明的目的和范圍。所以，本發(fā)明不應(yīng) 理解成限制到下面給出的對(duì)實(shí)施方式的描述。在本發(fā)明的下述結(jié)構(gòu)中， 表示相同部分的附圖標(biāo)記可以在不同附圖中共同使用。
參見圖1描述本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體器件100包括運(yùn) 算處理電路101、；險(xiǎn)測(cè)部分102、存儲(chǔ)部分103、天線104、電源電路109、
解調(diào)電路110和調(diào)制電路111。另外，半導(dǎo)體器件100具有電池113， 具體取決于其用途。檢測(cè)部分102具有檢測(cè)元件105和檢測(cè)控制電路 106。存儲(chǔ)部分103具有存儲(chǔ)單元107和存儲(chǔ)控制電路108。半導(dǎo)體器件 IOO通過天線104向外部器件發(fā)送數(shù)據(jù)和從外部器件接收數(shù)據(jù)。外部器 件是指例如讀出器/寫入器112。
運(yùn)算處理電路101基于從讀出器/寫入器112輸入的信號(hào)操作。運(yùn)算 處理電路101的操作對(duì)應(yīng)于例如放大由檢測(cè)部分102檢測(cè)的數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)部分103、從存儲(chǔ)部分103讀取數(shù)據(jù)、將必須的 數(shù)據(jù)輸出到讀出器/寫入器112、等等。
檢測(cè)部分102包括通過化學(xué)功能檢測(cè)對(duì)象的氣體組分或者液體組分 的功能。檢測(cè)部分102包括用于檢測(cè)對(duì)象的化學(xué)反應(yīng)的才僉測(cè)元件105和 用于控制檢測(cè)元件105的操作的控制電路106。
由于目的是檢測(cè)對(duì)象中目標(biāo)組分的化學(xué)反應(yīng)，所以4全測(cè)元件105僅 僅對(duì)共同存在的組分中的目標(biāo)組分具有高的靈敏度。而且，檢測(cè)部分105 具有選擇性高的反應(yīng)層，其不受共同存在的組分的影響。反應(yīng)層通過固 化核酸、蛋白質(zhì)、酶、抗原、抗體或者微生物來形成。
檢測(cè)元件105中包括的反應(yīng)層的結(jié)構(gòu)隨著其對(duì)象的變化而變。具體 而言，當(dāng)通過雜化4全測(cè)出存在互補(bǔ)性比對(duì)(complementary alignment) 時(shí)，檢測(cè)元件105包括用于固化核酸的反應(yīng)層。對(duì)互補(bǔ)性比對(duì)的檢測(cè)揭 示了人類基因，并便于研發(fā)和疾病有關(guān)的基因。而且，能夠?qū)崿F(xiàn)定制型 醫(yī)療治療，由此才艮據(jù)個(gè)體的身體狀況選擇醫(yī)療制品和治療。
當(dāng)檢測(cè)相互作用的蛋白質(zhì)時(shí)，檢測(cè)元件105包括用于固化蛋白質(zhì)的 反應(yīng)層。
當(dāng)^r測(cè)其中酶以特定方式作用的組分時(shí)，纟全測(cè)元件105包括用于固 化酶的反應(yīng)層。在這種情況下，采用了在生物體內(nèi)實(shí)現(xiàn)分子識(shí)別的酶促 反應(yīng)。所述酶是例如葡萄糖氧化酶、醇氧化酶、丙酮酸鹽氧化酶、尿酸 酶、或者脲酶等等。
當(dāng)利用抗原抗體反應(yīng)的特異性性質(zhì)時(shí)，檢測(cè)元件105包括用于固化 抗原或者抗體的反應(yīng)層。在這種情況下，使用在免疫中的抗原抗體反 應(yīng)。
當(dāng)檢測(cè)其中微生物中包含的酶以特異性方式作用的組分時(shí)，檢測(cè)元 件105包括用于固化微生物的反應(yīng)層。所述微生物是例如硝化細(xì)菌、或
者未鑒定的細(xì)菌等。
4全測(cè)部分102具有至少一個(gè)，優(yōu)選多個(gè)4企測(cè)元件105。當(dāng)4僉測(cè)部分
102具有多個(gè);f全測(cè)元件105時(shí)，優(yōu)選改變所述多個(gè)檢測(cè)元件105每一個(gè) 中包括的反應(yīng)層的組成。通過改變?cè)谒龆鄠€(gè)4全測(cè)元件的每一個(gè)中的反 應(yīng)層的組成，可以整體同時(shí)^r測(cè)相互作用或者特異性作用。所以，可以 對(duì)對(duì)象的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行高生產(chǎn)能力地檢測(cè)。
言之，檢測(cè)元件105檢測(cè)的數(shù)據(jù):乍為電信號(hào)向外輸出。更:體而言，檢 測(cè)元件105檢測(cè)的電信號(hào)輸出到檢測(cè)控制電路106或者運(yùn)算處理電路
