(57)【要約】【課題】高抵抗状態と低抵抗状態の間の抵抗値差が過度に小さくなるのを回避するのに適した抵抗変化型素子、および、そのような素子の抵抗スイッチング方法を提供する。【解決手段】本発明の抵抗変化型素子Ｘ１は、例えば、電極１と、光透過性を有する電極２と、酸化物層３とを備える。酸化物層３は、電極２に酸素イオン５を供与して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、電極２から酸素イオン５を受容して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能である。電極２は、酸化物層３から酸素イオン５を受容して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、酸化物層３に酸素イオン５を供与して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能である。本発明の抵抗スイッチング方法は、高抵抗状態にある抵抗変化型素子Ｘ１に対して電極２側から光Ｌを照射しつつ、電極１，２を各々正極および負極として当該電極間に電圧を印加する工程（ｄ）を含む。【選択図】図２
2008205007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
光透過性を有する第２電極と、
前記第１および第２電極の間に位置し且つ前記第２電極に接する酸化物層と、を含む積層構造を有し、
前記酸化物層は、前記第２電極に酸素イオンを供与して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、前記第２電極から酸素イオンを受容して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能であり、
前記第２電極は、前記酸化物層から酸素イオンを受容して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、前記酸化物層に酸素イオンを供与して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能である、抵抗変化型素子。
【請求項２】
第１電極と、
光透過性を有する第２電極と、
前記第１および第２電極の間に位置する第１酸化物層と、
前記第１酸化物層および前記第２電極の間に位置し且つ前記第１酸化物層に接する第２酸化物層と、を含む積層構造を有し、
前記第１酸化物層は、前記第２酸化物層に酸素イオンを供与して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、前記第２酸化物層から酸素イオンを受容して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能であり、
前記第２酸化物層は、前記第１酸化物層から酸素イオンを受容して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、前記第１酸化物層に酸素イオンを供与して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能である、抵抗変化型素子。
【請求項３】
前記積層構造は、前記第２電極における前記第１電極の側とは反対の側に接する透明保護層を含む、請求項１または２に記載の抵抗変化型素子。
【請求項４】
前記透明保護層は導電性を有する、請求項３に記載の抵抗変化型素子。
【請求項５】
前記第２電極は前記透明保護層よりも薄い、請求項３または４に記載の抵抗変化型素子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子の抵抗状態をスイッチングするための方法であって、
高抵抗状態にある前記抵抗変化型素子に対して前記第２電極の側から光を照射しつつ、前記第１および第２電極を各々正極および負極として当該第１および第２電極間に電圧を印加する工程を含む、抵抗変化型素子抵抗スイッチング方法。
【請求項７】
光透過性を有する金属層と、
前記金属層に接する酸化物層と、を含む積層構造を有し、
前記酸化物層は、前記金属層に酸素イオンを供与、または、前記金属層から酸素イオンを受容することで抵抗状態が変化可能であり、
前記金属層は、前記酸化物層から酸素イオンを受容、または、前記酸化物層に酸素イオンを供与することで抵抗状態が変化可能である、抵抗変化型素子。
【請求項８】
光透過性を有する第１金属層と、
第２金属層と、
前記第１および第２金属層の間に位置する第１酸化物層と、
前記第１酸化物層および前記第１金属層の間に位置し且つ前記第１酸化物層に接する第２酸化物層と、を含む積層構造を有し、
前記第１酸化物層は、前記第２酸化物層に酸素イオンを供与、または、前記第２酸化物層から酸素イオンを受容することで、抵抗状態が変化可能であり、
前記第２酸化物層は、前記第１酸化物層から酸素イオンを受容、または、前記第１酸化物層に酸素イオンを供与することで抵抗状態が変化可能である、抵抗変化型素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対的に電流が流れにくい高抵抗状態と相対的に電流が流れやすい低抵抗状態との間を切り替わることが可能な抵抗変化型素子、および、そのような抵抗変化型素子の抵抗をスイッチングするための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不揮発性メモリの技術分野においては、ＲｅＲＡＭ（resistive RAM）が注目を集めている。ＲｅＲＡＭは、抵抗変化型素子であり、一般に、一対の電極と、当該電極対間に印加される電圧に応じて高抵抗状態および低抵抗状態の間を選択的に切り替わることが可能な記録膜とを有する。ＲｅＲＡＭでは、記録膜の抵抗状態の選択的な切り替わりを利用して、情報の記録ないし書き換えが実行され得る。このようなＲｅＲＡＭないし抵抗変化型素子に関しては、例えば下記の特許文献１〜５に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００３／０９４２２７号パンフレット
【特許文献２】特開２００４−２７３６１５号公報
【特許文献３】特開２００４−２８１９１３号公報
【特許文献４】特開２００５−１２３３６１号公報
【特許文献５】特開２００５−２０３４６３号公報
【０００４】
ＲｅＲＡＭは、電気的特性の観点からバイポーラ型とユニポーラ型に大別される。バイポーラ型のＲｅＲＡＭでは、記録膜を高抵抗状態から低抵抗状態へ変化させるための、電極対間の電圧印加方向と、記録膜を低抵抗状態から高抵抗状態へ変化させるための、電極対間の電圧印加方向とが異なる。すなわち、バイポーラ型のＲｅＲＡＭでは、２種類の抵抗状態変化ないし切り替わりにおいて、異なる極性の電圧が利用される。一方、ユニポーラ型のＲｅＲＡＭでは、記録膜を高抵抗状態から低抵抗状態へ変化させるための、電極対間の電圧印加方向と、記録膜を低抵抗状態から高抵抗状態へ変化させるための、電極対間の電圧印加方向とは同じである。すなわち、ユニポーラ型のＲｅＲＡＭでは、二種類の抵抗状態変化において、同じ極性の電圧が利用される。
【０００５】
バイポーラ型のＲｅＲＡＭは、一般に、ユニポーラ型ＲｅＲＡＭよりも高速に動作することができる。バイポーラ型ＲｅＲＡＭとしては、例えば、ＰｒＣａＭｎＯ3よりなる記録膜を具備する所定のＲｅＲＡＭや、Ｃｒが添加されたＳｒＺｒＯ3よりなる記録膜を具備する所定のＲｅＲＡＭが報告されている。
【０００６】
図８は、そのようなバイポーラ型ＲｅＲＡＭの一例である抵抗変化型素子Ｘ４の断面図である。抵抗変化型素子Ｘ４は、基板４０と、一対の電極４１，４２と、酸化物層４３とからなる積層構造を有する。酸化物層４３は、電界の作用により酸素イオンを生じ得る酸化物材料（例えばＰｒＣａＭｎＯ3）よりなる。電極４２は、酸化物層４３内で生じた酸素イオンを受容して部分的に酸化されやすい遷移金属よりなる。
【０００７】
抵抗変化型素子Ｘ４の電極４１，４２を各々負極および正極として当該電極間に所定電圧を所定時間にわたり印加すると、酸化物層４３と電極４２の主に界面近傍では、電界作用により、酸素イオンの発生および移動等が生ずる。具体的には、酸化物層４３にて酸素イオンが発生し、当該酸素イオンは酸化物層４３から電極４２へと移動して当該電極４２を部分的に酸化する。電極４２内に部分的な酸化領域が形成されることにより、当該電極４２の正味の抵抗値は上昇し、電極４２は高抵抗状態に至る。これとともに、一定量の構成酸素を酸素イオンとして電極４２へと放出する酸化物層４３には正電荷欠陥（正電荷を伴う酸素空孔）が発生および蓄積して所定の内部電場が形成され、当該内部電場がキャリア（正孔等）移動の障害となるので、酸化物層４３の抵抗値は上昇し、酸化物層４３も高抵抗状態に至る。このようにして、抵抗変化型素子Ｘ４は高抵抗化される。
【０００８】
