(57)【要約】【課題】抵抗変化素子において、より多くの抵抗値を容易に設定できるようにする。【解決手段】抵抗変化素子５を、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出でき、イオンの量に応じて抵抗が変化する抵抗変化層２と、抵抗変化層上に互いに離隔して設けられ、イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層３Ａ及び第２イオン伝導層３Ｂと、第１イオン伝導層上及び第２イオン伝導層上にそれぞれ設けられ、イオンを吸蔵、放出できる第１イオン吸蔵放出層４Ａ及び第２イオン吸蔵放出層４Ｂとを備えるものとする。【選択図】図１
2019195022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出でき、前記イオンの量に応じて抵抗が変化する抵抗変化層と、
前記抵抗変化層上に互いに離隔して設けられ、前記イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層及び第２イオン伝導層と、
前記第１イオン伝導層上及び前記第２イオン伝導層上にそれぞれ設けられ、前記イオンを吸蔵、放出できる第１イオン吸蔵放出層及び第２イオン吸蔵放出層とを備えることを特徴とする抵抗変化素子。
【請求項２】
前記第１イオン吸蔵放出層及び前記第２イオン吸蔵放出層のそれぞれに電気的に接続され、情報の読み出しに用いられ、情報の書き込みに用いられる場合もある第１電極及び第２電極と、
前記抵抗変化層に電気的に接続され、情報の書き込みに用いられる第３電極とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の抵抗変化素子。
【請求項３】
前記第１イオン吸蔵放出層及び前記第２イオン吸蔵放出層が、それぞれ、前記第１電極及び前記第２電極も兼ねており、
前記第３電極は、前記抵抗変化層の下側に設けられていることを特徴とする、請求項２に記載の抵抗変化素子。
【請求項４】
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ、前記第１イオン吸蔵放出層上及び前記第２イオン吸蔵放出層上に設けられており、
前記第３電極は、前記抵抗変化層の下側に設けられていることを特徴とする、請求項２に記載の抵抗変化素子。
【請求項５】
少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出できるイオン吸蔵放出層と、
前記イオン吸蔵放出層上に互いに離隔して設けられ、前記イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層及び第２イオン伝導層と、
前記第１イオン伝導層上及び前記第２イオン伝導層上にそれぞれ設けられ、前記イオンを吸蔵、放出でき、前記イオンの量に応じて抵抗が変化する第１抵抗変化層及び第２抵抗変化層とを備えることを特徴とする抵抗変化素子。
【請求項６】
前記第１抵抗変化層及び前記第２抵抗変化層のそれぞれに電気的に接続され、情報の読み出しに用いられ、情報の書き込みに用いられる場合もある第１電極及び第２電極と、
前記イオン吸蔵放出層に電気的に接続され、情報の書き込みに用いられる第３電極とを備えることを特徴とする、請求項５に記載の抵抗変化素子。
【請求項７】
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ、前記第１抵抗変化層上及び前記第２抵抗変化層上に設けられており、
前記イオン吸蔵放出層が、前記第３電極も兼ねていることを特徴とする、請求項６に記載の抵抗変化素子。
【請求項８】
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ、前記第１抵抗変化層上及び前記第２抵抗変化層上に設けられており、
前記第３電極は、前記イオン吸蔵放出層の下側に設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の抵抗変化素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の抵抗変化素子と、
前記抵抗変化素子に接続され、前記抵抗変化素子へ情報の書き込みを行なう書込回路と、
前記抵抗変化素子に接続され、前記抵抗変化素子から情報の読み出しを行なう読出回路とを備えることを特徴とする記憶装置。
【請求項１０】
少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出でき、前記イオンの量に応じて抵抗が変化する抵抗変化層を形成する工程と、
前記抵抗変化層上に互いに離隔するように、前記イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層及び第２イオン伝導層を形成する工程と、
前記第１イオン伝導層上及び前記第２イオン伝導層上に、それぞれ、前記イオンを吸蔵、放出できる第１イオン吸蔵放出層及び第２イオン吸蔵放出層を形成する工程とを含むことを特徴とする抵抗変化素子の製造方法。
【請求項１１】
少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出できるイオン吸蔵放出層を形成する工程と、
前記イオン吸蔵放出層上に互いに離隔するように、前記イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層及び第２イオン伝導層を形成する工程と、
前記第１イオン伝導層上及び前記第２イオン伝導層上に、それぞれ、前記イオンを吸蔵、放出でき、前記イオンの量に応じて抵抗が変化する第１抵抗変化層及び第２抵抗変化層を形成する工程とを含むことを特徴とする抵抗変化素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗変化素子及びその製造方法、記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、正極活物質層と負極活物質層の間で電解質層を通ってイオンが移動することで充電、放電を行なう二次電池の原理を用い、その構成を利用した情報記憶素子が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２１４３１号公報
【特許文献２】特開２０１４−５６８８８号公報
【特許文献３】特開２００３−１５７６７２号公報
【特許文献４】国際公開第２０１２／０８９３６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、記憶装置に備えられる抵抗変化素子に上述の二次電池の構成を適用する場合、例えば、正極活物質層を、イオンを吸蔵、放出でき、イオンの量に応じて抵抗が変化する抵抗変化層に利用し、電解質層を、イオンを伝導し、電子を伝導しないイオン伝導層に利用し、負極活物質層を、イオンを吸蔵、放出できるイオン吸蔵放出層に利用することが考えられる。
【０００５】
この場合、抵抗変化層とイオン吸蔵放出層の間でイオン伝導層を通ってイオンが移動することで、抵抗変化層のイオンの量が変化し、これに応じて抵抗が変化するため、抵抗変化素子として機能させることができる。
しかしながら、従来の抵抗変化素子は、抵抗変化の幅が小さく、多くの抵抗値を設定することが難しい。
【０００６】
