(57)【要約】  第１の層と、第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との間に挟持され、前記第１の層と前記第２の層とを介して供給される電流により、抵抗が低い第１の状態と抵抗が高い第２の状態との間を可逆的に遷移可能な記録層と、を備え、前記第１の層及び前記第２の層のいずれか一方は、前記第１の層、前記第２の層、及び前記記録層の積層方向に対して垂直な面内において、抵抗率が相対的に低い低抵抗率部分と、抵抗率が相対的に高い高抵抗率部分と、を有する抵抗率分布層であり、前記低抵抗率部分及び前記高抵抗率部分は、少なくとも１種類の同一の遷移元素を含むことを特徴とする情報記録再生装置が提供される。高記録密度かつ低消費電力で、安定動作可能な不揮発性の情報記録再生装置が提供される。
2009122569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の層と、
第２の層と、
前記第１の層と前記第２の層との間に挟持され、前記第１の層と前記第２の層とを介して供給される電流により、抵抗が低い第１の状態と抵抗が高い第２の状態との間を可逆的に遷移可能な記録層と、
を備え、
前記第１の層及び前記第２の層のいずれか一方は、前記第１の層、前記第２の層、及び前記記録層の積層方向に対して垂直な面内において、
抵抗率が相対的に低い低抵抗率部分と、
抵抗率が相対的に高い高抵抗率部分と、
を有する抵抗率分布層であり、
前記低抵抗率部分及び前記高抵抗率部分は、少なくとも１種類の同一の遷移元素を含むことを特徴とする情報記録再生装置。
【請求項２】
前記第１の状態は実質的な結晶状態であり、前記第２の状態は実質的な非晶質状態であることを特徴とする請求項１記載の情報記録再生装置。
【請求項３】
整流素子をさらに備え、
前記第１の層または前記第２の層は、前記整流素子と前記記録層との間に挟持されることを特徴とする請求項１記載の情報記録再生装置。
【請求項４】
前記抵抗率分布層は、前記整流素子と前記記録層との間に挟持されないことを特徴とする請求項３記載の情報記録再生装置。
【請求項５】
前記高抵抗率部分は、前記垂直な面内において外側に設けられたことを特徴とする請求項１記載の情報記録再生装置。
【請求項６】
前記高抵抗率部分は、酸化物からなることを特徴とする請求項１記載の情報記録再生装置。
【請求項７】
前記低抵抗率部分は、ＴｉＮ及びＨｆＮよりなる群から選択されたいずれかの材料から構成されることを特徴とする請求項１記載の情報記録再生装置。
【請求項８】
前記低抵抗率部分は、ＴｉＮからなることを特徴とする請求項７に記載の情報記録再生装置。
【請求項９】
前記高抵抗率部分は、Ｔｉの窒酸化物及びＨｆの窒酸化物よりなる群から選択されたいずれかの材料から構成されることを特徴とする請求項１記載の情報記録再生装置。
【請求項１０】
前記高抵抗率部分は、Ｔｉの窒酸化物からなることを特徴とする請求項９に記載の情報記録再生装置。
【請求項１１】
前記第１の層及び前記第２の層のうち前記抵抗率分布層でないものは、Ｔａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びＶの窒化物及び炭化物、Ｉｒ及びＲｕの酸化物、並びにＲｕ、Ａｕ、Ｐｄ、及びＰｔよりなる群から選択されたいずれかの材料から構成されることを特徴とする請求項１記載の情報記録再生装置。
【請求項１２】
前記第１の層及び前記第２の層のうち前記抵抗率分布層でないものは、ＴａＮ、ＴａＣ、ＴｉＡｌＮ、及びＴａＡｌＮよりなる群から選択されたいずれかの材料から構成されることを特徴とする請求項１１記載の情報記録再生装置。
【請求項１３】
前記第１の層及び第２の層のうち前記抵抗率分布層でないものは、ＴａＮ及びＴａＣよりなる群から選択されたいずれかの材料から構成されることを特徴とする請求項１２に記載の情報記録再生装置。
【請求項１４】
前記抵抗率分布層は、前記記録層との界面において酸化物を含むことを特徴とする請求項１記載の情報記録再生装置。
【請求項１５】
前記記録層は、少なくとも２種類の陽イオン元素を有する複合化合物または少なくとも２種類の価数をとり得る同一元素の陽イオン元素を有する化合物であって、前記複合化合物に含まれる前記陽イオン元素の少なくともいずれか及び前記化合物に含まれる前記陽イオン元素は電子が不完全に満たされたｄ軌道を有する遷移元素であり、隣接する前記陽イオン元素間の最短距離は０．３２ｎｍ以下である第１化合物を含む第１化合物層を有することを特徴とする請求項１記載の情報記録再生装置。
【請求項１６】
前記第１化合物は、ＡｘＭｙＸ４（０．１≦ｘ≦２．２、１．５≦ｙ≦２）で表されるスピネル構造、ＡｘＭｙＸ２（０．１≦ｘ≦１．１、０．９≦ｙ≦１．１）で表されるデラフォサイト構造、ＡｘＭｙＸ４（０．５≦ｘ≦１．１、０．７≦ｙ≦１．１）で表されるウルフラマイト構造、及びＡｘＭｙＸ３（０．５≦ｘ≦１．１、０．９≦ｙ≦１）で表されるイルメナイト構造のいずれかを有することを特徴とする請求項１５記載の情報記録再生装置。
【請求項１７】
前記記録層は、前記第１化合物層に接して設けられた第２化合物層をさらに有し、
前記第２化合物層は、前記陽イオンを収容可能な空隙サイトを有することを特徴とする請求項１５記載の情報記録再生装置。
【請求項１８】
第１の方向に延在する第１の配線と、
前記第１の方向と交叉する第２の方向に延在する第２の配線と、
をさらに備え、
前記第１の層と前記第２の層と前記記録層とを含む積層体は、前記第１の配線と前記第２の配線とが交叉した部分において、前記第１の配線と前記第２の配線との間に接続され、前記第１及び第２の配線を介して前記電流が供給されることを特徴とする請求項１記載の情報記録再生装置。
【請求項１９】
前記第１または第２の配線と前記積層体との間に設けられた整流素子と、
前記第１また第２の配線と前記整流素子との間に設けられ、前記第１もしくは第２の配線を構成する材料の元素または前記整流素子を構成する材料の元素の拡散を防止するバリア層と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１８に記載の情報記録再生装置。
【請求項２０】
請求項１８記載の情報記録再生装置を前記第１の方向及び前記第２の方向に対して略垂直な方向に複数個積層してなることを特徴とする情報記録再生装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の情報記録再生装置に含まれるそれぞれの請求項１８記載の情報記録再生装置は、積層方向に隣接する請求項１８記載の情報記録再生装置を構成する積層体の積層方向における配列と同じ配列の積層体からなることを特徴とする請求項２０記載の情報記録再生装置。
【請求項２２】
請求項２０に記載の情報記録再生装置に含まれるそれぞれの請求項１８記載の情報記録再生装置は、積層方向に隣接する請求項１８記載の情報記録再生装置を構成する積層体の積層方向における配列と逆の配列の積層体からなることを特徴とする請求項２０に記載の情報記録再生装置。
【請求項２３】
隣接する積層体１８記載の情報記録再生装置の間で、前記第１の配線または前記第２の配線を共有することを特徴とする請求項２２記載の情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は情報記録再生装置に関し、より詳細には、不揮発性の情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型携帯機器が世界的に普及し、同時に、高速情報伝送網の大幅な進展に伴い、小型大容量不揮発性メモリの需要が急速に拡大してきている。その中でも、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ及び小型ＨＤＤ（hard disk drive）は、特に、急速な記録密度の進化を遂げ、大きな市場を形成するに至っている。【０００３】
このような状況の下、記録密度の限界を大幅に超えることを目指した新規メモリのアイデアがいくつか提案されている。例えば、ＰＲＡＭ（相変化メモリ）は、記録材料として、アモルファス状態（オフ）と結晶状態（オン）の２つの状態をとることができる材料を使用し、この２つの状態を２値データ“０”、“１”に対応させてデータを記録する、という原理を採用する。  
書き込み／消去に関しては、例えば、大電力パルスを記録材料に印加することによりアモルファス状態を作り、小電力パルスを記録材料に印加することにより結晶状態を作る。【０００４】
読み出しに関しては、記録材料に、書き込み／消去が起こらない程度の小さな読み出し電流を流し、記録材料の電気抵抗を測定することにより行う。アモルファス状態の記録材料の抵抗値は、結晶状態の記録材料の抵抗値よりも大きく、その比は、例えば１０３程度である。【０００５】
これらの記憶装置においては、記録層に対して電気的な接続を得るため、あるいは、記録層と配線や整流素子などとの間の元素の拡散などを防止するために、電極層（バリア層）が設けられる場合がある。この場合、電極層は、通常は記録層の電場印加方向の両端に設けられる。例えば、記録層と配線との間及び記録層と整流素子との間である。電極層の材料としては、例えば金属窒化物等が用いられ、これら２つの電極層は一般に同じ材料から構成される（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００７−２８７７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、高記録密度かつ低消費電力で、安定動作可能な不揮発性の情報記録再生装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、第１の層と、第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との間に挟持され、前記第１の層と前記第２の層とを介して供給される電流により、抵抗が低い第１の状態と抵抗が高い第２の状態との間を可逆的に遷移可能な記録層と、を備え、前記第１の層及び前記第２の層のいずれか一方は、前記第１の層、前記第２の層、及び前記記録層の積層方向に対して垂直な面において、相対的に抵抗率の低い低抵抗率部分と、相対的に抵抗率の高い高抵抗率部分と、を有する抵抗率分布層であり、前記低抵抗率部分及び前記高抵抗率部分は、少なくとも１種類の同一の遷移元素を含むことを特徴とする情報記録再生装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る情報記録再生装置の一例（具体例１）を表す模式断面図である。
【図２】具体例１の効果を表すための記録素子の模式断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る情報記録再生装置の例を表す模式断面図である。
【図４】記録部の一例（具体例３）における情報の記録／再生の基本原理の一例を説明するための概念図である。
【図５】具体例４における情報の記録／再生の基本原理を説明するための概念図である。
【図６】記録層１２を構成する第１化合物層１２Ａ及び第２化合物層１２Ｂを交互に積層させた具体例を表す模式図である。
【図７】具体例５における情報の記録／再生の基本原理を説明するための概念図である。
【図８】製造方法例１を表すための流れ図である。
【図９】製造方法例１を表すための模式工程断面図である。
【図１０】製造方法例１を表すための模式工程断面図である。
【図１１】製造方法例１により作製された情報記録再生装置の平面図である。
【図１２】製造方法例２を表すための流れ図である。
【図１３】製造方法例２を表すための模式工程断面図である。
【図１４】製造方法例２を表すための模式工程断面図である。
【図１５】製造方法例２を表すための模式工程断面図である。
【図１６】製造方法例２により作製された情報記録再生装置の平面図である。
【図１７】本実施形態の他の構成の例（具体例６）を表す模式断面図である。
【図１８】本実施形態のさらに他の構成の例（具体例７）を表す模式断面図である。
【図１９】本実施形態のさらに他の構成の例（具体例８）を表す模式断面図である。
【図２０】具体例８と対比される比較例に係る情報記録再生装置の模式断面図である。
【図２１】製造方法例３を表すための流れ図である。
【図２２】製造方法例３を表すための模式工程断面図である。
【図２３】製造方法例３を表すための模式工程断面図である。
【図２４】製造方法例３を表すための模式工程断面図である。
【図２５】製造方法例３を表すための模式工程断面図である。
【図２６】製造方法例３により作製された情報記録再生装置の平面図である。
【図２７】本実施形態の他の構成の例（具体例９）を表す模式断面図である。
【図２８】本実施形態のさらに他の構成の例（具体例１０）を表す模式断面図である。
【図２９】本実施形態の記録部を備えたクロスポイント型半導体メモリを表す模式図である。
【図３０】図２９に表した半導体メモリのメモリセルアレイ部の構造を表す模式図である。
【図３１】メモリセルアレイの他の具体例を表す模式図である。
【図３２】メモリセルアレイの他の具体例を表す模式図である。
【図３３】本発明の実施形態に係るプローブメモリを表す模式図である。
【図３４】本発明の実施形態に係るプローブメモリを表す模式図である。
【図３５】記録（セット動作）時の状態を説明するための概念図である。
【図３６】フラッシュメモリのメモリセルを表す模式断面図である。
【図３７】ＮＡＮＤセルユニットの回路図である。
【図３８】本発明の実施形態に係るＮＡＮＤセルユニットの構造を表す模式図である。
【図３９】通常のＭＩＳトランジスタを用いた具体例を表す模式図である。
【図４０】ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの変形例を表す模式図である。
【図４１】ＮＯＲセルユニットの回路図である。
【図４２】本発明の実施形態に係るＮＯＲセルユニットの構造を表す模式図である。
【図４３】２トランジスタ型セルユニットの回路図である。
【図４４】本発明の実施形態に係る２トラセルユニットの構造を表す模式図である。
【図４５】通常のＭＩＳトランジスタを用いた具体例を表す模式図である。
【符号の説明】
【０００９】
５  基板
６  第１の配線
８  整流素子
１１  電極層
１２  記録層
１２Ａ  第１化合物、第１化合物層
１２Ｂ  第２化合物、第２化合物層
１３  電極層（保護層）
１３Ｂ  保護層
１３Ｃ  コンタクト電極層
１３ａ  低抵抗率部分
１３ｂ  高抵抗率部分、酸化物層
１４  メタル層
１５  第２の配線
１６  素子間絶縁層
１７  マスク材
２０  基板
２１  電極層
２２  記録層
２３  基板
２４  プローブ
２５，２６  マルチプレクスドライバ
３０  半導体チップ
３１  デコーダ
３２  読み出し回路
３３  メモリセル
３４  ダイオード
３５  ヒータ層
４１  半導体基板
４１ａ  Ｐ型半導体基板
４１ｂ  Ｎ型ウェル領域
４１ｃ  Ｐ型ウェル領域
４２  Ｎ型拡散層
４３  ゲート絶縁層
４４  記録層
４５  コントロールゲート電極
４７  Ｐ型半導体層
１５０  ドライバ