高抵抗状態にある抵抗変化型素子Ｘ４の電極４１，４２を各々正極および負極として当該電極間に所定電圧を所定時間にわたり印加すると、酸化物層４３と電極４２の主に界面近傍では、電界作用により、酸素イオンの発生および移動等が生ずる。具体的には、電極４２内の部分酸化領域にて酸素イオンが発生し（例えばＰｒＣａＭｎＯ3は、当該酸素イオン生成反応の触媒として機能し得る）、当該酸素イオンは電極４２の当該酸化領域から酸化物層４３へと移動し、そして、当該酸素イオンは酸化物層４３内の正電荷欠陥を電気的に中和して内部電場を減弱（理想的には消滅）させる。これにより、酸化物層４３の抵抗値は低下し、酸化物層４３は低抵抗状態に至る。これとともに、酸素イオンを放出する（これにより理想的には酸化領域が消滅する）電極４２の正味の抵抗値は低下し、電極４２も低抵抗状態に至る。このようにして、抵抗変化型素子Ｘ４は低抵抗化される。
【０００９】
低抵抗状態にある抵抗変化型素子Ｘ４は、上述の高抵抗化過程を経ることにより、再び高抵抗状態に切り替えられ得る。抵抗変化型素子Ｘ４は、高抵抗状態と低抵抗状態との間をバイポーラ型の動作で抵抗スイッチング可能なのである。このような抵抗スイッチングを利用して、抵抗変化型素子Ｘ４にて情報の記録ないし書き換えが実行される。
【００１０】
しかしながら、従来の抵抗変化型素子Ｘ４においては、抵抗スイッチングを多数回繰り返すと、高抵抗状態における素子の抵抗値と低抵抗状態における素子の抵抗値との差が過度に小さくなってしまい、抵抗変化型メモリとして適切に機能し得なくなる場合がある。抵抗変化型素子Ｘ４では、高抵抗化の際に酸化物層４３から電極４２へと移動した酸素の一部が低抵抗化の際に電極４２から酸化物層４３へと戻らずに電極４２内に残留するので、抵抗スイッチングを繰り返すと、電極４２内に酸素が徐々に蓄積される。そのため、抵抗スイッチングを多数回繰り返すと、低抵抗状態における電極４２の抵抗値は、当初に比べて有意に上昇してしまい、高抵抗状態における電極４２の抵抗値との差が有意に小さくなるのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上のような事情の下で考え出されたものであり、高抵抗状態と低抵抗状態の間の抵抗値差が過度に小さくなるのを回避するのに適した抵抗変化型素子を提供すること、および、そのような抵抗変化型素子の抵抗スイッチング方法を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の側面によると抵抗変化型素子が提供される。この抵抗変化型素子は、第１電極と、光透過性を有する第２電極と、第１および第２電極の間に位置し且つ第２電極に接する酸化物層とを含む積層構造を有する。本素子の第２電極についての光透過性とは、第２電極の側から本素子に対して光（例えばＵＶ）を照射した場合に当該照射光の少なくとも一部が第２電極を通過して当該第２電極と酸化物層との界面に至るように、当該第２電極が充分に薄いことや、当該第２電極の単位厚さあたりの透明性が充分に高いことを意味する。また、酸化物層は、第２電極に酸素イオンを供与して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、第２電極から酸素イオンを受容して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能である。第２電極は、酸化物層から酸素イオンを受容して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、酸化物層に酸素イオンを供与して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能である。
【００１３】
このような構成を有する本抵抗変化型素子は、酸化物層が低抵抗状態にあり且つ第２電極も低抵抗状態にある低抵抗状態と、酸化物層が高抵抗状態にあり且つ第２電極も高抵抗状態にある高抵抗状態との間を、選択的に切り替わることができる。
【００１４】
低抵抗状態にある本抵抗変化型素子の第１および第２電極を各々負極および正極として当該電極間に所定電圧を所定時間にわたり印加して、電界作用により、酸化物層に酸素イオンを発生させ且つ当該酸素イオンを酸化物層から第２電極へと移動させると（即ち、酸化物層から第２電極への酸素イオン供与を生じさせると）、酸素イオンを受容した第２電極は部分的に酸化される。これとともに、一定量の構成酸素を酸素イオンとして第２電極へと放出する酸化物層には正電荷欠陥（正電荷を伴う酸素空孔）が発生および増大（蓄積）して所定の内部電場が生ずる。このような酸素イオンの授受は、酸化物層と第２電極の主に界面近傍にて行われる。そのため、当該酸素イオン授受により、第２電極における酸化物層との界面近傍には部分酸化部が形成され、且つ、酸化物層における第２電極との界面近傍には酸素欠損部（正電荷欠陥である酸素空孔が局所的に多い領域）が形成される。第２電極内に部分酸化部が形成されることにより、当該第２電極の正味の抵抗値は上昇し、第２電極は高抵抗状態に至る。これとともに、正電荷欠陥が発生および蓄積して内部電場を生ずる酸化物層では当該内部電場が本素子におけるキャリア（正孔等）移動の障害となるので、酸化物層の抵抗値は上昇し、酸化物層も高抵抗状態に至る。このようにして、酸化物層および第２電極が共に低抵抗状態から高抵抗状態へと変化することにより、本抵抗変化型素子は低抵抗状態から高抵抗状態へと切り替わる（高抵抗化）。印加電圧を消滅させても、酸化物層および第２電極は高抵抗状態を維持し、従って、本素子はその高抵抗状態を維持する。
【００１５】
高抵抗状態にある本抵抗変化型素子の第１および第２電極を各々正極および負極として当該電極間に所定電圧を所定時間にわたって印加して、電界作用により、第２電極内の部分酸化部に酸素イオンを発生させ且つ当該酸素イオンを当該部分酸化部から酸化物層へと移動させると（即ち、第２電極から酸化物層への酸素イオン供与を生じさせると）、当該酸素イオンを受容した酸化物層では、正電荷欠陥が電気的に中和され、正電荷欠陥の存在に起因する内部電場は実質的に消滅する。すなわち、酸化物層における第２電極との界面近傍の酸素欠損部は実質的に消滅する。これにより、酸化物層の抵抗値は低下し、当該酸化物層は低抵抗状態に至る。これとともに、第２電極における酸化物層との界面近傍の部分酸化部は、酸素イオンを放出することによって実質的に消滅し、これにより、第２電極の正味の抵抗値は低下し、第２電極も低抵抗状態に至る。このようにして、酸化物層および第２電極が共に高抵抗状態から低抵抗状態へと変化することにより、本抵抗変化型素子は高抵抗状態から低抵抗状態へと切り替わる（低抵抗化）。第２電極の部分酸化部に接する酸化物層としては、部分酸化部での酸素イオン生成反応の触媒として機能し得るものが好ましく、そのような酸化物層を採用すると、本低抵抗化に際して酸素イオンの発生を促進することができる。印加電圧を消滅させても、酸化物層および第２電極は低抵抗状態を維持し、従って、本素子はその低抵抗状態を維持する。また、このような低抵抗状態にある本素子については、上述の高抵抗化過程を経ることにより、再び高抵抗状態に切り替えることが可能である。
【００１６】
本素子では、低抵抗状態から高抵抗状態へ変化させるための、電極対間の電圧印加方向と、高抵抗状態から低抵抗状態へ変化させるための、電極対間の電圧印加方向とは異なる。本素子は、相対的に電流が流れにくい高抵抗状態と相対的に電流が流れやすい低抵抗状態との間を、バイポーラ型の動作で抵抗スイッチング可能なのである。このような抵抗スイッチングを利用して、情報の記録ないし書き換えを実行することが可能である。すなわち、本素子は、抵抗変化型の不揮発性記憶素子として用いることが可能である。また、本素子は、回路内の所定箇所にて抵抗を選択的に変化させるためのスイッチング素子としても、用いることが可能である。
【００１７】
本抵抗変化型素子の上述の低抵抗化に際しては、本素子に対して第２電極の側から所定の光を照射しつつ、第１および第２電極を各々正極および負極として当該第１および第２電極間に電圧を印加することにより、第２電極内の部分酸化部での酸素イオンの発生を促進することができる。本素子の第２電極は上述のような光透過性を有するところ、第２電極の側から本素子に対して光（例えばＵＶ）を照射すると、当該照射光の少なくとも一部が、第２電極内の部分酸化部に至り、当該部分酸化部を構成する酸素イオンと例えば金属イオンとの間の結合を弱めるからである。このような光照射効果ないし光アシスト効果により、本素子の低抵抗化過程において、第２電極内の部分酸化部での酸素イオン生成効率が向上するのである。
【００１８】
部分酸化部での酸素イオンの発生が促進されることにより、第２電極から酸化物層への酸素イオン供与が促進される。すなわち、低抵抗化の際に酸素が酸化物層に戻らずに第２電極内に残留することが抑制される（これとともに、部分酸化部での酸素イオン発生および酸化物層への酸素イオン供与の促進は、酸化物層の内部電場を消滅させるのにも資する）。そのため、本抵抗変化型素子においては、多数回の抵抗スイッチングを経た後に第２電極内に酸素が蓄積したとしても、上述のような光アシストを伴って（即ち、本素子に対して第２電極の側から所定の光を照射しつつ）低抵抗化を行うことにより、当該蓄積酸素を酸素イオンとして第２電極から酸化物層に戻すことができ、従って、酸素の蓄積により上昇した、低抵抗状態における第２電極の抵抗値を、低下させることが可能である（リフレッシュ）。或は、本素子においては、抵抗スイッチングを繰り返しても、上述のような光アシストを伴って毎回の低抵抗化を行うことにより、第２電極内に酸素が蓄積すること自体を抑制することができ、従って、低抵抗状態における第２電極の抵抗値が酸素の蓄積により上昇することを、抑制することが可能である。このような本抵抗変化型素子は、その高抵抗状態と低抵抗状態の間の抵抗値差が過度に小さくなるのを回避するのに適する。