101, 然后在檢測(cè)控制電路106或者運(yùn)算處理電^各101中經(jīng)過》文大和轉(zhuǎn) 換，以向外輸出。
存儲(chǔ)部分103具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能，包括存儲(chǔ)元件107和存儲(chǔ)控制 電路108，后者控制將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)元件107以及從存儲(chǔ)元件107讀取 數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)部分103存儲(chǔ)數(shù)據(jù)比如半導(dǎo)體器件的標(biāo)識(shí)號(hào)和檢測(cè)部分102 的檢測(cè)結(jié)果。半導(dǎo)體器件的標(biāo)識(shí)號(hào)用于當(dāng)檢測(cè)部分102的檢測(cè)結(jié)果被向 外發(fā)送時(shí)和其它半導(dǎo)體器件區(qū)分開。
對(duì)于存儲(chǔ)部分103而言，采用了有機(jī)存儲(chǔ)、DRAM (動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問 存儲(chǔ))、SRAM (靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ))、FeRAM (鐵電隨機(jī)訪問存儲(chǔ))、 掩模ROM (只讀存儲(chǔ))、PROM (可編程只讀存儲(chǔ))、EPROM (電可 編程只讀存儲(chǔ))、EEPROM (電可擦除可編程只讀存儲(chǔ))和閃存中的一 個(gè)或者多個(gè)。有機(jī)存儲(chǔ)包括堆棧，其中含有有機(jī)化合物的層置于一對(duì)導(dǎo) 電層之間。由于所述堆棧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以制備工藝可以簡(jiǎn)化。因此，成 本可以下降。另外，由于結(jié)構(gòu)筒單，所以堆棧面積可以很容易小型化， 所以可以實(shí)現(xiàn)大容量。而且，還有如下優(yōu)點(diǎn)存4諸部分是非揮發(fā)性的， 可以多次向其寫入數(shù)據(jù)。
下面，描述與半導(dǎo)體器件100和讀出器/寫入器112之間的數(shù)據(jù)發(fā)送 和接收相關(guān)的操作。首先，將以電磁波形式從讀出器/寫入器U2發(fā)送到 半導(dǎo)體器件100的信號(hào)在天線104中轉(zhuǎn)變成AC電信號(hào)。電源電路109 通過采用AC電信號(hào)產(chǎn)生電源電壓，并將電源電源供給每個(gè)電路。解調(diào) 電路110解調(diào)AC電信號(hào)，并將其供給運(yùn)算處理電路101。運(yùn)算處理電 路101根據(jù)輸入的信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算處理，并將信號(hào)輸出到檢測(cè)部分
102、 和存儲(chǔ)部分103等。；險(xiǎn)測(cè)部分102檢測(cè)的數(shù)據(jù)從運(yùn)算處理電路101
發(fā)送到調(diào)制電路111,天線104中生成的信號(hào)通過調(diào)制電路111根據(jù)所 述數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。讀出器/寫入器112可以通過以電磁波形式接收天線
104的調(diào)制的信號(hào)來讀取所述數(shù)據(jù)。
在上述結(jié)構(gòu)中，通過采用電磁波將電源電壓供給每個(gè)電路；但是， 可以采用電池113來進(jìn)行。另外，通過使用電池113,電源電壓可以通 過電磁波和電池113兩者供給每個(gè)電路。在沒有為半導(dǎo)體器件100提供 電池的情況下，無需更換電池。因此，可以實(shí)現(xiàn)成本、厚度、重量和尺 寸的下降。
下面，參見圖2A描述本發(fā)明的半導(dǎo)體器件100的剖面結(jié)構(gòu)，包括 運(yùn)算處理電路101、檢測(cè)部分102、存儲(chǔ)部分103和天線104。檢測(cè)部分 102包括檢測(cè)元件105和檢測(cè)控制電路106，存儲(chǔ)部分103包括存儲(chǔ)元 件107和存儲(chǔ)控制電路108。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括構(gòu)成運(yùn)算處理電路101的元件201、檢測(cè) 元件105、構(gòu)成檢測(cè)控制電路106的元件202、存儲(chǔ)元件107、構(gòu)成存儲(chǔ) 控制電路108的元件203、和充當(dāng)天線104的導(dǎo)電層204。
