(57)【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及び放出でき、前記少なくとも１種類のイオンの濃度に応じて抵抗が変化する抵抗変化層と、
前記少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出できるイオン吸蔵放出層と、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層との間で、前記少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層とを備え、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層は、構成元素が同一であって且つ組成比が同じであることを特徴とする抵抗変化素子。
【請求項２】
少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出でき、前記少なくとも１種類のイオンの濃度に応じて抵抗が変化する抵抗変化層と、
前記少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出できるイオン吸蔵放出層と、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層との間で、前記少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層とを備え、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層は、構成元素が同一であり、
前記少なくとも１種類のイオンは、Ｌｉイオン、Ｚｎイオン、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｍｇイオン、Ａｌイオン、Ａｇイオン、Ｃｕイオンのいずれかであることを特徴とする抵抗変化素子。
【請求項３】
少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出でき、前記少なくとも１種類のイオンの濃度に応じて抵抗が変化する抵抗変化層と、
前記少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出できるイオン吸蔵放出層と、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層との間で、前記少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層とを備え、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層は、構成元素が同一であり、
前記少なくとも１種類のイオンは、Ｌｉイオンであることを特徴とする抵抗変化素子。
【請求項４】
前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層は、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（０≦ｘ≦３）で表される組成を有することを特徴とする、請求項３に記載の抵抗変化素子。
【請求項５】
前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層の少なくとも一方は、ｘの値が０＜ｘ≦３となるように調整されていることを特徴とする、請求項４に記載の抵抗変化素子。
【請求項６】
少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出でき、前記少なくとも１種類のイオンの濃度に応じて抵抗が変化する抵抗変化層と、
前記少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出できるイオン吸蔵放出層と、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層との間で、前記少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層とを備え、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層は、構成元素が同一であり、
前記少なくとも１種類のイオンは、Ｚｎイオンであることを特徴とする抵抗変化素子。
【請求項７】
前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層は、ＺｎｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦０．５）で表される組成を有す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】
前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層の少なくとも一方は、ｘの値が０＜ｘ≦０．５となるように調整されていることを特徴とする、請求項７に記載の抵抗変化素子。
【請求項９】
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、
前記抵抗変化素子は、
少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出でき、前記少なくとも１種類のイオンの濃度に応じて抵抗が変化する抵抗変化層と、
前記少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出できるイオン吸蔵放出層と、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層との間で、前記少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層とを備え、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層は、構成元素が同一であって且つ組成比が同じであることを特徴とする記憶装置。
【請求項１０】
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、
前記抵抗変化素子は、
少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出でき、前記少なくとも１種類のイオンの濃度に応じて抵抗が変化する抵抗変化層と、
前記少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出できるイオン吸蔵放出層と、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層との間で、前記少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層とを備え、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層は、構成元素が同一であり、
前記少なくとも１種類のイオンは、Ｌｉイオン、Ｚｎイオン、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｍｇイオン、Ａｌイオン、Ａｇイオン、Ｃｕイオンのいずれかであることを特徴とする記憶装置。
【請求項１１】
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、
前記抵抗変化素子は、
少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出でき、前記少なくとも１種類のイオンの濃度に応じて抵抗が変化する抵抗変化層と、
前記少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出できるイオン吸蔵放出層と、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層との間で、前記少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層とを備え、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層は、構成元素が同一であり、
前記少なくとも１種類のイオンは、Ｌｉイオンであり、
前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層は、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（０≦ｘ≦３）で表される組成を有することを特徴とする記憶装置。
【請求項１２】
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、
前記抵抗変化素子は、
少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出でき、前記少なくとも１種類のイオンの濃度に応じて抵抗が変化する抵抗変化層と、
前記少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出できるイオン吸蔵放出層と、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層との間で、前記少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層とを備え、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層は、構成元素が同一であり、
前記少なくとも１種類のイオンは、Ｚｎイオンであり、
前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層は、ＺｎｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦０．５）で表される組成を有することを特徴とする記憶装置。
【請求項１３】
少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出でき、前記少なくとも１種類のイオンの濃度に応じて抵抗が変化する抵抗変化層を形成する工程と、
前記少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出できるイオン吸蔵放出層を形成する工程と、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層との間で、前記少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層を形成する工程とを含み、