本発明は、より多くの抵抗値を容易に設定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、抵抗変化素子は、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出でき、イオンの量に応じて抵抗が変化する抵抗変化層と、抵抗変化層上に互いに離隔して設けられ、イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層及び第２イオン伝導層と、第１イオン伝導層上及び第２イオン伝導層上にそれぞれ設けられ、イオンを吸蔵、放出できる第１イオン吸蔵放出層及び第２イオン吸蔵放出層とを備える。
【０００８】
１つの態様では、抵抗変化素子は、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出できるイオン吸蔵放出層と、イオン吸蔵放出層上に互いに離隔して設けられ、イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層及び第２イオン伝導層と、第１イオン伝導層上及び第２イオン伝導層上にそれぞれ設けられ、イオンを吸蔵、放出でき、イオンの量に応じて抵抗が変化する第１抵抗変化層及び第２抵抗変化層とを備える。
【０００９】
１つの態様では、記憶装置は、上述の抵抗変化素子と、抵抗変化素子に接続され、抵抗変化素子へ情報の書き込みを行なう書込回路と、抵抗変化素子に接続され、抵抗変化素子から情報の読み出しを行なう読出回路とを備える。
１つの態様では、抵抗変化素子の製造方法は、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出でき、イオンの量に応じて抵抗が変化する抵抗変化層を形成する工程と、抵抗変化層上に互いに離隔するように、イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層及び第２イオン伝導層を形成する工程と、第１イオン伝導層上及び第２イオン伝導層上に、それぞれ、イオンを吸蔵、放出できる第１イオン吸蔵放出層及び第２イオン吸蔵放出層を形成する工程とを含む。
【００１０】
１つの態様では、抵抗変化素子の製造方法は、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出できるイオン吸蔵放出層を形成する工程と、イオン吸蔵放出層上に互いに離隔するように、イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層及び第２イオン伝導層を形成する工程と、第１イオン伝導層上及び第２イオン伝導層上に、それぞれ、イオンを吸蔵、放出でき、イオンの量に応じて抵抗が変化する第１抵抗変化層及び第２抵抗変化層を形成する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１１】
１つの側面として、より多くの抵抗値を容易に設定できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態にかかる抵抗変化素子の構成を示す模式的断面図である。
【図２】本実施形態にかかる抵抗変化素子の構成を示す模式図である。
【図３】本実施形態にかかる抵抗変化素子の構成例を示す模式的断面図である。
【図４】本実施形態にかかる抵抗変化素子の他の構成を示す模式的断面図である。
【図５】本実施形態にかかる抵抗変化素子の他の構成を示す模式的断面図である。
【図６】本実施形態にかかる抵抗変化素子の他の構成を示す模式的断面図である。
【図７】本実施形態にかかる抵抗変化素子及びこれを備える記憶装置の構成を示す図である。
【図８】人のニューロンを模したクロスバー構造を示す図である。
【図９】２値の抵抗値を持つ抵抗変化素子における抵抗値の読み取りを説明するための図である。
【図１０】本実施形態にかかる抵抗変化素子の具体的な構成例における充電カーブを示す図である。
【図１１】本実施形態にかかる抵抗変化素子の具体的な構成例における放電カーブを示す図である。
【図１２】本実施形態にかかる抵抗変化素子の具体的な構成例において各充放電時に計測された電流値を示している。
【図１３】本実施形態にかかる抵抗変化素子の具体的な構成例において各充放電時に計測された電流値に基づいて算出した抵抗値を各充放電電圧に対応づけてプロットし、電子伝導性の変化とイオン伝導性の変化として示した図である。
【図１４】（Ａ）、（Ｂ）は、イオン伝導の場合、電子伝導の場合と比較して、多値化が容易になることを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる抵抗変化素子及びその製造方法、記憶装置について、図１〜図１４を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる抵抗変化素子は、正極活物質層と負極活物質層の間で電解質層を通ってイオンが移動することで充電、放電を行なう二次電池の構成を適用した抵抗変化素子である。なお、二次電池を、固体二次電池又はイオン電池ともいう。また、抵抗変化素子を、抵抗変化型メモリ、メモリ素子又はメムリスタともいう。
【００１４】
つまり、二次電池の正極活物質層を、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出でき、このイオンの量に応じて抵抗が変化する抵抗変化層に利用し、電解質層を、このイオンを伝導し、電子を伝導しないイオン伝導層に利用し、負極活物質層を、このイオンを吸蔵、放出できるイオン吸蔵放出層に利用する。なお、イオンを伝導イオンともいう。
この場合、抵抗変化層とイオン吸蔵放出層の間でイオン伝導層を通ってイオンが移動することで、抵抗変化層のイオンの量が変化し、これに応じて抵抗が変化するため、抵抗変化素子として機能させることができる。
【００１５】
また、抵抗変化層の中のイオンの量を連続的に変化させ、その抵抗を連続的に変化させることもできるため、多くの抵抗値（メモリ値）を記憶することができる多値抵抗変化素子（多値メモリ）を実現することも可能である。このため、例えばニューロコンピュータに実装されるのに適している。
このため、図１に示すように、本実施形態の抵抗変化素子は、基板１の上方に、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出でき、このイオンの量に応じて抵抗が変化する抵抗変化層２と、抵抗変化層２上に互いに離隔して設けられ、このイオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層３Ａ及び第２イオン伝導層３Ｂと、第１イオン伝導層３Ａ上及び第２イオン伝導層３Ｂ上にそれぞれ設けられ、このイオンを吸蔵、放出できる第１イオン吸蔵放出層４Ａ及び第２イオン吸蔵放出層４Ｂとを備える。なお、図１中、符号６は第３電極を示している。
【００１６】
ここで、抵抗変化層２は、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出でき、このイオンの量に応じて抵抗が変化する材料からなる。また、第１イオン伝導層３Ａ及び第２イオン伝導層３Ｂは、このイオンを伝導し、電子を伝導しない材料からなる。また、第１イオン吸蔵放出層４Ａ及び第２イオン吸蔵放出層４Ｂは、このイオンを吸蔵、放出できる材料からなる。
【００１７】
本実施形態では、抵抗変化層２は、イオン電池に用いられる正極活物質からなる正極活物質層であり、第１イオン吸蔵放出層４Ａ及び第２イオン吸蔵放出層４Ｂは、イオン電池に用いられる負極活物質からなる負極活物質層であり、第１イオン伝導層３Ａ及び第２イオン伝導層３Ｂは、イオン電池に用いられる固体電解質からなる固体電解質層である。