１６０  スキャナー
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
図１は、本発明の実施形態に係る情報記録再生装置の一例（具体例１）を表す模式断面図である。【００１１】
本具体例の情報記録再生装置は、第１の配線６と、第１の配線６の上に設けられた整流素子８と、整流素子８の上に設けられた電極層（第１の層）１１と、電極層１１の主面の上に設けられた記録層１２と、記録層１２の主面の上に設けられた電極層（第２の層）１３と、電極層１３の上に設けられた第２の配線１５と、を備える。ここで、「主面」とは、電極層１１や、記録層１２、電極層１３などの積層方向（図１において上下方向）に対して垂直な面をいう。電極層１１、１３は、記録層１２に対して電気的な接続を得るために設けられている。また、電極層１１、１３は、例えば、記録層１２とその上下の構成要素との間の元素の拡散などを防止するバリア層としての機能を併有していてもよい。さらに、整流素子８と第１の配線６との間にも、バリア層が設けられていてもよい。また、記録層１２は、情報の記録を行うための層であり、例えば、電極層１１と電極層１３とを介して供給される電流により、抵抗が低い第１の状態と抵抗が高い第２の状態との間を可逆的に遷移可能な層である。【００１２】
ここで、本実施形態によれば、記録層１２の上下に設けられた電極層のいずれか一方は、主面の面内において抵抗率の異なる部分を有する。すなわち、電極層のいずれか一方は、主面の面内において、相対的に抵抗率の低い低抵抗率部分と、相対的に抵抗率の高い高抵抗率部分と、を有する「抵抗率分布層」である。また、前記低抵抗率部分及び前記高抵抗率部分は、少なくとも１種類の同一の遷移元素を含む。具体例１においては、電極層１３が抵抗率の異なる部分を有し、主面の面内において内側に相対的に抵抗率の低い低抵抗率部分１３ａを有し、また外側に相対的に抵抗率の高い高抵抗率部分１３ｂを有する。【００１３】
電極層１３において、低抵抗率部分１３ａを構成する材料としては、例えば、ＴｉＮ、ＨｆＮ等が挙げられる。また、高抵抗率部分１３ｂを構成する材料としては、例えば、これらの酸化物、すなわちＴｉの窒酸化物、Ｈｆの窒酸化物等が挙げられる。  
前述したように、低抵抗率部分１３ａ及び高抵抗率部分１３ｂは、少なくとも１種類の同一の遷移元素を含む。低抵抗率部分１３ａ及び高抵抗率部分１３ｂ内における遷移元素数の全元素数に対する比は、３０％以上であることが好ましい。例えば、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２などでは、遷移元素数の全元素数に対する比は３３％であり、ＴｉＮ、ＨｆＮなどでは、この比は５０％である。【００１４】
電極層１１を構成する材料としては、例えば、Ｔａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ等の窒化物や炭化物、Ｉｒ、Ｒｕ等の酸化物、あるいはＲｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等が挙げられる。このうち、ＴａＮ、ＴａＣ、ＴｉＡｌＮ、及びＴａＡｌＮが好ましく、ＴａＮ及びＴａＣがさらに好ましい。【００１５】
また、消去動作時において記録層１２の加熱を効率よく行うために、電極層１１側または電極層１３側に、例えば抵抗率が約１０−５Ωｃｍ以上の材料からなるヒータ層（図示せず）を設けてもよい。  
整流素子８には、例えば、ツェナーダイオード、ｐｎ接合ダイオード、及びショットキーダイオードの中から選択された任意のダイオードを用いることができる。あるいは、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）素子などの非オーミック素子を用いてもよい。【００１６】
本情報記録再生装置が、後述するクロスポイント型セルアレイの構成を有する場合、第１の配線６を「ワード線」、第２の配線１５を「ビット線」とそれぞれ呼んでよく、またその逆に呼んでもよい。【００１７】
電極層１３及び電極層１１の膜厚については、任意に選択可能であるが、例えば１０ｎｍ以下であってよい。また、セル幅（主面方向の幅）については、任意に選択可能であるが、例えば４０ｎｍ以下とすることができる。【００１８】
次に、電極層１３の構造及びその効果について、図２を参照しつつ説明する。  
図２は、具体例１の効果を表すための記録素子の模式断面図である。  
前述したように、本具体例では、電極層１３は、主面の面内において内側に低抵抗率部分１３ａを有し、また外側に高抵抗率部分１３ｂを有する。  
一方、整流素子８側にある電極層１１は、主面の面内において抵抗率は一様であり、その値は比較的低い。【００１９】
電極層１３及び電極層１１のこのような構成は、例えば、電極層１３の材料に、比較的酸化されやすく酸化されると抵抗率が上がる性質を有する導電体（例えば、ＴｉＮ、ＨｆＮ等）を用い、また電極層１１の材料に、比較的酸化されにくい導電体（例えば、ＴａＮ、ＴａＣ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＡｌＮ等）を用いて、素子側面全体を酸化処理することによって得ることができる。あるいは、電極層１３及び電極層１１の材料に、ともに、比較的酸化されやすく酸化されると抵抗率が上がる性質を有する導電体（例えば、ＴｉＮ、ＨｆＮ等）を用いて、電極層１３の側面のみを選択的に酸化処理してもよい。【００２０】
あるいは、電極層１３及び電極層１１に同じ組成式の材料を用いて、電極層１３の主面内において内側の結晶性を比較的高くし、外側の結晶性を比較的低くするとともに、電極層１１の主面内において一様に結晶性を比較的高くした上で、素子側面全体を酸化処理することによっても、上記構成を得ることができる。さらに、このように結晶性を差別化することそれ自体によっても、電極層１３の主面外側のみ抵抗率を高くすることができ、これにより上記構成を得ることができる。  
上記構成、すなわち、電極層１３が主面内において内側に低抵抗率部分１３ａを、また外側に高抵抗率部分１３ｂを有し、電極層１１が主面内において抵抗率が一様である構成にすることにより、以下に説明する効果が得られる。【００２１】
図２に表したように、電極層１３中の高抵抗率部分１３ｂは抵抗率が比較的高いため、この部分において電流が流れにくくなる。このため、記録素子内の電流は低減することになり、動作時及び待機時（非動作時）の消費電力が低減化される。したがって、セルサイズは実質的に小さくなる。【００２２】
一方、記録層１２は、整流素子８側においては、主面内において一様に低抵抗率である電極層１１と接している。このため、記録層１２の下側の部分と整流素子８は適切な電流を確保することができる。整流素子の順方向抵抗は必ずしも低くない場合もあり得るが、そのような場合でも、整流素子８を流れる電流経路が制限されることによる駆動電圧の上昇を防止できる。【００２３】
このように、本実施形態の情報記録再生装置によれば、電極層１１及び電極層１３のいずれか一方が主面内において抵抗率の異なる部分を有することにより、消費電力の低減化が図られる。さらに、整流素子８側と反対側にある電極層１３が主面内において抵抗率の異なる部分を有し、整流素子８側にある電極層１１が主面内において一様に低抵抗率である構成にした場合は、整流素子８を流れる電流を制限することによる駆動電圧の上昇を抑制できる。【００２４】
なお、具体例１では、電極層１３の主面内において内側に低抵抗率部分１３ａが、また外側に高抵抗率部分１３ｂが設けられているが、これとは逆に、内側に高抵抗率部分１３ｂが、また外側に低抵抗率部分１３ａが設けられていても、消費電力低減化の効果は得られる。【００２５】
次に、本実施形態の他の構成について、図３を参照しつつ説明する。  
図３は、本発明の実施形態に係る情報記録再生装置の例を表す模式断面図であり、具体例１の構成を表している。図１に表した構成要素に加え、電極層１３とビット線（第２の配線）との間に、ヒータ層３５と保護層１３Ｂとが設けられている。電極層１３は、主面内において内側に低抵抗率部分１３ａを、また外側に高抵抗率部分１３ｂを有する。【００２６】
次に、記録部に用いることのできる構成、構造、及び材料の一例について、図４〜図７を参照しつつ説明する。  
図４は、記録部の一例（具体例３）における情報の記録／再生の基本原理を説明するための概念図である。  
図４（ａ）は、記録部の断面図である。この記録部は、記録層１２の両側を電極層１１及び電極層１３により挟んだ構造を有する。電極層１１、１３は、記録層１２に対して電気的な接続を得るために設けられている。また、電極層１１、１３は、例えば、記録層１２とその上下の構成要素との間の元素の拡散などを防止するバリア層としての機能を併有していてもよい。さらに、電極層１１の下に、図示しないバッファ層が付設されていてもよい。ここで、バッファ層は、隣接する層（図４では、電極層１１）の結晶性を一旦リセットしたり、隣接する層と他の層の密着性（図４では、電極層１１と記録層１２の密着性）を確保する機能を有する層である。【００２７】
図４に表した記録部において、記録層１２内の小さな白丸はＡイオン（例えば、拡散イオン）を、小さな黒丸はＭイオン（例えば、母体イオン）を、大きな白丸はＸイオン（例えば、陰イオン）を、小さな網掛けの丸は金属状態のＡを表す。【００２８】
記録層１２は、電圧印加によってその抵抗を変化し得る、遷移金属の酸化物、ポリマー、または固体電界質からなる。記録層１２は、とりわけ、少なくとも２種類の陽イオン元素を有する複合化合物から構成することができる。あるいは、少なくとも２種類の価数をとり得る同一元素の陽イオン元素を有する化合物から構成することができる。この場合、記録層１２は、陽イオン元素の少なくともいずれかは電子が不完全に満たされたｄ軌道を有する遷移元素であり、隣接する陽イオン元素間の最短距離は０．３２ｎｍ以下である第１化合物を有する。この複合化合物からなる記録層１２を用いることにより、比較的小さい消費電力で抵抗変化を生ずることが可能となる。このような記録層１２の材料としては、例えば以下が挙げられる。【００２９】
例えば、ＡｘＭｙＸ４（０．１≦ｘ≦２．２、１．５≦ｙ≦２）で表されるスピネル構造である。ＡとＭは、互いに異なる元素であり、少なくともいずれかは電子が不完全に満たされたｄ軌道を有する遷移元素である。ＸはＯ（酸素）、Ｎ（窒素）よりなる群から選択された少なくともいずれかを含む元素である。Ａ及びＭは、互いに異なる価数を持つ陽イオン状態にある。【００３０】
Ａは、Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓ，Ｐ，Ｓ，Ｓｅ，Ｇｅ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｈｇ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
また、Ａは、Ｍｇ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素とするのが好ましい。これらの元素を使用すると、結晶構造を維持するためのイオン半径が最適となり、イオン移動度についても十分に確保できるからである。また、イオンの価数を２価に制御することが容易となる。【００３１】
また、Ａは、Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ  から選択される少なくとも１種類の元素とするのがさらに好ましい。これらの元素を使用すると、陽イオンの移動が生じやすくなるためである。
Ｍは、Ａｌ，Ｇａ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。【００３２】
また、Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｒｅ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｇａ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素とするのが好ましい。これらの元素を使用すると、結晶内の電子状態をコントロールし易くなるためである。  
また、Ｍは、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｒｅ  のグループ（便宜上「グループ１」と称す）から選択される少なくとも１種類の遷移元素とするのがさらに好ましい。これらの元素を使用すると、母体構造が安定に保持されるため、安定にスイッチングを繰り返すことができるからである。【００３３】
また、Ｍは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｇａ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素を、前記グループ１の遷移元素に加えて含むことがさらに好ましい。グループ１の元素の一部の代わりにこれらの元素を使用すると、母体構造がより安定に保持されることによって、より安定にスイッチングを繰り返すことができるためである。【００３４】
他には、ＡｘＭｙＸ４（０．１≦ｘ≦２．２、１．５≦ｙ≦２）で表されるスピネル構造である。ここで、ＡとＭは、同一元素であり、電子が不完全に満たされたｄ軌道を有する遷移元素であり、Ａは２価、Ｍは３価以上４価以下の陽イオンである。ＸはＯ（酸素）、Ｎ（窒素）よりなる群から選択された少なくともいずれかを含む元素である。ＡとＭは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏのグループから選択される少なくとも１種類の元素であると、スピネル構造をとりやすいので好ましい。【００３５】
他には、例えば、ＡｘＭｙＸ２（０．１≦ｘ≦１．１、０．９≦ｙ≦１．１）で表されるデラフォサイト構造である。ＡとＭは、互いに異なる元素であり、少なくともいずれかは電子が不完全に満たされたｄ軌道を有する遷移元素である。ＸはＯ（酸素）、Ｎ（窒素）よりなる群から選択された少なくともいずれかを含む元素である。Ａ及びＭは、互いに異なる価数を持つ陽イオン状態にある。【００３６】
Ａは、Ｌｉ，Ｎａ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｈｇ，Ｔｌ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
また、Ａは、Ｍｇ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素とするのがさらに好ましい。これらの元素を使用すると、結晶構造を維持するためのイオン半径が最適となり、イオン移動度についても十分に確保できるからである。また、配位数を２に制御することが容易となる。【００３７】
また、Ａは、Ｃｕ，Ａｇ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素であることが好ましい。これらの元素を使用すると、容易にデラフォサイト構造をとることができるからである。  