前記抵抗変化層を形成する工程及び前記イオン吸蔵放出層を形成する工程において、構成元素が同一であって且つ組成比が同じである前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層をそれぞれ形成することを特徴とする抵抗変化素子の製造方法。
【請求項１４】
少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出でき、前記少なくとも１種類のイオンの濃度に応じて抵抗が変化する抵抗変化層を形成する工程と、
前記少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出できるイオン吸蔵放出層を形成する工程と、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層との間で、前記少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層を形成する工程とを含み、
前記抵抗変化層を形成する工程及び前記イオン吸蔵放出層を形成する工程において、構成元素が同一である前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層をそれぞれ形成し、
前記少なくとも１種類のイオンは、Ｌｉイオン、Ｚｎイオン、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｍｇイオン、Ａｌイオン、Ａｇイオン、Ｃｕイオンのいずれかであることを特徴とする抵抗変化素子の製造方法。
【請求項１５】
少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出でき、前記少なくとも１種類のイオンの濃度に応じて抵抗が変化する抵抗変化層を形成する工程と、
前記少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出できるイオン吸蔵放出層を形成する工程と、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層との間で、前記少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層を形成する工程とを含み、
前記抵抗変化層を形成する工程及び前記イオン吸蔵放出層を形成する工程において、構成元素が同一である前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層をそれぞれ形成し、
前記少なくとも１種類のイオンは、Ｌｉイオンであることを特徴とする抵抗変化素子の製造方法。
【請求項１６】
前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層は、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（０≦ｘ≦３）で表される組成を有することを特徴とする、請求項１５に記載の抵抗変化素子の製造方法。
【請求項１７】
前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層の少なくとも一方は、ｘの値が０＜ｘ≦３となるように調整されていることを特徴とする、請求項１６に記載の抵抗変化素子の製造方法。
【請求項１８】
少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出でき、前記少なくとも１種類のイオンの濃度に応じて抵抗が変化する抵抗変化層を形成する工程と、
前記少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出できるイオン吸蔵放出層を形成する工程と、
前記抵抗変化層と前記イオン吸蔵放出層との間で、前記少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層を形成する工程とを含み、
前記抵抗変化層を形成する工程及び前記イオン吸蔵放出層を形成する工程において、構成元素が同一である前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層をそれぞれ形成し、
前記少なくとも１種類のイオンは、Ｚｎイオンであることを特徴とする抵抗変化素子の製造方法。
【請求項１９】
前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層は、ＺｎｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦０．５）で表される組成を有することを特徴とする、請求項１８に記載の抵抗変化素子の製造方法。
【請求項２０】
前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層の少なくとも一方は、ｘの値が０＜ｘ≦０．５となるように調整されていることを特徴とする、請求項１９に記載の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抵抗変化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】特表２０１０−５１４１５０号公報
【特許文献２】国際公開第２０１６／１８６１４８号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Elliot J. Fuller et al. "Li-Ion Synaptic Transistor for Low Power Analog Computing", Advanced Materials 29(4), 1604310, 2017
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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（濃度）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、イオンを伝導する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。【０００６】
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（濃度）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、抵抗変化層やイオン吸蔵放出層に用いる材料を適切に選択しないと、書き込み時に印加する電圧が大きくなり、書き込み時に必要な電気エネルギが大きくなってしまうことがわかった。【０００７】
本発明は、書き込み時に印加する電圧を低減し、書き込み時に必要な電気エネルギを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【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及び放出でき、少なくとも１種類のイオンの濃度に応じて抵抗が変化する抵抗変化層と、少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出できるイオン吸蔵放出層と、抵抗変化層とイオン吸蔵放出層との間で、少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層とを備え、抵抗変化層とイオン吸蔵放出層は、構成元素が同一であって且つ組成比が同じである。
【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及び放出でき、少なくとも１種類のイオンの濃度に応じて抵抗が変化する抵抗変化層を形成する工程と、少なくとも１種類のイオンを吸蔵及び放出できるイオン吸蔵放出層を形成する工程と、抵抗変化層とイオン吸蔵放出層との間で、少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層を形成する工程とを含み、抵抗変化層を形成する工程及びイオン吸蔵放出層を形成する工程において、構成元素が同一であって且つ組成比が同じである抵抗変化層及びイオン吸蔵放出層をそれぞれ形成する。
【発明の効果】
【００１０】
１つの側面として、書き込み時に印加する電圧を低減し、書き込み時に必要な電気エネルギを低減することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態にかかる抵抗変化素子の構成を示す断面図である。
【図２】本実施形態にかかる抵抗変化素子による作用・効果を説明するための図である。
【図３】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４】クロスバー構造でニューラルネットワークを模したデバイスの構成を示す斜視図である。
【図５】本実施形態の第１具体例の抵抗変化素子を用いて構成されるニューラルネットワークの各抵抗変化素子の抵抗変化層におけるｘの値の組み合わせを示す図である。
【図６】本実施形態の第１具体例の抵抗変化素子を用いて構成されるニューラルネットワークの各抵抗変化素子の抵抗変化層におけるｘの値の組み合わせと出力電流の関係を示す図である。
【図７】本実施形態の第２具体例の抵抗変化素子を用いて構成されるニューラルネットワークの各抵抗変化素子の抵抗変化層におけるｘの値の組み合わせを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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７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（固体電解質層）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、全固体二次電池、固体電池、全固体電池又はイオン電池ともいう。
【００１３】
つまり、二次電池の正極活物質層に相当する層として、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出でき、少なくとも１種類のイオンの量（濃度）に応じて抵抗が変化する抵抗変化層を備え、電解質層（固体電解質層）に相当する層として、少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層を備え、負極活物質層に相当する層として、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備える。