このような抵抗変化素子５では、負極活物質、固体電解質、正極活物質は、固体電解質を通るイオンによって決められる。
【００１８】
例えば、Ｌｉイオンを用いる場合、負極活物質は、Ｌｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃ等、固体電解質は、Ｌｉ３ＰＯ４、ＬｉＰＯＮ、Ｌｉ９Ａｌ３（ＰＯ４）２（Ｐ２Ｏ７）３、ＬＡＧＰ、ＡｌＰＯ４、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２、Ｌｉ５Ｌａ３Ｎｂ２Ｏ１２、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｌｉ３ＢＯ３等、正極活物質は、ＭｏＳ２、ＭｎＯ２、Ｓ、Ｌｉ２Ｍ’ＳＯ４Ｆ、ＬｉＭ’ＢＯ３、ＦｅＦ３、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ２ＭｎＯ４、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、Ｌｉ２ＣｏＰＯ４Ｆ、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、Ｌｉ２ＣｏＰ２Ｏ７、Ｌｉ２ＦｅＰ２Ｏ７、Ｌｉ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３ＭｎＯ２、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３、ＬｉＴｉ２（ＰＯ４）等を用いれば良い。なお、この場合、リチウムイオン系抵抗変化素子ともいう。
【００１９】
この場合、負極活物質は、Ｌｉと合金化可能な電子伝導性を示す金属であることが好ましい。
なお、Ｌｉイオン以外のイオンを用いても良い。
例えば、Ｎａイオンを用いる場合、負極活物質は、Ｎａ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ等、固体電解質は、Ａｌ２Ｏ３、ＮａＰＯ４等、正極活物質は、ＭｎＯ２、ＮａＣｏＯ２、ＮａＮｉＯ２、ＮａＦｅＰ２Ｏ７、ＮａＦｅＰＯ４、Ｎａ３Ｖ２（ＰＯ４）３、ＭｏＳ２等を用いれば良い。なお、この場合、ナトリウムイオン系抵抗変化素子ともいう。
【００２０】
また、例えば、Ｍｇイオンを用いる場合、負極活物質は、Ｍｇ等、固体電解質は、Ｍｇ（ＢＨ４）（ＮＨ２）、ＭｇＩｎ２Ｓ４等、正極活物質は、ＭｎＯ２、ＭｇＭ’ＳｉＯ４、ＭｏＳ２等を用いれば良い。なお、この場合、マグネシウムイオン系抵抗変化素子ともいう。
また、例えば、Ａｇイオンを用いる場合、負極活物質は、Ａｇ等、固体電解質は、Ａｇ３ＰＯ４等、正極活物質は、ＭｎＯ２、ＭｏＳ２等を用いれば良い。なお、この場合、銀イオン系抵抗変化素子ともいう。
【００２１】
また、例えば、Ｃｕイオンを用いる場合、負極活物質は、Ｃｕ等、固体電解質は、ＣｕＰＯ４等、正極活物質は、ＭｎＯ２、ＣｕＣｌＬａＴａ２Ｏ７、ＭｏＳ２等を用いれば良い。なお、この場合、銅イオン系抵抗変化素子ともいう。
また、例えば、Ｚｎイオンを用いる場合、負極活物質は、Ｚｎ等、固体電解質は、ＺｎＩｎ２Ｓ４等、正極活物質は、ＭｎＯ２、Ａｇ２Ｏ、ＭｏＳ２等を用いれば良い。なお、この場合、亜鉛イオン系抵抗変化素子ともいう。
【００２２】
特に、本実施形態では、図１に示すように、第１イオン伝導層３Ａ及び第２イオン伝導層３Ｂが、抵抗変化層２上に互いに離隔して設けられており、これらの第１イオン伝導層３Ａ上及び第２イオン伝導層３Ｂ上に、第１イオン吸蔵放出層４Ａ及び第２イオン吸蔵放出層４Ｂがそれぞれ設けられている。
この場合、抵抗変化素子５は、図２に示すように、抵抗変化層（正極活物質層）２の上下両側に、イオン伝導層（固体電解質層）３Ａ、３Ｂ、イオン吸蔵放出層（負極活物質層）４Ａ、４Ｂを順に積層した構造を有すると見ることもできる。
【００２３】
そして、抵抗値（メモリ値）の書き込みを行なうための書込回路７が、抵抗変化層（正極活物質層）２と一方のイオン吸蔵放出層（負極活物質層）４Ｂに電気的に接続される。ここでは、書込回路７は電源（充放電装置）９を含む。また、抵抗値（メモリ値）の読み出しを行なうための読出回路８が、上下両側のイオン吸蔵放出層（負極活物質層）４Ａ、４Ｂに電気的に接続される。ここでは、読出回路８は電流計１０及び電源１１を含む。
【００２４】
このような構造を採用することで、抵抗変化層２におけるイオンの量（濃度）の変化によってイオン伝導性（イオン伝導率）が変化する抵抗変化素子５を実現することができる。なお、イオン伝導性をイオン導電性ともいう。またイオン伝導率をイオン導電率ともいう。
つまり、上述のような構造を採用した場合、抵抗値（メモリ値）の読み出し時に、図１に示すように、抵抗変化層２上に離隔して設けられた、第１イオン伝導層３Ａと第１イオン吸蔵放出層４Ａを積層した第１部分１２及び第２イオン伝導層３Ｂと第２イオン吸蔵放出層４Ｂを積層した第２部分１３のそれぞれに電気的に接続された端子１４、１５間（即ち、後述の第１電極１６と第２電極１７の間）に電圧を印加すると、抵抗変化層２におけるイオンの量（濃度）に応じて、第１イオン吸蔵放出層４Ａ、第１イオン伝導層３Ａ、抵抗変化層２の間でイオンの移動が起こるとともに、第２イオン吸蔵放出層４Ｂ、第２イオン伝導層３Ｂ、抵抗変化層２の間でイオンの移動が起こり、これによって外部回路としての読出回路８に見かけの電流が流れるため、この電流値をモニタし、これに基づいて、抵抗変化層２の抵抗値（メモリ値）を読み出すことになる。
【００２５】
なお、この場合、図２に示すように、抵抗変化層（正極活物質層）２の上下両側にそれぞれ設けられた第１及び第２イオン伝導層（固体電解質層）３Ａ、３Ｂ、第１及び第２イオン吸蔵放出層（負極活物質層）４Ａ、４Ｂは、伝導イオンのみを通し、伝導イオンをブロックしない電極と見ることもできるため、これらをまとめてノンブロッキング電極ともいう。この場合、抵抗変化層（正極活物質層）２を上下両側からノンブロッキング電極で挟み込み、伝導イオンの流れに対する外部回路の電流を読み取ることになる。
【００２６】
ここでは、抵抗変化層２の抵抗値（メモリ値）、即ち、抵抗変化層２におけるイオンの量（濃度）に応じて変化するイオンの移動量、即ち、イオン伝導性を抵抗変化として読み出している。つまり、抵抗変化層２の中の電子の移動量、即ち、電子伝導性（電子伝導）を読み出すのとは異なり、第１イオン吸蔵放出層４Ａ、第１イオン伝導層３Ａ、抵抗変化層２の間や第２イオン吸蔵放出層４Ｂ、第２イオン伝導層３Ｂ、抵抗変化層２の間でイオンの溶解析出によって起こるイオンの移動量、即ち、イオン伝導性（イオン伝導）を抵抗変化として読み出している。
【００２７】
これに対し、従来のように、単に抵抗変化層上に離隔して２つの金属電極を設けただけでは、電子伝導性を読み出すことができるが、イオン伝導性を読み出すことはできない。つまり、従来のように、単に抵抗変化層上に離隔して２つの金属電極を設け、これらの金属電極間に電圧を印加して、抵抗変化層の抵抗値（メモリ値）を読み出す場合、抵抗変化層を介して電子が移動するだけであり、イオンの移動は起こらない。このため、電子伝導性を読み出すことができるが、イオン伝導性を読み出すことはできない。
【００２８】
なお、例えば、抵抗変化層２にＬｉＣｏＯ２（ＬＣＯ）を用いる場合、ＬｉＣｏＯ２は電子伝導性とイオン伝導性の両方の性質を持つ混合導電体であるため、従来のように、単に抵抗変化層２上に離隔して２つの金属電極を設けて、電子伝導性を読み出すことも可能であるが、本実施形態では、上述のように構成することで、電子伝導性を読み出すのではなく、イオン伝導性を読み出すようにする。
【００２９】