Ｍは、Ａｌ，Ｇａ，Ｓｃ，Ｉｎ，Ｙ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｔｂ，Ｌｕ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
また、Ｍは、Ｙ，Ｓｃ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｇａ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素とするのがさらに好ましい。これらの元素を使用すると、結晶内の電子状態をコントロールし易くなるためである。【００３８】
また、Ｍは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素とすることがさらに好ましい。これらの元素を使用すると、容易にデラフォサイト構造をとることができるからである。【００３９】
他には、例えば、ＡｘＭｙＸ４（０．５≦ｘ≦１．１、０．７≦ｙ≦１．１）で表されるウルフラマイト構造である。ＡとＭは、互いに異なる元素であり、少なくともいずれかは電子が不完全に満たされたｄ軌道を有する遷移元素である。ＸはＯ（酸素）、Ｎ（窒素）よりなる群から選択された少なくともいずれかを含む元素である。Ａ及びＭは、互いに異なる価数を持つ陽イオン状態にある。【００４０】
Ａは、Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｓｅ，Ｇｅ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｈｇ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
また、Ａは、Ｔｉ，Ｖ, Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素とするのが好ましい。これらの元素を使用すると、結晶構造を維持するためのイオン半径が最適となり、イオン移動度についても十分に確保できるからである。また、イオンの価数を２価に制御することが容易となる。【００４１】
また、Ａは、Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素とするのがさらに好ましい。これらの元素を使用すると、容易に抵抗変化を起こすことができるからである。【００４２】
Ｍは、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｗ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
また、Ｍは、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素とするのがさらに好ましい。これらの元素を使用すると、容易にウルフラマイト構造をとることができるからである。【００４３】
他には、例えば、ＡｘＭｙＸ３（０．５≦ｘ≦１．１、０．９≦ｙ≦１）で表されるイルメナイト構造である。ＡとＭは、互いに異なる元素であり、少なくともいずれかは電子が不完全に満たされたｄ軌道を有する遷移元素である。ＸはＯ（酸素）、Ｎ（窒素）よりなる群から選択された少なくともいずれかを含む元素である。Ａ及びＭは、互いに異なる価数を持つ陽イオン状態にある。【００４４】
Ａは、Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｓｅ，Ｇｅ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｈｇ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
また、Ａは、Ｍｇ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素とするのが好ましい。これらの元素を使用すると、結晶構造を維持するためのイオン半径が最適となり、イオン移動度についても十分に確保できるからである。また、イオンの価数を２価に制御することが容易となる。【００４５】
また、Ａは、Ｆｅ, Ｎｉのグループから選択される少なくとも１種類の元素とするのがさらに好ましい。これらの元素を使用すると、容易にイルメナイト構造をとることができるからである。【００４６】
Ｍは、Ａｌ，Ｇａ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
また、Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素とするのがさらに好ましい。これらの元素を使用すると、結晶内の電子状態をコントロールし易くなるためである。【００４７】
また、Ｍは、Ｔｉ, Ｚｒ, Ｈｆ, Ｖ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素とするのが好ましい。これらの元素を使用すると、容易にイルメナイト構造をとることができるからである。【００４８】
なお、ＡｘＭｙＸ４（０．１≦ｘ≦２．２、１．５≦ｙ≦２）で表されるスピネル構造と、ＡｘＭｙＸ２（０．１≦ｘ≦１．１、０．９≦ｙ≦１．１）で表されるデラフォサイト構造と、ＡｘＭｙＸ４（０．５≦ｘ≦１．１、０．７≦ｙ≦１．１）で表されるウルフラマイト構造と、ＡｘＭｙＸ３（０．５≦ｘ≦１．１、０．９≦ｙ≦１）で表されるイルメナイト構造と、のモル比ｘ，ｙに関し、数値範囲の下限は、結晶構造を維持するために設定され、その上限は、結晶内の電子状態をコントロールするために設定される。【００４９】
また、前述したように、電圧の印加によってＡイオンの拡散を容易に生ぜしめるためには、電極間を結ぶ方向にＡイオン元素の層が配置しているようにすることができる。このためには、スピネル構造、イルメナイト構造、及びデラフォサイト構造では、結晶のｃ軸が膜面と平行に配置していることが好ましく、ウルフラマイト構造では、結晶のａ軸が膜面と平行に配置していることが好ましい。【００５０】
以上のような記録層を所望の配向として使用することで、原理的には、Ｐｂｐｓｉ（peta bit per square inch）級の記録密度を実現することができ、さらに、低消費電力化も達成できる。  
上述した構造を有する材料によれば、図４において、Ａイオンが容易に第１化合物内を拡散し、かつ、Ｍイオンは第１化合物内を拡散しないように、２種類の陽イオン元素が選択される。この場合、拡散しないＭイオンが第１化合物の結晶構造を保持するため、Ａイオンの移動を容易に制御することが可能となる。このため、このような構造を有する第１化合物を用いることにより、情報記録再生装置の記録層１２の抵抗値を容易に変化させることができる。【００５１】
ここで、本明細書においては、高抵抗状態をリセット（初期）状態とし、低抵抗状態をセット状態とする。ただし、これは便宜上のものであり、材料の選択や製造方法等によっては、これと逆の場合、すなわち、低抵抗状態がリセット（初期）状態となり、高抵抗状態がセット状態となることもある。このような場合も、本実施形態の範囲に含まれる。【００５２】
記録層１２に電圧を印加し、記録層１２内に電位勾配を発生させると、Ａイオンの一部が結晶中を移動する。そこで、本実施形態では、記録層１２の初期状態を絶縁体（高抵抗状態相）とし、電位勾配により記録層１２を相変化させ、記録層１２に導電性を持たせる（低抵抗状態相）ことにより情報の記録を行う。【００５３】
まず、例えば、電極層１３の電位が電極層１１の電位よりも相対的に低い状態を作る。電極層１１を固定電位（例えば、接地電位）とすれば、電極層１３に負の電位を与えればよい。  
この時、記録層１２内のＡイオンの一部が電極層１３（陰極）側に移動し、記録層（結晶）１２内のＡイオンの数がＸイオンに対して相対的に減少する。電極層１３側に移動したＡイオンは、電極層１３から電子を受け取り、メタルであるＡ原子として析出してメタル層１４を形成する。したがって、電極層１３に近い領域では、Ａイオンが還元されてメタル的に振舞うので、その電気抵抗が大きく減少する。【００５４】
あるいは、例えばスピネル構造のように記録層１２の結晶構造においてＡイオンが占め得る空隙サイトがある場合には、電極層１３側に移動したＡイオンは電極層１３側の空隙サイトを埋めてもよい。この場合にも、局所的な電荷の中性条件を満たすために、Ａイオンは電極層１３から電子を受け取り、メタル的に振舞う。【００５５】
記録層１２の内部では、Ｘイオンが過剰となり、結果的に、記録層１２内に残されたＡイオンあるいはＭイオンの価数を上昇させる。このとき、その価数が上がったときに電気抵抗が減少するようにＡイオンあるいはＭイオンを選択すると、メタル層１２Ａ、記録層１２内ともにＡイオンの移動により電気抵抗が減少するので、記録層全体として低抵抗状態相へと相変化する。つまり、情報記録（セット動作）が完了する。【００５６】
情報再生に関しては、例えば電圧パルスを記録層１２に印加し、記録層１２の抵抗値を検出することにより容易に行える。ただし、電圧パルスの振幅は、Ａイオンの移動が生じない程度の微小な値であることが必要である。  
以上説明した過程は、一種の電気分解であり、電極層（陽極）１１側では電気化学的酸化により酸化剤が生じ、電極層（陰極）１３側では電気化学的還元により還元剤が生じた、と考えることができる。  
このため、低抵抗状態相を高抵抗状態相に戻すには、例えば、記録層１２を大電流パルスによりジュール加熱して、記録層１２の酸化還元反応を促進させればよい。すなわち、大電流パルスによるジュール熱のため、Ａイオンは熱的により安定な結晶構造１２内へと戻り、初期の高抵抗状態相が現れる（リセット動作）。【００５７】
あるいは、セット動作時とは逆向きの電圧パルスを印加してもリセット動作を行うことができる。つまり、セット時と同様に電極層１１を固定電位（例えば、接地電位）とすれば、電極層１３に正の電位を与えればよい。すると、電極層１３近傍のＡ原子は電極層１３に電子を与えＡイオンとなった後、記録層１２内の電位勾配により結晶構造１２内に戻っていく。これにより、価数が上昇していた一部のＡイオンは、その価数が初期と同じ値に減少するため、初期の高抵抗状態相へと変化する。【００５８】
ただし、この動作原理を実用化するには、室温でリセット動作が生じないこと（十分に長いリテンション時間の確保）と、リセット動作の消費電力が十分に小さいこととを確認しなければならない。【００５９】
前者に対しては、Ａイオンの配位数を小さく（理想的には２以下に）する、または、その価数を２以上にする、もしくは、Ｍイオンの価数を上げる（理想的には３以上にする）ことで対応できる。  
仮に、ＡイオンがＬｉイオンのような１価であると、セット状態において十分なイオンの移動抵抗が得られず、即座に、Ａイオン元素は、メタル層１２Ａから記録層１２内に戻ってしまう。言い換えれば、十分に長いリテンション時間が得られないということになる。また、Ａイオンが３価以上であると、セット動作に必要とされる電圧が大きくなるため、結晶の崩壊を引き起こす可能性がある。したがって、Ａイオンの価数を２価にすることが、情報記録再生装置としては好ましいことになる。【００６０】
また、後者に対しては、結晶破壊を引き起こさないようにするために、Ａイオンの価数を２以下にするとともに、記録層（結晶）１２内をＡイオンが移動できるように、Ａイオンのイオン半径を最適化し、移動パスが存在する構造を用いることにより対応できる。そのような記録層１２としては、前述したような元素及び結晶構造を採用すればよい。【００６１】
デラフォサイト構造のように配位数が小さい陽イオンをＡイオンとして用いる場合には（デラフォサイト構造の場合、Ａイオンの配位数は２）、Ａイオンの価数を＋１価とし、クーロン反発力を減少させることができる。これにより、Ａイオンの拡散が容易となり、リセット動作の消費電力を低減することができる。また、配位数が小さいため、拡散した後の状態を安定に保持することが可能となる。【００６２】
次に、各原子の混合比の最適値について説明する。  
Ａイオンが占め得る空隙サイトがある場合や、また、本来Ｍイオンが占めるサイトをＡイオンが占めることが可能な場合には、Ａイオンの混合比には若干の任意性がある。さらに、Ｘイオンの過剰／欠損がある場合にもＡイオン、またはＭイオンの混合比は定比組成のそれからずれることになる。したがって、Ａイオン、Ｍイオンの混合比には幅を持たせてある。実際には、各状態の抵抗、あるいはＡイオンの拡散係数が最適値になるように、Ａイオンの混合比を最適化することが可能である。【００６３】
Ａイオン、Ｍイオンの混合比の下限は、所望の結晶構造を有する第１化合物を容易に作製できるように設定した。また、Ｍイオンのサイトを占めるイオンの総量が少なすぎると、Ａイオンが引き抜かれた後の構造を安定に保持するのが困難になる。  
以上説明したように、本実施形態によれば、上述した材料を記録層１２に使用することにより陽イオンの拡散を容易にすることができ、抵抗変化に必要な消費電力を小さくし、熱安定性を高めることができる。また、結晶構造内の陽イオン元素の拡散のみを利用して抵抗変化を生ぜしめるため、動作特性の制御が容易で、セル間の動作特性のばらつきが小さい情報記録再生装置を実現できる。【００６４】
また、結晶構造内部と結晶粒の周縁部においては、イオンの移動のしやすさが異なるため、結晶構造内における拡散イオンの移動を利用し、異なる位置での記録消去特性を均一にするためには、記録層は多結晶状態、あるいは単結晶状態からなることが好ましい。記録層が多結晶状態にあるときにおいては、成膜のしやすさを考慮すると、結晶粒の記録膜断面方向のサイズは、単一のピークをもつ分布に従い、その平均は３ｎｍ以上であることが好ましい。結晶粒サイズの平均が５ｎｍ以上であると、成膜がより容易であるため、さらに好ましく、１０ｎｍ以上であると、異なる位置での記録消去特性をさらに均一化させることができるため、より好ましい。【００６５】
ところで、セット動作後の電極層（陽極）１１側には酸化剤が生じるため、電極層１１には、酸化され難い材料（例えば、電気伝導性窒化物、電気伝導性酸化物など）から構成するのが好ましい。  
また、電極層１１は、イオン伝導性を有しない材料から構成するのがよい。  
そのような材料としては、以下に示されるものがあり、その中でも、電気伝導率の良さなどを加味した総合的性能の点から、ＬａＮｉＯ３は、最も望ましい材料ということができる。【００６６】
・  ＭＮ  
Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。Ｎは、窒素である。【００６７】
・  ＭＯｘ 
Ｍは、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｐｔ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。モル比ｘは、１≦ｘ≦４を満たすものとする。【００６８】
・  ＡＭＯ３ 
Ａは、Ｌａ，Ｋ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｌｎ（ランタノイド）  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