【００１４】
このため、図１に示すように、本実施形態の抵抗変化素子１は、基板２上に、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出でき、少なくとも１種類のイオンの量（濃度）に応じて抵抗が変化する抵抗変化層３と、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５と、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５との間で、少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層４とを備える。
【００１５】
ここで、抵抗変化層３は、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出でき、少なくとも１種類のイオンの量（濃度）に応じて抵抗が変化する材料からなる。また、イオン伝導層４は、少なくとも１種類のイオンを伝導する材料からなる。また、イオン吸蔵放出層５は、少なくとも１種類のイオンを吸蔵、放出できる材料からなる。
本実施形態では、抵抗変化層３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、イオン伝導層４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、イオン吸蔵放出層５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る。
【００１６】
この場合、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５の間でイオン伝導層４を通ってイオンが移動することで、抵抗変化層３のイオンの量（濃度）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１として機能させることができる。
なお、ここでは、イオン伝導層４は、この少なくとも１種類のイオンを伝導し、電子を伝導しないイオン伝導層である。
【００１７】
なお、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５の間でイオン伝導層４を通って移動するイオンを、伝導イオンともいう。また、イオン吸蔵放出層５をイオン供給層ともいう。
また、抵抗変化層３の中のイオンの量（濃度）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、多くの抵抗値を記憶することができる多値抵抗変化素子を実現することも可能である。
【００１８】
本実施形態では、抵抗変化素子１は、抵抗変化層３、イオン伝導層４、イオン吸蔵放出層５をこの順に積層し、イオン伝導層４を抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５で挟んだ構造を有し、抵抗変化層３中の伝導イオンの濃度を電気化学的に制御することで抵抗を制御できるようになっている。
特に、本実施形態では、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、構成元素が同一である。つまり、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５に、構成元素が同一である材料、即ち、同一材料が用いられている。
【００１９】
例えば、伝導イオンをＬｉイオンとし、抵抗変化層３にＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２を用い、イオン吸蔵放出層５にＬｉ７Ｔｉ５Ｏ１２を用いる場合、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、構成元素が同一であることになる。この場合、抵抗変化層３３とイオン吸蔵放出層５は、同一の組成式であるＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（０≦ｘ≦３）で表される組成を有する。
【００２０】
この場合、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素以外の元素の組成比が同じであれば良く、この場合、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、同一材料が用いられていると言える。
例えば、伝導イオンをＬｉイオンとし、抵抗変化層３にＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２を用い、イオン吸蔵放出層５にＬｉ７Ｔｉ５Ｏ１２を用いる場合、Ｌｉ以外の元素の組成比がともにＴｉ：Ｏ＝５：１２で同じであるため、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、同一材料が用いられていると言える。
【００２１】
この場合、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素の組成比が異なっていても良いし、伝導イオンとなる元素の組成比が同一であっても良い。
つまり、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素の量（濃度）が異なっていても良いし、伝導イオンとなる元素の量（濃度）が同一であっても良い。
このように、同一材料とは、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５で、伝導イオンとなる元素以外の元素の組成比が同じであれば良いことになる。
【００２２】
なお、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５における伝導イオンとなる元素の含有量は、抵抗変化層３をどの程度の抵抗値を持つ状態とするかによって変化する。
このようにして抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５を同一材料で構成することで、抵抗値（重み値；メモリ値；データ；情報）の書き込み時（書き換え時）の必要エネルギを低減することができる。
【００２３】
つまり、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５を同一材料で構成することで、これらの層の電位差を低減することができるため、抵抗変化層３の中の伝導イオンの量（伝導イオンとなる元素の組成）を変化させるのに必要な電圧を低減することができる。このため、書き込み時に印加する電圧を低減することができ、書き込み時に必要な電気エネルギを低減することが可能である。
【００２４】
ここで、伝導イオンをＬｉイオンとし、抵抗変化層３にＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２を用い、イオン吸蔵放出層５にＬｉ７Ｔｉ５Ｏ１２を用いる場合を例に挙げて説明する。
Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２は、次の反応式のように、リチウムの挿入脱離反応を起こすことができる。
Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２＋３Ｌｉ＋＋３ｅ⇔Ｌｉ７Ｔｉ５Ｏ１２
この挿入脱離は、Ｔｉ４＋／３＋の酸化還元を伴い、その電位は約１．５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）、即ち、リチウムの酸化還元電位を０Vとすると、Ｔｉ４＋／３＋の酸化還元電位は１．５Ｖである。
【００２５】
ここで、抵抗変化層３にＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２を用い、イオン吸蔵放出層５にＬｉ７Ｔｉ５Ｏ１２を用いる場合、正極活物質層に相当する層として抵抗変化層３を備え、負極活物質層に相当する層としてイオン吸蔵放出層５を備える全固体電池と見ることができため、全固体電池の電圧を考える。
抵抗変化層３におけるＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２の物質量とイオン吸蔵放出層５におけるＬｉ７Ｔｉ５Ｏ１２の物質量が等しいと仮定すると、充放電過程における抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５の組成は、ｘ（０≦ｘ≦３）を用いて、それぞれ、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２、Ｌｉ７−ｘＴｉ５Ｏ１２と表すことができる。
【００２６】
ここで、図２は、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２を用いた抵抗変化層３とＬｉ７−ｘＴｉ５Ｏ１２を用いたイオン吸蔵放出層５の各層の持つ電位（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）のｘ値依存性を示している。
図２に示すように、ｘの値が０．３〜２．７の範囲において、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２を用いた抵抗変化層３とＬｉ７−ｘＴｉ５Ｏ１２を用いたイオン吸蔵放出層５の双方の層の持つ電位の差は、約０．１Ｖ未満（＜０．１Ｖ）になっている。
【００２７】
これは、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２を用いた抵抗変化層３のｘの値を変化させるのに必要な電圧が約０．１Ｖ未満であることを意味する。
このように、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５を同一材料で構成することで、これらの層の電位差を低減できるため、書き込み時に印加する電圧を低減でき、書き込み時に必要な電気エネルギを低減することが可能である。
【００２８】
ところで、伝導イオンは、Ｌｉイオン、Ｚｎイオン、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｍｇイオン、Ａｌイオン、Ａｇイオン、Ｃｕイオンのいずれかであることが好ましい。