このように、抵抗変化層２である正極活物質層の充放電に伴うイオン伝導性の変化による抵抗変化（イオン抵抗変化）を読み出すことが可能な抵抗変化素子５を実現することができる。
つまり、従来の抵抗変化素子では、抵抗変化層である正極活物質層の充放電に伴う電子伝導性の変化による抵抗変化を読み出す（読み取る）ようにしている。これに対し、本実施形態の抵抗変化素子では、抵抗変化層２である正極活物質層の充放電に伴うイオン伝導性の変化による抵抗変化を読み出す（読み取る）ようにしている。このため、本実施形態の抵抗変化素子を、イオン抵抗変化素子、イオン抵抗変化型メモリ、又は、イオン伝導読み取り型メムリスタともいう。
【００３０】
そして、イオン伝導は、電子伝導よりも高抵抗である。このため、電子伝導性による抵抗変化を読み出す場合と比較して、イオン伝導性による抵抗変化を読み出す場合は抵抗変化の幅が大きくなる［例えば図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）参照］。
このため、上述のようにしてイオン伝導性の変化による抵抗変化を読み出すように構成することで、より多くの抵抗値（メモリ値）を容易に設定できることになる［例えば図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）参照］。つまり、高抵抗なイオン伝導を読み出すように構成することで、より多くのメモリ値を設定可能な多値メモリを実現できることになる。また、各抵抗値（メモリ値）を判断するための閾値の間隔を広くすることができるため、各抵抗値（メモリ値）の判断が容易となり、読み出し時のエラーも少なくなる。例えば、高抵抗で精密に制御可能なＬｉＣｏＯ２を抵抗変化層２に用いることで、高抵抗なイオン伝導を精密に制御することが可能となる。
【００３１】
また、上述のような構造を採用することで、抵抗変化層２に書き込まれている抵抗値（メモリ値）を変化させずに、抵抗値（メモリ値）を読み出すことが可能になる。
つまり、上述のような構造を採用した場合、抵抗値（メモリ値）の読み出し時に電圧を印加すると、第１イオン吸蔵放出層４Ａ、第１イオン伝導層３Ａ、抵抗変化層２の間でイオンの移動が起こるとともに、第２イオン吸蔵放出層４Ｂ、第２イオン伝導層３Ｂ、抵抗変化層２の間でイオンの移動が起こる。この場合、第１イオン吸蔵放出層４Ａ、第１イオン伝導層３Ａ、抵抗変化層２の間でのイオンの移動方向と、第２イオン吸蔵放出層４Ｂ、第２イオン伝導層３Ｂ、抵抗変化層２の間でのイオンの移動方向は逆になり、一方では抵抗変化層２にイオンが吸蔵され、他方では抵抗変化層２からイオンが放出されるため、抵抗変化層２の中のイオンの量、即ち、抵抗変化層２に書き込まれている抵抗値（メモリ値）は変化しない。このため、抵抗変化層２に書き込まれている抵抗値（メモリ値）を変化させずに、抵抗値（メモリ値）を読み出すことが可能でなる。
【００３２】
ところで、本実施形態では、図１に示すように、第１イオン吸蔵放出層４Ａ及び第２イオン吸蔵放出層４Ｂのそれぞれに電気的に接続され、情報の読み出しに用いられ、情報の書き込みに用いられる場合もある第１電極１６及び第２電極１７と、抵抗変化層２に電気的に接続され、情報の書き込みに用いられる第３電極６とが設けられている。なお、第３電極６は端子１８に接続されている。
【００３３】
この場合、情報（抵抗値；メモリ値）の書き込みを行なうときには、第１電極１６と第３電極６の間に電圧を印加するか、第２電極１７と第３電極６の間に電圧を印加するか、第１電極１６と第３電極６の間及び第２電極１７と第３電極６の間に電圧を印加すれば良い。また、情報の読み出しを行なうときは、第１電極１６と第２電極１７の間に電圧を印加すれば良い。
【００３４】
特に、本実施形態では、第１イオン吸蔵放出層４Ａ及び第２イオン吸蔵放出層４Ｂが、それぞれ、第１電極１６及び第２電極１７も兼ねている。また、第３電極６は、抵抗変化層２の下側に設けられている。なお、第３電極６は金属電極とすれば良い。
例えば、Ｌｉイオンを用いる抵抗変化素子５の場合、例えば図３に示すように、基板１をガラス基板１とし、抵抗変化層２をＬｉＣｏＯ２（ＬＣＯ）層とし、第１イオン伝導層３Ａ及び第２イオン伝導層３ＢをＬｉ３ＰＯ４層（固体電解質層）とし、第１電極１６及び第２電極１７も兼ねる第１イオン吸蔵放出層４Ａ及び第２イオン吸蔵放出層４ＢをＬｉ層とし、第３電極６をＰｔ／Ｔｉ層（金属層）とすれば良い。なお、図３では、図１の中の端子１４を端子Ａｎ１とし、図１の中の端子１５をＡｎ２とし、図１の中の端子１８をＣａ１としている。
【００３５】
なお、これに限られるものではなく、例えば図４に示すように、第１電極１６及び第２電極１７を、それぞれ、第１イオン吸蔵放出層４Ａ上及び第２イオン吸蔵放出層４Ｂ上に設け、第３電極６を、抵抗変化層２の下側に設けても良い。この場合、第１電極１６、第２電極１７及び第３電極６は、金属電極とすれば良い。
次に、本実施形態にかかる抵抗変化素子の製造方法について説明する。
【００３６】
本実施形態にかかる抵抗変化素子の製造方法は、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出でき、イオンの量に応じて抵抗が変化する抵抗変化層２を形成する工程と、抵抗変化層２上に互いに離隔するように、イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層３Ａ及び第２イオン伝導層３Ｂを形成する工程と、第１イオン伝導層３Ａ上及び第２イオン伝導層３Ｂ上に、それぞれ、イオンを吸蔵、放出できる第１イオン吸蔵放出層４Ａ及び第２イオン吸蔵放出層４Ｂを形成する工程とを含む（例えば図１、図４参照）。
【００３７】
例えば、Ｌｉイオンを用いる場合、図３に示すように、ガラス基板１上に、第３電極としてのＰｔ／Ｔｉ層６、抵抗変化層２としてのＬｉＣｏＯ２層、第１及び第２イオン伝導層３Ａ、３ＢとしてのＬｉ３ＰＯ４層、第１及び第２イオン吸蔵放出層４Ａ、４ＢとしてのＬｉ層を、マスクを用いて積層することで、抵抗変化素子５を製造することができる。
ところで、上述の実施形態では、第１イオン伝導層３Ａ及び第２イオン伝導層３Ｂを、抵抗変化層２上に互いに離隔して設け、これらの第１イオン伝導層３Ａ上及び第２イオン伝導層３Ｂ上に、第１イオン吸蔵放出層４Ａ及び第２イオン吸蔵放出層４Ｂをそれぞれ設けた構造（例えば図１参照）を例に挙げて説明しているが、これに限られるものはなく、逆に、図５に示すように、第１イオン伝導層３Ａ及び第２イオン伝導層３Ｂを、イオン吸蔵放出層４上に互いに離隔して設け、これらの第１イオン伝導層３Ａ上及び第２イオン伝導層３Ｂ上に、第１抵抗変化層２Ａ及び第２抵抗変化層２Ｂをそれぞれ設けた構造としても良い。
【００３８】
この場合、抵抗変化素子５は、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出できるイオン吸蔵放出層４と、イオン吸蔵放出層４上に互いに離隔して設けられ、イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層３Ａ及び第２イオン伝導層３Ｂと、第１イオン伝導層３Ａ上及び第２イオン伝導層３Ｂ上にそれぞれ設けられ、イオンを吸蔵、放出でき、イオンの量に応じて抵抗が変化する第１抵抗変化層２Ａ及び第２抵抗変化層２Ｂとを備えるものとなる。
【００３９】