檢測(cè)元件105包括導(dǎo)電層205、和用于固化核酸、蛋白質(zhì)、酶、抗 原、抗體和微生物中至少任何之一的反應(yīng)層206。如果化學(xué)反應(yīng)在反應(yīng) 層206中發(fā)生，那么導(dǎo)電層205的電壓水平發(fā)生變化。通過讀取所述電 壓水平變化，可以檢測(cè)出對(duì)象的化學(xué)反應(yīng)。優(yōu)選采用液滴排放法，比如 噴墨法，來形成反應(yīng)層206。
應(yīng)該注意到，如果化學(xué)反應(yīng)在檢測(cè)元件105中發(fā)生，那么可能伴隨 有發(fā)光現(xiàn)象。在這種情況下，優(yōu)選提供接收光的元件，比如光電二極管。 通過用接收光的元件檢測(cè)檢測(cè)元件105的發(fā)光，可以檢測(cè)化學(xué)反應(yīng)。
元件201 -203包括晶體管、電容器、和電阻元件等。在所示的結(jié) 構(gòu)中，示出了多個(gè)晶體管作為元件201 -203。晶體管可以是通過在半導(dǎo) 體襯底上提供溝道層而獲得的薄膜晶體管(TFT)或者場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET)。
存儲(chǔ)元件107對(duì)應(yīng)于導(dǎo)電層208、含有有機(jī)化合物的層209、和導(dǎo) 電層210的堆棧。這種結(jié)構(gòu)示出了無源矩陣形式的存儲(chǔ)部分103,其中 在一個(gè)存儲(chǔ)單元中提供一個(gè)存儲(chǔ)元件107。
導(dǎo)電層208和210包括在存儲(chǔ)元件107中，每個(gè)都對(duì)應(yīng)于由選自下 述的一種或多種元素形成的單層或者疊層結(jié)構(gòu)金(Au)、銀(Ag)、
柏(Pt)、鎳(Ni)、鴒(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo )、鐵(Fe )、鈷 (Co )、銅(Cu ) 、 4巴(Pd ) 、 -1 ( C )、鋁(Al) 、 4孟(Mn ) 、 4太 (Ti)、或者鉭(Ta)等，或者含有所述元素的合金。就金屬合金而言， 存在著含有Al和Ti的金屬合金。另外，可以采用透光導(dǎo)電氧化物材料 比如氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅(IZO)、或者摻雜 鎵的氧化鋅(GZO)等等。
另外，在存儲(chǔ)元件107中包括的含有有機(jī)化合物的層209對(duì)應(yīng)于低 分子量化合物的單層或者疊層結(jié)構(gòu)，所述低分子量化合物比如4, 4，-二[N- (1-萘基)-N-苯基-氨基]-聯(lián)苯(縮寫cc-NPD)和4， 4，-二[N- (3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-聯(lián)苯(縮寫TPD); 或者和大分子量化合物的單層或者疊層結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)，所述大分子量化合物 比如聚(對(duì)-亞苯基亞乙烯基)(縮寫PPV)、[甲氧基-5- (2-乙 基)己基嘴烷]-對(duì)亞苯基亞乙烯基(縮寫MEH-PPV)、聚(9， 9-二 烷基藥)(縮寫PAF)、聚(9-乙烯基呼唑)(縮寫PVK)、聚吡 咯、聚噻吩、聚乙炔、聚芘和聚^f唑。除了由低分子量化合物或者高分 子量化合物形成的層以外，在疊層中也可以提供通過將無機(jī)化合物和低 分子量化合物或者高分子量化合物混合形成的層。
充當(dāng)天線的導(dǎo)電層204和晶體管的柵電極提供在相同層中。但是， 導(dǎo)電層204可以提供在與構(gòu)成晶體管的源線和漏線和存儲(chǔ)元件107的一 對(duì)導(dǎo)電層、和構(gòu)成檢測(cè)元件105的導(dǎo)電層相同的層中。以此方式，通過
提供用于形成充當(dāng)天線的;電層的工^:因'此:形成充當(dāng)天線的;電層
的方法和形成其它元件導(dǎo)電層的方法可以同時(shí)進(jìn)行。所以，制備工藝可 以簡(jiǎn)化，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的下降以及產(chǎn)量的提高。
刷方法比如絲網(wǎng)印刷、和液滴排放法，可以實(shí)現(xiàn)制備工藝的筒化以及材 料利用效率的提高。該結(jié)構(gòu)示出了充當(dāng)天線的導(dǎo)電層204和其它元件的 導(dǎo)電層提供在同一層中的情況；但是，可以采用這種結(jié)構(gòu)其中，充當(dāng) 天線的導(dǎo)電層分開制備，導(dǎo)電層在隨后的工藝中附著。