このうち、伝導イオンをＬｉイオン（リチウムイオン）とする場合、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、例えば、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（０≦ｘ≦３）、Ｌｉ３＋ｘＶ２（ＰＯ４）３（−２≦ｘ≦２）、Ｌｉ３＋ｘＦｅ２（ＰＯ４）３（０≦ｘ≦２）、Ｌｉ１＋ｘＶＰ２Ｏ７（−１≦ｘ≦１）、Ｌｉ１＋ｘＦｅＰ２Ｏ７（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＴｉＯ２（０≦ｘ≦１）などの材料からなるものとし、構成元素が同一であるものとすれば良い。また、イオン伝導層４は、例えば、ＬｉＰＯＮ、Ｌｉ９Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２、Ｌｉ３ｚＬａ２／３−ｚＴｉＯ３（０≦ｚ≦１／６）、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２などの材料からなるものとすれば良い。
【００２９】
なお、抵抗変化層３、イオン伝導層４、イオン吸蔵放出層５の結晶状態（結晶質、または非晶質）については、いずれにおいても特に制限はない。
特に、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５には、平均的な電子移動伝導度が高いＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（０≦ｘ≦３）を用いるのが最も好ましい。
例えば、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５は、構成元素が同一であり、同一の組成式であるＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（０≦ｘ≦３）で表される組成を有することが好ましい。つまり、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５に、構成元素が同一であり、同一の組成式であるＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（０≦ｘ≦３）で表される材料（同一材料）を用いることが好ましい。
【００３０】
特に、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５の少なくとも一方は、ｘの値が０＜ｘ≦３となるように調整されていることが好ましい。
つまり、初期状態においてＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（ｘ＝０）で表される組成を有する抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５の少なくとも一方を、ｘの値が０＜ｘ≦３となるように調整されているものとすることが好ましい。
【００３１】
これは、以下の理由による。
つまり、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５にＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（０≦ｘ≦３）で表される材料を用いる場合、ｘ＝０の状態が熱力学的に安定な状態であるため、初期状態では抵抗変化層３、イオン吸蔵放出層５はともにｘ＝０の状態で成膜される。
一方、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（０≦ｘ≦３）で表される材料は、ｘ＜０の状態を取ることができないため、抵抗変化層３、イオン吸蔵放出層５がともにｘ＝０の状態になっていると、両者間でＬｉイオンの授受を行なうことができない。
【００３２】
このため、両者間でＬｉイオンの授受を行なうことができるように、抵抗変化層３、イオン吸蔵放出層５の少なくとも一方のｘの値が０＜ｘ≦３となるように化学的に調整することが好ましい。
ここで、調整は以下の方法で行なうことができる。
成膜したＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２の上に金属リチウムを成膜する。
【００３３】
次に、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２膜と金属リチウム膜を、以下のスキームで反応させる。
Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２＋ｙＬｉ→Ｌｉ４＋ｙＴｉ５Ｏ１２
なお、この反応は室温で放置しておくだけでも進行するが、高温状態（例えば約３０℃〜約８０℃）に置くことで当該反応を促進させることも可能である。
このようにして抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５の少なくとも一方をｘの値が０＜ｘ≦３となるように調整する場合、例えば、抵抗変化層３は上述の調整を行なわずにＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２からなるものとし、イオン吸蔵放出層５は上述の調整を行なってＬｉ７Ｔｉ５Ｏ１２からなるものとすれば良い。また、例えば、抵抗変化層３は上述の調整を行なってＬｉ５Ｔｉ５Ｏ１２からなるものとし、イオン吸蔵放出層５も上述の調整を行なってＬｉ５Ｔｉ５Ｏ１２からなるものとしても良い。また、例えば、抵抗変化層３は上述の調整を行なってＬｉ７Ｔｉ５Ｏ１２からなるものとし、イオン吸蔵放出層５は上述の調整を行なわずにＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２からなるものとしても良い。
【００３４】
このように、上述の調整を行なった結果、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５で、ｘの値が同じになっていても良いし、異なるものとなっていても良い。
ここで、ｘの値が同じになっている場合には、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素の組成比が同一になっていることになる。また、ｘの値が異なるものとなっている場合には、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素の組成比が異なっていることになる。いずれの場合も、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素以外の元素の組成比は同じである。
【００３５】
なお、ここでは、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５にＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（０≦ｘ≦３）で表される材料を用いる場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、Ｌｉ３＋ｘＦｅ２（ＰＯ４）３（０≦ｘ≦２）、Ｌｉ１＋ｘＦｅＰ２Ｏ７（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＴｉＯ２（０≦ｘ≦１）で表される材料を用いる場合も同様である。
【００３６】
つまり、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５に、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（０≦ｘ≦３）、Ｌｉ３＋ｘＦｅ２（ＰＯ４）３（０≦ｘ≦２）、Ｌｉ１＋ｘＦｅＰ２Ｏ７（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＴｉＯ２（０≦ｘ≦１）で表される材料を用いる場合、ｘ＝０の状態が熱力学的に安定な状態であるため、初期状態では抵抗変化層３、イオン吸蔵放出層５はともにｘ＝０の状態で成膜される。一方、これらの材料は、ｘ＜０の状態を取ることができないため、抵抗変化層３、イオン吸蔵放出層５がともにｘ＝０の状態になっていると、両者間でＬｉイオンの授受を行なうことができない。このため、両者間でＬｉイオンの授受を行なうことができるように、抵抗変化層３、イオン吸蔵放出層５の少なくとも一方のｘの値を化学的に調整することが好ましい。
【００３７】
このため、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５で、ｘの値が同じになっていても良いし、異なるものとなっていても良い。そして、ｘの値が同じになっている場合には、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素の組成比が同一になっていることになる。また、ｘの値が異なるものとなっている場合には、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素の組成比が異なっていることになる。いずれの場合も、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素以外の元素の組成比は同じである。
【００３８】
これに対し、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５にＬｉ３＋ｘＶ２（ＰＯ４）３（−２≦ｘ≦２）、Ｌｉ１＋ｘＶＰ２Ｏ７（−１≦ｘ≦１）で表される材料を用いる場合、これらの材料は、ｘ＜０の状態を取ることができるため、上述のようなｘの値の化学的な調整は行なわなくても良い。この点で、これらの材料は製造が容易である。そして、調整を行なわない場合、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５でｘの値は同じになる。抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素の組成比が同一になる。この場合も、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素以外の元素の組成比は同じである。
【００３９】
また、伝導イオンをＺｎイオン（亜鉛イオン）とする場合、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、例えば、ＺｎｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦０．５）、ＺｎｘＴｉＯ２（０≦ｘ≦０．５）、ＺｎｘＶ２Ｏ５（０≦ｘ≦１．５）、ＺｎｘＬｉＶ３Ｏ８（０≦ｘ≦１．５）などの材料からなるものとし、構成元素が同一であるものとすれば良い。また、イオン伝導層４は、例えば、ＺｎＺｒ４（ＰＯ４）６、Ｚｎ１．５ｚＬａ２／３−ｚＴｉＯ３（０≦ｚ≦１／６）などの材料からなるものとすれば良い。