このように構成する場合も、上述の実施形態のように構成する場合と同様に、抵抗変化の幅を大きくすることができ、より多くの抵抗値（メモリ値）を容易に設定できることになる。また、各抵抗値（メモリ値）を判断するための閾値の間隔を広くすることができるため、各抵抗値（メモリ値）の判断が容易となり、読み出し時のエラーも少なくなる。また、第１及び第２抵抗変化層２Ａ、２Ｂに書き込まれている抵抗値（メモリ値）を変化させずに、抵抗値（メモリ値）を読み出すことが可能になる。
【００４０】
この場合、第１抵抗変化層２Ａ及び第２抵抗変化層２Ｂのそれぞれに電気的に接続され、情報の読み出しに用いられ、情報の書き込みに用いられる場合もある第１電極１６及び第２電極１７と、イオン吸蔵放出層４に電気的に接続され、情報の書き込みに用いられる第３電極６とを備えるものとすれば良い。
特に、ここでは、第１電極１６及び第２電極１７は、それぞれ、第１抵抗変化層２Ａ上及び第２抵抗変化層２Ｂ上に設けられており、イオン吸蔵放出層４が、第３電極６も兼ねている。
【００４１】
なお、これに限られるものではなく、例えば、図６に示すように、第１電極１６及び第２電極１７を、それぞれ、第１抵抗変化層２Ａ上及び第２抵抗変化層２Ｂ上に設け、第３電極６を、イオン吸蔵放出層４の下側に設けても良い。
また、この場合、イオン吸蔵放出層４は、イオン電池に用いられる負極活物質からなる負極活物質層であり、第１イオン伝導層３Ａ及び第２イオン伝導層３Ｂは、イオン電池に用いられる固体電解質からなる固体電解質層であり、第１抵抗変化層２Ａ及び第２抵抗変化層２Ｂは、イオン電池に用いられる正極活物質からなる正極活物質層である。
【００４２】
さらに、この場合、抵抗変化素子の製造方法は、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出できるイオン吸蔵放出層４を形成する工程と、イオン吸蔵放出層４上に互いに離隔するように、イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層３Ａ及び第２イオン伝導層３Ｂを形成する工程と、第１イオン伝導層３Ａ上及び第２イオン伝導層３Ｂ上に、それぞれ、イオンを吸蔵、放出でき、イオンの量に応じて抵抗が変化する第１抵抗変化層２Ａ及び第２抵抗変化層２Ｂを形成する工程とを含むものとすれば良い（例えば図５、図６参照）。
【００４３】
なお、その他の詳細は、上述の実施形態の場合と同様にすれば良い。
ところで、上述のように構成される抵抗変化素子５を用いて、例えばニューラルネットワークを構成することができる。
例えば、図７に示すように、ニューラルネットワーク１９は、ｍ（ここではｍ＝２）本の入力ワイヤ２０（ここでは２０Ａ、２０Ｂ）、ｎ（ここではｎ＝３）本の出力ワイヤ２１（ここでは２１Ａ〜２１Ｃ）、ｍ×ｎ個の抵抗変化素子Ｒ１１〜Ｒｍｎ（ここではＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３）、直流電源Ｓ１１〜Ｓｍｎ（ここではＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３）によって構成することができる。
【００４４】
つまり、ニューラルネットワーク１９は、上述のように構成される抵抗変化素子５（Ｒ１１〜Ｒｍｎ；ここではＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３）と、入力ワイヤ２０及び出力ワイヤ２１によって構成されるクロスバー構造２４と、直流電源Ｓ１１〜Ｓｍｎ（ここではＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３）とを備えるものとして構成することができる。なお、入力ワイヤ２０、出力ワイヤ２１を、入力バー、出力バー、あるいは、単にバーともいう。
【００４５】
なお、ここでは、ｍ×ｎ個の抵抗変化素子５のそれぞれに、符号Ｒ１１〜Ｒｍｎ（ここではＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３）を付している。
ここで、各入力ワイヤ２０Ａ、２０Ｂから電圧Vｉ（１≦ｉ≦ｍ）を入力すると、各出力ワイヤ２１Ａ〜２１Ｃから応答電流Ｉｊ（１≦ｊ≦ｎ）が出力される。
Ｉｊは、各抵抗変化素子Ｒ１１〜Ｒｍｎ（ここではＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３）の持つ抵抗値Ｒｉｊ（重み値に相当)を変化させることで、チューニングすることが可能である。
【００４６】
つまり、各抵抗変化素子Ｒ１１〜Ｒｍｎ（ここではＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３）に直流電源Ｓ１１〜Ｓｍｎ（ここではＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３）によって電圧を印加して、各抵抗変化素子Ｒ１１〜Ｒｍｎ（ここではＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３）の持つ抵抗値を変化させることで、各出力ワイヤ２１Ａ〜２１Ｃから出力される応答電流Ｉｊを変化させることができる。
【００４７】
このため、上述の抵抗変化素子５を備えるものとして構成されるニューラルネットワーク１９は、記憶装置として機能する。
この場合、抵抗変化素子５に接続されている入力ワイヤ２０及び出力ワイヤ２１は、抵抗変化素子５から抵抗値（メモリ値；重み値；データ；情報）を読み出すための読出回路２２として機能する。
【００４８】
また、抵抗変化素子５に接続されている直流電源Ｓ１１〜Ｓｍｎ（ここではＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３）を含む回路は、抵抗変化素子５に抵抗値（メモリ値；重み値；データ；情報）を書き込むための書込回路２３として機能する。
このため、記憶装置１９は、上述のように構成される抵抗変化素子５と、抵抗変化素子５に接続され、抵抗変化素子５へ情報の書き込みを行なう書込回路２３と、抵抗変化素子５に接続され、抵抗変化素子５から情報の読み出しを行なう読出回路２２とを備えることになる。
【００４９】
なお、上述のようなクロスバー構造２４を備えるニューラルネットワーク１９を含むものとして、ニューロコンピュータを構成することができる。
ところで、上述のような構成を採用しているのは、以下の理由による。
近年、人間の神経伝達回路を模したニューロコンピュータの研究が注目を浴びている。
そのきっかけとなったのが、従来、コンピュータでは困難であった画像認識や音声認識が、ニューラルネットワークとディープラーニングを応用した技術によって大きな進歩を遂げたことにある。
【００５０】
ニューラルネットワークを用いた機械学習は、教師データ（入力データと正解出力データの組み合わせ）を用いて個々のシナプス結合の強度を変化させることで、実際の出力データを正解出力データに近づける、というプロセスをとる。
そして、シナプス結合の強度は、入力データの各要素を出力データに反映する際の重み値ｗと対応付けられる。
【００５１】
このプロセスを経ることで、新たな大量の入力データに対して、機械自身が判断し、出力データを予測することが可能となる。
コンピュータ内で当該重み値付けを行なうために、その重み値をメモリに記憶させておく方法がある。
しかしながら、毎回、その重み値を読み出すことになり、処理速度低下、消費電力増大の招くことになる。
【００５２】
そこで、人の脳を模したニューロコンピュータの一つのアーキテクチャとして、図８に示すような人のニューロンを模したクロスバー構造（Cross Bar Switch）がある。