當(dāng)檢測(cè)對(duì)象的化學(xué)反應(yīng)時(shí)，將該對(duì)象和檢測(cè)元件105的反應(yīng)層接 觸。應(yīng)該注意的是當(dāng)對(duì)象和反應(yīng)層4妄觸時(shí)，可以影響到下面層中的元 件201 - 203或者其它，具體取決于對(duì)象的組成。所以，為了防止所述
影響，優(yōu)選形成具有優(yōu)異阻擋性質(zhì)的絕緣層，作為檢測(cè)元件105和元件
201 -203之間的絕緣層(例如，絕緣層216)或者作用覆蓋元件201 -203的絕緣層。具有優(yōu)異阻擋性質(zhì)的絕緣層是例如包含氮化物的絕緣 層、包含氧化物的絕緣層、包含氧氮化物的絕緣層、和包含碳化物的絕 緣層。具體而言，這意味著由氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、金剛石類碳 (DLC)、或者碳氮化物等形成的絕緣層。
下面，將參見圖2B描述本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)，其不同 于上述結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括檢測(cè)元件105、存儲(chǔ)元件107、 元件201 -203、和導(dǎo)電層204。該結(jié)構(gòu)顯示出了有源矩陣類型的存儲(chǔ)部 分103，其中在一個(gè)存儲(chǔ)單元中提供了一個(gè)開關(guān)晶體管和存儲(chǔ)元件107。
檢測(cè)元件105包括導(dǎo)電層211、用于固化核酸、蛋白質(zhì)、酶、抗原、 抗體和微生物中至少任何之一的反應(yīng)層212、和導(dǎo)電層213。當(dāng)化學(xué)反 應(yīng)在反應(yīng)層212中進(jìn)行時(shí)，在導(dǎo)電層211和導(dǎo)電層213之間的阻值變化。 通過用電壓值或者電流值讀取阻值的變化，可以檢測(cè)對(duì)象的化學(xué)反應(yīng)。
在上述結(jié)構(gòu)中，運(yùn)算處理電路101、檢測(cè)部分102、存儲(chǔ)部分103 和天線104都提供在襯底215上。襯底215對(duì)應(yīng)于如下襯底比如玻璃 襯底、石英襯底、其上形成有絕緣層的金屬襯底、其上形成有絕緣層的 不銹鋼襯底、由有機(jī)樹脂形成的襯底(例如，塑料襯底)、由聚丙烯、 聚酯、乙烯基、聚氯乙烯、或者氯乙烯等形成的膜、由纖維材料形成的 紙、由聚酯、聚酰胺、無機(jī)蒸鍍膜、或者紙張等形成的基礎(chǔ)材料膜、和 粘合性合成樹脂膜(例如，丙烯酸合成樹脂、環(huán)氧合成樹脂)或者等等 的疊層膜。
在上述結(jié)構(gòu)(參見圖2A、圖2B)中，運(yùn)算處理電路101、檢測(cè)部 分102、存儲(chǔ)部分103和天線104都提供在襯底215上；但是，本發(fā)明 不限于這種結(jié)構(gòu)。構(gòu)成運(yùn)算處理電路101等的多個(gè)元件可以從襯底215 上剝離。通過從襯底215上剝離所述多個(gè)元件，可以實(shí)現(xiàn)尺寸、厚度和 重量的降低。
就襯底215而言，有時(shí)可以采用具有低熱阻的襯底，比如由有機(jī)樹 脂形成的襯底。在這種情況下，在元件在具有高熱阻的玻璃襯底上形成 之后，元件可以從襯底上剝離，隨后可以將剝離的元件附著到具有低熱 阻的^十底上。
下面，參見圖3描述本發(fā)明半導(dǎo)體器件的頂視圖結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的半
導(dǎo)體器件100包括設(shè)置有多個(gè)元件的薄膜集成電路240，所述元件構(gòu)成 了多個(gè)電路，比如;f全測(cè)部分102、充當(dāng)天線104的導(dǎo)電層241。充當(dāng)天 線104的導(dǎo)電層241電連接到薄膜集成電路240上。檢測(cè)部分102處于 暴露狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到對(duì)象的化學(xué)反應(yīng)時(shí)，將對(duì)象和反應(yīng)層242接觸。例 如，通過采用液滴排放法將對(duì)象滴落在反應(yīng)層上，使對(duì)象和反應(yīng)層242 接觸?；蛘?，通過將半導(dǎo)體器件置于包含對(duì)象的溶液中，使對(duì)象和反應(yīng) 層242接觸。
在上述結(jié)構(gòu)中，示出的是充當(dāng)天線104的導(dǎo)電層241以盤繞形狀提 供并且采用的是電磁感應(yīng)方法的實(shí)例；但是，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件不限 于此?？梢圆捎梦⒉ǚ椒āＴ诓捎梦⒉ǚ椒ǖ那闆r下，充當(dāng)天線104的 半導(dǎo)體層241的形狀通過電磁波波長(zhǎng)來正確確定。