【００１９】
本発明の第１の側面において、好ましくは、酸化物層は酸素欠損状態にある。このような構成は、酸化物層の導電性、酸化物層の酸素イオン移動性、並びに、酸化物層と第２電極との間における酸素イオン授受の生じやすさを、向上するうえで好適である。
【００２０】
好ましくは、第２電極は遷移金属よりなる。価数変化しやすい遷移金属よりなる第２電極は、酸化物層との間で酸素イオンを授受しやすい。
【００２１】
本発明の第２の側面によると別の抵抗変化型素子が提供される。この抵抗変化型素子は、第１電極と、光透過性を有する第２電極と、第１および第２電極の間に位置する第１酸化物層と、第１酸化物層および第２電極の間に位置し且つ第１酸化物層に接する第２酸化物層とを含む積層構造を有する。本素子の第２電極についての光透過性とは、第２電極の側から本素子に対して光照射した場合に当該照射光の少なくとも一部が第２電極を通過して第２酸化物層に至るように、当該第２電極が充分に薄いことや、当該第２電極の単位厚さあたりの透明性が充分に高いことを意味する。第１酸化物層は、第２酸化物層に酸素イオンを供与して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、第２酸化物層から酸素イオンを受容して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能である。第２酸化物層は、第１酸化物層から酸素イオンを受容して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、第１酸化物層に酸素イオンを供与して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能である。
【００２２】
このような構成を有する本抵抗変化型素子は、第１酸化物層が低抵抗状態にあり且つ第２酸化物層も低抵抗状態にある低抵抗状態と、第１酸化物層が高抵抗状態にあり且つ第２酸化物層も高抵抗状態にある高抵抗状態との間を、切り替わることができる。
【００２３】
低抵抗状態にある本抵抗変化型素子の第１および第２電極を各々負極および正極として当該電極間に所定電圧を所定時間にわたり印加して、電界作用により、第１酸化物層に酸素イオンを発生させ且つ当該酸素イオンを第１酸化物層から第２酸化物層へと移動させると（即ち、第１酸化物層から第２酸化物層への酸素イオン供与を生じさせると）、酸素イオンを受容した第２酸化物層は更に酸化される（即ち、第２酸化物層の酸化度合いは上昇する）。これとともに、一定量の構成酸素を酸素イオンとして第２酸化物層へと放出する第１酸化物層には正電荷欠陥（正電荷を伴う酸素空孔）が発生および増大（蓄積）して所定の内部電場が生ずる。このような酸素イオンの授受は、第１酸化物層における第２酸化物層との界面近傍と第２酸化物層との間で行われる。そのため、当該酸素イオン授受により、第１酸化物層における第２酸化物層との界面近傍には酸素欠損部（正電荷欠陥である酸素空孔が局所的に多い領域）が形成される。第２酸化物層の酸化度合いの上昇は、本素子におけるキャリア（正孔等）移動の障害となるので、当該更なる酸化によって第２酸化物層の抵抗値は上昇し、第２酸化物層は高抵抗状態に至る。これとともに、正電荷欠陥が発生および蓄積して内部電場を生ずる第１酸化物層では当該内部電場がキャリア（正孔等）移動の障害となるので、第１酸化物層の抵抗値は上昇し、第１酸化物層も高抵抗状態に至る。このようにして、第１および第２酸化物層が共に低抵抗状態から高抵抗状態へと変化することにより、本抵抗変化型素子は低抵抗状態から高抵抗状態へと切り替わる（高抵抗化）。印加電圧を消滅させても、第１および第２酸化物層は高抵抗状態を維持し、従って、本素子はその高抵抗状態を維持する。
【００２４】
高抵抗状態にある本抵抗変化型素子の第１および第２電極を各々正極および負極として当該電極間に所定電圧を所定時間にわたって印加して、電界作用により、第２酸化物層に酸素イオンを発生させ且つ当該酸素イオンを第２酸化物層から第１酸化物層へと移動させると（即ち、第２酸化物層から第１酸化物層への酸素イオン供与を生じさせると）、当該酸素イオンを受容した第１酸化物層における正電荷欠陥は電気的に中和され、正電荷欠陥の存在に起因する内部電場は実質的に消滅する。すなわち、第１酸化物層における第２酸化物層との界面近傍の酸素欠損部は実質的に消滅する。これにより、第１酸化物層の抵抗値は低下し、当該第１酸化物層は低抵抗状態に至る。これとともに、酸素イオンを放出することによって酸化度合いの低下する第２酸化物層では当該酸化度合いの低下がキャリア（正孔等）移動にとって有利に作用するので、第２酸化物層の抵抗値は低下し、第２酸化物層も低抵抗状態に至る。このようにして、第１および第２酸化物層が共に高抵抗状態から低抵抗状態へと変化することにより、本抵抗変化型素子は高抵抗状態から低抵抗状態へと切り替わる（低抵抗化）。印加電圧を消滅させても、第１および第２酸化物層は低抵抗状態を維持し、従って、本素子はその低抵抗状態を維持する。また、このような低抵抗状態にある本素子については、上述の高抵抗化過程を経ることにより、再び高抵抗状態に切り替えることが可能である。
【００２５】
本素子では、低抵抗状態から高抵抗状態へ変化させるための、電極対間の電圧印加方向と、高抵抗状態から低抵抗状態へ変化させるための、電極対間の電圧印加方向とは異なる。本素子は、相対的に電流が流れにくい高抵抗状態と相対的に電流が流れやすい低抵抗状態との間を、バイポーラ型の動作で抵抗スイッチング可能なのである。このような抵抗スイッチングを利用して、情報の記録ないし書き換えを実行することが可能である。すなわち、本素子は、抵抗変化型の不揮発性記憶素子として用いることが可能である。また、本素子は、回路内の所定箇所にて抵抗を選択的に変化させるためのスイッチング素子としても、用いることが可能である。
【００２６】
本抵抗変化型素子の上述の低抵抗化に際しては、本素子に対して第２電極の側から所定の光を照射しつつ、第１および第２電極を各々正極および負極として当該第１および第２電極間に電圧を印加することにより、第２酸化物層での酸素イオンの発生を促進することができる。本素子の第２電極は上述のような光透過性を有するところ、第２電極の側から本素子に対して光（例えばＵＶ）を照射すると、当該照射光の少なくとも一部が、第２電極を通過して第２酸化物層に至り、当該第２酸化物層を構成する酸素イオンと例えば金属イオンとの間の結合を弱めるからである。このような光照射効果ないし光アシスト効果により、本素子の低抵抗化過程において、第２酸化物層での酸素イオン生成効率が向上するのである。
【００２７】
第２酸化物層での酸素イオンの発生が促進されることにより、第２酸化物層から第１酸化物層への酸素イオン供与が促進される。すなわち、低抵抗化の際に酸素が第１酸化物層に戻らずに第２酸化物層内に残留することが抑制される（これとともに、第２酸化物層での酸素イオン発生および第１酸化物層への酸素イオン供与の促進は、第１酸化物層の内部電場を消滅させるのにも資する）。そのため、本抵抗変化型素子においては、多数回の抵抗スイッチングを経た後に第２酸化物層内に酸素が蓄積したとしても、上述のような光アシストを伴って（即ち、本素子に対して第２電極の側から所定の光を照射しつつ）低抵抗化を行うことにより、当該蓄積酸素を酸素イオンとして第２酸化物層から第１酸化物層に戻すことができ、従って、酸素の蓄積により上昇した、低抵抗状態における第２酸化物層の抵抗値を、低下させることが可能である（リフレッシュ）。或は、本素子においては、抵抗スイッチングを繰り返しても、上述のような光アシストを伴って毎回の低抵抗化を行うことにより、第２酸化物層内に酸素が蓄積すること自体を抑制することができ、従って、低抵抗状態における第２酸化物層の抵抗値が酸素の蓄積により上昇することを、抑制することが可能である。このような本抵抗変化型素子は、その高抵抗状態と低抵抗状態の間の抵抗値差が過度に小さくなるのを回避するのに適する。
【００２８】
好ましくは、第１酸化物層および／または第２酸化物層は酸素欠損状態にある。両酸化物層が酸素欠損状態にある場合、酸素欠損の程度については、第２酸化物層の方を第１酸化物層よりも高く設定するのが好ましい。このような構成は、両酸化物層の導電性、両酸化物層の酸素イオン移動性、並びに、両酸化物層間における酸素イオン授受の生じやすさ、を向上するうえで好適である。
【００２９】
好ましくは、第２酸化物層は遷移金属酸化物よりなる。価数変化しやすい遷移金属を含む酸化物よりなる第２酸化物層は、第１酸化物層との間で酸素イオンを授受しやすい。
【００３０】
本発明の第１および第２の側面の抵抗変化型素子は、好ましくは、その積層構造中に、第２電極における第１電極の側とは反対の側に接する透明保護層を含む。このような構成は、第２電極を保護するうえで好適である。低抵抗化における上述の光アシスト用の光を本素子に対して第２電極側から照射したときに当該照射光の少なくとも一部が第２電極を通過できる程度に当該第２電極が相等程度に薄い場合には例えば、第２電極が露出していると、当該第２電極は大気に曝され続けることによって不当に酸化変性してしまう場合があるが、本構成の透明保護層は、低抵抗化の際の光照射ないし光アシストを阻害せずにそのような酸化変性を回避するうえで有効である。