このクロスバー構造は、入力ワイヤ（入力バー；ｍ本；ここではｍ＝４）、出力ワイヤ（出力バー；ｎ本；ここではｎ＝４）と、これらの入力ワイヤ−出力ワイヤ間に備えられる抵抗変化素子（ｍ×ｎ個）で構成されている。
【００５３】
このように、入力バーと出力バーの接合部には、結合の強さを可逆的に変化させるシナプスの役割をもった抵抗変化素子が必要である。そして、抵抗変化素子の持つ抵抗値Ｒをもって、入力データの各要素を出力データに反映する際の重み値ｗを記憶することができる。
ところで、２値の抵抗値（メモリ値）を持つ抵抗変化素子では、例えば図９に示すように、その中に可変抵抗（Ｒｒｅａｌ）と基準抵抗（Ｒｒｅｆ１）が組み込まれており、両方の抵抗に同じ電圧（例えば０．１Ｖ）をかけて電流を読み取る際に、基準抵抗の電流よりも大きいか小さいかを比較し、２値の抵抗値の０か１を判断するようになっている。
【００５４】
しかしながら、抵抗変化素子には、できるだけ異なる値がとれる多値メモリが用いられることが好ましい。
従来、例えば酸化物を用いた抵抗変化型メモリ、例えばリチウム二次電池の正極活物質材料（例えばＬｉＣｏＯ２など）の充放電状態変化に伴う電子伝導性変化を応用した抵抗変化型メモリなどが提案されている。
【００５５】
しかしながら、抵抗変化の幅が小さいため、メモリ値（抵抗値）の多値化が十分にできないという課題があった。
そこで、抵抗変化の幅を大きくし、より多くのメモリ値（抵抗値）を容易に設定できるようにすべく、上述のような構成を採用している（例えば図１、図２、図４〜図６参照）。
【００５６】
したがって、本実施形態にかかる抵抗変化素子及びその製造方法、記憶装置は、より多くの抵抗値（メモリ値）を容易に設定できるという効果を有する。
つまり、抵抗変化の幅を大きくすることができ、より多くの抵抗値（メモリ値）を容易に設定できる（例えば図１３、図１４参照）。
また、各抵抗値（メモリ値）を判断するための閾値の間隔を広くすることができるため、各抵抗値（メモリ値）の判断が容易となり、読み出し時のエラーも少なくなる（例えば図１４参照）。
【００５７】
このように、従来の電子伝導性を利用するメムリスタ（メモリスタ）と比較して、本実施形態のようにイオン伝導性を利用するメムリスタとすることで、抵抗変化の幅が大きくなるため、多値化が容易になり、読み出し時のエラーも少なくなる。
また、可逆的に抵抗値（メモリ値）を段階的に変化させることも可能であり、消費電力を低減することが可能である。
【００５８】
また、１つのイオンに対して１つの電子が反応するのみであるため、書き込み電力を小さくすることができる。
このように、処理速度の低下や消費電力の増加を招くことなく、さらなる多値化を図ることができる。
また、抵抗変化層２（あるいは第１及び第２抵抗変化層２Ａ、２Ｂ）に書き込まれている抵抗値（メモリ値）を変化させずに、抵抗値（メモリ値）を読み出すことが可能になる。
【００５９】
ところで、以下のようにして抵抗変化素子５を作製し、その効果を確認したところ、従来の電子伝導性を利用する場合と比較して、抵抗変化の幅が大きくなり、多値化が容易になることが確認できた。
ここでは、図３に示すような構造を有し、Ｌｉイオンを用いる抵抗変化素子５を薄膜で作製することで、イオン伝導性のみを読み出せるようにした。
【００６０】
具体的には、ガラス基板１上に、第３電極としてのＰｔ／Ｔｉ層６、抵抗変化層２である正極活物質層としてのＬｉＣｏＯ２層（ＬＣＯ層）、第１及び第２イオン伝導層３Ａ、３Ｂである固体電解質層としてのＬｉ３ＰＯ４層、第１及び第２イオン吸蔵放出層４Ａ、４Ｂである負極活物質層としてのＬｉ層（Ｌｉ金属層）を、マスクを用いて積層することで、ＬｉＣｏＯ２正極活物質層２上の両側にそれぞれＬｉ３ＰＯ４固体電解質層３Ａ、３Ｂ、Ｌｉ負極活物質層４Ａ、４Ｂを積層した第１部分１２及び第２部分１３を備える抵抗変化素子５を作製した。なお、ここでは、第１及び第２負極活物質層４Ａ、４ＢとしてのＬｉ層は、第１電極１６及び第２電極１７を兼ねる。
【００６１】
ここで、薄膜は、例えばＲＦスパッタ法（例えばキャノンアネルバＥ４００）を用いて作製すれば良い。また、ＬｉＣｏＯ２正極活物質層２は、厚さを約３０００ｎｍとし、Ｌｉ３ＰＯ４固体電解質層３Ａ、３Ｂは、厚さを約２０００ｎｍとし、Ｌｉ負極活物質層４Ａ、４Ｂは、厚さを約２０００ｎｍとすれば良い。
また、第１電極１６としてのＬｉ層４Ａに端子Ａｎ１を電気的に接続し、第２電極１７としてのＬｉ層４Ｂに端子Ａｎ２を電気的に接続し、第３電極６としてのＰｔ／Ｔｉ層に端子Ｃａ１を電気的に接続した。
【００６２】
また、端子Ａｎ１と端子Ｃａ１、及び、端子Ａｎ２と端子Ｃａ１を、それぞれ、書込回路７（例えば図２参照）に接続し、書き込み時にこれらの端子間に電圧が印加されるようにした。
ここでは、書き込み時に、電池動作における充電を行なう場合には、端子Ｃａ１が正、端子Ａｎ１が負、あるいは、端子Ｃａ１が正、端子Ａｎ２が負となるように電圧が印加され、逆に、電池動作における放電を行なう場合には、端子Ｃａ１が負、端子Ａｎ１が正、あるいは、端子Ｃａ１が負、端子Ａｎ２が正となるように、極性を逆にして、電圧が印加されるようにした。
【００６３】
また、端子Ａｎ１と端子Ａｎ２を、読出回路８（例えば図２参照）に接続し、読み出し時にこれらの端子間に電圧が印加されるようにし、これに応じて流れる電流値を計測できるようにした。
このようにして抵抗変化素子５（イオン伝導読み取り型メムリスタ）を作製した後、以下のようにして、その効果を確認した。
【００６４】
ここで、上述のようにして作製した抵抗変化素子５では、例えば約３Ｖ、約３．５Ｖ、約３．８３Ｖ、約３．８７Ｖの電圧を印加した場合に、図１０に示すような充電カーブが得られ、充電後に約３．５Ｖ、約３．０Ｖ、約２．０Ｖの電圧を印加した場合に、図１１に示すような放電カーブが得られ、電池動作、即ち、充電動作及び放電動作を確認することができた。
【００６５】
まず、抵抗変化素子５への書き込みを行なうべく、即ち、ＬｉＣｏＯ２正極活物質層２の充電を行なうべく、充電動作によって、ＬｉＣｏＯ２正極活物質層２からＬｉイオンを放出（脱出）させ、結晶構造内のＬｉイオンの量（濃度）を変化させ、イオン伝導性を変化させた。
ここでは、充電動作としては、Ａｎ１−Ｃａ１間に約３．０Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流充電を行なった。また、Ａｎ２−Ｃａ１間に約３．０Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流充電を行なった。
【００６６】
そして、抵抗変化素子５からの読み出し、即ち、イオン伝導の読み取りを行なった。
ここでは、Ａｎ１−Ａｎ２間に約０．１Ｖの直流電圧を約１秒印加し、電流値を計測した。
次に、抵抗変化素子５への書き込みを行なうべく、充電動作として、Ａｎ１−Ｃａ１間に約３．５Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流充電を行なった。また、Ａｎ２−Ｃａ１間に約３．５Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流充電を行なった。
【００６７】
そして、抵抗変化素子５からの読み出しを行なうべく、Ａｎ１−Ａｎ２間に約０．１Ｖの直流電圧を約１秒印加し、電流値を計測した。
次に、抵抗変化素子５への書き込みを行なうべく、充電動作として、Ａｎ１−Ｃａ１間に約３．８３Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流充電を行なった。また、Ａｎ２−Ｃａ１間に約３．８３Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流充電を行なった。