Ｍは、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｐｔ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
Ｏは、酸素である。【００６９】
・  Ａ２ＭＯ４ 
Ａは、Ｋ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｌｎ（ランタノイド）  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
Ｍは、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｐｔ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
Ｏは、酸素である。  
また、セット動作後の保護層（陰極）１３側には還元剤が生じるため、保護層（電極層）１３としては、記録層１２が大気と反応することを防止する機能を持っていることが望ましい。  
電極層１３は、記録層１２を保護する保護層として機能させてもよいし、電極層１３の代わりに保護層を設けてもよい。この場合、保護層は、絶縁体でもよいし、導電体でもよい。  
また、リセット動作において記録層１２の加熱を効率よく行うために、陰極側、ここでは、電極層１３側に、ヒータ層（抵抗率が約１０−５Ωｃｍ以上の材料）を設けてもよい。【００７０】
電極層１３は、主面内において内側に低抵抗率部分１３ａを、また外側に高抵抗率部分１３ｂを有する。また、電極層１１は、主面内において抵抗率は一様である。このため、本具体例においても、前述した効果が得られる。すなわち、適切に情報の記録等が行われ、かつ、消費電力の低減化が図られる。【００７１】
次に、記録部の別の一例（具体例４）について、図５及び図６を参照しつつ説明する。【００７２】
図５は、具体例４における情報の記録／再生の基本原理を説明するための概念図である。  
この記録部も、記録層１２の両側を電極層１１、１３により挟んだ構造を有する。【００７３】
記録層１２は、電極層１１側に配置され、ＡｘＭ１ｙＸ１ｚで表記される第１化合物１２Ａと、電極層１３側に配置され、少なくとも１種類の遷移元素を有し、第１化合物１２ＡのＡイオン元素を収容できる空隙サイトを有する第２化合物１２Ｂと、を有する。【００７４】
図５に表した記録部において、第１化合物層１２Ａ内の小さな白丸はＡイオン（例えば、拡散イオン）を、小さな太線の白丸はＭ１イオン（例えば、母体イオン）を、大きな白丸はＸ１イオン（例えば、陰イオン）を表す。また、図５に表した記録部において、第２化合物層１２Ｂ内の小さな黒丸はＭ２イオン（例えば、母体イオン）を、大きな白丸はＸ２イオン（例えば、陰イオン）を表す。  
第２化合物１２Ｂは、Ａイオンが収容される空隙サイトを□で表すとすると、例えば以下のような化学式で表されるものが挙げられる。空隙サイトの一部は、第２化合物１２Ｂの成膜を容易にするために、予め他のイオンによって占有されていてもよい。【００７５】
・  □ｘＭ２Ｘ２２ 
Ｍ２は、Ｔｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
Ｘ２は、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｎ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。モル比ｘは、０．３≦ｘ≦１を満たすものとする。【００７６】
・  □ｘＭ２Ｘ２３ 
Ｍ２は、Ｔｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
Ｘ２は、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｎ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。モル比ｘは、１≦ｘ≦２を満たすものとする。【００７７】
・  □ｘＭ２Ｘ２４ 
Ｍ２は、Ｔｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
Ｘ２は、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｎ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。モル比ｘは、１≦ｘ≦２を満たすものとする。【００７８】
・  □ｘＭ２ＰＯｚ 
Ｍ２は、Ｔｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
Ｐはリン元素であり、Ｏは酸素元素である。モル比ｘは、０．３≦ｘ≦３、４≦ｚ≦６を満たすものとする。【００７９】
・  □ｘＭ２Ｏ５ 
Ｍ２は、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ  のグループから選択される少なくとも１種類の元素である。  
Ｏは酸素元素である。モル比ｘは、０．３≦ｘ≦２を満たすものとする。【００８０】
第２化合物は、ホランダイト構造、ラムスデライト構造、アナターゼ構造、ブルッカイト構造、パイロルース構造、ＲｅＯ３構造、ＭｏＯ１．５ＰＯ４構造、ＴｉＯ０．５ＰＯ４構造、ＦｅＰＯ４構造、βＭｎＯ２構造、γＭｎＯ２構造、λＭｎＯ２構造、スピネル構造、イルメナイト構造よりなる群から選択された少なくともいずれかを含む構造を有していることが好ましい。特に、第１化合物と同一構造のイルメナイト構造を有していることが最も望ましい。【００８１】
また、第１化合物層１２Ａの電子のフェルミ準位は、第２化合物層１２Ｂの電子のフェルミ準位よりも低くする。これは、記録層１２の状態に可逆性を持たせるために望ましい条件のひとつである。ここで、フェルミ準位については、いずれも真空準位から測定した値とする。【００８２】
このように、第１化合物層１２ＡのＡイオンを収容する空隙サイトを有する第２化合物からなる第２化合物層１２Ｂを、第１化合物層１２Ａに接して設けると、拡散したＡイオン元素が安定に存在しやすくなる。このような材料の組み合わせを記録層に使用し、第１化合物層１２Ａと第２化合物層１２Ｂと間のイオンの授受を容易にすることにより、抵抗変化に必要な消費電力を小さくし、熱安定性を高めることができる。また、このような材料の組み合わせを記録層に使用することで、原理的には、Ｐｂｐｓｉ（peta bit per square inch）級の記録密度を実現することができ、さらに、低消費電力化も達成できる。【００８３】
なお、図６に例示したように、記録層１２を構成する第１化合物層１２Ａ及び第２化合物層１２Ｂは、それぞれ、２層以上の複数層を交互に積層してもよい。  
このような記録部において、第１化合物層１２Ａが陽極側、第２化合物層１２Ｂが陰極側になるように電極層１１、１３に電位を与え、記録層１２内に電位勾配を発生させると、第１化合物を含む第１化合物層１２Ａ内のＡイオン元素の一部が結晶中を移動し、陰極側の第２化合物層１２Ｂ内に進入する。【００８４】
第２化合物層１２Ｂの結晶中には、Ａイオンの空隙サイトがあるため、第１化合物を含む第１化合物層１２Ａから移動してきたＡイオンは、この空隙サイトに収まる。  
したがって、第２化合物層１２Ｂ内では、ＡイオンあるいはＭ２イオンの一部の価数が減少し、第１化合物層１２Ａ内では、ＡイオンあるいはＭ１イオンの価数が増加する。したがって、Ａイオン、あるいはＭ１イオンの少なくとも一方は、その価数が容易に変化できるように、電子が不完全に満たされたｄ軌道を有する遷移元素である必要がある。【００８５】
つまり、初期状態（リセット状態）において、第１化合物層１２Ａ及び第２化合物層１２Ｂが高抵抗状態（絶縁体）であると仮定すれば、第１化合物層１２Ａ内のＡイオンの一部が第２化合物層１２Ｂ内に移動することにより、第１化合物層１２Ａ及び第２化合物層１２Ｂの結晶中に電導キャリアが発生し、両者は、共に、電気伝導性を有するようになる。【００８６】
このように、電流／電圧パルスを記録層１２に与えることにより、記録層１２の電気抵抗値が小さくなるため、セット動作（記録）が実現される。  
この時、同時に、第１化合物層１２Ａから第２化合物層１２Ｂに向かって電子も移動するが、第２化合物層１２Ｂの電子のフェルミ準位は、第１化合物層１２Ａの電子のフェルミ準位よりも高いため、記録層１２のトータルエネルギーとしては、上昇する。  
また、セット動作が完了した後も、このような高いエネルギー状態が継続されるため、記録層１２は、自然に、セット状態（低抵抗状態）からリセット状態（高抵抗状態）に戻ってしまう可能性がある。【００８７】
しかし、本実施形態の例に係る記録層１２を用いれば、このような懸念は回避される。すなわち、セット状態を維持し続けることができる。  
これは、いわゆるイオンの移動抵抗が働いているためである。前述のように、Ａイオンの配位数を小さく（理想的には２以下に）する、あるいはその価数を２価にすることが、情報記録再生装置としては好ましい。【００８８】
ところで、セット動作が完了した後には、陽極側に酸化剤が生成されるため、この場合にも、電極層１１としては、酸化され難く、イオン伝導性を有しない材料（例えば、電気伝導性酸化物）を用いることが望ましい。その好適な例は前述の通りである。  
リセット動作（消去）は、記録層１２を加熱して、上述の第２化合物層１２Ｂの空隙サイト内に収納されたＡイオンが第１化合物層１２Ａ内に戻る、という現象を促進してやればよい。【００８９】
具体的には、記録層１２に大電流パルスを与えることにより発生するジュール熱とその残留熱とを利用すれば、容易に、記録層１２を元の高抵抗状態（絶縁体）に戻すことができる。記録層１２は低抵抗であるため、低電位差であっても大電流が流れることになる。【００９０】
このように、大電流パルスを記録層１２に与えることにより、記録層１２の電気抵抗値が大きくなるため、リセット動作（消去）が実現される。あるいは、セット時とは逆向きの電場を印加することによってもリセット動作は可能である。【００９１】
ここで、低消費電力を実現するには、結晶破壊を引き起こすことなく、結晶内をＡイオンが移動できるように、Ａイオンのイオン半径を最適化し、移動パスが存在する構造を用いることが重要になる。  
第２化合物１２Ｂとして、上述したような材料及び結晶構造を用いた場合においては、このような条件を満たすことが可能となり、低消費電力を実現するのに有効となる。【００９２】
また、図４に表した記録部のような構造を有する、ＡｘＭｙＸ４（０．１≦ｘ≦２．２、１．５≦ｙ≦２）で表されるスピネル構造、ＡｘＭｙＸ２（０．１≦ｘ≦１．１、０．９≦ｙ≦１．１）で表されるデラフォサイト構造、ＡｘＭｙＸ４（０．５≦ｘ≦１．１、０．７≦ｙ≦１．１）で表されるウルフラマイト構造、またはＡｘＭｙＸ３（０．５≦ｘ≦１．１、０．９≦ｙ≦１）で表されるイルメナイト構造、のいずれかの化合物内では、Ａイオンの移動が容易に生じるので、これら構造を有する化合物は、第１化合物として用いるのに好適である。【００９３】
特に、その移動パスが電極間を結ぶ方向に配置するように、第１化合物１２Ａが配向している場合には、第１化合物１２Ａ内でのＡイオンの移動が容易となるので、好ましい。さらに、第１化合物１２Ａの格子定数と第２化合物１２Ｂの格子定数が一致する場合においては、空隙サイトがあり、成膜しにくい材料を用いた場合においても、容易に配向を制御して成膜することが可能となるので好ましい。【００９４】
次に、第２化合物層１２Ｂの膜厚の好適な範囲について説明する。  
空隙サイトによるＡイオン収納の効果を得るためには、第２化合物１２Ｂの膜厚は、１ｎｍ以上の膜厚であることが好ましい。  
一方、第２化合物１２Ｂの空隙サイト数が第１化合物１２Ａ内のＡイオン数よりも大きくなると、第２化合物１２Ｂの抵抗変化効果が小さくなるため、第２化合物１２Ｂ内の空隙サイト数は、同じ断面積内にある第１化合物１２Ａ内のＡイオン数と同じか、それより少ないことが好ましい。【００９５】
第１化合物１２Ａ内のＡイオンの密度と第２化合物１２Ｂ内の空隙サイトの密度は、概ね同じであるため、第２化合物１２Ｂの膜厚は、第１化合物１２Ａの膜厚と同程度か、それより小さいことが好ましい。  
陰極側には、一般に、リセット動作をさらに促進するためのヒータ層（抵抗率約１０−５Ωｃｍ以上の材料）を設けてもよい。【００９６】
プローブメモリでは、陰極側に還元性の材料が析出するため、大気との反応を防ぐために、表面保護層を設けることが好ましい。  
ヒータ層と表面保護層を、両方の機能を持つ１つの材料で構成することも可能である。例えば、アモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、ＳｎＯ２などの半導体は、ヒータ機能と表面保護機能とを併せ持っている。【００９７】
再生に関しては、電流パルスを記録層１２に流し、記録層１２の抵抗値を検出することにより容易に行える。  
ただし、電流パルスは、記録層１２を構成する材料が抵抗変化を起こさない程度の微小な値であることが必要である。【００９８】
電極層１３は、主面内において内側に低抵抗率部分１３ａを、また外側に高抵抗率部分１３ｂを有する。また、電極層１１は、主面内において抵抗率は一様である。このため、本具体例においても、前述した効果が得られる。すなわち、適切に情報の記録等が行われ、かつ、消費電力の低減化が図られる。【００９９】
次に、記録部のさらに別の一例（具体例５）について、図７を参照しつつ説明する。【０１００】
図７は、具体例５における情報の記録／再生の基本原理を説明するための概念図である。  
図７（ａ）に表したように、本具体例の記録部も、記録層１２の両側を電極層１１、１３により挟んだ構造を有する。記録層１２は、電圧を印加することによって結晶状態と非晶質状態との間で変化する材料を含む相変化層である。この材料としては、具体例には、カルコゲナイド系材料が挙げられる。カルコゲナイドとは、Ｓｅ、Ｔｅ等の１６族元素を含む化合物の総称であり、１６族元素がカルコゲンと呼ばれることに由来する。具体例な材料としては、例えばＳｅまたはＴｅを含むものが挙げられ、より詳細には、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５、ＧｅＳｂＴｅ、ＳｂＴｅ、ＡｓＳｂＴｅ、ＳｅＳｂＴｅ、ＡｇＩｎＳｂＴｅ、等が挙げられる。  
なお、本願明細書において、「結晶」とは、完全な結晶のみを意味するものではなく、欠陥を含む単結晶及び多結晶状態を包含する。一方、「非晶質」とは、完全に無秩序な原子配列を有するもののみを意味するものではなく、短範囲の周期構造を有するものや、無秩序なマトリックス中に微細な結晶粒を含むようなものも「非晶質」に含むものとする。【０１０１】
上記材料の全部または一部には、窒素を導入してもよい。窒素を導入することにより、相変化温度は上昇し、相変化が生じにくくなる。このため、結晶状態または非晶質状態が安定化される。これにより、記録された情報が消えにくくなり、不揮発性がより適切に確保され得る。【０１０２】
次に、本具体例に係る記録部の記録、消去、及び再生動作のメカニズムについて説明する。  