【００３１】
透明保護層は導電性を有してもよい。この場合、本抵抗変化型素子と外部回路との電気的な接続を当該透明保護層を介して実現してもよい。
【００３２】
好ましくは、第２電極は透明保護層よりも薄い。また、好ましくは、第２電極の厚さは５〜２０ｎｍである。単位厚さあたりの透明性が低い材料により第２電極が構成される場合には、第２電極の厚さにつき、これらの構成をとるのが好ましい。
【００３３】
本発明の第３の側面によると、第１の側面および第２の側面に係る抵抗変化型素子の抵抗状態をスイッチングするための方法が提供される。この抵抗スイッチング方法は、高抵抗状態にある抵抗変化型素子に対して第２電極の側から光を照射しつつ、第１および第２電極を各々正極および負極として当該第１および第２電極間に電圧を印加する工程を含む。
【００３４】
このような方法によると、本発明の第１の側面に係る抵抗変化型素子の低抵抗化に際して、第２電極内の部分酸化部での酸素イオンの発生を促進することができ、従って、低抵抗化の際に酸素が当該部分酸化部に残留することを抑制することができる。また、本方法によると、本発明に係る第２の側面に係る抵抗変化型素子の低抵抗化に際して、第２酸化物層での酸素イオンの発生を促進することができ、従って、低抵抗化の際に酸素が当該第２酸化物層内に残留することを抑制することができる。このような本方法は、本発明の第１の側面および第２の側面に係る抵抗変化型素子の高抵抗状態と低抵抗状態の間の抵抗値差が過度に小さくなるのを回避するのに適する。
【００３５】
本発明の第４の側面によると抵抗変化型素子が提供される。この抵抗変化型素子は、光透過性を有する金属層と、金属層に接する酸化物層と、を含む積層構造を有する。酸化物層は、金属層に酸素イオンを供与、または、金属層から酸素イオンを受容することで抵抗状態が変化可能である。金属層は、酸化物層から酸素イオンを受容、または、酸化物層に酸素イオンを供与することで抵抗状態が変化可能である。このような構成の抵抗変化型素子は、本発明の第１の側面に係る抵抗変化型素子と同様の動作によって抵抗スイッチングすることが可能であり、また、第１の側面に係る抵抗変化型素子と同様に、高抵抗状態と低抵抗状態の間の抵抗値差が過度に小さくなるのを回避することが可能である。
【００３６】
本発明の第５の側面によると抵抗変化型素子が提供される。この抵抗変化型素子は、光透過性を有する第１金属層と、第２金属層と、第１および第２金属層の間に位置する第１酸化物層と、第１酸化物層および第１金属層の間に位置し且つ第１酸化物層に接する第２酸化物層と、を含む積層構造を有する。第１酸化物層は、第２酸化物層に酸素イオンを供与、または、第２酸化物層から酸素イオンを受容することで、抵抗状態が変化可能である。第２酸化物層は、第１酸化物層から酸素イオンを受容、または、第１酸化物層に酸素イオンを供与することで抵抗状態が変化可能である。このような構成の抵抗変化型素子は、本発明の第２の側面に係る抵抗変化型素子と同様の動作によって抵抗スイッチングすることが可能であり、また、第２の側面に係る抵抗変化型素子と同様に、高抵抗状態と低抵抗状態の間の抵抗値差が過度に小さくなるのを回避することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る抵抗変化型素子Ｘ１の断面図である。抵抗変化型素子Ｘ１は、基板Ｓと、一対の電極１，２と、酸素供給層３と、透明保護層４とからなる積層構造を有し、相対的に電流が流れにくい高抵抗状態と相対的に電流が流れやすい低抵抗状態との間を切り替わることが可能に構成されている。
【００３８】
基板Ｓは、例えばシリコン基板や酸化物基板である。シリコン基板の表面には、熱酸化膜が形成されていてもよい。酸化物基板としては、例えば、ＭｇＯ基板、ＳｒＴｉＯ3基板、Ａｌ2Ｏ3基板、石英基板、およびガラス基板が挙げられる。
【００３９】
電極１は、良導電性材料よりなり、例えば貴金属や良導電性酸化物よりなる。貴金属としては、例えばＰｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｉｒが挙げられる。良導電性酸化物としては、例えばＳｒＲｕＯ3，ＲｕＯ2，ＩｒＯ2，ＳｎＯ2，ＺｎＯ，ＩＴＯが挙げられる。電極１の厚さは、例えば３０〜１００ｎｍである。
【００４０】
電極２は、価数変化しやすい遷移金属よりなる。そのような遷移金属としては、例えばＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｔａが挙げられる。また、電極２は光透過性を有する。この光透過性とは、電極２の側から本素子に対して光照射した場合に当該照射光の少なくとも一部が電極２を通過して電極２と酸素供給層３との界面に至るように、当該電極２が充分に薄いことや、当該電極２の単位厚さあたりの透明性が充分に高いことを意味する。加えて、電極２は、酸素供給層３と接し、高抵抗状態および低抵抗状態の間を選択的に切り替わり得る。具体的には、酸素供給層３から酸素イオンを受容して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、酸素供給層３に酸素イオンを供与して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能である。このような電極２の厚さは、例えば５〜２０ｎｍである。また、好ましくは、電極２は透明保護層４よりも薄い。
【００４１】
酸素供給層３は、本発明の第１の側面における酸化物層であり、電極１，２間に位置して電極２と接し、電極２の抵抗状態の変化と並行して高抵抗状態および低抵抗状態の間を選択的に切り替わり得る。具体的には、酸素供給層３は、電極２に酸素イオンを供与して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、電極２から酸素イオンを受容して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能である。酸素供給層３としては、電極２内での酸素イオン生成反応の触媒として機能し得るものが好ましく、そのような酸素供給層３を採用すると、電極２の上述の低抵抗化、ないし、これに並行する酸素供給層３の低抵抗化に際し、酸素イオン生成や酸素イオン移動を促進することができる。酸素供給層３の厚さは、例えば１０〜２００ｎｍである。また、酸素供給層３における、酸素イオン移動に対する活性化エネルギは、２ｅＶ以下であるのが好ましい。
【００４２】
本実施形態では、酸素供給層３は、導電性酸化物よりなり、具体的には蛍石構造型酸化物、ペロブスカイト構造型酸化物、パイロクロア構造型酸化物、タングステンブロンズ構造型酸化物、またはブラウンミラライト構造型酸化物よりなる。蛍石構造型酸化物としては、Ｙや、Ｍｇ、Ｃａが添加されたＺｒＯ2（部分安定化ジルコニア）、ＺｒＯ2、およびＹ2Ｏ3などを採用することができる。ペロブスカイト構造型酸化物としては、ＰｒＭｎＯ3およびＳｒＴｉＯ3などを採用することができる。パイロクロア構造型酸化物としては、Ｎｄ2ＭＯ2Ｏ7などを採用することができる。タングステンブロンズ構造型酸化物としては、ＣｕＷＯ3などを採用することができる。ブラウンミラライト構造型酸化物としては、Ｓｒ2Ｆｅ2Ｏ5などを採用することができる。
【００４３】
酸素供給層３には、Ｃａなどのアルカリ土類元素が添加されてもよい。このような構成は、酸素供給層３の導電性および酸素イオン移動性等を向上するうえで好適である。また、アルカリ土類元素の添加は、酸素供給層３がペロブスカイト構造型酸化物である場合に特に有効である。
【００４４】
好ましくは、酸素供給層３は結晶質材料よりなる。結晶質材料よりなる固体電解質は、非晶質材料よりなる固体電解質よりも、酸素イオン移動性が高い傾向にある。酸素イオンが移動可能な結晶質材料内では、酸素イオンが移動可能な非晶質材料内よりも、酸素イオン移動に対する散乱因子が小さい傾向にあるからである。
【００４５】
透明保護層４は、電極２を保護するためのものであり、透明性の高い物質よりなり、例えばＳｉ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ｓｉ窒化物、Ｔｉ酸化物、希土類酸化物、Ｚｎ酸化物、またはＳｎ酸化物よりなる。電極２の側から本素子に対して光照射した場合に当該照射光の少なくとも一部が電極２を通過できる程度に電極２が充分に薄い場合には例えば、電極２が露出していると、電極２は大気に曝され続けることによって不当に酸化変性してしまう場合があるが、透明保護層４は、そのような酸化変性を回避するうえで有効である。これに対し、例えば電極２が充分に厚いために、電極２が大気に曝され続けても不当に酸化変性しない場合には、透明保護層４を設けなくてもよい。一方、透明保護層４は導電性を有してもよい。そのような透明保護層４を設けるためには、透明保護層４の構成材料としては例えばＩｎＳｎ酸化物（ＩＴＯ）を採用する。透明保護層４が導電性を有する場合、本抵抗変化型素子Ｘ１と外部回路との電気的な接続を当該透明保護層４を介して実現することができる。
【００４６】