【００６８】
そして、抵抗変化素子５からの読み出しを行なうべく、Ａｎ１−Ａｎ２間に約０．１Ｖの直流電圧を約１秒印加し、電流値を計測した。
次に、抵抗変化素子５への書き込みを行なうべく、充電動作として、Ａｎ１−Ｃａ１間に約３．８７Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流充電を行なった。また、Ａｎ２−Ｃａ１間に約３．８７Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流充電を行なった。
【００６９】
そして、抵抗変化素子５からの読み出しを行なうべく、Ａｎ１−Ａｎ２間に約０．１Ｖの直流電圧を約１秒印加し、電流値を計測した。
次に、可逆的に変化することを確認するために、抵抗変化素子５への書き込みを行なうべく、放電動作として、Ａｎ１−Ｃａ１間に約３．５Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流放電を行なった。また、Ａｎ２−Ｃａ１間に約３．５Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流放電を行なった。
【００７０】
そして、抵抗変化素子５からの読み出しを行なうべく、Ａｎ１−Ａｎ２間に約０．１Ｖの直流電圧を約１秒印加し、電流値を計測した。
次に、抵抗変化素子５への書き込みを行なうべく、放電動作として、Ａｎ１−Ｃａ１間に約３．０Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流放電を行なった。また、Ａｎ２−Ｃａ１間に約３．０Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流放電を行なった。
【００７１】
そして、抵抗変化素子５からの読み出しを行なうべく、Ａｎ１−Ａｎ２間に約０．１Ｖの直流電圧を約１秒印加し、電流値を計測した。
次に、抵抗変化素子５への書き込みを行なうべく、放電動作として、Ａｎ１−Ｃａ１間に約２．０Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流放電を行なった。また、Ａｎ２−Ｃａ１間に約２．０Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流放電を行なった。
【００７２】
そして、抵抗変化素子５からの読み出しを行なうべく、Ａｎ１−Ａｎ２間に約０．１Ｖの直流電圧を約１秒印加し、電流値を計測した。
次に、抵抗変化素子５への書き込みを行なうべく、充電動作として、Ａｎ１−Ｃａ１間に約３．５Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流充電を行なった。また、Ａｎ２−Ｃａ１間に約３．５Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流充電を行なった。
【００７３】
そして、抵抗変化素子５からの読み出しを行なうべく、Ａｎ１−Ａｎ２間に約０．１Ｖの直流電圧を約１秒印加し、電流値を計測した。
次に、抵抗変化素子５への書き込みを行なうべく、充電動作として、Ａｎ１−Ｃａ１間に約３．８７Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流充電を行なった。また、Ａｎ２−Ｃａ１間に約３．８７Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流充電を行なった。
【００７４】
そして、抵抗変化素子５からの読み出しを行なうべく、Ａｎ１−Ａｎ２間に約０．１Ｖの直流電圧を約１秒印加し、電流値を計測した。
次に、抵抗変化素子５への書き込みを行なうべく、放電動作として、Ａｎ１−Ｃａ１間に約１．５Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流放電を行なった。また、Ａｎ２−Ｃａ１間に約１．５Ｖを終止電圧として、約１μＡの定電流放電を行なった。
【００７５】
そして、抵抗変化素子５からの読み出しを行なうべく、Ａｎ１−Ａｎ２間に約０．１Ｖの直流電圧を約１秒印加し、電流値を計測した。
ここで、図１２は、上述の各充放電時に計測された電流値を示している。
図１２では、読み取り時の印加電圧は、初期の９秒は開回路状態を保ち、１０秒時に約０．１Ｖを約１秒印加したため、その時間における電流値の変化を示している。
【００７６】
また、図１２中、Ｃ１  ３．０Ｖは、１回目の３．０Ｖ電圧印加による充電時に計測された電流値を示している。また、Ｃ１  ３．５Ｖは、１回目の３．５Ｖ電圧印加による充電時に計測された電流値を示している。また、Ｃ１  ３．８３Ｖは、１回目の３．８３Ｖ電圧印加による充電時に計測された電流値を示している。また、Ｃ１  ３．８７Ｖは、１回目の３．８７Ｖ電圧印加による充電時に計測された電流値を示している。また、Ｄ１  ３．５Ｖは、１回目の３．５Ｖ電圧印加による放電時に計測された電流値を示している。また、Ｄ１  ３．０Ｖは、１回目の３．０Ｖ電圧印加による放電時に計測された電流値を示している。また、Ｄ１  ２．０Ｖは、１回目の２．０Ｖ電圧印加による放電時に計測された電流値を示している。
【００７７】
図１２において、約１０秒時の電流ピークはセル構造内のキャパシタチャージによる電流応答を示し、ＬｉＣｏＯ２正極活物質層２の電子伝導性の変化として観測されたものである。
また、約１１秒時へ向けて電流値の減少が見られるが、これは、Ｌｉ３ＰＯ４固体電解質層３Ａ、３Ｂ内のＬｉイオンの移動に伴うキャパシタンス成分であると推測される。
【００７８】
また、約１１秒時付近における電流値は、電子及びイオンのキャパシタチャージが終了し、それと同時に、Ａｎ１−Ａｎ２間のＬｉの溶解析出反応が開始し、ＬｉＣｏＯ２正極活物質層２のイオン伝導性のみが観測された状態である。
ここで、図１３は、約１０秒時を電子伝導、約１１秒時をイオン伝導として、各充放電時に計測された電流値に基づいて算出した抵抗値を各充放電電圧に対応づけてプロットし、これらを線でつないで、電子伝導性の変化（電子抵抗の変化）とイオン伝導性の変化（イオン抵抗の変化）として示したものである。
【００７９】
図１３に示すように、イオン伝導は電子伝導よりも高抵抗であり、電子伝導性の変化（電子抵抗の変化）と比較して、イオン伝導性の変化（イオン抵抗の変化）は抵抗変化の幅が大きくなることが確認できた。
このように、抵抗変化の幅が大きくなるため、多値化が容易になる。
例えば、電子伝導の場合、図１４（Ａ）に示すように、各メモリ値０、１、２、３に対して計測される電流値（読み取り電流Ｉの値）の差、即ち、電流値の変化の幅が小さいため、これらに基づいて算出される抵抗値の差、即ち、抵抗変化の幅も小さい。このため、各メモリ値０、１、２、３を判定するための閾値ｒｅｆ１、ｒｅｆ２、ｒｅｆ３の幅も狭くなるため、各メモリ値０、１、２、３の判断も難しくなる。
【００８０】
これに対し、イオン伝導の場合、図１４（Ｂ）に示すように、各メモリ値０、１、２、３に対して計測される電流値（読み取り電流Ｉの値）の差、即ち、電流値の変化の幅が大きいため、これらに基づいて算出される抵抗値の差、即ち、抵抗変化の幅も大きい。このため、各メモリ値０、１、２、３を判定するための閾値ｒｅｆ１、ｒｅｆ２、ｒｅｆ３の幅も広くなるため、各メモリ値０、１、２、３の判断も容易となる。
【００８１】
このように、イオン伝導の場合、電子伝導の場合と比較して、抵抗変化の幅が大きくなり、閾値ｒｅｆ１、ｒｅｆ２、ｒｅｆ３の幅が広くなって各メモリ値０、１、２、３の判断が容易となるため、多値化が容易になる。