図７（ｂ）は、記録層１２の材料となり得るカルコゲナイド、具体例にはＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の非晶質状態の構造を表す模式図である。この場合、この化合物は４員環、６員環、８員環等の各種環からなる構造を有する。一方、図７（ｃ）は、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の結晶状態の構造を表す模式図である。この場合、この化合物は４員環、６員環、及び８員環の環のみからなる構造を有する。【０１０３】
記録層１２に用いられるＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５等のカルコゲナイドは、熱を与えると相変化が生じ、低抵抗の結晶状態と高抵抗の非晶質状態との間で変化する。図７に表した具体例では、非晶質状態（図７（ｂ））が初期状態であり、これが結晶状態（図７（ｃ））に相変化すると書込みが行われることになる。逆に、結晶状態（図７（ｃ））から非晶質状態（図７（ｂ））に相変化すれば、書き込まれた情報が消去されることになる。なお、結晶状態（図７（ｃ））を初期状態とし、これが非晶質状態（図７（ｂ））に相変化すると書込みが行われるようなシステムとしてもよい。【０１０４】
記録層１２における情報の記録（書込み）は、記録層１２に電圧を印加して大電流パルスを流すことによって行われる。この時に発生するジュール熱により、記録層１２は、結晶化温度以上に昇温される。この温度は、一定時間、例えば１μ秒よりも短い時間だけ保持される。その後、記録層１２を徐冷し、結晶状態に相変化させる。これにより、情報が書き込まれる。【０１０５】
記録層１２の情報の消去は、記録層１２に大電流パルスを流し、この時に発生するジュール熱によって行う。このジュール熱により、記録層１２は融点（Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の場合、融点は６３３℃）以上に昇温される。その後、記録層１２を、例えば１００ｎ秒よりも短い時間で急冷し、非晶質状態に相変化させる。これにより、情報が消去される。【０１０６】
記録層１２内の情報の再生は、記録層１２に電圧を印加して電流パルスを流し、抵抗値を検出することにより行う。ただし、電流パルスは、記録層１２を構成する材料が相変化を生じない程度の微小な振幅とする。【０１０７】
（情報記録再生装置の製造方法）
次に、具体的１に係るクロスポイント型の情報記録再生装置の製造方法について、図８〜図１６を参照しつつ説明する。【０１０８】
まず、製造方法の一例（製造方法例１）について、図８〜図１１を参照しつつ説明する。本製造方法例では、電極層１１に比較的酸化されにくい材料を用いている。すなわち、電極層１３の材料と電極層１１の材料とは異なる。【０１０９】
図８は、製造方法例１を表すための流れ図である。図９及び図１０は、製造方法例１を表すための模式工程断面図である。以下、図９及び図１０を参照しつつ説明する。【０１１０】
まず、図９（ａ）に表したように、例えば熱酸化膜で保護されたＳｉ基板を、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）を用いて平坦化して、基板５を形成する。【０１１１】
基板５の上に、導電性材料からなる第１の配線６（ワード線）を堆積する。この導電性材料としては、Ｗ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属もしくはこれらの合金、金属シリサイド、ＴｉＮ、ＷＣ等の窒化物や炭化物、または高ドープのシリコン層などを用いることができる。【０１１２】
第１の配線６の上に、整流素子８を堆積する。整流素子８は、例えば、ダイオードからなる。この場合、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ等の半導体層が設けられる。半導体層は、典型的には多結晶シリコン層からなるが、アモルファス層でもよい。典型的には、高ドープの半導体層（例えばｐ型半導体層）を設けた後、これとは逆特性のドーパント（例えばｎ型）を低ドープした半導体層（例えばｎ型半導体層）を設けてダイオード層を形成する。【０１１３】
整流素子８の上に、電極層１１を堆積する。電極層１１の材料には、比較的酸化されにくい導電体を用いる。例えば、具体例１に関して前述した材料が挙げられる。【０１１４】
電極層１１の上に、記録層１２を堆積する。記録層１２としては、前述したように様々な材料を用いることができるが、ここでは具体例３に関して前述した記録層１２を取り上げる。具体的には、例えばスピネル構造を有するＺｎＣｏ２Ｏ４からなる記録層１２を堆積する。堆積方法としては、例えば、ＺｎＣｏ２Ｏ４が堆積されるように組成が調整された原料（ターゲット）を用いて、温度３００〜６００℃、Ａｒ（アルゴン）９５％、Ｏ２（酸素）５％の雰囲気中で、ＲＦマグネトロンスパッタ（radio frequency magnetron sputter）を行い、厚さ約１０ｎｍのＺｎＣｏ２Ｏ４を形成することが挙げられる。【０１１５】
電極層１１が結晶粒の大きな層であり、かつ電極層１１の格子定数と記録層１２中の第１化合物１２Ａの格子定数との比が整数に近い場合には、結晶粒が大きく、かつ配向した第１化合物１２Ａを得やすい。例えば、電極層１１として（１１０）配向したＴｉＮを用いた場合には、（１１０）配向したスピネル構造との格子定数の比はほぼ整数となるので、記録層１２として（１１０）配向したスピネル構造が得られやすい。【０１１６】
その後、記録層１２の上に、電極層１３を堆積する。電極層１３の材料には、比較的酸化されやすく酸化されると抵抗率が上がる性質を有する導電体（例えば、ＴｉＮ、ＨｆＮ等）を用いる。【０１１７】
その後、電極層１３の上に、マスク材１７を堆積する。マスク材１７の材料には、例えば、Ｐｔ等の貴金属を用いることができる。【０１１８】
その後、図９（ｂ）に表したように、所定の寸法のパターンにより第１の方向（Ｘ方向）に沿って、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）によりエッチングを行う。エッチングは、基板５と第１の配線６との界面の深さまで行う。このようにして、第１の配線６、整流素子８、電極層１１、記録層１２、及び電極層１３がパターニングされる。【０１１９】
その後、この加工体に対して酸化処理を行う。これにより、電極層１３の側面近傍が酸化される。この結果、図９（ｃ）に表したように、電極層１３は、Ｘ方向から見て、主面内において内側に相対的に抵抗率の低い低抵抗率部分１３ａを有し、外側に相対的に抵抗率の高い高抵抗率部分１３ｂを有する構造となる。【０１２０】
なお、電極層１１に加工しにくい材料（例えば、ＴａＮ等の金属窒化物）を用いた場合は、基板５からマスク材１７までを一様に堆積した後に、電極層１１と記録層１２との界面深さまでエッチングを行い、その後この加工体に高抵抗率部分１３ｂを形成するための酸化処理を行うことができる。これにより、電極層１１の材料であるＴａＮ等の金属窒化物も酸化されることになるが、これら金属窒化物は、酸化されると加工が容易になると考えられる。その後、電極層１１、整流素子８、及び第１の配線６のエッチングを行うことができる。【０１２１】
その後、エッチングにより生じた空間に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相堆積）により絶縁性材料を堆積し、素子間絶縁層１６を形成する。  
次に、図１０（ａ）に表したように、電極層１３が露出するように、例えばＣＭＰにより平坦化を行う。【０１２２】
次に、この加工体の上に、導電性材料からなる第２の配線１５（ビット線）を一様に堆積する。この導電性材料としては、Ｗ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属もしくはこれらの合金、金属シリサイド、ＴｉＮ、ＷＣ等の窒化物や炭化物、または高ドープのシリコン層などを用いることができる。【０１２３】
次に、図１０（ｂ）を参照しつつ説明する。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ線断面図に相当する。  
図１０（ｂ）に表したように、所定の寸法のパターンにより第２の方向（Ｙ方向）に沿って、例えばＲＩＥによりエッチングを行う。エッチングは、第１の配線６と整流素子８との界面の深さまで行う。このようにして、整流素子８、電極層１１、記録層１２、電極層１３、及び第２の配線１５がパターニングされる。なお、電極層１１に加工しにくい材料（例えば、ＴａＮ等の金属窒化物）を用いた場合は、電極層１１と記録層１２との界面深さまでエッチングを行い、その後この加工体に酸化処理を行うことができる。これにより、電極層１１は加工が容易になると考えられる。その後、電極層１１及び整流素子８のエッチングを行うことができる。【０１２４】
次に、この加工体に対して酸化処理を行う。これにより、電極層１３の側面近傍が酸化される。この結果、図１０（ｃ）に表したように、電極層１３は、Ｙ方向から見て、主面内において内側に相対的に抵抗率の低い低抵抗率部分１３ａを有し、外側に相対的に抵抗率の高い高抵抗率部分１３ｂを有する構造となる。【０１２５】
その後、エッチングにより生じた空間に、例えばＣＶＤにより絶縁性材料を堆積し、素子間絶縁層１６を形成する。これにより、具体的１に係るクロスポイント型の情報記録再生装置の要部が形成される。  
図１１は、製造方法例１により作製された情報記録再生装置の平面図である。図１１に表したように、本情報記録再生装置では、第１の配線６と第２の配線１５とが交叉した部分（クロスポイント）に記録部が設けられている。いわゆるクロスポイント型セルアレイ構造である。【０１２６】
また、電極層１３は、Ｘ方向及びＹ方向から見て、主面内において内側に相対的に抵抗率の低い低抵抗率部分１３ａを有し、外側に相対的に抵抗率の高い高抵抗率部分１３ｂを有する構造になっている。また、電極層１１は、主面内において抵抗率は一様である。これにより、前述した効果が得られる。すなわち、適切に情報の記録等が行われ、かつ、消費電力の低減化が図られる。【０１２７】
次に、製造方法の別の一例（製造方法例２）について、図１２〜図１６を参照しつつ説明する。本製造方法例では、電極層１１は、比較的酸化されやすい材料でも比較的酸化されにくい材料でもよい。特に、電極層１３の材料と電極層１１の材料とが同じであってもよい。  
図１２は、製造方法例２を表すための流れ図である。図１３〜図１５は、製造方法例２を表すための模式工程断面図である。以下、図１３〜図１５を参照しつつ説明する。【０１２８】
まず、図１３（ａ）に表したように、例えば熱酸化膜で保護されたＳｉ基板を、例えばＣＭＰを用いて平坦化して、基板５を形成する。  
基板５の上に、導電性材料からなる第１の配線６（ワード線）を堆積する。その材料としては、製造方法例１に挙げたものを用いることができる。【０１２９】
第１の配線６の上に、整流素子８を堆積する。その材料としては、製造方法例１に挙げたものを用いることができる。  
整流素子８の上に、電極層１１を堆積する。電極層１１の材料としては、記録層１２に電気的接続を与える材料であれば特に制限はなく、比較的酸化されやすい材料でも比較的酸化されにくい材料でも用いることができる。ここでは、電極層１３と同様に、比較的酸化されやすく酸化されると抵抗率が上がる性質を有する導電体（例えば、ＴｉＮ、ＨｆＮ等）を用いる。【０１３０】
電極層１１の上に、記録層１２を堆積する。その材料としては、製造方法例１に挙げたものを用いることができる。  
その後、図１３（ｂ）に表したように、所定の寸法のパターンにより第１の方向（Ｘ方向）に沿って、例えばＲＩＥによりエッチングを行う。エッチングは、基板５と第１の配線６との界面の深さまで行う。このようにして、第１の配線６、整流素子８、電極層１１、及び記録層１２がパターニングされる。なお、電極層１１に加工しにくい材料（例えば、ＴａＮ等の金属窒化物）を用いた場合は、電極層１１と記録層１２との界面深さまでエッチングを行い、その後この加工体に酸化処理を行うことができる。これにより、電極層１１は加工が容易になると考えられる。その後、電極層１１、整流素子８、及び第１の配線６のエッチングを行うことができる。【０１３１】
その後エッチングにより生じた空間に、例えばＣＶＤにより絶縁性材料を堆積し、素子間絶縁層１６を形成する。  
次に、図１３（ｃ）に表したように、この加工体の上に、電極層１３及びマスク材１７を一様に堆積する。電極層１３の材料には、比較的酸化されやすく酸化されると抵抗率が上がる性質を有する導電体（例えば、ＴｉＮ、ＨｆＮ等）を用いる。電極層１１の材料と電極層１３の材料は、同じであってもよい。マスク材１７の材料には、製造方法例１で挙げたものを用いることができる。【０１３２】
その後、図１４（ａ）に表したように、この加工体に対して酸化処理を行う。これにより、電極層１３の側面近傍が酸化される。この結果、図１４（ｂ）に表したように、電極層１３は、Ｘ方向から見て、主面内において内側に相対的に抵抗率の低い低抵抗率部分１３ａを有し、外側に相対的に抵抗率の高い高抵抗率部分１３ｂを有する構造となる。【０１３３】
その後、図１４（ｃ）に表したように、エッチングにより生じた空間に、例えばＣＶＤにより絶縁性材料を堆積し、素子間絶縁層１６を形成する。次に、電極層１３が露出するように、例えばＣＭＰにより平坦化を行う。【０１３４】
次に、図１５（ａ）に表したように、この加工体の上に、導電性材料からなる第２の配線１５（ビット線）を一様に堆積する。その材料としては、製造方法例１に挙げたものを用いることができる。【０１３５】
次に、図１５（ｂ）を参照しつつ説明する。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ−Ａ線断面図に相当する。  
図１５（ｂ）に表したように、所定の寸法のパターンにより第２の方向（Ｙ方向）に沿って、例えばＲＩＥによりエッチングを行う。エッチングは、第１の配線６と整流素子８との界面の深さまで行う。このようにして、整流素子８、電極層１１、記録層１２、電極層１３、及び第２の配線１５がパターニングされる。なお、電極層１１に加工しにくい材料（例えば、ＴａＮ等の金属窒化物）を用いた場合は、電極層１１と記録層１２との界面深さまでエッチングを行い、その後この加工体に酸化処理を行うことができる。これにより、電極層１１は加工が容易になると考えられる。その後、電極層１１及び整流素子８のエッチングを行うことができる。【０１３６】
次に、図１５（ｃ）に表したように、エッチングにより生じた空間に、例えばＣＶＤにより絶縁性材料を堆積し、素子間絶縁層１６を形成する。これにより、具体的１に係るクロスポイント型の情報記録再生装置の要部が形成される。【０１３７】
なお、図１３（ｂ）に関して前述した１回目のエッチング工程時と、図１４（ａ）に関して前述した２回目のエッチング工程時において、加工時の位置合わせ精度が悪いと、整流素子８の実効的なサイズが減少する。これにより、記録層１２を抵抗変化させる電気特性が分散する可能性がある。しかし、電流は主に電極層１３の低抵抗率部分１３ａを通して記録層１２に供給される設計となっているため、加工時の位置合わせにおいて、電極層１３の高抵抗率部分１３ｂの幅だけマージンを有していることになる。【０１３８】