抵抗変化型素子Ｘ１は、必要に応じて他の層を備えてもよい。例えば、電極１と酸素供給層３の間に、酸素イオン生成促進層を更に有してもよい。酸素イオン生成促進層とは、酸素供給層３にて酸素イオンを発生しやすくするための部位である。酸素イオン生成促進層は、酸素イオンの生成反応の触媒として機能し得る貴金属を含有する導電性酸化物よりなる。そのような貴金属としては、例えばＰｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｉｒが挙げられる。このような酸素イオン生成促進層の厚さは、例えば１〜５ｎｍである。
【００４７】
このような構造を有する抵抗変化型素子Ｘ１の製造においては、まず、基板Ｓ上に電極１を形成する。具体的には、基板Ｓ上に所定材料を成膜した後、所定のレジストパターンをマスクとして利用して当該膜に対してエッチング処理を施すことにより、基板Ｓ上にて電極１をパターン形成することがでる。成膜手法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、またはＬＤ（Laser Deposition）法を採用することができる。以降の酸素供給層３、電極２、および透明保護層４についても、このような材料成膜およびその後のエッチング処理によるパターニングを経て、形成することができる。
【００４８】
電極１の構成材料としてＰｔを採用する場合には、例えば、スパッタリング装置を使用して行うスパッタリング法において、スパッタガスとしてＡｒガス（０.５Ｐａ）を用い、Ｐｔターゲットを用い、ＤＣ放電とし、投入電力を１.０ｋＷとし、温度条件を室温〜３００℃とすることにより、基板Ｓ上にＰｔ膜を形成することができる。電極１の構成材料としてＳｒＲｕＯ3を採用する場合には、例えば、スパッタリング法において、スパッタガスとしてＡｒとＯ2の混合ガス（０.５Ｐａ，酸素濃度１０〜３０vol％）を用い、ＳｒＲｕＯ3ターゲットを用い、ＤＣ放電またはＲＦ放電とし、投入電力を１.０ｋＷとし、温度条件を室温〜５００℃とすることにより、基板Ｓ上にＳｒＲｕＯ3膜を形成することができる。
【００４９】
抵抗変化型素子Ｘ１の製造においては、次に、電極１上に酸素供給層３を形成する。酸素供給層３の構成材料として、所定微少量（例えば１〜１０at％）のＹが添加されたＺｒＯ2を採用する場合には、例えば、スパッタリング法において、スパッタガスとしてＡｒとＯ2の混合ガス（０.５Ｐａ，酸素濃度５〜１５vol％）を用い、Ｙ添加ＺｒＯ2ターゲットを用い、ＲＦ放電とし、投入電力を１.０ｋＷとし、温度条件を室温〜３００℃とすることにより、Ｙ添加ＺｒＯ2膜を形成することができる。酸素供給層３の構成材料として、酸素欠損型のＺｒＯ2を採用する場合には、例えば、スパッタリング法において、スパッタガスとしてＡｒガス（０.５Ｐａ）を用い、ＺｒＯ2ターゲットを用い、ＲＦ放電とし、投入電力を１.０ｋＷとし、温度条件を室温〜３００℃とすることにより、電荷を伴わない酸素空孔を多く有するＺｒＯ2膜を形成することができる。また、酸素供給層３の構成材料として、所定量（例えば１０〜５０at％）のＣａが添加されたＰｒＭｎＯ3（以下「（Ｐｒ,Ｃａ）ＭｎＯ3」と記載する）を採用する場合には、例えば、スパッタリング法において、スパッタガスとしてＡｒとＯ2の混合ガス（０.５Ｐａ，酸素濃度５〜１５vol％）を用い、（Ｐｒ,Ｃａ）ＭｎＯ3ターゲットを用い、ＲＦ放電とし、投入電力を１.０ｋＷとし、温度条件を室温〜５００℃とすることにより、（Ｐｒ,Ｃａ）ＭｎＯ3膜を形成することができる。
【００５０】
抵抗変化型素子Ｘ１の製造においては、次に、酸素供給層３上に電極２を形成する。電極２の構成材料としてＴｉを採用する場合には、例えば、スパッタリング法において、スパッタガスとしてＡｒガス（０.５Ｐａ）を用い、Ｔｉターゲットを用い、ＤＣ放電とし、投入電力を１.０ｋＷとし、温度条件を室温〜３００℃とすることにより、Ｔｉ膜を形成することができる。
【００５１】
以上のようにして、電極１、酸素供給層３、電極２、透明保護層４を、基板Ｓ上に順次形成することにより、抵抗変化型素子Ｘ１を製造することができる。
【００５２】
図２は、抵抗変化型素子Ｘ１の動作原理を表す。図３は、抵抗変化型素子Ｘ１における電流−電圧特性の一例を示すグラフである。図３のグラフの横軸は、抵抗変化型素子Ｘ１の電極１，２間に印加される電圧を示し、縦軸は、抵抗変化型素子Ｘ１を通過する電流を示す。また、図３のグラフでは、電極１，２を各々負極および正極として抵抗変化型素子Ｘ１に印加される電圧に正の符号を付して表し、電極１，２を各々正極および負極として抵抗変化型素子Ｘ１に印加される電圧に負の符号を付して表す。更に、図３のグラフでは、電極２から電極１へと流れる電流に正の符号を付して表し、電極２から電極１へと流れる電流に負の符号を付して表す。
【００５３】
製造された抵抗変化型素子Ｘ１の初期の状態においては、図２（ａ）に示すように、酸素イオンを未だ放出していない酸素供給層３は、酸素イオン放出によって生ずる正電欠陥（正電荷を伴う酸素空孔）の存在に起因する内部電場を内部に生じておらず、従って低抵抗状態にある。これとともに、酸素供給層３からの酸素イオン供与によっては未だ酸化されていない電極２も低抵抗状態にある。そのため、初期状態の抵抗変化型素子Ｘ１自体は、低抵抗状態にある。
【００５４】
低抵抗状態にある抵抗変化型素子Ｘ１の電極１，２を各々負極および正極として、当該電極１，２間の印加電圧を０Ｖから次第に増大させると、まず、例えば図３の矢印Ｄ１で示すように、抵抗変化型素子Ｘ１を通過する電流は、相対的に大きな変化率で次第に増大する。
【００５５】
印加電圧が増大して所定の電圧Ｖ11以上に至ると、電極１，２間の電界作用により、例えば図２（ｂ）に示すように酸素供給層３内に酸素イオン５を発生させることができ、続いて、例えば図２（ｃ）に示すように、酸素イオン５を酸素供給層３から電極２へと移動させることができる。このように、酸素供給層３から電極２への酸素イオン供与を生じさせると、酸素イオン５を受容した電極２は部分的に酸化される。これとともに、一定量の構成酸素を酸素イオン５として電極２へと放出する酸素供給層３には正電荷欠陥５’（正電荷を伴う酸素空孔）が発生および増大（蓄積）して所定の内部電場が生ずる。このような酸素イオンの授受は、酸素供給層３と電極２の主に界面近傍にて行われる。そのため、当該酸素イオン授受により、電極２における酸素供給層３との界面近傍には部分酸化部２ａが形成され、且つ、酸素供給層３における電極２との界面近傍には酸素欠損部３ａ（正電荷欠陥５’である酸素空孔が局所的に多い領域）が形成される。電極２内に部分酸化部２ａが形成されることにより、当該電極２の正味の抵抗値は上昇し、電極２は高抵抗状態に至る。これとともに、正電荷欠陥５’が発生および蓄積して内部電場を生ずる酸素供給層３では当該内部電場が本素子におけるキャリア（正孔等）移動の障害となるので、酸素供給層３の抵抗値は上昇し、酸素供給層３も高抵抗状態に至る。このようにして、酸素供給層３および電極２が共に低抵抗状態から高抵抗状態へと変化することにより、例えば図３の矢印Ｄ２で示される電流値降下に顕れているように、抵抗変化型素子Ｘ１は低抵抗状態から高抵抗状態へと切り替わる（高抵抗化）。高抵抗状態にある抵抗変化型素子Ｘ１の抵抗値は例えば１×１０5〜１０6Ωである。この高抵抗化過程における上述のＶ11は、抵抗変化型素子Ｘ１が低抵抗状態から高抵抗状態へと切り替わるために要する最小電圧であり、例えば２〜４Ｖである。
【００５６】
抵抗変化型素子Ｘ１が高抵抗化された後、電極１，２を各々負極および正極としたまま、印加電圧をＶ11以下に減少させても、酸素供給層３および電極２は高抵抗状態を維持し、従って、抵抗変化型素子Ｘ１も高抵抗状態を維持する。この電圧減少過程では、例えば図３の矢印Ｄ３で示すように、抵抗変化型素子Ｘ１を通過する電流は、相対的に小さな変化率で次第に減少する。
【００５７】
高抵抗状態にある抵抗変化型素子Ｘ１の電極１，２を各々正極および負極として、当該電極１，２間の印加電圧を０Ｖから次第に増大させると、まず、例えば図３の矢印Ｄ４で示すように、抵抗変化型素子Ｘ１を通過する電流は、相対的に小さな変化率で次第に増大する。
【００５８】
印加電圧が増大して所定のＶ12以上に至ると、電極１，２間の電界作用により、図２（ｄ）に示すように電極２内の部分酸化部２ａに酸素イオン５を発生させることができ、続いて、例えば図２（ｅ）に示すように、酸素イオン５を電極２から酸素供給層３へと移動させることができる。このように、電極２から酸素供給層３への酸素イオン供与を生じさせると、酸素イオン５を受容した酸素供給層３における正電荷欠陥５’は電気的に中和され、正電荷欠陥５’の存在に起因する内部電場は実質的に消滅する。すなわち、酸素供給層３における電極２との界面近傍の酸素欠損部３ａは実質的に消滅する。これにより、酸素供給層３の抵抗値は低下し、当該酸素供給層３は低抵抗状態に至る。これとともに、電極２における酸素供給層３との界面近傍の部分酸化部２ａは、酸素イオン５を放出することによって実質的に消滅し、これにより、電極２の正味の抵抗値は低下し、電極２も低抵抗状態に至る。このようにして、酸素供給層３および電極２が共に高抵抗状態から低抵抗状態へと変化することにより、例えば図３の矢印Ｄ５で示される電流値変化に顕れているように、本抵抗変化型素子Ｘ１は高抵抗状態から低抵抗状態へと切り替わる（低抵抗化）。低抵抗状態にある抵抗変化型素子Ｘ１の抵抗値は例えば１×１０4〜１０4Ωである。この低抵抗化過程における上述のＶ12は、抵抗変化型素子Ｘ１が高抵抗状態から低抵抗状態へと切り替わるために要する最小電圧であり、例えば−４〜−２Ｖである。また、電極２の部分酸化部２ａに接する酸素供給層３としては、部分酸化部２ａでの酸素イオン生成反応の触媒として機能し得るものが好ましく、そのような酸素供給層３を採用すると、本低抵抗化に際して酸素イオン５の発生を促進することができる。