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【００８２】
以下、上述の実施形態に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出でき、前記イオンの量に応じて抵抗が変化する抵抗変化層と、
前記抵抗変化層上に互いに離隔して設けられ、前記イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層及び第２イオン伝導層と、
前記第１イオン伝導層上及び前記第２イオン伝導層上にそれぞれ設けられ、前記イオンを吸蔵、放出できる第１イオン吸蔵放出層及び第２イオン吸蔵放出層とを備えることを特徴とする抵抗変化素子。
【００８３】
（付記２）
前記第１イオン吸蔵放出層及び前記第２イオン吸蔵放出層のそれぞれに電気的に接続され、情報の読み出しに用いられ、情報の書き込みに用いられる場合もある第１電極及び第２電極と、
前記抵抗変化層に電気的に接続され、情報の書き込みに用いられる第３電極とを備えることを特徴とする、付記１に記載の抵抗変化素子。
【００８４】
（付記３）
前記第１イオン吸蔵放出層及び前記第２イオン吸蔵放出層が、それぞれ、前記第１電極及び前記第２電極も兼ねており、
前記第３電極は、前記抵抗変化層の下側に設けられていることを特徴とする、付記２に記載の抵抗変化素子。
【００８５】
（付記４）
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ、前記第１イオン吸蔵放出層上及び前記第２イオン吸蔵放出層上に設けられており、
前記第３電極は、前記抵抗変化層の下側に設けられていることを特徴とする、付記２に記載の抵抗変化素子。
【００８６】
（付記５）
前記抵抗変化層は、イオン電池に用いられる正極活物質からなる正極活物質層であり、
前記第１イオン伝導層及び前記第２イオン伝導層は、前記イオン電池に用いられる固体電解質からなる固体電解質層であり、
前記第１イオン吸蔵放出層及び前記第２イオン吸蔵放出層は、前記イオン電池に用いられる負極活物質からなる負極活物質層であることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の抵抗変化素子。
【００８７】
（付記６）
少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出できるイオン吸蔵放出層と、
前記イオン吸蔵放出層上に互いに離隔して設けられ、前記イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層及び第２イオン伝導層と、
前記第１イオン伝導層上及び前記第２イオン伝導層上にそれぞれ設けられ、前記イオンを吸蔵、放出でき、前記イオンの量に応じて抵抗が変化する第１抵抗変化層及び第２抵抗変化層とを備えることを特徴とする抵抗変化素子。
【００８８】
（付記７）
前記第１抵抗変化層及び前記第２抵抗変化層のそれぞれに電気的に接続され、情報の読み出しに用いられ、情報の書き込みに用いられる場合もある第１電極及び第２電極と、
前記イオン吸蔵放出層に電気的に接続され、情報の書き込みに用いられる第３電極とを備えることを特徴とする、付記６に記載の抵抗変化素子。
【００８９】
（付記８）
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ、前記第１抵抗変化層上及び前記第２抵抗変化層上に設けられており、
前記イオン吸蔵放出層が、前記第３電極も兼ねていることを特徴とする、付記７に記載の抵抗変化素子。
【００９０】
（付記９）
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ、前記第１抵抗変化層上及び前記第２抵抗変化層上に設けられており、
前記第３電極は、前記イオン吸蔵放出層の下側に設けられていることを特徴とする、付記７に記載の抵抗変化素子。
【００９１】
（付記１０）
前記イオン吸蔵放出層は、前記イオン電池に用いられる負極活物質からなる負極活物質層であり、
前記第１イオン伝導層及び前記第２イオン伝導層は、前記イオン電池に用いられる固体電解質からなる固体電解質層であり、
前記第１抵抗変化層及び前記第２抵抗変化層は、前記イオン電池に用いられる正極活物質からなる正極活物質層であることを特徴とする、付記６〜９のいずれか１項に記載の抵抗変化素子。
【００９２】
（付記１１）
付記１〜１０のいずれか１項に記載の抵抗変化素子と、
前記抵抗変化素子に接続され、前記抵抗変化素子へ情報の書き込みを行なう書込回路と、
前記抵抗変化素子に接続され、前記抵抗変化素子から情報の読み出しを行なう読出回路とを備えることを特徴とする記憶装置。
【００９３】
（付記１２）
少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出でき、前記イオンの量に応じて抵抗が変化する抵抗変化層を形成する工程と、
前記抵抗変化層上に互いに離隔するように、前記イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層及び第２イオン伝導層を形成する工程と、
前記第１イオン伝導層上及び前記第２イオン伝導層上に、それぞれ、前記イオンを吸蔵、放出できる第１イオン吸蔵放出層及び第２イオン吸蔵放出層を形成する工程とを含むことを特徴とする抵抗変化素子の製造方法。
【００９４】
（付記１３）
少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出できるイオン吸蔵放出層を形成する工程と、
前記イオン吸蔵放出層上に互いに離隔するように、前記イオンを伝導し、電子を伝導しない第１イオン伝導層及び第２イオン伝導層を形成する工程と、
前記第１イオン伝導層上及び前記第２イオン伝導層上に、それぞれ、前記イオンを吸蔵、放出でき、前記イオンの量に応じて抵抗が変化する第１抵抗変化層及び第２抵抗変化層を形成する工程とを含むことを特徴とする抵抗変化素子の製造方法。
【符号の説明】
【００９５】
１  基板（ガラス基板）
２  抵抗変化層（正極活物質層；ＬｉＣｏＯ２層；ＬＣＯ層）
３Ａ  第１イオン伝導層（固体電解質層；Ｌｉ３ＰＯ４層）
３Ｂ  第２イオン伝導層（固体電解質層；Ｌｉ３ＰＯ４層）
４Ａ  第１イオン吸蔵放出層（負極活物質層；Ｌｉ層）
４Ｂ  第２イオン吸蔵放出層（負極活物質層；Ｌｉ層）
５  抵抗変化素子
６  第３電極（Ｐｔ／Ｔｉ層；金属層）
７  書込回路
８  読出回路
９  電源（充放電装置）
１０  電流計
１１  電源
１２  第１部分
１３  第２部分
１４、１５  端子
１６  第１電極
１７  第２電極
１８  端子
１９  ニューラルネットワーク（記憶装置）
２０、２０Ａ、２０Ｂ  入力ワイヤ
２１、２１Ａ〜２１Ｃ  出力ワイヤ
２２  読出回路
２３  書込回路
２４  クロスバー構造
Ｒ１１〜Ｒｍｎ、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３  抵抗変化素子
Ｓ１１〜Ｓｍｎ、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３  直流電源
【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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