【００４０】
例えば、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５は、構成元素が同一であり、同一の組成式であるＺｎｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦０．５）で表される組成を有することが好ましい。つまり、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５に、構成元素が同一であり、同一の組成式であるＺｎｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦０．５）で表される材料（同一材料）を用いることが好ましい。
【００４１】
特に、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５の少なくとも一方は、ｘの値が０＜ｘ≦０．５となるように調整されていることが好ましい。
つまり、初期状態においてＺｎｘＭｎＯ２（ｘ＝０）で表される組成を有する抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５の少なくとも一方を、ｘの値が０＜ｘ≦０．５となるように調整されているものとすることが好ましい。
【００４２】
これは、以下の理由による。
つまり、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５にＺｎｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦０．５）で表される材料を用いる場合、ｘ＝０の状態が熱力学的に安定な状態であるため、初期状態では抵抗変化層３、イオン吸蔵放出層５はともにｘ＝０の状態で成膜される。
一方、ＺｎｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦０．５）で表される材料は、ｘ＜０の状態を取ることができないため、抵抗変化層３、イオン吸蔵放出層５がともにｘ＝０の状態になっていると、両者間でＺｎイオンの授受を行なうことができない。
【００４３】
このため、両者間でＺｎイオンの授受を行なうことができるように、抵抗変化層３、イオン吸蔵放出層５の少なくとも一方のｘの値が０＜ｘ≦０．５となるように化学的に調整することが好ましい。
ここで、調整は以下の方法で行なうことができる。
成膜したＭｎＯ２の上に金属亜鉛を成膜する。
【００４４】
次に、ＭｎＯ２膜と金属亜鉛膜を、以下のスキームで反応させる。
ＭｎＯ２＋ｙＺｎ→ＺｎｙＭｎＯ２
なお、この反応は室温で放置しておくだけでも進行するが、高温状態（例えば約３０℃〜約８０℃）に置くことで当該反応を促進させることも可能である。
このようにして抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５の少なくとも一方をｘの値が０＜ｘ≦０．５となるように調整する場合、例えば、抵抗変化層３は上述の調整を行なわずにＭｎＯ２からなるものとし、イオン吸蔵放出層５は上述の調整を行なってＺｎ０．５ＭｎＯ２からなるものとすれば良い。また、例えば、抵抗変化層３は上述の調整を行なってＺｎ０．３ＭｎＯ２からなるものとし、イオン吸蔵放出層５も上述の調整を行なってＺｎ０．３ＭｎＯ２からなるものとしても良い。また、例えば、抵抗変化層３は上述の調整を行なってＺｎ０．５ＭｎＯ２からなるものとし、イオン吸蔵放出層５は上述の調整を行なわずにＭｎＯ２からなるものとしても良い。
【００４５】
このように、上述の調整を行なった結果、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５で、ｘの値が同じになっていても良いし、異なるものとなっていても良い。
ここで、ｘの値が同じになっている場合には、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素の組成比が同一になっていることになる。また、ｘの値が異なるものとなっている場合には、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素の組成比が異なっていることになる。いずれの場合も、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素以外の元素の組成比は同じである。
【００４６】
なお、ここでは、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５にＺｎｘＭｎＯ２で表される材料を用いる場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、ＺｎｘＴｉＯ２（０≦ｘ≦０．５）で表される材料を用いる場合も同様である。
つまり、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５に、ＺｎｘＴｉＯ２（０≦ｘ≦０．５）で表される材料を用いる場合、ｘ＝０の状態が熱力学的に安定な状態であるため、初期状態では抵抗変化層３、イオン吸蔵放出層５はともにｘ＝０の状態で成膜される。一方、これらの材料は、ｘ＜０の状態を取ることができないため、抵抗変化層３、イオン吸蔵放出層５がともにｘ＝０の状態になっていると、両者間でＺｎイオンの授受を行なうことができない。このため、両者間でＺｎイオンの授受を行なうことができるように、抵抗変化層３、イオン吸蔵放出層５の少なくとも一方のｘの値を化学的に調整することが好ましい。
【００４７】
このため、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５で、ｘの値が同じになっていても良いし、異なるものとなっていても良い。そして、ｘの値が同じになっている場合には、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素の組成比が同一になっていることになる。また、ｘの値が異なるものとなっている場合には、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素の組成比が異なっていることになる。いずれの場合も、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、伝導イオンとなる元素以外の元素の組成比は同じである。
【００４８】
なお、ここでは、伝導イオンをＬｉイオンやＺｎイオンとする場合について説明しているが、伝導イオンを他のイオンとする場合も同様である。
ここで、伝導イオンを他のイオンとする場合、抵抗変化層３、イオン吸蔵放出層５、イオン伝導層４には、以下のような材料を用いれば良い。
つまり、伝導イオンをＮａイオン（ナトリウムイオン）とする場合、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、例えば、Ｎａ１＋ｘＴｉ２（ＰＯ４）３（０≦ｘ≦２），Ｎａ２＋ｘＴｉ３Ｏ７（０≦ｘ≦３），Ｎａ３＋ｘＶ２（ＰＯ４）３（−２≦ｘ≦２），Ｎａ３-ｚＶ２-ｚＺｒｚ（ＰＯ４）３，ＮａｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦１），ＮａｘＴｉＯ２（０≦ｘ≦１）などの材料からなるものとし、構成元素が同一であるものとすれば良い。また、イオン伝導層４は、例えば、Ｎａ３ＰＯ４，Ｎａ３Ｚｒ２（ＳｉＯ４）２ＰＯ４，Ｎａ３．３Ｓｃ０．３Ｚｒ１．７（ＳｉＯ４）２（ＰＯ４），Ｎａ＋−β”−Ａｌ２Ｏ３などの材料からなるものとすれば良い。
【００４９】
また、伝導イオンをＫイオン（カリウムイオン）とする場合、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、例えば、ＫｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦１），Ｋ３＋ｘＶ２（ＰＯ４）３（−２≦ｘ≦２），ＫｘＶ２Ｏ５（０≦ｘ≦３）などの材料からなるものとし、構成元素が同一であるものとすれば良い。また、イオン伝導層４は、例えば、Ｋ＋−β”−Ａｌ２Ｏ３などの材料からなるものとすれば良い。
【００５０】
また、伝導イオンをＭｇイオン（マグネシウムイオン）とする場合、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、例えば、ＭｇｘＶ２Ｏ５（０≦ｘ≦１．５），ＭｇｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦０．５），Ｍｇ０．５＋ｘＴｉ２（ＰＯ４）３（０≦ｘ≦１）などの材料からなるものとし、構成元素が同一であるものとすれば良い。また、イオン伝導層４は、例えば、ＭｇＨｆ（ＷＯ４）３，Ｍｇ０．５Ｚｒ２（ＰＯ４）３，Ｍｇ０．３５（Ｚｒ０．８５Ｎｂ０．１５）２（ＰＯ４）３Ｚｎ１．５ｚＬａ２／３−ｚＴｉＯ３（０≦ｚ≦１／６）などの材料からなるものとすれば良い。
【００５１】
また、伝導イオンをＡｌイオン（アルミニウムイオン）とする場合、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、例えば、ＡｌｘＶ２Ｏ５（０≦ｘ≦１），ＡｌｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦１／３）などの材料からなるものとし、構成元素が同一であるものとすれば良い。また、イオン伝導層４は、例えば、Ａｌ２（ＷＯ４）３などの材料からなるものとすれば良い。
【００５２】
また、伝導イオンをＡｇイオン（銀イオン）とする場合、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、例えば、ＡｇｘＭｏＯ３（０≦ｘ≦１）、ＡｇｘＭｏＳ２（０≦ｘ≦１）、ＡｇｘＴｉＳ２（０≦ｘ≦１）、ＡｇｘＢｉ２Ｓｅ３（０≦ｘ≦１）ＡｇｘＴｉＳｅ２（０≦ｘ≦１）などの材料からなるものとし、構成元素が同一であるものとすれば良い。また、イオン伝導層４は、例えば、ＡｇＩ−Ａｇ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５などの材料からなるものとすれば良い。
【００５３】
また、伝導イオンをＣｕイオン（銅イオン）とする場合、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５は、例えば、ＣｕｘＭｏＯ３（０≦ｘ≦１）、ＣｕｘＭｏＳ２（０≦ｘ≦１）、ＣｕｘＴｉＳ２（０≦ｘ≦１）、ＣｕｘＢｉ２Ｓｅ３（０≦ｘ≦１）、ＣｕｘＴｉＳｅ２（０≦ｘ≦１）などの材料からなるものとし、構成元素が同一であるものとすれば良い。また、イオン伝導層４は、例えば、ＣｕＩ−Ｃｕ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５などの材料からなるものとすれば良い。