あるいは、これを避けるためには、電極層１１の主面方向の幅と、電極層１３の主面方向の幅とを変えることができる。例えば、電極層１１の幅を大きくすることができる。この場合、記録層１２に流れる電荷の量を適切に確保することができるという効果も得られる。【０１３９】
図１６は、製造方法例２により作製された情報記録再生装置の平面図である。図１６に表したように、本情報記録再生装置でも、第１の配線６と第２の配線１５とが交叉した部分（クロスポイント）に記録部が設けられている。【０１４０】
また、電極層１３は、Ｘ方向から見て、主面内において内側に相対的に抵抗率の低い低抵抗率部分１３ａを有し、外側に相対的に抵抗率の高い高抵抗率部分１３ｂを有する構造になっている。また、電極層１１は、主面内において抵抗率は一様である。【０１４１】
ここで、製造方法例２で作製される情報記録再生装置は、製造方法例１で作製される情報記録再生装置と異なり、電極層１３は、Ｘ方向のみから見て主面内の抵抗率に分布を有する。このような場合でも、消費電力の低減化の効果は発現される。【０１４２】
一方、記録層１２は、整流素子８側においては、主面内において一様に低抵抗率である電極層１１と接している。このため、記録層１２は適切な電流を確保することができる。これにより、動作時において、記録層１２は適宜抵抗が変化するなどして、適切に情報の記録等を行うことが可能となる。【０１４３】
これらから、製造方法例２で作製される情報記録再生装置でも、前述した本実施形態の効果が得られる。すなわち、適切に情報の記録等が行われ、かつ、消費電力の低減化が図られる。【０１４４】
次に、本実施形態の他の構成について、図１７及び図１８を参照しつつ説明する。  
図１７は、本実施形態の他の構成の例（具体例６）を表す模式断面図である。本具体例に係る情報記録再生装置は、具体例１に係る情報記録再生装置を２層に積層した構成を有する。１層目と２層目の各構成要素（電極層、記録層、整流素子等）の上下関係は同じである。なお、３層以上の構成にしてもよい。【０１４５】
図１８は、本実施形態のさらに他の構成の例（具体例７）を表す模式断面図である。本具体例に係る情報記録再生装置も、具体例１に係る情報記録再生装置を２層に積層した構成を有する。ただし、１層目と２層目の各構成要素の上下関係は逆であり、第２の配線１５（ビット線）を中心として上下対称な構成となっている。また、１層目及び２層目は、第２の配線１５を共有している。なお、３層以上の構成にしてもよい。この場合、上下方向に隣接する２つの層によって、第１の配線６と第２の配線１５とが交互に共有されることになる。【０１４６】
これら情報記録再生装置は、例えば製造方法例１または製造方法例２を複数回行うことによって作製することができる。第１の配線６または第２の配線１５が共有される場合には、これらを形成する工程等が一部省かれる。【０１４７】
次に、本実施形態の他の構成について、図１９及び図２０を参照しつつ説明する。  
図１９は、本実施形態のさらに他の構成の例（具体例８）を表す模式断面図である。本具体例に係る情報記録再生装置も、具体例１に係る情報記録再生装置であるが、記録部には具体例３または具体例４に係る記録部を用いている。すなわち、これら記録部を用いた場合に、本具体例特有の効果が得られる。これら記録部では、電場を印加した時に記録層１２内の拡散イオン元素（Ａイオン元素）が移動し、これにより記録層１２の抵抗が変化して記録等が行われる。【０１４８】
本具体例においても、電極層１３は、主面内において内側に低抵抗率部分１３ａを有し、また外側に高抵抗率部分１３ｂを有する。また、電極層１１は、主面内において抵抗率は一様である。このため、本具体例においても、前述した効果が得られる。すなわち、適切に情報の記録等が行われ、かつ、消費電力の低減化が図られる。【０１４９】
また、本具体例においては、電極層１３において、記録層１２との界面近傍に、拡散イオン元素（Ａイオン元素）を収容することのできる材料から構成される酸化物層１３ｂを有する。このため、本具体例では、拡散イオン元素の移動が容易となり、良好なスイッチング特性が得られるという効果も得られる。【０１５０】
ここで、電極層１３の主面外側に設けられる高抵抗率部分１３ｂと、電極層１３の記録層１２との界面近傍に設けられる酸化物層１３ｂとは、同じ材料であってよい。このような材料として、例えばＴｉＯｘ（０＜ｘ≦２）が挙げられる。この材料は、抵抗率が高く、また拡散イオン元素（Ａイオン元素）を収容することができる性質を有する。これら領域（電極層１３の主面外側及び記録層１２との界面近傍）にＴｉＯｘ（０＜ｘ≦２）層を設けるには、後に詳細に説明するが、例えば、電極層１３（低抵抗率部分１３ａ）の材料にＴｉＮを用い、製造時に電極層１３を表面酸化する手法を採用することができる。  
あるいは、記録層１２が酸化物から構成される場合において、記録層１２と電極層１３との界面において記録層１２から電極層１３に酸素原子が移動することによっても、酸化物層１３ｂを形成することができる。【０１５１】
次に、酸化物層（イオン収容領域）は電極層１３及び電極層１１のいずれか一方にのみ存在するのが好ましいということについて、図２０を参照しつつ説明する。  
図２０は、具体例８と対比される比較例に係る情報記録再生装置の模式断面図である。この装置においては、電極層１３の記録層１２との界面近傍に酸化物層１３ｂが設けられ、さらに、電極層１１の記録層１２との界面近傍に酸化物層１１ｂが設けられている。例として、電極層１１及び電極層１３の材料にともにＴｉＮを用いた場合を取り上げる。【０１５２】
ＴｉＮ層とＴｉ酸化物層とが積層されている場合には、印加した電圧の極性に応じて、比較的小さな電圧でスイッチが生じうる。具体的には、Ｔｉ酸化物層側を負に帯電させた場合には抵抗値が低くなり、逆にＴｉ酸化物層側を正に帯電させた場合には抵抗値は高くなる。【０１５３】
このため、図２０に表した構造のメモリセルにおいて、例えば記録層１２が低抵抗状態になるように電圧を印加した場合、すなわち、第２の配線１５側が陰極となるように電圧を印加した場合、電極層１３及び電極層１１は次のように抵抗値が変化する。電極層１３については、この層においてＴｉ酸化物層（ＴｉＯｘ（０＜ｘ≦２）層）である酸化物層１３ｂが陽極側に、ＴｉＮ層である低抵抗率部分１３ａが陰極側にあるため、抵抗値は高くなる。一方、電極層１１については、この層においてＴｉ酸化物層（ＴｉＯｘ（０＜ｘ≦２）層）である酸化物層１１ｂが陰極側に、ＴｉＮ層である低抵抗率部分１１ａが陽極側にあるため、抵抗値は低くなる。逆の電圧を印加した場合には、逆の現象（電極層１３が低抵抗状態に、電極層１１が高抵抗状態になる）が生じる。【０１５４】
このように、電極層１３及び電極層１１の両方が記録層１２との界面において酸化物層を有すると、これらのいずれかの層が意図したスイッチングとは逆のスイッチングを行う可能性がある。このため、酸化物層（イオン収容領域）は、電極層１３及び電極層１１のいずれか一方にのみ存在するのが好ましい。具体例には、酸化物層は、記録層１２が低抵抗状態になるように電圧を印加した場合に陽極側となる電極層にのみ存在するのが好ましい。【０１５５】
次に、具体例１に係るクロスポイント型の情報記録再生装置の製造方法の一例（製造方法例３）について、図２１〜図２６を参照しつつ説明する。本製造方法例では、電極層１１は、比較的酸化されやすい材料でも比較的酸化されにくい材料でもよい。特に、電極層１３の材料と電極層１１の材料とが同じであってもよい。  
図２１は、製造方法例３を表すための流れ図である。図２２〜図２５は、製造方法例３を表すための模式工程断面図である。以下、図２２〜図２５を参照しつつ説明する。【０１５６】
まず、図２２（ａ）に表したように、基板５、第２の配線１５、及び電極層１３をこの順番で一様に堆積する。これらの材料としては、製造方法例１に挙げたものを用いることができる。  
その後、図２２（ｂ）に表したように、所定の寸法パターンにより第１の方向（Ｘ方向）に沿って、例えばＲＩＥによりエッチングを行う。エッチングは、基板５と第２の配線１５との界面の深さまで行う。このようにして、第２の配線１５及び電極層１３がパターニングされる。【０１５７】
次に、この加工体に対して酸化処理を行う。これにより、電極層１３の表面付近が酸化される。この結果、図２２（ｃ）に表したように、電極層１３は、内側に低抵抗率部分１３ａを有し、表面側に高抵抗率部分１３ｂを有する構造となる。【０１５８】
その後、図２２（ｄ）に表したように、エッチングにより生じた空間に、例えばＣＶＤにより絶縁性材料を堆積し、素子間絶縁層１６を形成する。次に、例えばＣＭＰにより平坦化を行う。ここで、この平坦化処理は、低抵抗率部分１３ａが露出しないように行う。この結果、電極層１３は、Ｘ方向から見て、主面内において内側に相対的に抵抗率の低い低抵抗率部分１３ａを、また外側に相対的に抵抗率の高い高抵抗率部分１３ｂを有し、さらに、記録層１２との界面近傍において酸化物層１３ｂを有する構造となる。【０１５９】
その後、図２３（ａ）に表したように、この加工体の上に、記録層１２、電極層１１、及び整流素子８を一様に堆積する。それぞれの材料としては、製造方法例１または製造方法例２に挙げたものを用いることができる。電極層１１は、比較的酸化されやすい材料でも比較的酸化されにくい材料でもよい。【０１６０】
その後、図２３（ｂ）に表したように、所定の寸法パターンによりＸ方向に沿って、例えばＲＩＥによりエッチングを行う。エッチングは、電極層１３と記録層１２との界面の深さまで行う。このようにして、記録層１２、電極層１１、及び整流素子８がパターニングされる。なお、電極層１１に加工しにくい材料（例えば、ＴａＮ等の金属窒化物）を用いた場合は、電極層１１と整流素子８との界面深さまでエッチングを行い、その後この加工体に酸化処理を行うことができる。これにより、電極層１１は加工が容易になると考えられる。その後、電極層１１及び記録層１２のエッチングを行うことができる。【０１６１】
その後、図２３（ｃ）に表したように、エッチングにより生じた空間に、例えばＣＶＤにより絶縁性材料を堆積し、素子間絶縁層１６を形成する。次に、例えばＣＭＰにより平坦化を行う。  
その後、図２４（ａ）に表したように、この加工体の上に、第１の配線６を一様に堆積する。この材料としては、製造方法例１に挙げたものを用いることができる。【０１６２】
次に、図２４（ｂ）を参照しつつ説明する。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）のＡ−Ａ線断面図に相当する。  
図２４（ｂ）に表したように、所定の寸法パターンにより第２の方向（Ｙ方向）に沿って、例えばＲＩＥによりエッチングを行う。エッチングは、第２の配線１５と電極層１３との界面の深さまで行う。このようにして、電極層１３、記録層１２、電極層１１、整流素子８、及び第１の配線６がパターニングされる。なお、電極層１１に加工しにくい材料（例えば、ＴａＮ等の金属酸化物）を用いた場合は、電極層１１と整流素子８との界面深さまでエッチングを行い、その後この加工体に酸化処理を行うことができる。これにより、電極層１１は加工が容易になると考えられる。その後、電極層１１、整流素子８、及び第１の配線６のエッチングを行うことができる。【０１６３】
その後、図２４（ｃ）に表したように、エッチングにより生じた空間に、例えばＣＶＤにより絶縁性材料を堆積し、素子間絶縁層１６を形成する。次に、例えばＣＭＰにより平坦化を行う。これにより、具体例８に係るクロスポイント型の情報記録再生装置の要部が形成される。図２５は、図２４（ｃ）のＢ−Ｂ線断面図に相当する。【０１６４】
なお、製造方法例２と同様に、図２２（ｂ）に関して前述した１回目のエッチング工程時と、図２３（ｂ）に関して前述した２回目のエッチング工程時において、加工時の位置合わせ精度を良好に行うことが好ましい。この対策については、製造方法例２に関して前述した通りである。【０１６５】
図２６は、製造方法例３により作製された情報記録再生装置の平面図である。図２６に表したように、本情報記録再生装置でも、第１の配線６と第２の配線１５とが交叉した部分（クロスポイント）に記録部が設けられている。【０１６６】
また、電極層１３は、Ｘ方向から見て、主面内において内側に相対的に抵抗率の低い低抵抗率部分１３ａを、また外側に相対的に抵抗率の高い酸化物層１３ｂを有し、さらに、記録層１２との界面近傍において酸化物層１３ｂを有する構造になっている。また、電極層１１は、主面内において抵抗率は一様である。【０１６７】
ここで、製造方法例３で作製される情報記録再生装置は、製造方法例２と同様に一方向（Ｘ方向）のみから見て主面内の抵抗率に分布を有するが、このような場合でも本実施形態の効果が得られることは、製造方法例２に関して前述した通りである。【０１６８】
製造方法例３で作製される情報記録再生装置により、前述した効果が得られる。すなわち、適切に情報の記録等が行われ、かつ、消費電力の低減化が図られるとともに、記録層１２の拡散イオン元素（Ａイオン元素）の移動が容易となり、動作特性の安定化が図られる。  
なお、図２２（ｄ）に関して前述した平坦化工程において、低抵抗率部分１３ａが露出するように平坦化を行えば、具体例１に係る情報記録再生装置を得ることができる。【０１６９】
上記は製造方法の一例であって、前述したように、記録層１２が酸化物から構成される場合において、記録層１２と電極層１３との界面において記録層１２から電極層１３に酸素原子が移動することによっても、酸化物層１３ｂを形成することができる。この場合、図２２（ａ）に係る工程において、電極層１３の上にマスク材１７を堆積し、その後図２２（ｂ）に係るエッチング工程及び酸化処理工程を実施することができる。これにより、電極層１３は側面からのみ酸化が進行することになり、意図に反して電極層１３の全体が酸化されてしまう可能性は低減し、低抵抗率部分１３ａの形成を確実ならしめることができる。また、図２２（ｄ）に関して前述した平坦化工程において、研磨すべき領域が低減化される。【０１７０】
次に、本実施形態の他の構成について、図２７及び図２８を参照しつつ説明する。  
図２７は、本実施形態の他の構成の例（具体例９）を表す模式断面図である。本具体例に係る情報記録再生装置は、具体例８に係る情報記録再生装置を２層に積層した構成を有する。ただし、図１９に表した模式断面図とは上下関係が逆になっている。１層目と２層目の各構成要素の上下関係は同じである。なお、３層以上の構成にしてもよい。【０１７１】
図２８は、本実施形態のさらに他の構成の例（具体例１０）を表す模式断面図である。本具体例に係る情報記録再生装置も、具体例８に係る情報記録再生装置を２層に積層した構成を有する。ただし、１層目と２層目の各構成要素の上下関係は逆であり、第１の配線６（ワード線）を中心として上下対称な構成となっている。また、１層目及び２層目は、第１の配線６を共有している。なお、３層以上の構成にしてもよい。この場合、上下方向に隣接する２つの層によって、第１の配線６と第２の配線１５とが交互に共有されることになる。【０１７２】
これら情報記録再生装置は、例えば製造方法例３を複数回行うことによって作製することができる。第１の配線６または第２の配線１５が共有される場合には、これらを形成する工程等が一部省かれる。【０１７３】