【００５９】
この後、電極１，２を各々正極および負極としたまま、印加電圧をＶ12以下に減少させても、酸素供給層３および電極２は低抵抗状態を維持し、従って、抵抗変化型素子Ｘ１も低抵抗状態を維持する。この電圧減少過程では、例えば図３の矢印Ｄ６で示すように、抵抗変化型素子Ｘ１を通過する電流は、相対的に大きな変化率で次第に減少する。
【００６０】
抵抗変化型素子Ｘ１では、低抵抗状態から高抵抗状態へ変化させるための、電極１，２間の電圧印加方向と、高抵抗状態から低抵抗状態へ変化させるための、電極１，２間の電圧印加方向とは異なる。抵抗変化型素子Ｘ１は、相対的に電流が流れにくい高抵抗状態と相対的に電流が流れやすい低抵抗状態との間を、バイポーラ型の動作で抵抗スイッチング可能なのである。このような抵抗スイッチングを利用して、情報の記録ないし書き換えを実行することが可能である。すなわち、抵抗変化型素子Ｘ１は、抵抗変化型の不揮発性記憶素子として用いることが可能である。また、本素子は、回路内の所定箇所にて抵抗を選択的に変化させるためのスイッチング素子としても、用いることが可能である。
【００６１】
本抵抗変化型素子Ｘ１の上述の低抵抗化に際しては、例えば図２（ｄ）に示すように、本素子に対して電極２の側から所定の光Ｌを照射しつつ、電極１，２を各々正極および負極として当該電極１，２間に電圧を印加することにより、電極２内の部分酸化部２ａでの酸素イオン５の発生を促進することができる。本素子の電極２は上述のような光透過性を有するところ、電極２の側から本素子に対して光（例えばＵＶ）を照射すると、当該照射光の少なくとも一部が、電極２内の部分酸化部２ａに至り、当該部分酸化部２ａを構成する酸素イオン５と金属イオンとの間の結合を弱めるからである。このような光照射効果ないし光アシスト効果により、抵抗変化型素子Ｘ１の低抵抗化過程において、電極２内の部分酸化部２ａでの酸素イオン生成効率が向上するのである。
【００６２】
部分酸化部２ａでの酸素イオン５の発生が促進されることにより、電極２から酸素供給層３への酸素イオン供与が促進される。すなわち、低抵抗化の際に酸素が酸素供給層３に戻らずに電極２内に残留することが抑制される（これとともに、部分酸化部２ａでの酸素イオン発生および酸素供給層３への酸素イオン供与の促進は、酸素供給層３の内部電場を消滅させるのにも資する）。そのため、抵抗変化型素子Ｘ１においては、多数回の抵抗スイッチングを経た後に電極２内に酸素が蓄積したとしても、上述のような光アシストを伴って（即ち、本素子に対して電極２の側から所定の光を照射しつつ）低抵抗化を行うことにより、当該蓄積酸素を酸素イオン５として電極２から酸素供給層３に戻すことができ、従って、酸素の蓄積により上昇した、低抵抗状態における電極２の抵抗値を、低下させることが可能である（リフレッシュ）。或は、抵抗変化型素子Ｘ１においては、抵抗スイッチングを繰り返しても、上述のような光アシストを伴って毎回の低抵抗化を行うことにより、電極２内に酸素が蓄積すること自体を抑制することができ、従って、低抵抗状態における電極２の抵抗値が酸素の蓄積により上昇することを、抑制することが可能である。このような抵抗変化型素子Ｘ１は、その高抵抗状態と低抵抗状態の間の抵抗値差が過度に小さくなるのを回避するのに適する。
【００６３】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る抵抗変化型素子Ｘ２の断面図である。抵抗変化型素子Ｘ２は、基板Ｓと、一対の電極１，２Ａと、酸素供給層３と、透明保護層４と、酸素受容層６とからなる積層構造を有し、相対的に電流が流れにくい高抵抗状態と相対的に電流が流れやすい低抵抗状態との間を切り替わることが可能に構成されている。抵抗変化型素子Ｘ２は、電極２に代えて電極２Ａを有し且つ酸素受容層６を追加的に有する点において、抵抗変化型素子Ｘ１と異なる。
【００６４】
電極２Ａは、所定の導電材料よりなり、光透過性を有する。この光透過性とは、電極２Ａの側から本素子に対して光照射した場合に当該照射光の少なくとも一部が電極２Ａを通過して酸素受容層６に至るように、当該電極２Ａが充分に薄いことを意味する。このような電極２Ａの厚さは、例えば５〜２０ｎｍである。また、好ましくは、電極２Ａは透明保護層４よりも薄い。
【００６５】
抵抗変化型素子Ｘ２の酸素供給層３は、本発明の第２の側面における第１酸化物層であり、電極１，２Ａ間に位置して酸素受容層６と接し、高抵抗状態および低抵抗状態の間を選択的に切り替わり得る。具体的には、酸素供給層３は、酸素受容層６に酸素イオンを供与して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、酸素受容層６から酸素イオンを受容して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能である。酸素供給層３としては、酸素受容層６内での酸素イオン生成反応の触媒として機能し得るものが好ましい。酸素供給層３の厚さ、構成材料、および、酸素イオン移動に対する活性化エネルギについては、抵抗変化型素子Ｘ１の酸素供給層３に関して上述したのと同様である。
【００６６】
酸素受容層６は、本発明の第２の側面における第２酸化物層であり、電極１，２Ａ間に位置して酸素供給層３と接し、この酸素供給層３の抵抗状態の変化と並行して高抵抗状態および低抵抗状態の間を選択的に切り替わり得る。具体的には、酸素受容層６は、酸素供給層３から酸素イオンを受容することによって低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、酸素供給層３に酸素イオンを供与することによって高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能である。酸素受容層６の厚さは、例えば５〜１５ｎｍである。また、酸素受容層６における、酸素イオン移動に対する活性化エネルギは、２ｅＶ以下であるのが好ましい。
【００６７】
本実施形態では、酸素受容層６は、価数変化しやすい遷移金属の導電性酸化物よりなり、酸素欠損状態にある。例えば、酸素受容層６は、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕの酸素欠損型酸化物である。酸素欠損状態にある、価数変化しやすい遷移金属の酸化物では、価数の異なる遷移金属が並存する。そのため、そのような遷移金属酸化物は、遷移金属の価数安定化のために酸素イオンを受容しやすい。一方、価数変化しやすい遷移金属の酸化物が酸素イオンを放出するのに要するエネルギ付与は、比較的小さい。
【００６８】
好ましくは、酸素受容層６は非晶質材料よりなる。本来的に酸素供給層３に由来する酸素イオンを受容するうえでは、構造的に硬い結晶質材料よりも、構造的に柔らかい非晶質材料の方が、酸素受容層６の構成材料としては好ましい。
【００６９】
抵抗変化型素子Ｘ２の他の構成については、抵抗変化型素子Ｘ１に関して上述したのと同様である。
【００７０】
このような構造を有する抵抗変化型素子Ｘ２の製造においては、まず、基板Ｓ上に、電極１、酸素供給層３、酸素受容層６、および電極２Ａを順次形成する。
【００７１】
酸素受容層６の構成材料として酸素欠損型のＴｉＯ2を採用する場合には、例えば、スパッタリング法において、スパッタガスとしてＡｒとＯ2の混合ガス（０.５Ｐａ，酸素濃度１〜１０vol％）を用い、Ｔｉターゲットを用い、ＲＦ放電とし、投入電力を１.０ｋＷとし、温度条件を室温とすることにより、電荷を伴わない酸素空孔を多く有するＴｉＯ2膜を形成することができる。或は、スパッタリング法において、スパッタガスとしてＡｒガス（０.５Ｐａ）を用い、ＴｉＯ2ターゲットを用い、ＲＦ放電とし、投入電力を１.０ｋＷとし、温度条件を室温とすることにより、電荷を伴わない酸素空孔を多く有するＴｉＯ2膜を形成することができる。
【００７２】
抵抗変化型素子Ｘ２の電極１、酸素供給層３、および電極２Ａの形成手法としては、抵抗変化型素子Ｘ１の電極１、酸素供給層３、および電極２に関して上述した形成手法例を用いることができる。また、電極２Ａの構成材料としてＰｔを採用する場合には、例えば、スパッタリング法において、スパッタガスとしてＡｒガス（０.５Ｐａ）を用い、Ｐｔターゲットを用い、ＤＣ放電とし、投入電力を１.０ｋＷとし、温度条件を室温〜３００℃とすることにより、Ｐｔ膜を形成することができる。電極２Ａの構成材料としてＳｒＲｕＯ3を採用する場合には、例えば、スパッタリング法において、スパッタガスとしてＡｒとＯ2の混合ガス（０.５Ｐａ，酸素濃度１０〜３０vol％）を用い、ＳｒＲｕＯ3ターゲットを用い、ＤＣ放電またはＲＦ放電とし、投入電力を１.０ｋＷとし、室温〜５００℃の温度条件とすることにより、ＳｒＲｕＯ3膜を形成することができる。
【００７３】