【００５４】
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。
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、少なくとも１種類のイオンの量に応じて抵抗が変化する抵抗変化層３を形成する工程と、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５を形成する工程と、抵抗変化層とイオン吸蔵放出層との間で、少なくとも１種類のイオンを伝導するイオン伝導層４を形成する工程と、を含む。
【００５５】
そして、抵抗変化層３を形成する工程及びイオン吸蔵放出層５を形成する工程において、構成元素が同一である抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５をそれぞれ形成する。
ところで、具体的な構成例としては、例えば図１に示すように、例えばＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜；絶縁膜）を備えるＳｉ基板などの基板２上に、例えばＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（ｘ＝０）、即ち、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２で表される組成を有する抵抗変化層３、例えばＬｉＰＯＮからなるイオン伝導層４、例えばＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（ｘ＝３）、即ち、Ｌｉ７Ｔｉ５Ｏ１２で表される組成を有するイオン吸蔵放出層５を順に積層し、抵抗変化層３の両側に、例えばＰｔからなる第１電極６及び第２電極７を設け、イオン吸蔵放出層５上に、例えばＰｔからなる第３電極８を設ければ良い。
【００５６】
この場合、第１電極６及び第２電極７は、抵抗値（重み値；メモリ値；データ；情報）の読み出しに用いられる。このため、第１電極６及び第２電極７を、第１読出電極及び第２読出電極、又は、入力電極及び出力電極ともいう。
また、第１電極６及び第２電極７の少なくとも一方（ここでは第２電極７）及び第３電極８は、抵抗値（重み値；メモリ値；データ；情報）の書き込み（書き換え）に用いられる。このため、第１電極６及び第２電極７の少なくとも一方（ここでは第２電極７）及び第３電極８を、第１書込電極及び第２書込電極、又は、第１引出電極及び第２引出電極ともいう。
【００５７】
このように構成される抵抗変化素子は、以下のようにして製造することができる。
例えばＳｉＯ２膜を備えるＳｉ基板などの基板２上に、第１電極６及び第２電極７、抵抗変化層３、イオン伝導層４、イオン吸蔵放出層５を成膜する。
つまり、例えばＳｉＯ２膜を備えるＳｉ基板などの基板２上に、第１電極６及び第２電極７が抵抗変化層３に電気的に接続され、抵抗変化層３、イオン伝導層４、イオン吸蔵放出層５が順に積層されるように、第１電極６及び第２電極７、抵抗変化層３、イオン伝導層４、イオン吸蔵放出層５を成膜する。
【００５８】
そして、イオン吸蔵放出層５上に、第３電極８を形成する。つまり、イオン吸蔵放出層５に電気的に接続されるように、イオン吸蔵放出層５上に、第３電極８を形成する。
なお、ここでは、第１電極６及び第２電極７の少なくとも一方（ここでは第２電極７）は、読出電極と書込電極を兼ねているが、これに限られるものではなく、第１電極６及び第２電極７を読出電極とし、これらとは別に書込電極としての第４電極を設けても良い。この場合、第４電極は、抵抗変化層３に電気的に接続されるように、抵抗変化層３、イオン伝導層４及びイオン吸蔵放出層５を挟んで第３電極８の反対側に設ければ良い。
【００５９】
また、各層を積層する順番や各電極を設ける位置や数なども、上述の構成例に限られるものではない。例えば、イオン吸蔵放出層、イオン伝導層、抵抗変化層の順に積層しても良いし、他の位置に各電極を設けても良いし、電極の数を増やしたり減らしたりしても良い。
ところで、上述のように構成される抵抗変化素子１では、以下のようにして、抵抗値（重み値；メモリ値；データ；情報）の書き込み（書き換え）と読み出し（読み取り）を行なうことができる。
【００６０】
抵抗値（重み値）の書き込み時（書き換え時）には、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５のそれぞれに電気的に接続された第１電極６及び第２電極７の少なくとも一方（ここでは第２電極７）と第３電極８の間に、例えば約０．１Ｖ未満の電圧（電気エネルギ）を印加するだけで、抵抗変化層３の中の伝導イオンの量（濃度）を調整し、目的となる抵抗値（重み値）になるように抵抗変化層３の抵抗値を変化させ、抵抗変化層３に抵抗値（重み値）の書き込み（書き換え）を行なうことができる。
【００６１】
抵抗値（重み値）の読み出し時（読み取り時）には、抵抗変化層３の両側に電気的に接続された第１電極６と第２電極７の間に、例えば約１ｍＶ〜約１００ｍＶ程度の電圧を印加し、入力側の第１電極６の側から抵抗変化層３を介して出力側の第２電極７の側へ流れた電流値をモニタし、これに基づいて、抵抗変化層３の抵抗値（重み値）の読み出しを行なうことができる。
【００６２】
ここで、モニタされる電流値Ｉｏｕｔｐｕｔは、印加電圧（入力電圧）をＶｉｎｐｕｔ、抵抗変化層が持つ抵抗値をＲとすると、次式のように表すことができる。
Ｉｏｕｔｐｕｔ＝Ｖｉｎｐｕｔ／Ｒ
また、このように構成される抵抗変化素子１を用いて、例えば機械学習用のニューラルネットワークを作製することができる。
【００６３】
例えば、図３に示すように、ニューラルネットワーク９は、ｍ（ここではｍ＝２）本の入力ワイヤ１０（ここでは１０Ａ、１０Ｂ）、ｎ（ここではｎ＝３）本の出力ワイヤ１１（ここでは１１Ａ〜１１Ｃ）、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。
【００６４】
なお、これをシナプス素子又はシナプスデバイスともいう。また、ここでは、ｍ×ｎ個の抵抗変化素子１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１０Ａ、１０Ｂから電圧Vｉ（１≦ｉ≦ｍ）を入力すると、各出力ワイヤ１１Ａ〜１１Ｃから応答電流Ｉｊ（１≦ｊ≦ｎ）が出力される。
【００６５】
Ｉｊは、次のように表現される。
【００６６】
【数１】
0006915744.tif 000002
【００６７】
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（機械学習遂行時の重み値に相当)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。
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１１Ａ〜１１Ｃから出力される応答電流Ｉｊを変化させることができる。
【００６８】
このため、上述の抵抗変化素子１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９は、記憶装置として機能する。
この場合、抵抗変化素子１に接続されている入力ワイヤ１０及び出力ワイヤ１１は、抵抗変化素子１から抵抗値（重み値；メモリ値；データ；情報）を読み出すための読出回路１２として機能する。
【００６９】
また、抵抗変化素子１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１に抵抗値（重み値；メモリ値；データ；情報）を書き込むための書込回路１３として機能する。
このため、記憶装置９は、上述のように構成される抵抗変化素子１と、抵抗変化素子１に接続され、抵抗変化素子１へ情報の書き込みを行なう書込回路１３と、抵抗変化素子１に接続され、抵抗変化素子１から情報の読み出しを行なう読出回路１２とを備えることになる。
【００７０】
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。
ディープラーニングは、多層のニューラルネットワークを用いた機械学習手法であり、現在、画像認識、音声認識などの分野に応用されている。
ここで言う「ニューラルネットワーク」は、データ入出力の役割を持つ人工ニューロンがシナプス結合により形成したネットワークを表す。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
そこで、低消費電力で機械学習の遂行が可能な新たなデバイスと、それを用いた半導体チップが必要とされている。
そこで、例えば図４に示すように、クロスバー構造でニューラルネットワークを模したデバイス（シナプスデバイス）が提案されている。
これは、入力側のナノワイヤ群（入力ワイヤ；ｍ本；ここではｍ＝４）、出力側のナノワイヤ群（出力ワイヤ；ｎ本；ここではｎ＝４）と、個々の入力ワイヤ−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。
【００７４】
この抵抗変化素子がニューラルネットワークにおけるシナプス結合に相当する。
つまり、抵抗変化素子の持つ抵抗値Ｒをもって重み値ｗを記憶することができる。この場合、一つのＲについて一つのｗが対応する。
実際には、入力ワイヤに電圧Ｖｉｎｐｕｔで入力した場合に、抵抗値Ｒの大小が、出力される応答電流Ｉｏｕｔｐｕｔに反映される（次式参照）。
Ｉｏｕｔｐｕｔ＝Ｖｉｎｐｕｔ／Ｒ
この抵抗変化素子は、重み値を記憶するために不揮発性でなければならない。
【００７５】
不揮発性抵抗メモリとしては、例えば、磁気を利用したＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）、結晶状態を利用したＰＣＲＡＭ（Phase Change Random Access Memory）、酸化還元等を利用したＲｅＲＡＭ（Resistive Random Access Memory）がある。
このような抵抗変化素子が対応できる重み値の数は、例えば「０」と「１」の２値よりも「０」、「１」、「２」、…のような多値の方が、同じ規模のシナプスデバイスでより高精度の予測を可能とする。また、同様に、同じ精度の機械学習をより小規模のシナプスデバイスで遂行することが可能になる。
【００７６】
しかしながら、上述のＭＲＡＭは、磁気の平衡、反平衡を利用している関係上、２値しか取れない。また、上述のＲｅＲＡＭは、酸化物状態と金属状態の２状態を利用するため、その中間状態の維持が困難である。さらに、上述のＰＣＲＡＭも、結晶状態と非結晶状態を利用するため、これも同様に、その中間状態を維持するのが困難である。