以下、本実施形態に係る情報記録再生装置の応用例について説明する。  
本実施形態に係る記録部を、半導体メモリに適用した場合、プローブメモリに適用した場合、及びフラッシュメモリに適用した場合の３つについて説明する。【０１７４】
（半導体メモリ）
まず、半導体素子と組み合わせた情報記録再生装置について説明する。  
図２９は、本実施形態の記録部を備えたクロスポイント型半導体メモリを表す模式図である。  
ワード線ＷＬｉ−１，ＷＬｉ，ＷＬｉ＋１は、Ｘ方向に延び、ビット線ＢＬｊ−１，ＢＬｊ，ＢＬｊ＋１は、Ｙ方向に延びる。  
ワード線ＷＬｉ−１，ＷＬｉ，ＷＬｉ＋１の一端は、選択スイッチとしてのＭＯＳトランジスタＲＳＷを経由してワード線ドライバ＆デコーダ３１に接続され、ビット線ＢＬｊ−１，ＢＬｊ，ＢＬｊ＋１の一端は、選択スイッチとしてのＭＯＳトランジスタＣＳＷを経由してビット線ドライバ＆デコーダ＆読み出し回路３２に接続される。【０１７５】
ＭＯＳトランジスタＲＳＷのゲートには、１本のワード線（ロウ）を選択するための選択信号Ｒｉ−１，Ｒｉ，Ｒｉ＋１が入力され、ＭＯＳトランジスタＣＳＷのゲートには、１本のビット線（カラム）を選択するための選択信号Ｃｉ−１，Ｃｉ，Ｃｉ＋１が入力される。  
メモリセル３３は、ワード線ＷＬｉ−１，ＷＬｉ，ＷＬｉ＋１とビット線ＢＬｊ−１，ＢＬｊ，ＢＬｊ＋１との交叉部に配置される。いわゆるクロスポイント型セルアレイ構造である。  
メモリセル３３には、記録／再生時における回り込み電流（sneak current）を防止するためのダイオード３４が付加される。【０１７６】
図３０は、図２９に表した半導体メモリのメモリセルアレイ部の構造を表す模式図である。  
半導体チップ３０上には、ワード線ＷＬｉ−１，ＷＬｉ，ＷＬｉ＋１とビット線ＢＬｊ−１，ＢＬｊ，ＢＬｊ＋１が配置され、これら配線の交叉部にメモリセル３３と、ダイオード３４と、が配置される。なお、ダイオード３４とワード線（ＷＬｉ等）との間には、図示しないバリア層が設けられてもよい。  
このようなクロスポイント型セルアレイ構造の特長は、メモリセル３３に個別にＭＯＳトランジスタを接続する必要がないため、高集積化に有利な点にある。例えば、図３１及び図３２に表したように、メモリセル３３を積み重ねて、メモリセルアレイを３次元構造にすることも可能である。【０１７７】
本実施形態の記録層を有するメモリセル３３は、例えば、図１や図３に表したような積層構造（記録層、電極層、保護層、ヒータ層等）から構成される。１つのメモリセル３３により１ビットデータを記憶する。また、ダイオード３４は、ワード線ＷＬｉとメモリセル３３との間に配置される。なお、前述したように、ダイオード３４とワード線（ＷＬｉ等）との間には、図示しないバリア層が設けられてもよい。【０１７８】
図３１及び図３２は、メモリセルアレイの他の具体例を表す模式図である。  
図３１に表した具体例においては、Ｙ方向に延びたビット線ＢＬｊ−１，ＢＬｊ，ＢＬｊ＋１の上下に、Ｘ方向に延びたワード線ＷＬｉ−１，ＷＬｉ，ＷＬｉ＋１がそれぞれ設けられている。そして、これらビット線とワード線とのクロスポイントに、メモリセル３３、３４がそれぞれ配設されている。つまり、ビット線をその上下のメモリセルで共有した構造とされている。なお、ダイオード３４とワード線（ＷＬ（ｄ）ｉ等）との間、及びダイオード３４とビット線（ＢＬｊ等）との間には、図示しないバリア層が設けられてもよい。【０１７９】
図３２に表した具体例においては、Ｙ方向に延びたビット線ＢＬｊ−１，ＢＬｊ，ＢＬｊ＋１と、Ｘ方向に延びたワード線ＷＬｉ−１，ＷＬｉ，ＷＬｉ＋１と、が交互に積層された構造を有する。そして、これらビット線とワード線とのクロスポイントに、メモリセル３３、３４がそれぞれ配設されている。つまり、ビット線とワード線を、それらの上下のメモリセルで共有した構造とされている。なお、ダイオード３４とワード線（ＷＬ（ｄ）ｉ等）との間、ダイオード３４とビット線（ＢＬ（ｄ）ｊ）との間、及びダイオード３４とワード線（ＷＬ（ｕ）ｉ等）との間には、図示しないバリア層が設けられてもよい。  
図３１及び図３２に例示したような積層構造を採用することにより、記録密度を上げることが可能となる。【０１８０】
次に、本実施形態の記録層を用いた半導体メモリの記録／再生動作について、図２９及び図３０を参照しつつ説明する。  
ここでは、図２９において点線Ａで囲んだメモリセル３３を選択し、これについて記録／再生動作を実行する場合について説明する。【０１８１】
（具体例３に関して前述した記録層を用いた場合）
記録（セット動作）は、選択されたメモリセル３３に電圧を印加し、そのメモリセル３３内に電位勾配を発生させて電流パルスを流せばよいため、例えば、ワード線ＷＬｉの電位がビット線ＢＬｊの電位よりも相対的に低い状態を作る。ビット線ＢＬｊを固定電位（例えば、接地電位）とすれば、ワード線ＷＬｉに負の電位を与えればよい。【０１８２】
この時、点線Ａで囲まれた選択されたメモリセル３３では、Ａ１イオンの一部がワード線（陰極）ＷＬｉ側に移動し、結晶内のＡイオンがＸイオンに対して相対的に減少する。また、ワード線ＷＬｉ側に移動したＡイオンは、ワード線ＷＬｉから電子を受け取ってメタルとして析出する。【０１８３】
点線Ａで囲まれた選択されたメモリセル３３では、Ｘイオンが過剰となり、結果的に、結晶内におけるＡイオンあるいはＭイオンの価数を上昇させる。つまり、点線Ａで囲まれた選択されたメモリセル３３は、相変化によるキャリアの注入により電子伝導性を有するようになるため、記録（セット動作）が完了する。【０１８４】
なお、記録時には、非選択のワード線ＷＬｉ−１，ＷＬｉ＋１及び非選択のビット線ＢＬｊ−１，ＢＬｊ＋１については、全て同電位にバイアスしておくことが望ましい。  
また、記録前のスタンバイ時には、全てのワード線ＷＬｉ−１，ＷＬｉ，ＷＬｉ＋１及び全てのビット線ＢＬｊ−１，ＢＬｊ，ＢＬｊ＋１をプリチャージしておくことが望ましい。  
また、記録のための電流パルスは、ワード線ＷＬｉの電位がビット線ＢＬｊの電位よりも相対的に高い状態を作ることにより発生させてもよい。【０１８５】
再生に関しては、電流パルスを点線Ａで囲まれた選択されたメモリセル３３に流し、そのメモリセル３３の抵抗値を検出することにより行う。ただし、電流パルスは、メモリセル３３を構成する材料が抵抗変化を起こさない程度の微小な値とすることが必要である。【０１８６】
例えば、読み出し回路により発生した読み出し電流（電流パルス）をビット線ＢＬｊから点線Ａで囲まれたメモリセル３３に流し、読み出し回路によりそのメモリセル３３の抵抗値を測定する。既に説明した新材料を採用すれば、セット／リセット状態の抵抗値の差は、１０３以上を確保できる。【０１８７】
消去（リセット）動作に関しては、点線Ａで囲まれた選択されたメモリセル３３を大電流パルスによりジュール加熱して、そのメモリセル３３における酸化還元反応を促進させることにより行う。【０１８８】
（具体例４に関して前述した記録層を用いた場合）
記録動作（セット動作）は、選択されたメモリセル３３に電圧を印加し、そのメモリセル３３内に電位勾配を発生させて電流パルスを流せばよいため、例えば、ワード線ＷＬｉの電位をビット線ＢＬｊの電位よりも相対的に低くする。ビット線ＢＬｊを固定電位（例えば、接地電位）とすれば、ワード線ＷＬｉに負の電位を与えればよい。  
この時、点線Ａで囲まれた選択されたメモリセル３３では、第１化合物内のＡイオンの一部が第２化合物の空隙サイトに移動する。このため、第２化合物内のＡイオンあるいはＭ２イオンの価数が減少し、第１化合物内のＡイオンあるいはＭ１イオンの価数が増加する。その結果、第１及び第２化合物の結晶中に電導キャリアが発生し、両者は、共に、電気伝導性を有するようになる。  
これにより、セット動作（記録）が完了する。【０１８９】
なお、記録時には、非選択のワード線ＷＬｉ−１，ＷＬｉ＋１及び非選択のビット線ＢＬｊ−１，ＢＬｊ＋１については、全て同電位にバイアスしておくことが望ましい。  
また、記録前のスタンバイ時には、全てのワード線ＷＬｉ−１，ＷＬｉ，ＷＬｉ＋１及び全てのビット線ＢＬｊ−１，ＢＬｊ，ＢＬｊ＋１をプリチャージしておくことが望ましい。  
電流パルスは、ワード線ＷＬｉの電位がビット線ＢＬｊの電位よりも相対的に高い状態を作ることにより発生させてもよい。【０１９０】
再生動作は、電流パルスを点線Ａで囲まれた選択されたメモリセル３３に流し、そのメモリセル３３の抵抗値を検出することにより行う。ただし、電流パルスは、メモリセル３３を構成する材料が抵抗変化を起こさない程度の微小な値とすることが必要である。
例えば、読み出し回路により発生した読み出し電流（電流パルス）をビット線ＢＬｊから点線Ａで囲まれたメモリセル３３に流し、読み出し回路によりそのメモリセル３３の抵抗値を測定する。既に説明した新材料を採用すれば、セット／リセット状態の抵抗値の差は、１０３以上を確保できる。【０１９１】
リセット（消去）動作は、点線Ａで囲まれた選択されたメモリセル３３に大電流パルスを流すことにより発生するジュール熱及びその残留熱を利用して、Ａイオン元素が第２化合物内の空隙サイトから第１化合物内に戻ろうとする作用を促進してやればよい。【０１９２】
以上説明したように、本実施形態の半導体メモリによれば、現在のハードディスクやフラッシュメモリよりも高記録密度及び低消費電力を実現できる。【０１９３】
電極層に本実施形態の構成を用いることにより、前述した効果が発現される。すなわち、適切に情報の記録等が行われ、かつ、消費電力の低減化が図られる。また、電極層に具体例８〜具体例１１の構成を用いた場合には、記録層１２の拡散イオン元素（Ａイオン元素）の移動が容易となり、動作特性の安定化が図られる。【０１９４】
（プローブメモリ）
次に、プローブメモリに適用した場合について説明する。  
図３３及び図３４は、本実施形態に係るプローブメモリを表す模式図である。  
ＸＹスキャナー１６０上には、本実施形態の記録部が設けられた記録媒体が配置される。この記録媒体に対向する形で、プローブアレイが配置される。【０１９５】
プローブアレイは、基板２３と、基板２３の一面側にアレイ状に配置される複数のプローブ（ヘッド）２４と、を有する。複数のプローブ２４の各々は、例えば、カンチレバーから構成され、マルチプレクスドライバ２５，２６により駆動される。  
複数のプローブ２４は、それぞれ、基板２３内のマイクロアクチュエータを用いて個別に動作可能であるが、ここでは、全てをまとめて同じ動作をさせて記録媒体のデータエリアに対するアクセスを行う例を説明する。【０１９６】
まず、マルチプレクスドライバ２５，２６を用いて、全てのプローブ２４をＸ方向に一定周期で往復動作させ、記録媒体のサーボエリアからＹ方向の位置情報を読み出す。Ｙ方向の位置情報は、ドライバ１５０に転送される。  
ドライバ１５０は、この位置情報に基づいてＸＹスキャナー１６０を駆動し、記録媒体をＹ方向に移動させ、記録媒体とプローブとの位置決めを行う。  
両者の位置決めが完了したら、データエリア上のプローブ２４の全てに対して、同時、かつ、連続的に、データの読み出し又は書き込みを行う。  
データの読み出し及び書き込みは、プローブ２４がＸ方向に往復動作していることから連続的に行われる。また、データの読み出し及び書き込みは、記録媒体のＹ方向の位置を順次変えることにより、データエリアに対して、一行ずつ、実施される。  
なお、記録媒体をＸ方向に一定周期で往復運動させて記録媒体から位置情報を読み出し、プローブ２４をＹ方向に移動させるようにしてもよい。【０１９７】
記録媒体は、例えば、基板２０と、基板２０上の電極層２１と、電極層２１上の記録層２２とから構成される。  
記録層２２は、複数のデータエリア、並びに、複数のデータエリアのＸ方向の両端にそれぞれ配置されるサーボエリアを有する。複数のデータエリアは、記録層２２の主要部を占める。【０１９８】
サーボエリア内には、サーボバースト信号が記録される。サーボバースト信号は、データエリア内のＹ方向の位置情報を示している。  
記録層２２内には、これらの情報の他に、さらに、アドレスデータが記録されるアドレスエリア及び同期をとるためのプリアンブルエリアが配置される。  
データ及びサーボバースト信号は、記録ビット（電気抵抗変動）として記録層２２に記録される。記録ビットの“１”，“０”情報は、記録層２２の電気抵抗を検出することにより読み出す。【０１９９】
本例では、１つのデータエリアに対応して１つのプローブ（ヘッド）が設けられ、１つのサーボエリアに対して１つのプローブが設けられる。  
データエリアは、複数のトラックから構成される。アドレスエリアから読み出されるアドレス信号によりデータエリアのトラックが特定される。また、サーボエリアから読み出されるサーボバースト信号は、プローブ２４をトラックの中心に移動させ、記録ビットの読み取り誤差をなくすためのものである。  
ここで、Ｘ方向をダウントラック方向、Ｙ方向をトラック方向に対応させることにより、ＨＤＤのヘッド位置制御技術を利用することが可能になる。【０２００】
次に、このプローブメモリの記録／再生動作について説明する。  
図３５は、記録（セット動作）時の状態を説明するための概念図である。  
記録媒体は、基板（例えば、半導体チップ）２０の上に一様に設けられた電極層２１と、電極層２１の上に設けられた複数のセル状の記録層２２及び電極層１３と、複数のセルの間に堆積された素子間絶縁層１６と、電極層１３及び素子間絶縁層１６の上に設けられたコンタクト電極層１３Ｃと、コンタクト電極層１３Ｃの上に設けられた保護層１３Ｂとから構成されるものとする。保護層１３Ｂは、例えば、薄い絶縁体から構成される。【０２０１】
ここで、電極層１３は、主面内において抵抗率の分布を有する。ここでは、内側に低抵抗率部分１３ａを、また外側に酸化物層１３ｂを有する。かかる構成にすることにより、電極層１３は、記録素子内の電流を狭窄する機能を果たし、消費電力低減化の効果が得られる。また、電極層１３に具体例８〜具体例１１の構成を用いた場合には、記録層２２の拡散イオン元素（Ａイオン元素）の移動が容易となり、動作特性の安定化が図られる。【０２０２】
記録動作は、記録層２２表面に電圧を印加し、記録層２２に電位勾配を発生させることにより行う。具体的には、電流／電圧パルスを記録層２２に与えればよい。  
再生に関しては、電流パルスを記録層２２に流し、記録層２２の抵抗値を検出することにより行う。ただし、電流パルスは、記録層２２を構成する材料が抵抗変化を起こさない程度の微小な値とする。【０２０３】
例えば、センスアンプＳ／Ａにより発生した読み出し電流（電流パルス）をプローブ２４から記録層２２に流し、センスアンプＳ／Ａにより記録層２２の抵抗値を測定する。  
なお、再生では、記録媒体上をプローブ２４により走査（スキャン）することで、連続再生が可能となる。【０２０４】
消去（リセット）動作に関しては、記録層２２を大電流パルスによりジュール加熱して、記録層２２における酸化還元反応を促進させることにより行う。あるいは、セット動作時とは逆向きの電位差を与えるパルスを印加してもよい。  
消去動作は、記録層２２のセルごとに行うこともできるし、複数の記録層２２のセル単位で行うこともできる。  