參見附圖4描述在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件100和讀出器/寫入器112之 間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收操作。
讀出器/寫入器112將控制信號(hào)發(fā)送給半導(dǎo)體器件100 (步驟1 )， 所述控制信號(hào)比如用于讀取數(shù)據(jù)的信號(hào)、用于激活檢測(cè)部分的信號(hào)、和 用于寫入數(shù)據(jù)的信號(hào)。半導(dǎo)體器件100接收讀出器/寫入器發(fā)送的控制信 號(hào)(步驟2 ),運(yùn)算處理電路101對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行辨別(步驟3 )?；?于運(yùn)算處理電路101辨別的控制信號(hào)，在這三個(gè)操作中確定應(yīng)該進(jìn)行的 操作。所述三個(gè)操作對(duì)應(yīng)于從存儲(chǔ)部分103讀取數(shù)據(jù)的操作(步驟4 )、 用檢測(cè)部分102檢測(cè)對(duì)象化學(xué)反應(yīng)的操作(步驟5 )、和向存儲(chǔ)部分103 寫入數(shù)據(jù)的操作(步驟6)。
在從存儲(chǔ)部分103讀取數(shù)據(jù)的操作(步驟4 )中，存儲(chǔ)控制電路108 首先被激活，讀取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)元件107中的數(shù)據(jù)(步驟4A)。接下來， 將從存儲(chǔ)元件107讀取的數(shù)據(jù)發(fā)送給讀出器/寫入器112 (步驟4B)。 讀出器/寫入器112接收由半導(dǎo)體器件IOO供給的數(shù)據(jù)(步驟4C)。
在通過采用檢測(cè)部分102檢測(cè)對(duì)象的化學(xué)反應(yīng)的操作中，檢測(cè)部分 102首先被激活(步驟5A)。接下來，通過;f全測(cè)元件105檢測(cè)對(duì)象的化 學(xué)反應(yīng)(步驟5B),檢測(cè)元件105將檢測(cè)的化學(xué)反應(yīng)的數(shù)據(jù)以電信號(hào)形 式輸出到檢測(cè)控制電路106。在檢測(cè)控制電路106或者運(yùn)算處理電路101 中，執(zhí)行電信號(hào)的轉(zhuǎn)換和放大(步驟5C)。隨后，將已經(jīng)轉(zhuǎn)換和放大 的數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)部分103中(步驟5D)?；蛘撸呀?jīng)被轉(zhuǎn)換和放大
的數(shù)據(jù)被發(fā)送給讀出器/寫入器112 (步驟5E)。讀出器/寫入器112接 收從半導(dǎo)體器件IOO供給的數(shù)據(jù)(步驟5F)。
在向存儲(chǔ)部分103寫入數(shù)據(jù)的操作中(步驟6),首先激活存儲(chǔ)控 制電路108,將從讀出器/寫入器112發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)元件107中 (步驟6A )。
器112的結(jié)構(gòu)。讀出器/寫入器112包括天線301、振蕩器302、解調(diào)電 路303、調(diào)制電路304、運(yùn)算處理電路305、外部接口電路306、存儲(chǔ)部 分307、加密/解密電路308、和電源電路309。加密/解密電路308通過 加密或者解密來發(fā)送和接收控制信號(hào)。
首先，描述其中信號(hào)從讀出器/寫入器112發(fā)送給半導(dǎo)體器件100 的情況。運(yùn)算處理電路305將控制信號(hào)輸出給調(diào)制電路304。在調(diào)制電 路304中，供給的控制信號(hào)被調(diào)制成AC電信號(hào)。然后，將調(diào)制的AC 電信號(hào)通過天線301發(fā)送給半導(dǎo)體器件100。
接下來，描述其中讀出器/寫入器112接收從半導(dǎo)體器件100發(fā)送的 信號(hào)的情況。通過天線301接收的AC電信號(hào)通過解調(diào)電路303解調(diào)。 然后，解調(diào)后的電信號(hào)被輸出給運(yùn)算處理電路305和外部接口電路 306。在數(shù)據(jù)處理裝置比如連接到外部接口電路306的計(jì)算機(jī)中，存^f諸 由電信號(hào)顯示的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)顯示屏顯示。在連接到運(yùn)算處 理電路305的存儲(chǔ)部分307中，數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)。