そこで、例えばリチウムイオン電池などで用いられている正極材料が、多値化が可能な材料（メモリ材料）として注目されている。
【００７７】
これは、当該正極材料が、リチウム量が充電状態によって可逆的に変化し、それに応じて連続で抵抗値が変化する性質を持っているからである。
例えば、非特許文献１には、抵抗変化層の材料としてＬｉｘＣｏＯ２を用いた例が挙げられている。
このような抵抗変化素子では、抵抗変化層の中のリチウム量を制御するために、抵抗変化層のほかにイオン伝導層やイオン吸蔵放出層を設ける。
【００７８】
この抵抗変化層、イオン伝導層、イオン吸蔵放出層の組合せは「全固体電池」と捉えることができ、それぞれ、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層と対応付けることができる。
この場合、抵抗変化層とイオン吸蔵放出層の間に電気エネルギＥａｐｐを与え、抵抗変化層中のリチウムイオン濃度を変化させることで、抵抗変化層の持つ抵抗値（重み値）を変えることができる。
【００７９】
電気エネルギＥａｐｐは、次式のように表すことができる。
Ｅａｐｐ＝ＶａｐｐＩａｐｐｔａｐｐ
ここで、Ｖａｐｐは印加電圧、Ｉａｐｐは印加電流、ｔａｐｐは印加時間である。Ｖａｐｐは、この全固体電池が持つ開回路電圧Ｖｂａｔｔｅｒｙと、イオン伝導層内の伝導速度に影響を与える過電圧Ｖｏｖｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌを用いて、以下の式の様に表現できる。
Ｖａｐｐ＝Ｖｂａｔｔｅｒｙ＋Ｖｏｖｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌ
しかしながら、抵抗変化層やイオン吸蔵放出層に用いる材料を適切に選択しないと、Ｖｂａｔｔｅｒｙが大きくなることで、書き込み時に印加する電圧Ｖａｐｐが大きくなり、書き込み時に必要な電気エネルギが大きくなってしまうことがわかった。
【００８０】
例えば、非特許文献１に示されている組合せ（抵抗変化層：ＬｉＣｏＯ２、イオン吸蔵放出層：Ｓｉ）の場合、Ｖｂａｔｔｅｒｙ≒３．５Ｖであるため、抵抗変化層が持つ抵抗値を変化させるためには、（Ｖｏｖｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌを０．１Ｖ未満としても）約３．５Ｖ〜約３．６ＶのＶａｐｐを持った電気エネルギを印加する必要がある。
このように、抵抗変化層が持つ抵抗値を書き換えるには、全固体電池が持つ電圧に匹敵する電圧を印加する必要があるため、必要電圧を低減するためには、全固体電池が持つ電圧を低減することが必要である。
【００８１】
そして、書き込み（書き換え）に必要なＶａｐｐは、適用する抵抗変化層、イオン吸蔵放出層の材料（材質）によって左右される。
つまり、抵抗変化層、イオン吸蔵放出層を適切に選択することで、Ｖｂａｔｔｅｒｙ、およびＶａｐｐを低減することができる。
これは、抵抗値に相当する重み値ｗを書き込む（書き換える）のに必要なエネルギＥａｐｐを低減し、さらには機械学習を遂行するのに必要な電力の低減にも寄与する。
【００８２】
そこで、抵抗値（重み値）を書き込むために必要な電気エネルギを低減することができるデバイスを実現すべく、上述のような構成を採用している。
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、書き込み時に印加する電圧を低減し、書き込み時に必要な電気エネルギを低減することができるという効果を有する。
【００８３】
つまり、抵抗変化素子１を上述のように構成することで、抵抗変化層３とイオン吸蔵放出層５の間の電位差（Ｖｂａｔｔｅｒｙに相当）をほぼ０Ｖにすることができるため、抵抗値（重み値）の書き込み（書き換え）で消費する電気エネルギを大幅に削減することができる。
例えば、以下のようにして抵抗変化素子１を作製し、その効果を確認したところ、Ｖｏｖｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌを０．１Ｖ未満とした場合、抵抗値（重み値）の書き込み（書き換え）に必要な電気エネルギを、例えば非特許文献１に記載されているものと比較して約３％以下に低減できることが確認できた。
【００８４】
また、本抵抗変化素子１において、Ｖｏｖｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌ≧０．１Ｖとしても差し支えない。Ｖｏｖｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌが大きいほど、イオン伝導層におけるイオンの移動速度が向上しイオン伝導層におけるイオンの移動速度を速めることができるため、抵抗値（重み値）の書き込み（書き換え）に必要な時間を大幅に低減することができる。
【００８５】
まず、第１具体例として、以下のようにして、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５にＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（０≦ｘ≦３）で表される材料を用いた抵抗変化素子１を作製し（例えば図１参照）、その効果を確認した。
つまり、まず、ＳｉＯ２膜を備えるＳｉ基板（ＳｉＯ２／Ｓｉ基板）２上に、第１電極６及び第２電極７としてのＰｔ電極（例えば膜厚約５０ｎｍ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２で表される組成を有する抵抗変化層３（例えば厚さ約１００ｎｍ）、ＬｉＰＯＮで表される組成を有するイオン伝導層４（例えば厚さ約５００ｎｍ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２で表される組成を有するイオン吸蔵放出層５（厚さ約１００ｎｍ）の順に成膜する。
【００８６】
次に、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２で表される組成を有するイオン吸蔵放出層５の上に金属リチウムを蒸着法によって成膜する。
ここで、金属リチウムの量はＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２に対して３当量相当とする。この時点で、次式のように、イオン吸蔵放出層５と金属リチウムが反応し、イオン吸蔵放出層５はＬｉ７Ｔｉ５Ｏ１２で表される組成を有するものとなる。
Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２＋３Ｌｉ→Ｌｉ７Ｔｉ５Ｏ１２
そして、Ｌｉ７Ｔｉ５Ｏ１２で表される組成を有するイオン吸蔵放出層５上に、第３電極８としてのＰｔ電極を成膜する。
【００８７】
このようにして、抵抗変化素子１を作製した（例えば図１参照）。
次に、このようにして作製した抵抗変化素子１の効果を確認した。
ここでは、一対の書込電極である第２電極７と第３電極８の間に、例えば約０．１Ｖ未満の電圧を印加して、抵抗変化層３を構成するＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２のｘの値を約１．３、約１．５、約１．７の３つの状態に変化させ、それぞれの状態で一対の読出電極である第１電極６と第２電極７の間に、例えば約１０ｍＶの電圧を印加して、これに応じて流れる電流値を測定した。
【００８８】
つまり、まず、一対の書込電極である第２電極７と第３電極８の間に例えば約０．１Ｖ未満の電圧を印加して、抵抗変化層３、イオン伝導層４及びイオン吸蔵放出層５を積層した構造に電気エネルギを与え、抵抗変化層３を構成するＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２のｘの値を約１．３（ｘ＝１．３）に変化させ、その状態で入力電極である第１電極６から例えば約１０ｍＶの電圧を与え、出力電極である第２電極７の側で観測される電流値Ｉｘ＝１．３を測定したところ、約０．５２μＡであった。
【００８９】
次に、一対の書込電極である第２電極７と第３電極８の間に例えば約０．１Ｖ未満の電圧を印加して、抵抗変化層３、イオン伝導層４及びイオン吸蔵放出層５を積層した構造に電気エネルギを与え、抵抗変化層３を構成するＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２のｘの値を約１．５（ｘ＝１．５）に変化させ、その状態で入力電極である第１電極６から例えば約１０ｍＶの電圧を与え、出力電極である第２電極７の側で観測される電流値Ｉｘ＝１．５を測定したところ、約０．６０μＡであった。
【００９０】
次に、一対の書込電極である第２電極７と第３電極８の間に例えば約０．１Ｖ未満の電圧を印加して、抵抗変化層３、イオン伝導層４及びイオン吸蔵放出層５を積層した構造に電気エネルギを与え、抵抗変化層３を構成するＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２のｘの値を約１．７（ｘ＝１．７）に変化させ、その状態で入力電極である第１電極６から例えば約１０ｍＶの電圧を与え、出力電極である第２電極７の側で観測される電流値Ｉｘ＝１．７を測定したところ、約０．６７μＡであった。
【００９１】
このように、上述のようにして作製した抵抗変化素子１では、一対の書込電極である第２電極７と第３電極８の間に、例えば約０．１Ｖ未満の電圧を印加するだけで、抵抗変化層３を構成するＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２のｘの値を約１．３、約１．５、約１．７の３つの状態に変化させることができた。
そして、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２で表される組成を有する抵抗変化層３中のｘの値をｘ＝１．３、ｘ＝１．５、ｘ＝１．７と変化させた状態でそれぞれ観測される電流値Ｉｘ＝１．３、Ｉｘ＝１．５、Ｉｘ＝１．７を測定したところ、約０．５２μＡ、約０．６０μＡ、約０．６７μＡであり、有意差のある違いが表れた。
【００９２】
これは、ｘ＝１．３、ｘ＝１．５、ｘ＝１．７の場合の抵抗変化層３の持つ抵抗値Ｒｘ＝１．３、Ｒｘ＝１．５、Ｒｘ＝１．７が異なる値を持つことに由来する。このことから、それぞれの状態に別々の重み値ｗを対応付けることが可能となる。
そして、ｘ＝１．３、ｘ＝１．５、ｘ＝１．７の間で状態を変化させる際に必要な電圧は約０．１Ｖ未満であるため、抵抗値（重み値）の書き込み（書き換え）に必要な電気エネルギを、例えば非特許文献１に記載されているものと比較して約３％以下に低減できることが確認できた。