図５は、抵抗変化型素子Ｘ２の動作原理を表す。図６は、抵抗変化型素子Ｘ２における電流−電圧特性の一例を示すグラフである。図６のグラフの横軸は、抵抗変化型素子Ｘ２の電極１，２Ａ間に印加される電圧を示し、縦軸は、抵抗変化型素子Ｘ２を通過する電流を示す。また、図６のグラフでは、電極１，２Ａを各々負極および正極として抵抗変化型素子Ｘ２に印加される電圧に正の符号を付して表し、電極１，２Ａを各々正極および負極として抵抗変化型素子Ｘ２に印加される電圧に負の符号を付して表す。更に、図６のグラフでは、電極２Ａから電極１へと流れる電流に正の符号を付して表し、電極２Ａから電極１へと流れる電流に負の符号を付して表す。
【００７４】
製造された抵抗変化型素子Ｘ２の初期の状態においては、図５（ａ）に示すように、酸素イオンを未だ放出していない酸素供給層３は、酸素イオン放出によって生ずる正電欠陥（正電荷を伴う酸素空孔）の存在に起因する内部電場を内部に生じておらず、従って低抵抗状態にある。これとともに、酸素欠損状態にあって有意量の酸素空孔７（電荷を伴わない）を有する酸素受容層６は、酸素による酸化の度合いが低い状態にあり、従って低抵抗状態にある。そのため、初期状態の抵抗変化型素子Ｘ２自体も、低抵抗状態にある。
【００７５】
低抵抗状態にある抵抗変化型素子Ｘ２の電極１，２Ａを各々負極および正極として、当該電極１，２Ａ間の印加電圧を０Ｖから次第に増大させると、まず、例えば図６の矢印Ｄ１で示すように、抵抗変化型素子Ｘ２を通過する電流は、相対的に大きな変化率で次第に増大する。
【００７６】
印加電圧が増大して所定の電圧Ｖ21以上に至ると、電極１，２Ａ間の電界作用により、例えば図５（ｂ）に示すように酸素供給層３内に酸素イオン５を発生させることができ、続いて、例えば図５（ｃ）に示すように、酸素イオン５を酸素供給層３から酸素受容層６へと移動させることができる。このように、酸素供給層３から酸素受容層６への酸素イオン供与を生じさせると、酸素イオン５を受容した酸素受容層６は更に酸化される（即ち、酸素受容層６の酸化度合いは上昇する）。これとともに、一定量の構成酸素を酸素イオン５として酸素受容層６へと放出する酸素供給層３には正電荷欠陥５’（正電荷を伴う酸素空孔）が発生および増大（蓄積）して所定の内部電場が生ずる。このような酸素イオン５の授受は、酸素供給層３における酸素受容層６との界面近傍と酸素受容層６との間で行われる（酸素受容層６は充分に薄く設けられている）。そのため、当該酸素イオン授受により、酸素供給層３における酸素受容層６との界面近傍には酸素欠損部３ａ（正電荷欠陥５’である酸素空孔が局所的に多い領域）が形成される。酸素受容層６の酸化度合いの上昇は、抵抗変化型素子Ｘ２におけるキャリア（正孔等）移動の障害となるので、当該更なる酸化によって酸素受容層６の抵抗値は上昇し、酸素受容層６は高抵抗状態に至る。これとともに、正電荷欠陥５’が発生および蓄積して内部電場を生ずる酸素供給層３では当該内部電場が本素子におけるキャリア（正孔等）移動の障害となるので、酸素供給層３の抵抗値は上昇し、酸素供給層３も高抵抗状態に至る。このようにして、酸素供給層３および酸素受容層６が共に低抵抗状態から高抵抗状態へと変化することにより、例えば図６の矢印Ｄ２で示される電流値降下に顕れているように、抵抗変化型素子Ｘ２は低抵抗状態から高抵抗状態へと切り替わる（高抵抗化）。高抵抗状態にある抵抗変化型素子Ｘ２の抵抗値は例えば１×１０5〜１０6Ωである。この高抵抗化過程における上述のＶ21は、抵抗変化型素子Ｘ２が低抵抗状態から高抵抗状態へと切り替わるために要する最小電圧であり、例えば２〜４Ｖである。
【００７７】
抵抗変化型素子Ｘ２が高抵抗化された後、電極１，２Ａを各々負極および正極としたまま、印加電圧をＶ21以下に減少させても、酸素供給層３および酸素受容層６は高抵抗状態を維持し、従って、抵抗変化型素子Ｘ２も高抵抗状態を維持する。この電圧減少過程では、例えば図６の矢印Ｄ３で示すように、抵抗変化型素子Ｘ２を通過する電流は、相対的に小さな変化率で次第に減少する。
【００７８】
高抵抗状態にある抵抗変化型素子Ｘ２の電極１，２Ａを各々正極および負極として、当該電極１，２Ａ間の印加電圧を０Ｖから次第に増大させると、まず、例えば図６の矢印Ｄ４で示すように、抵抗変化型素子Ｘ２を通過する電流は、相対的に小さな変化率で次第に増大する。
【００７９】
印加電圧が増大して所定のＶ22以上に至ると、電極１，２Ａ間の電界作用により、例えば図５（ｄ）に示すように酸素受容層６に酸素イオンを発生させることができ、続いて、例えば図５（ｅ）に示すように、酸素イオン５を酸素受容層６から酸素供給層３へと移動させることができる。このように、酸素受容層６から酸素供給層３への酸素イオン供与を生じさせると、酸素イオン５を受容した酸素供給層３における正電荷欠陥５’は電気的に中和され、正電荷欠陥５’の存在に起因する内部電場は実質的に消滅する。すなわち、酸素供給層３における酸素受容層６との界面近傍の酸素欠損部３ａは実質的に消滅する。これにより、酸素供給層３の抵抗値は低下し、当該酸素供給層３は低抵抗状態に至る。これとともに、酸素イオン５を放出することによって酸化度合いの低下する酸素受容層６では当該酸化度合いの低下がキャリア（正孔等）移動にとって有利に作用するので、酸素受容層６の抵抗値は低下し、酸素受容層６も低抵抗状態に至る。このようにして、酸素供給層３および酸素受容層６が共に高抵抗状態から低抵抗状態へと変化することにより、例えば図６の矢印Ｄ５で示される電流値変化に顕れているように、本抵抗変化型素子Ｘ２は高抵抗状態から低抵抗状態へと切り替わる（低抵抗化）。低抵抗状態にある抵抗変化型素子Ｘ２の抵抗値は例えば１×１０3〜１０4Ωである。この低抵抗化過程における上述のＶ22は、抵抗変化型素子Ｘ２が高抵抗状態から低抵抗状態へと切り替わるために要する最小電圧であり、例えば−４〜−２Ｖである。また、酸素受容層６に接する酸素供給層３としては、酸素受容層６での酸素イオン生成反応の触媒として機能し得るものが好ましく、そのような酸素供給層３を採用すると、本低抵抗化に際して酸素イオン５の発生を促進することができる。
【００８０】
この後、電極１，２Ａを各々正極および負極としたまま、印加電圧をＶ22以下に減少させても、酸素供給層３および酸素受容層６は低抵抗状態を維持し、従って、抵抗変化型素子Ｘ２も低抵抗状態を維持する。この電圧減少過程では、例えば図６の矢印Ｄ６で示すように、抵抗変化型素子Ｘ２を通過する電流は、相対的に大きな変化率で次第に減少する。
【００８１】
抵抗変化型素子Ｘ２では、低抵抗状態から高抵抗状態へ変化させるための、電極１，２Ａ間の電圧印加方向と、高抵抗状態から低抵抗状態へ変化させるための、電極１，２Ａ間の電圧印加方向とは異なる。抵抗変化型素子Ｘ２は、相対的に電流が流れにくい高抵抗状態と相対的に電流が流れやすい低抵抗状態との間を、バイポーラ型の動作で抵抗スイッチング可能なのである。このような抵抗スイッチングを利用して、情報の記録ないし書き換えを実行することが可能である。すなわち、抵抗変化型素子Ｘ２は、抵抗変化型の不揮発性記憶素子として用いることが可能である。また、本素子は、回路内の所定箇所にて抵抗を選択的に変化させるためのスイッチング素子としても、用いることが可能である。
【００８２】
本抵抗変化型素子Ｘ２の上述の低抵抗化に際しては、例えば図５（ｄ）に示すように、本素子に対して電極２Ａの側から所定の光を照射しつつ、電極１，２Ａを各々正極および負極として当該電極１，２Ａ間に電圧を印加することにより、酸素受容層６での酸素イオン５の発生を促進することができる。本素子の電極２Ａは上述のような光透過性を有するところ、電極２Ａの側から本素子に対して光（例えばＵＶ）を照射すると、当該照射光の少なくとも一部が、電極２Ａを通過して酸素受容層６に至り、当該酸素受容層６を構成する酸素イオン５と金属イオンとの間の結合を弱めるからである。このような光照射効果ないし光アシスト効果により、抵抗変化型素子Ｘ２の低抵抗化過程において、酸素受容層６での酸素イオン生成効率が向上するのである。
【００８３】
酸素受容層６での酸素イオン５の発生が促進されることにより、酸素受容層６から酸素供給層３への酸素イオン供与が促進される。すなわち、低抵抗化の際に酸素が酸素供給層３に戻らずに酸素受容層６内に残留することが抑制される（これとともに、酸素受容層６での酸素イオン発生および酸素供給層３への酸素イオン供与の促進は、酸素供給層３の内部電場を消滅させるのにも資する）。そのため、抵抗変化型素子Ｘ２においては、多数回の抵抗スイッチングを経た後に酸素受容層６内に酸素が蓄積したとしても、上述のような光アシストを伴って（即ち、本素子に対して電極２Ａの側から所定の光を照射しつつ）低抵抗化を行うことにより、当該蓄積酸素を酸素イオン５として酸素受容層６から酸素供給層３に戻すことができ、従って、酸素の蓄積により上昇した、低抵抗状態における酸素受容層６の抵抗値を、低下させることが可能である（リフレッシュ）。或は、抵抗変化型素子Ｘ２においては、抵抗スイッチングを繰り返しても、上述のような光アシストを伴って毎回の低抵抗化を行うことにより、酸素受容層６内に酸素が蓄積すること自体を抑制することができ、従って、低抵抗状態における酸素受容層６の抵抗値が酸素の蓄積により上昇することを、抑制することが可能である。このような抵抗変化型素子Ｘ２は、その高抵抗状態と低抵抗状態の間の抵抗値差が過度に小さくなるのを回避するのに適する。
【００８４】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る抵抗変化型素子Ｘ３の断面図である。抵抗変化型素子Ｘ３は、基板Ｓと、一対の電極１，２Ｂと、酸素供給層３と、酸素受容層６とからなる積層構造を有し、相対的に電流が流れにくい高抵抗状態と相対的に電流が流れやすい低抵抗状態との間を切り替わることが可能に構成されている。抵抗変化型素子Ｘ３は、電極２Ａに代えて電極２Ｂを有し且つ透明保護層４を有さない点において、抵抗変化型素子Ｘ２と異なる。