本実施形態のプローブメモリによれば、現在のハードディスクやフラッシュメモリよりも高記録密度及び低消費電力を実現できる。  
（フラッシュメモリ）
本実施形態は、フラッシュメモリに適用することも可能である。    
図３６は、フラッシュメモリのメモリセルを表す模式断面図である。  
フラッシュメモリのメモリセルは、ＭＩＳ（metal-insulator-semiconductor）トランジスタから構成される。【０２０５】
半導体基板４１の表面領域には、拡散層４２が形成される。拡散層４２の間のチャネル領域上には、ゲート絶縁層４３が形成される。ゲート絶縁層４３上には、本実施形態の記録部４４（記録層（ＲＲＡＭ：Resistive  ＲＡＭ）及び上下電極層）が形成される。記録部４４上には、コントロールゲート電極４５が形成される。  
半導体基板４１は、ウェル領域でもよく、また、半導体基板４１と拡散層４２とは、互いに逆の導電型を有する。コントロールゲート電極４５は、ワード線となり、例えば、導電性ポリシリコンから構成される。【０２０６】
図３６を参照しつつ、その基本動作について説明する。  
セット（書き込み）動作は、コントロールゲート電極４５に電位Ｖ１を与え、半導体基板４１に電位Ｖ２を与えることにより実行する。  
電位Ｖ１，Ｖ２の差は、記録部４４が相変化又は抵抗変化するのに十分な大きさであることが必要であるが、その向きについては、特に、限定されない。  
すなわち、Ｖ１＞Ｖ２及びＶ１＜Ｖ２のいずれでもよい。  
例えば、初期状態（リセット状態）において、記録部４４が絶縁体（抵抗大）であると仮定すると、実質的にゲート絶縁層４３が厚くなったことになるため、メモリセル（ＭＩＳトランジスタ）の閾値は、高くなる。【０２０７】
この状態から電位Ｖ１，Ｖ２を与えて記録部４４を導電体（抵抗小）に変化させると、実質的にゲート絶縁層４３が薄くなったことになるため、メモリセル（ＭＩＳトランジスタ）の閾値は、低くなる。  
なお、電位Ｖ２は、半導体基板４１に与えたが、これに代えて、メモリセルのチャネル領域に拡散層４２から電位Ｖ２を転送するようにしてもよい。【０２０８】
リセット（消去）動作は、コントロールゲート電極４５に電位Ｖ１’を与え、拡散層４２の一方に電位Ｖ３を与え、拡散層４２の他方に電位Ｖ４（＜Ｖ３）を与えることにより実行する。  
電位Ｖ１’は、セット状態のメモリセルの閾値を越える値にする。  
この時、メモリセルは、オンになり、電子が拡散層４２の他方から一方に向かって流れると共に、ホットエレクトロンが発生する。このホットエレクトロンは、ゲート絶縁層４３を介して記録部４４に注入されるため、記録部４４の温度が上昇する。【０２０９】
これにより、記録部４４は、導電体（抵抗小）から絶縁体（抵抗大）に変化するため、実質的にゲート絶縁層４３が厚くなったことになり、メモリセル（ＭＩＳトランジスタ）の閾値は、高くなる。  
このように、フラッシュメモリと類似した原理により、メモリセルの閾値を変えることができるため、フラッシュメモリの技術を利用して、本実施形態の例に係る情報記録再生装置を実用化できる。【０２１０】
（ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ）
図３７は、ＮＡＮＤセルユニットの回路図である。  
また、図３８は、本実施形態に係るＮＡＮＤセルユニットの構造を表す模式図である。【０２１１】
Ｐ型半導体基板４１ａ内には、Ｎ型ウェル領域４１ｂ及びＰ型ウェル領域４１ｃが形成される。Ｐ型ウェル領域４１ｃ内に、本実施形態の例に係るＮＡＮＤセルユニットが形成される。  
ＮＡＮＤセルユニットは、直列接続される複数のメモリセルＭＣからなるＮＡＮＤストリングと、その両端に１つずつ接続される合計２つのセレクトゲートトランジスタＳＴとから構成される。【０２１２】
メモリセルＭＣ及びセレクトゲートトランジスタＳＴは、同じ構造を有する。具体的には、これらは、Ｎ型拡散層４２と、Ｎ型拡散層４２の間のチャネル領域上のゲート絶縁層４３と、ゲート絶縁層４３上の記録部４４（記録層（ＲＲＡＭ）及び上下電極層）と、記録部４４上のコントロールゲート電極４５と、から構成される。【０２１３】
メモリセルＭＣの記録部４４の状態（絶縁体／導電体）は、上述した基本動作により変化させることが可能である。これに対し、セレクトゲートトランジスタＳＴの記録部４４は、セット状態、すなわち、導電体（抵抗小）に固定される。  
セレクトゲートトランジスタＳＴの１つは、ソース線ＳＬに接続され、他の１つは、ビット線ＢＬに接続される。【０２１４】
セット（書き込み）動作前には、ＮＡＮＤセルユニット内の全てのメモリセルは、リセット状態（抵抗大）になっているものとする。  
セット（書き込み）動作は、ソース線ＳＬ側のメモリセルＭＣからビット線ＢＬ側のメモリセルに向かって１つずつ順番に行われる。  
選択されたワード線（コントロールゲート電極）ＷＬに書き込み電位としてＶ１（プラス電位）を与え、非選択のワード線ＷＬに転送電位（メモリセルＭＣがオンになる電位）としてＶpassを与える。【０２１５】
ソース線ＳＬ側のセレクトゲートトランジスタＳＴをオフ、ビット線ＢＬ側のセレクトゲートトランジスタＳＴをオンにし、ビット線ＢＬから選択されたメモリセルＭＣのチャネル領域にプログラムデータを転送する。  
例えば、プログラムデータが“１”のときは、選択されたメモリセルＭＣのチャネル領域に書き込み禁止電位（例えば、Ｖ１と同じ程度の電位）を転送し、選択されたメモリセルＭＣの記録部４４の抵抗値が高い状態から低い状態に変化しないようにする。  
また、プログラムデータが“０”のときは、選択されたメモリセルＭＣのチャネル領域にＶ２（＜Ｖ１）を転送し、選択されたメモリセルＭＣの記録部４４の抵抗値を高い状態から低い状態に変化させる。【０２１６】
リセット（消去）動作では、例えば、全てのワード線（コントロールゲート電極）ＷＬにＶ１’を与え、ＮＡＮＤセルユニット内の全てのメモリセルＭＣをオンにする。また、２つのセレクトゲートトランジスタＳＴをオンにし、ビット線ＢＬにＶ３を与え、ソース線ＳＬにＶ４（＜Ｖ３）を与える。  
この時、ホットエレクトロンがＮＡＮＤセルユニット内の全てのメモリセルＭＣの記録部４４に注入されるため、ＮＡＮＤセルユニット内の全てのメモリセルＭＣに対して一括してリセット動作が実行される。【０２１７】
読み出し動作は、選択されたワード線（コントロールゲート電極）ＷＬに読み出し電位（プラス電位）を与え、非選択のワード線（コントロールゲート電極）ＷＬには、メモリセルＭＣがデータ“０”、“１”によらず必ずオンになる電位を与える。  
また、２つのセレクトゲートトランジスタＳＴをオンにし、ＮＡＮＤストリングに読み出し電流を供給する。  
選択されたメモリセルＭＣは、読み出し電位が印加されると、それに記憶されたデータの値に応じてオン又はオフになるため、例えば、読み出し電流の変化を検出することにより、データを読み出すことができる。【０２１８】
なお、図３８に表した構造では、セレクトゲートトランジスタＳＴは、メモリセルＭＣと同じ構造を有しているが、例えば、図３９に表したように、セレクトゲートトランジスタＳＴについては、記録部を形成せずに、通常のＭＩＳトランジスタとすることも可能である。【０２１９】
図４０は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの変形例を表す模式図である。  
この変形例は、ＮＡＮＤストリングを構成する複数のメモリセルＭＣのゲート絶縁層がＰ型半導体層４７に置き換えられている構造を有する。  
高集積化が進み、メモリセルＭＣが微細化されると、電圧を与えていない状態で、Ｐ型半導体層４７は、空乏層で満たされることになる。【０２２０】
セット（書き込み）時には、選択されたメモリセルＭＣのコントロールゲート電極４５にプラスの書き込み電位（例えば、３．５Ｖ）を与え、かつ、非選択のメモリセルＭＣのコントロールゲート電極４５にプラスの転送電位（例えば、１Ｖ）を与える。  
この時、ＮＡＮＤストリング内の複数のメモリセルＭＣのＰ型ウェル領域４１ｃの表面がＰ型からＮ型に反転し、チャネルが形成される。【０２２１】
そこで、上述したように、ビット線ＢＬ側のセレクトゲートトランジスタＳＴをオンにし、ビット線ＢＬから選択されたメモリセルＭＣのチャネル領域にプログラムデータ“０”を転送すれば、セット動作を行うことができる。【０２２２】
リセット（消去）は、例えば、全てのコントロールゲート電極４５にマイナスの消去電位（例えば、−３．５Ｖ）を与え、Ｐ型ウェル領域４１ｃ及びＰ型半導体層４７に接地電位（０Ｖ）を与えれば、ＮＡＮＤストリングを構成する全てのメモリセルＭＣに対して一括して行うことができる。【０２２３】
読み出し時には、選択されたメモリセルＭＣのコントロールゲート電極４５にプラスの読み出し電位（例えば、０．５Ｖ）を与え、かつ、非選択のメモリセルＭＣのコントロールゲート電極４５に、メモリセルＭＣがデータ“０”、“１”によらず必ずオンになる転送電位（例えば、１Ｖ）を与える。【０２２４】
ただし、“１”状態のメモリセルＭＣの閾値電圧Ｖｔｈ”１”は、０Ｖ  ＜  Ｖｔｈ”１”  ＜  ０．５Ｖの範囲内にあるものとし、“０”状態のメモリセルＭＣの閾値電圧Ｖｔｈ”０”は、０．５Ｖ  ＜  Ｖｔｈ”０”  ＜  １Ｖの範囲内にあるものとする。  
また、２つのセレクトゲートトランジスタＳＴをオンにし、ＮＡＮＤストリングに読み出し電流を供給する。  
このような状態にすれば、選択されたメモリセルＭＣに記憶されたデータの値に応じてＮＡＮＤストリングに流れる電流量が変わるため、この変化を検出することにより、データを読み出すことができる。【０２２５】
なお、この変形例においては、Ｐ型半導体層４７のホールドープ量がＰ型ウェル領域４１ｃのそれよりも多く、かつ、Ｐ型半導体層４７のフェルミレベルがＰ型ウェル領域４１ｃのそれよりも０．５Ｖ程度深くなっていることが望ましい。  
これは、コントロールゲート電極４５にプラスの電位を与えたときに、Ｎ型拡散層４２間のＰ型ウェル領域４１ｃの表面部分からＰ型からＮ型への反転が開始し、チャネルが形成されるようにするためである。【０２２６】
このようにすることで、例えば、書き込み時には、非選択のメモリセルＭＣのチャネルは、Ｐ型ウェル領域４１ｃとＰ型半導体層４７の界面のみに形成され、読み出し時には、ＮＡＮＤストリング内の複数のメモリセルＭＣのチャネルは、Ｐ型ウェル領域４１ｃとＰ型半導体層４７の界面のみに形成される。  
つまり、メモリセルＭＣの記録部４４が導電体（セット状態）であっても、拡散層４２とコントロールゲート電極４５とが短絡することはない。【０２２７】
（ＮＯＲ型フラッシュメモリ）  
図４１は、ＮＯＲセルユニットの回路図である。  
また、図４２は、本実施形態の例に係るＮＯＲセルユニットの構造を表す模式図である。【０２２８】
Ｐ型半導体基板４１ａ内には、Ｎ型ウェル領域４１ｂ及びＰ型ウェル領域４１ｃが形成されている。Ｐ型ウェル領域４１ｃ内に、本実施形態の例に係るＮＯＲセルが形成されている。  
ＮＯＲセルは、ビット線ＢＬとソース線ＳＬとの間に接続される１つのメモリセル（ＭＩＳトランジスタ）ＭＣから構成される。  
メモリセルＭＣは、Ｎ型拡散層４２と、Ｎ型拡散層４２の間のチャネル領域上のゲート絶縁層４３と、ゲート絶縁層４３上の記録部４４（記録層（ＲＲＡＭ）及び上下電極層）と、記録部４４上のコントロールゲート電極４５と、から構成される。メモリセルＭＣの記録部４４の状態（絶縁体／導電体）は、上述の基本動作により変化させることが可能である。【０２２９】
（２トランジスタ型フラッシュメモリ）
図４３は、２トランジスタ型セルユニットの回路図である。  
また、図４４は、本実施形態に係る２トラセルユニットの構造を表す模式図である。【０２３０】
２トランジスタ型セルユニットは、ＮＡＮＤセルユニットの特徴とＮＯＲセルの特徴とを併せ持った新たなセル構造として最近開発されたものである。  
Ｐ型半導体基板４１ａ内には、Ｎ型ウェル領域４１ｂ及びＰ型ウェル領域４１ｃが形成される。Ｐ型ウェル領域４１ｃ内に、本実施形態の例に係る２トランジスタ型セルユニットが形成される。【０２３１】
２トランジスタ型セルユニットは、直列接続される１つのメモリセルＭＣと１つのセレクトゲートトランジスタＳＴとから構成される。  
メモリセルＭＣ及びセレクトゲートトランジスタＳＴは、同じ構造を有する。具体的には、これらは、Ｎ型拡散層４２と、Ｎ型拡散層４２の間のチャネル領域上のゲート絶縁層４３と、ゲート絶縁層４３上の記録部（記録層（ＲＲＡＭ）及び上下電極層）と、記録部４４上のコントロールゲート電極４５と、から構成される。  
メモリセルＭＣの記録部４４の状態（絶縁体／導電体）は、上述の基本動作により変化させることが可能である。これに対し、セレクトゲートトランジスタＳＴの記録部４４は、セット状態、すなわち、導電体（抵抗小）に固定される。【０２３２】
セレクトゲートトランジスタＳＴは、ソース線ＳＬに接続され、メモリセルＭＣは、ビット線ＢＬに接続される。  
メモリセルＭＣの記録部４４の状態（絶縁体／導電体）は、上述の基本動作により変化させることが可能である。  
図４４に表した構造では、セレクトゲートトランジスタＳＴは、メモリセルＭＣと同じ構造を有しているが、例えば、図４５に表したように、セレクトゲートトランジスタＳＴについては、記録部を形成せずに、通常のＭＩＳトランジスタとすることも可能である。【０２３３】
上記以外にも、本実施形態で提案する材料及び原理を、現在のハードディスクやＤＶＤなどの記録媒体に適用することも可能である。  
電極層に本実施形態の構成を用いることにより、消費電力の低減化が図られる。また、電極層に具体例８〜具体例１１の構成を用いた場合には、記録層１２の拡散イオン元素（Ａイオン元素）の移動が容易となり、動作特性の安定化が図られる。【０２３４】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る情報記録再生装置によれば、電極層に本実施形態の構成を用いることにより、消費電力の低減化が図られる。また、抵抗率の分布を有する層を適宜選択することにより、適切に情報の記録等が行われる。さらに、電極層に具体例８〜具体例１１の構成を用いた場合には、記録層１２の拡散イオン元素（Ａイオン元素）の移動が容易となり、動作特性の安定化が図られる。【０２３５】
なお、本実施形態の例は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、本実施形態の例は、成膜された直後の状態を初期状態として、セット、リセットを定義したが、セット、リセットの定義は任意のものであり、本実施形態の例に限定されるものではない。さらに、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２３６】
本発明によれば、高記録密度かつ低消費電力で、安定動作可能な不揮発性の情報記録再生装置が提供される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【国際調査報告】
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