【００９３】
上記第１具体例において、第２電極７と第３電極８の間に印加する電圧を０．１Ｖ以上（例えば、３．０Ｖ）にしても、同様な抵抗値（重み値）の書き込み（書き換え）を行うことができた。印加電圧を３．０Ｖとした場合、０．１Ｖ未満の場合と比べ、抵抗値（重み値）の書き込み（書き換え）に必要な時間を２０分の１程度に短縮することができた。
次に、第２具体例として、以下のようにして、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５にＺｎｘＭｎＯ２（０≦ｘ≦０．５）で表される材料を用いた抵抗変化素子１を作製し、その効果を確認した。
【００９４】
つまり、まず、ＳｉＯ２膜を備えるＳｉ基板（ＳｉＯ２／Ｓｉ基板）２上に、第１電極６及び第２電極７としてのＰｔ電極（例えば膜厚約５０ｎｍ）、ＭｎＯ２で表される組成を有する抵抗変化層３（例えば厚さ約１００ｎｍ）、ＺｎＺｒ４（ＰＯ４）６で表される組成を有するイオン伝導層４（例えば厚さ約２００ｎｍ）、ＭｎＯ２で表される組成を有するイオン吸蔵放出層５（厚さ約１００ｎｍ）の順に成膜する。
【００９５】
次に、ＭｎＯ２で表される組成を有するイオン吸蔵放出層５の上に金属亜鉛を蒸着法によって成膜する。
ここで、金属亜鉛の量はＭｎＯ２に対して０．５当量相当とする。そして、約４０℃〜約６０℃の環境下に置き、しばらくすると、次式のように、イオン吸蔵放出層５と金属亜鉛が反応し、イオン吸蔵放出層５はＺｎｘＭｎＯ２（ｘ＝０．５）、即ち、Ｚｎ０．５ＭｎＯ２で表される組成を有するものとなる。
ＭｎＯ２＋０．５Ｚｎ→Ｚｎ０．５ＭｎＯ２
そして、Ｚｎ０．５ＭｎＯ２で表される組成を有するイオン吸蔵放出層５上に、第３電極８としてのＰｔ電極を成膜する。
【００９６】
このようにして、抵抗変化素子１を作製した。
次に、このようにして作製した抵抗変化素子１の効果を確認した。
ここでは、一対の書込電極である第２電極７と第３電極８の間に、例えば約０．１Ｖ未満の電圧を印加して、抵抗変化層３を構成するＺｎｘＭｎＯ２のｘの値を約０．２、約０．３、約０．４の３つの状態に変化させ、それぞれの状態で一対の読出電極である第１電極６と第２電極７の間に、例えば約１０ｍＶの電圧を印加して、これに応じて流れる電流値を測定した。
【００９７】
つまり、まず、一対の書込電極である第２電極７と第３電極８の間に例えば約０．１Ｖ未満の電圧を印加して、抵抗変化層３、イオン伝導層４及びイオン吸蔵放出層５を積層した構造に電気エネルギを与え、抵抗変化層３を構成するＺｎｘＭｎＯ２のｘの値を約０．２（ｘ＝０．２）に変化させ、その状態で入力電極である第１電極７から例えば約１０ｍＶの電圧を与え、出力電極である第２電極８の側で観測される電流値Ｉｘ＝０．２を測定した。
【００９８】
次に、一対の書込電極である第２電極７と第３電極８の間に例えば約０．１Ｖ未満の電圧を印加して、抵抗変化層３、イオン伝導層４及びイオン吸蔵放出層５を積層した構造に電気エネルギを与え、抵抗変化層３を構成するＺｎｘＭｎＯ２のｘの値を約０．３（ｘ＝０．３）に変化させ、その状態で入力電極である第１電極６から例えば約１０ｍＶの電圧を与え、出力電極である第２電極７の側で観測される電流値Ｉｘ＝０．３を測定した。
【００９９】
次に、一対の書込電極である第２電極７と第３電極８の間に例えば約０．１Ｖ未満の電圧を印加して、抵抗変化層３、イオン伝導層４及びイオン吸蔵放出層５を積層した構造に電気エネルギを与え、抵抗変化層３を構成するＺｎｘＭｎＯ２のｘの値を約０．４（ｘ＝０．４）に変化させ、その状態で入力電極である第１電極６から例えば約１０ｍＶの電圧を与え、出力電極である第２電極７の側で観測される電流値Ｉｘ＝０．４を測定した。
【０１００】
このように、上述のようにして作製した抵抗変化素子１では、一対の書込電極である第２電極７と第３電極８の間に、例えば約０．１Ｖ未満の電圧を印加するだけで、抵抗変化層３を構成するＺｎｘＭｎＯ２のｘの値を約０．２、約０．３、約０．４の３つの状態に変化させることができた。
そして、ＺｎｘＭｎＯ２で表される組成を有する抵抗変化層３中のｘの値をｘ＝０．２、ｘ＝０．３、ｘ＝０．４と変化させた状態でそれぞれ観測される電流値Ｉｘ＝１．３、Ｉｘ＝１．５、Ｉｘ＝１．７を測定したところ、有意差のある違いが表れた。
【０１０１】
これは、ｘ＝０．２、ｘ＝０．３、ｘ＝０．４の場合の抵抗変化層３の持つ抵抗値Ｒｘ＝０．２、Ｒｘ＝０．３、Ｒｘ＝０．４が異なる値を持つことに由来する。このことから、それぞれの状態に別々の重み値ｗを対応付けることが可能となる。
そして、ｘ＝０．２、ｘ＝０．３、ｘ＝０．４の間で状態を変化させる際に必要な電圧は約０．１Ｖ未満であるため、抵抗値（重み値）の書き込み（書き換え）に必要な電気エネルギを、例えば非特許文献１に記載されているものと比較して約３％以下に低減できることが確認できた。
【０１０２】
上記第２具体例において、第２電極７と第３電極８の間に印加する電圧を０．１Ｖ以上（例えば、２．０Ｖ）にしても、同様な抵抗値（重み値）の書き込み（書き換え）を行うことができた。印加電圧を２．０Ｖとした場合、０．１Ｖ未満の場合と比べ、抵抗値（重み値）の書き込み（書き換え）に必要な時間を１５分の１程度に短縮することができた。
次に、上述のようにして作製した抵抗変化素子１（例えば図１参照）を用い、ニューラルネットワーク９を作製し（例えば図３参照）、その効果を確認した。
【０１０３】
ここでは、まず、上述の第１具体例の抵抗変化素子１、即ち、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５にＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２で表される材料を用いて作製した抵抗変化素子１（例えば図１参照）を用い、２つの入力端子（入力ワイヤ）１０Ａ、１０Ｂ、３つの出力端子（出力ワイヤ）１１Ａ〜１１Ｃ、６つの抵抗変化素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、６つの直流電源Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３を備えるニューラルネットワーク９を作製した（例えば図３参照）。
【０１０４】
そして、６つの直流電源Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３によって、６つの抵抗変化素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３のそれぞれに備えられる抵抗変化層３を構成するＬｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２におけるｘの値を、図５に示すように、Ａ〜Ｄで示す組み合わせになるように調整し、２つの入力端子１０Ａ、１０Ｂに印加する電圧（入力電圧）Ｖ１、Ｖ２に対する３つの出力端子１１Ａ〜１１Ｃから出力される電流（出力電流）Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を測定した。なお、ここでは、Ｖ１、Ｖ２の値は、それぞれ、１０ｍＶ、１５ｍＶに固定した。
【０１０５】
この結果、Ａ〜Ｄのそれぞれの組み合せで、出力電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は、図６に示すようになった。
次に、上述の第２具体例の抵抗変化素子１、即ち、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５にＺｎｘＭｎＯ２で表される材料を用いて作製した抵抗変化素子（例えば図１参照）を用い、同様に、２つの入力端子（入力ワイヤ）１０Ａ、１０Ｂ、３つの出力端子（出力ワイヤ）１１Ａ〜１１Ｃ、６つの抵抗変化素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、６つの直流電源Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３を備えるニューラルネットワーク９を作製した（例えば図３参照）。
【０１０６】
そして、６つの直流電源Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３によって、６つの抵抗変化素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３のそれぞれに備えられる抵抗変化層３を構成するＺｎｘＭｎＯ２におけるｘの値を、図７に示すように、Ａ〜Ｄで示す組み合わせになるように調整し、２つの入力端子１０Ａ、１０Ｂに印加する電圧（入力電圧）Ｖ１、Ｖ２に対する３つの出力端子１１Ａ〜１１Ｃから出力される電流（出力電流）Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を測定した。なお、ここでは、Ｖ１、Ｖ２の値は、それぞれ、１０ｍＶ、１５ｍＶに固定した。
【０１０７】
この結果、Ａ〜Ｄのそれぞれの組み合せで、出力電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は、上述の図６とほぼ同等の結果となった。
このように、上述のようにして作製した抵抗変化素子１を用いたニューラルネットワーク９が多値メモリとして機能することが確認できた。また、多値メモリの効果を利用して、２値しか取れないメモリと比較して、より少ない素子数でより多様な出力電流を検出できることが確認できた。
【０１０８】
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り、適宜組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１  抵抗変化素子
２  基板
３  抵抗変化層
４  イオン伝導層
５  イオン吸蔵放出層
６  第１電極（読出電極、入力電極）
７  第２電極（読出電極、出力電極、書込電極、引出電極）
８  第３電極（書込電極、引出電極）
９  ニューラルネットワーク（記憶装置）
１０、１０Ａ、１０Ｂ  入力ワイヤ（入力端子）
１１、１１Ａ〜１１Ｃ  出力ワイヤ（出力端子）
１２  読出回路
１３  書込回路
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】
0006915744.tif 000003
【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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