【００８５】
電極２Ｂは、光透過性とともに導電性を有する材料よりなる。そのような材料としては、例えば、ＩｎＳｎ酸化物（ＩＴＯ）、Ｓｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、およびＺｎ酸化物が挙げられる。電極２Ｂの有する光透過性とは、電極２Ｂの側から本素子に対して光照射した場合に当該照射光の少なくとも一部が電極２Ｂを通過して酸素受容層６に至るように、当該電極２Ｂの単位厚さあたりの透明性が充分に高いことを意味する。このような電極２Ｂの厚さは、例えば３０〜１００ｎｍである。この程度に厚い電極２Ｂは、大気に曝され続けても不当には酸化変性しないので、酸化変性を防ぐための膜等で被覆されることを要しない。
【００８６】
互いに接する酸素供給層３および酸素受容層６を電極間に有する抵抗変化型素子Ｘ３は、同じく酸素供給層３および酸素受容層６を電極間に有する抵抗変化型素子Ｘ２と同様に、相対的に電流が流れにくい高抵抗状態と相対的に電流が流れやすい低抵抗状態との間を、バイポーラ型の動作で抵抗スイッチング可能である。また、抵抗変化型素子Ｘ３は、抵抗変化型素子Ｘ２と同様に、低抵抗化に際して酸素受容層６での酸素イオン５の発生を促進することができ、低抵抗化の際に酸素が酸素受容層６内に残留することを抑制することができ、従って、素子の高抵抗状態と低抵抗状態の間の抵抗値差が過度に小さくなるのを回避するのに適する。
【００８７】
以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列挙する。
【００８８】
（付記１）第１電極と、
光透過性を有する第２電極と、
前記第１および第２電極の間に位置し且つ前記第２電極に接する酸化物層と、を含む積層構造を有し、
前記酸化物層は、前記第２電極に酸素イオンを供与して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、前記第２電極から酸素イオンを受容して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能であり、
前記第２電極は、前記酸化物層から酸素イオンを受容して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、前記酸化物層に酸素イオンを供与して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能である、抵抗変化型素子。
（付記２）前記酸化物層から前記第２電極への酸素イオン供与により、正電荷を伴う酸素空孔が前記酸化物層内にて発生または増大し、且つ、前記第２電極において当該酸化物層に接する箇所が部分的に酸化される、付記１に記載の抵抗変化型素子。
（付記３）前記第２電極において部分的に酸化された前記箇所から前記酸化物層への酸素イオン供与により、前記箇所は還元され、且つ、前記酸化物層内の前記酸素空孔は減少または消滅する、付記２に記載の抵抗変化型素子。
（付記４）前記酸化物層は酸素欠損状態にある、付記１から３のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
（付記５）前記第２電極は遷移金属よりなる、付記１から４のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
（付記６）第１電極と、
光透過性を有する第２電極と、
前記第１および第２電極の間に位置する第１酸化物層と、
前記第１酸化物層および前記第２電極の間に位置し且つ前記第１酸化物層に接する第２酸化物層と、を含む積層構造を有し、
前記第１酸化物層は、前記第２酸化物層に酸素イオンを供与して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、前記第２酸化物層から酸素イオンを受容して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能であり、
前記第２酸化物層は、前記第１酸化物層から酸素イオンを受容して低抵抗状態から高抵抗状態に変化可能であり、且つ、前記第１酸化物層に酸素イオンを供与して高抵抗状態から低抵抗状態に変化可能である、抵抗変化型素子。
（付記７）前記第１酸化物層から前記第２酸化物層への酸素イオン供与により、正電荷を伴う酸素空孔が前記第１酸化物層内にて発生または増大し、且つ、前記第２酸化物層は酸化される、付記６に記載の抵抗変化型素子。
（付記８）前記第２酸化物層から前記第１酸化物層への酸素イオン供与により、前記第２酸化物層は還元され、且つ、前記第１酸化物層内の前記酸素空孔は減少または消滅する、付記７に記載の抵抗変化型素子。
（付記９）前記第１酸化物層および／または前記第２酸化物層は酸素欠損状態にある、付記６から８のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
（付記１０）前記第１酸化物層および前記第２酸化物層は酸素欠損状態にあり、酸素欠損の程度については、前記第２酸化物層の方が前記第１酸化物層よりも高い、付記６から８のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
（付記１１）前記第２酸化物層は遷移金属酸化物よりなる、付記６から１０のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
（付記１２）前記積層構造は、前記第２電極における前記第１電極の側とは反対の側に接する透明保護層を含む、付記１から１１のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
（付記１３）前記透明保護層は導電性を有する、付記１２に記載の抵抗変化型素子。
（付記１４）前記第２電極は前記透明保護層よりも薄い、付記１２または１３に記載の抵抗変化型素子。
（付記１５）付記１から１４のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子の抵抗状態をスイッチングするための方法であって、
高抵抗状態にある前記抵抗変化型素子に対して前記第２電極の側から光を照射しつつ、前記第１および第２電極を各々正極および負極として当該第１および第２電極間に電圧を印加する工程を含む、抵抗変化型素子抵抗スイッチング方法。
（付記１６）
光透過性を有する金属層と、
前記金属層に接する酸化物層と、を含む積層構造を有し、
前記酸化物層は、前記金属層に酸素イオンを供与、または、前記金属層から酸素イオンを受容することで抵抗状態が変化可能であり、
前記金属層は、前記酸化物層から酸素イオンを受容、または、前記酸化物層に酸素イオンを供与することで抵抗状態が変化可能である、抵抗変化型素子。
（付記１７）
光透過性を有する第１金属層と、
第２金属層と、
前記第１および第２金属層の間に位置する第１酸化物層と、
前記第１酸化物層および前記第１金属層の間に位置し且つ前記第１酸化物層に接する第２酸化物層と、を含む積層構造を有し、
前記第１酸化物層は、前記第２酸化物層に酸素イオンを供与、または、前記第２酸化物層から酸素イオンを受容することで、抵抗状態が変化可能であり、
前記第２酸化物層は、前記第１酸化物層から酸素イオンを受容、または、前記第１酸化物層に酸素イオンを供与することで抵抗状態が変化可能である、抵抗変化型素子。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る抵抗変化型素子の断面図である。
【図２】図１に示す抵抗変化型素子の動作原理を表す。
【図３】図１に示す抵抗変化型素子における電流−電圧特性の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る抵抗変化型素子の断面図である。
【図５】図４に示す抵抗変化型素子の動作原理を表す。
【図６】図４に示す抵抗変化型素子における電流−電圧特性の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る抵抗変化型素子の断面図である。
【図８】従来の抵抗変化型素子の一例の断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４      抵抗変化型素子
Ｓ，４０      基板
１，２，２Ａ，２Ｂ，４１，４２      電極
２ａ      部分酸化部
３，４３      酸素供給層
３ａ      酸素欠損部
４      透明保護層
５      酸素イオン
５’      正電荷欠陥
６      酸素受容層
７      酸素空孔
Ｌ      光
【図１】
2008205007.tif 000003
【図２】
2008205007.tif 000004
【図３】
2008205007.tif 000005
【図４】
2008205007.tif 000006
【図５】
2008205007.tif 000007
【図６】
2008205007.tif 000008
【図７】
2008205007.tif 000009
【図８】
2008205007.tif 000010