參考圖6描述家用醫(yī)療護(hù)理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其通過采用本發(fā)明的半導(dǎo) 體器件和網(wǎng)絡(luò)提高了便利性。
附近的位置。個(gè)體551和植物或者動(dòng)物(包括人)相對(duì)應(yīng)。在其中個(gè)體 551隨身攜帶半導(dǎo)體器件IOO的情況下，半導(dǎo)體器件100可以由個(gè)體551 攜帶、附著到個(gè)體551上，或者嵌入在個(gè)體551內(nèi)。
當(dāng)需要時(shí)，通過半導(dǎo)體器件100檢測(cè)對(duì)象的化學(xué)反應(yīng)。如果個(gè)體551 是動(dòng)物，那么在此對(duì)象是指汗液、淚液、或者血液等等。半導(dǎo)體器件100 檢測(cè)的數(shù)據(jù)通過讀出器/寫入器553讀取，并從讀出器/寫入器553發(fā)送 到數(shù)據(jù)處理裝置554。數(shù)據(jù)處理裝置554將從讀出器/寫入器553發(fā)送的
數(shù)據(jù)顯示在顯示部分555上，按照需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。然后，將 其結(jié)果顯示在顯示部分555上。
而且，數(shù)據(jù)處理裝置554通過網(wǎng)絡(luò)將從讀出器/寫入器553發(fā)送的數(shù) 據(jù)從家550發(fā)送到醫(yī)療才幾構(gòu)560。在醫(yī)療機(jī)構(gòu)560中，從家550發(fā)送的 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)處理裝置561接收，通過控制接收的數(shù)據(jù)來檢測(cè)個(gè)體551的 狀態(tài)。接著，醫(yī)生基于所述從家發(fā)送的數(shù)據(jù)來診斷個(gè)體551。
通過如上所述定期檢測(cè)對(duì)象的化學(xué)反應(yīng)，個(gè)體551無需出家門就可 以由醫(yī)療機(jī)構(gòu)560監(jiān)測(cè)。而且，當(dāng)確認(rèn)個(gè)體551有問題時(shí)，醫(yī)療才幾構(gòu)560 可以快速做出響應(yīng)。另外，當(dāng)個(gè)體551缺乏某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，數(shù)據(jù)可以 顯示在顯示部分555上以警告?zhèn)€體551,并在顯示部分555上顯示應(yīng)該 攝取的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
當(dāng)個(gè)體551攜帶著半導(dǎo)體器件100出門時(shí)，可以通過將讀出器/寫入 器安裝在信息終端比如移動(dòng)電話上，在戶外檢測(cè)對(duì)象的化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)確 認(rèn)個(gè)體551具有問題時(shí)，可以通過在控制個(gè)體551的數(shù)據(jù)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)560 和個(gè)體551附近的醫(yī)療機(jī)構(gòu)570之間交換數(shù)據(jù)，來以最佳方式快速解決 這個(gè)問題。
如上所述，通過使用本發(fā)明的半導(dǎo)體器件IOO和網(wǎng)絡(luò)，個(gè)體551的 身體狀況不僅僅為個(gè)體551所知，而且為醫(yī)療機(jī)構(gòu)560所知。因此，可 以預(yù)先防止疾病，醫(yī)療才幾構(gòu)可以以最佳方式快速對(duì)這種狀況做出響應(yīng)， 即使是出現(xiàn)了未曽預(yù)料的疾病和事故也是如此。
參見圖7和8描述本發(fā)明半導(dǎo)體器件中包括的存儲(chǔ)部分的結(jié)構(gòu)。 存儲(chǔ)部分包括多個(gè)位線Bl -Bm (m是自然數(shù))、多個(gè)字線Wl -Wn (n是自然數(shù))以及包括多個(gè)存儲(chǔ)單元401的存儲(chǔ)單元陣列402。而 且，示出了用于控制所述多個(gè)位線Bl-Bm的解碼器403、用于控制所 述多個(gè)字線Wl - Wn的解碼器404、選4奪器405和讀出/寫入電路406。 存儲(chǔ)單元陣列402可以具有有源矩陣型或者無源矩陣型結(jié)構(gòu)。當(dāng)存 儲(chǔ)單元陣列402是有源矩陣型時(shí)，存儲(chǔ)單元401包括晶體管415和存儲(chǔ) 元件407 (參見圖7)。晶體管415的柵極電連接到位線Ba ( 1《a《m) 上，晶體管415的源極或者漏極電連接到字線Wb ( 1 <b《n)上，而晶 體管415的源極或者漏極中的另一個(gè)電連接到存儲(chǔ)元件407的電極對(duì)之 一上。
當(dāng)存儲(chǔ)單元陣列402是無源矩陣類型時(shí)，存儲(chǔ)單元401包括在位線 Ba和字線Wb的交叉處提供的存儲(chǔ)元件407 (參見圖8 )。 接下來，描述將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)部分的操作。
首先，描述通過電動(dòng)作將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)部分的情況。首先，通過解 碼器403、解碼器404和選擇器405選擇存儲(chǔ)單元401。接下來，讀出/ 寫入電路406將數(shù)據(jù)寫入所選的存儲(chǔ)單元401中。具體而言，當(dāng)讀出/ 寫入電路406將預(yù)定電壓施加到所選存儲(chǔ)單元401的存儲(chǔ)元件中時(shí)，寫 入數(shù)據(jù)。當(dāng)施加預(yù)定電壓時(shí)，存儲(chǔ)元件的阻值變化。就存儲(chǔ)元件的阻值 改變而言，存在兩種情況 一種情況是阻值增加， 一種情況是阻值下降。 兩種現(xiàn)象都可以用于寫入數(shù)據(jù)。阻值增加的現(xiàn)象采用的是通過向存儲(chǔ)元
象。阻值下降的現(xiàn)象采用的是通過向存儲(chǔ)元件施加預(yù)定電壓使得電極對(duì) 之間的間距縮短的現(xiàn)象。以此方式，通過使用存儲(chǔ)元件的阻值由于電動(dòng) 作而變化的現(xiàn)象，將數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)部分。例如，如果處于初始階段的 存儲(chǔ)元件被當(dāng)作數(shù)據(jù)O，那么對(duì)將寫入數(shù)據(jù)1的存儲(chǔ)元件施加電動(dòng)作。
接下來，描述通過光動(dòng)作寫入數(shù)據(jù)的情況。在這種情況中，通過光 照射裝置，例如，激光照射裝置，將光從透光導(dǎo)電層側(cè)發(fā)射到含有有機(jī) 化合物的層。然后，將數(shù)據(jù)寫入被照射的存儲(chǔ)元件中。存儲(chǔ)元件的阻值 由于光照射而變化。就存儲(chǔ)元件的阻值改變而言，存在兩種情況 一種 情況是阻值增加， 一種情況是阻值下降。兩種現(xiàn)象都可以用于寫入數(shù) 據(jù)。以此方式，通過使用存儲(chǔ)元件的阻值由于光動(dòng)作而變化的現(xiàn)象，將 數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)部分。例如，如果處于初始階段的存儲(chǔ)元件被當(dāng)作數(shù)據(jù) 0,那么對(duì)將寫入數(shù)據(jù)1的存儲(chǔ)元件施加光動(dòng)作。
接下來，描述從存儲(chǔ)部分讀取數(shù)據(jù)的操作。
通過電動(dòng)作讀取數(shù)據(jù)，和寫入數(shù)據(jù)的方法無關(guān)。通過用解碼器403 和404、選擇器405以及讀出/寫入電路識(shí)別存儲(chǔ)元件的不同阻值，可以 讀取數(shù)據(jù)。
可以在存儲(chǔ)元件的一對(duì)導(dǎo)電層之一和含有有機(jī)化合物的層之間，提 供具有整流性質(zhì)的元件。具有整流性質(zhì)的元件是例如具有相互連接的柵 極和漏極的晶體管、或者二極管等。由于可以通過提供具有整流性質(zhì)的 元件來限定電流流向，所以可以改善數(shù)據(jù)讀取的精度。 料。
在其中通過電動(dòng)作將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)元件的情況中，含有有機(jī)化合物 的層優(yōu)選由低分子量材料、高分子量材料、單態(tài)材料、或者三重態(tài)材料 等形成。而且，和由僅僅含有有機(jī)化合物的材料相比，更優(yōu)選由含有有 機(jī)化合物和無機(jī)化合物的材料形成含有有機(jī)化合物的層。對(duì)于含有有機(jī)^ 化合物的層而言，采用空穴注入層、空穴傳輸層、空穴阻擋層、發(fā)光層、 電子傳輸層、和電子注入層等，而且所述含有有機(jī)化合物的層可以是單 層或者多層。含有有機(jī)化合物的層優(yōu)選通過噴墨法為代表的液體排放法
形成。采用液滴排;故法可以實(shí)現(xiàn)材料利用率的改善，以及通過簡(jiǎn)化的制
備工藝來實(shí)現(xiàn)制備時(shí)間和成本的下降。
在通過光作用將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)部分的情況中，含有有機(jī)化合物的層 優(yōu)選由由于光作用而改變性質(zhì)的材料形成。例如，優(yōu)選采用共軛聚合 物，其是通過加入化合物形成的，所述化合物通過吸收光而生成酸(光 -酸生成劑)。就所述共軛聚合物而言，可以使用聚乙炔、聚亞苯基亞乙 烯基、聚噻吩、聚苯胺、或者聚亞苯基-亞乙炔基等。就所述光-酸生成 劑而言，可以采用芳基锍鹽、芳基碘像鹽、鄰-硝基千基曱苯磺酸鹽、
芳基磺酸、對(duì)硝基千基酯、磺?；揭彝⒒蛘逨e-丙二烯絡(luò)合PF6鹽等。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體器件，包括用于將電磁波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的天線；用于檢測(cè)化學(xué)反應(yīng)的檢測(cè)部分；和用于控制天線和檢測(cè)部分的控制部分；其中所述檢測(cè)部分包括至少檢測(cè)元件；其中所述控制部分包括至少晶體管；和其中所述檢測(cè)元件包括用于固化核酸、蛋白質(zhì)、酶、抗原、抗體和微生物中至少任一的反應(yīng)層。
2. 半導(dǎo)體器件，包括用于將電磁波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的天線；用于檢測(cè)化學(xué)反應(yīng)的檢測(cè)部分；用于控制天線和4企測(cè)部分的控制部分；和用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)部分；其中所述檢測(cè)部分包括至少檢測(cè)元件；其中所述控制部分包括至少晶體管；其中所述存儲(chǔ)部分包括至少存儲(chǔ)元件；其中所述檢測(cè)元件包括用于固化核酸、蛋白質(zhì)、酶、抗原、抗體和 微生物中至少任一的反應(yīng)層；和其中所述存儲(chǔ)元件包括第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層、位于第一導(dǎo)電層 和第二導(dǎo)電層之間的層。
3. 權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體器件，其中所述檢測(cè)元件包括和所述 反應(yīng)層接觸的導(dǎo)電層。
4. 權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體器件，其中所述檢測(cè)元件包括第一導(dǎo) 電層、第二導(dǎo)電層、與第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層接觸的反應(yīng)層。
5. 權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述天線 分提供在相同襯底上。
6. 權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述天線分提供在相同玻璃襯底上。
7. 權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述天線 分和存儲(chǔ)部分提供在相同襯底上。
8. 權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述天線、-險(xiǎn)測(cè)部分和控制部 、-險(xiǎn)測(cè)部分和控制部 、4全測(cè)部分、控制部 、斗金測(cè)部分、控制部 分和存儲(chǔ)部分提供在相同玻璃襯底上。
全文摘要
通過具有用于將電磁波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的天線、用于檢測(cè)化學(xué)反應(yīng)的檢測(cè)部分、和用于控制天線和檢測(cè)部分的控制部分，提供了便利性增強(qiáng)的半導(dǎo)體器件。檢測(cè)部分包括至少檢測(cè)元件，控制部分包括至少晶體管。檢測(cè)元件包括用于固化核酸、蛋白質(zhì)、酶、抗原、抗體和微生物中至少任一的反應(yīng)層。或者，半導(dǎo)體器件包括天線、檢測(cè)部分、控制部分和存儲(chǔ)部分。存儲(chǔ)部分包括至少存儲(chǔ)元件，存儲(chǔ)元件包括第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層、和位于第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的層。
文檔編號(hào)G01N27/416GK101115990SQ200680004209
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2006年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月10日
發(fā)明者渡邊康子, 荒井康行, 野田由美子 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所