(57)【要約】【課題】イオン伝導層を用いたイオン伝導素子をより高速に動作させる。【解決手段】第１電極１０１と、第２電極１０２と、第１電極１０１および第２電極１０２の間に配置されたイオン伝導層１０３とを備えるイオン伝導素子と、このイオン伝導素子に、正電圧の印加および負電圧の印加を行うことでイオン伝導素子の動作を制御する両極動作制御部１０４と、第１電極１０１に、異なる電圧の負電圧を印加することでイオン伝導素子の動作を制御する単極動作制御部１０５とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物を含んで構成されたイオン伝導層、このイオン伝導層の一方の面の側に配置されて前記イオン伝導層に金属のイオンを供給する第１電極、前記イオン伝導層の他方の面の側に配置されて前記イオン伝導層に電子を供給する第２電極を備えるイオン伝導素子と、
前記第１電極に正電圧および負電圧が印加される状態として前記イオン伝導素子のオンおよびオフを制御する両極動作制御手段と、
前記第１電極に第１負電圧およびこの第１負電圧より絶対値が小さい第２負電圧が印加される状態として前記イオン伝導素子のオンおよびオフを制御する単極動作制御手段と
を備えることを特徴とする回路装置。
【請求項２】
請求項１記載の回路装置において、
前記両極動作制御手段は、
前記第１電極に正電圧が印加される状態として前記イオン伝導層に形成される金属架橋で前記第１電極および前記第２電極を接続して前記イオン伝導素子をオン状態とし、
前記第２電極に負電圧が印加される状態として前記金属架橋の一部を溶解させて前記金属架橋と前記第２電極との接続を切って前記イオン伝導素子をオフ状態とする
ことを特徴とする回路装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の回路装置において、
前記単極動作制御手段は、
前記第１電極に前記第２負電圧が印加される状態として前記イオン伝導層を高抵抗状態とすることで前記イオン伝導層をオフ状態とし、
前記第１電極に前記第１負電圧が印加される状態として前記イオン伝導層を前記高抵抗状態より低抵抗な低抵抗状態とすることで前記イオン伝導層をオン状態とする
ことを特徴とする回路装置。
【請求項４】
請求項１〜３記載の回路装置において、
前記金属酸化物は、酸化タンタルである
ことを特徴とする回路装置。
【請求項５】
金属酸化物を含んで構成されたイオン伝導層と、このイオン伝導層の一方の面の側に配置されて前記イオン伝導層に金属のイオンを供給する第１電極と、前記イオン伝導層の他方の面の側に配置されて前記イオン伝導層に電子を供給する第２電極とを備えるイオン伝導素子のオン状態とオフ状態とを制御する制御方法であって、
前記第１電極に正電圧および負電圧が印加される状態として前記イオン伝導素子のオンおよびオフを制御する両極動作制御と、
前記第１電極に第１負電圧およびこの第１負電圧より絶対値が小さい第２負電圧が印加される状態として前記イオン伝導素子のオンおよびオフを制御する単極動作制御と
を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項６】
請求項５記載の制御方法において、
前記両極動作制では、
前記第１電極に正電圧が印加される状態として前記イオン伝導層に形成される金属架橋で前記第１電極および前記第２電極を接続して前記イオン伝導素子をオン状態とし、
前記第２電極に負電圧が印加される状態として前記金属架橋の一部を溶解させて前記金属架橋と前記第２電極との接続を切って前記イオン伝導素子をオフ状態とする
ことを特徴とする制御方法。
【請求項７】
請求項５または６記載の制御方法において、
前記単極動作制御は、
前記第１電極に前記第２負電圧が印加される状態として前記イオン伝導層を高抵抗状態とすることで前記イオン伝導層をオフ状態とし、
前記第１電極に前記第１負電圧が印加される状態として前記イオン伝導層を前記高抵抗状態より低抵抗な低抵抗状態とすることで前記イオン伝導層をオン状態とする
ことを特徴とする制御方法。
【請求項８】
請求項５〜７記載の制御方法において、
前記金属酸化物は、酸化タンタルである
ことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プログラマブルロジックおよびメモリ等の電子デバイスに用いられる、電気化学反応を利用してスイッチやメモリなどを実現するイオン伝導素子を用いた回路装置およびイオン伝導素子の動作を制御する制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の開発競争が激化し、また、電子機器の小型化が進んでいる。このような状況のもとで、製造後においても、電子信号により回路構成を変更し、１つのチップで多くの機能を提供できるプログラマブルロジックが注目を集めている。プログラマブルロジックの代表例としては、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＤＲＰ（Dynamically Reconfigurable Processor）がある。
【０００３】
プログラマブルロジックの機能を多様化し、電子機器などへの実装を推進して行くためには、ロジックセル間を相互に結線するスイッチのサイズを小さくし、また、スイッチのオン抵抗を小さくすることが必要となる。これらの要件を満たし得るスイッチとして、イオン伝導体（イオンがその内部を自由に動き回ることのできる固体）中の金属イオン移動と、電気化学反応を利用したスイッチング素子（以下、イオン伝導素子と呼ぶ）が提案されている（特許文献１参照）。イオン伝導素子は、これまでのプログラマブルロジックでよく用いられてきた半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴなど）よりもサイズが小さく、オン抵抗が小さいことが知られている。
【０００４】
イオン伝導素子によるスイッチング素子には、特許文献１に開示された２端子スイッチと、特許文献２に開示された３端子スイッチがある。２端子スイッチは、イオンを供給する電極とイオンを供給しない電極で、イオン伝導層を挟んだ構造をしている。両電極間は、イオン伝導層中での金属架橋の形成・消滅によってスイッチングする。２端子スイッチは、構造が単純であるため、作製プロセスが簡便であり、素子サイズをナノメートルオーダーまで小さく形成することが可能である。
【０００５】
また、３端子スイッチは、金属架橋の形成・消滅をコントロールする第３電極を設けることで、金属架橋の太さを制御可能とし、エレクトロマイグレーション耐性に優れている。また、ロジックに応用した際、２端子スイッチは金属架橋が低抵抗であるため、接続と切断の際に素子に大きな電流が流れ、ロジックに損傷を与える危険性がある。３端子では金属架橋の形成を制御する電極と、電気信号を伝達する電極とが別に存在するため、電流の制御ができる。一方で、３端子スイッチは、２端子スイッチに比べて構造が複雑であり、素子サイズも大きくなる傾向にある。
【０００６】
例えば、イオン伝導素子をプログラマブルデバイスの配線切り替えスイッチに用いることで、例えば半導体スイッチに比べて、スイッチ面積の縮小（１／３０）、スイッチ抵抗の低減（１／５０）、スイッチ素子の配線層への作り込みが可能となるため、チップ面積の縮小と配線遅延の改善が期待される。さらに、プログラマブルロジックの単位ロジックセルを小さくできるため、回路利用効率が大幅に改善され、結果としてチップ面積が１／１０に小さくなり、電力効率が３倍に改善される。
【０００７】
半導体スイッチを用いたプログラマブルロジックは、チップサイズの大きさと電力効率の低さで、応用範囲が限られていたが、イオン伝導素子を用いた新しいプログラマブルロジックは広い応用範囲をカバーすることができる（非特許文献１参照）。
【０００８】
イオン伝導素子をプログラマブルロジックの配線切り替えスイッチとして搭載するためには、ロジック動作電圧（１Ｖ）以上のスイッチング電圧が必要となる。スイッチング電圧は、イオン伝導体中の金属イオンの拡散速度に大きく依存するため、イオン伝導体材料の選択および最適化が重要である。特許文献３では、イオン伝導層に酸化物を用いることで、スイッチング電圧を高められることが開示されている。
【０００９】
また、イオン伝導素子は、プログラマブルロジックの配線スイッチ以外に、混載されるメモリにも応用が可能である。メモリにもイオン伝導素子が搭載可能となれば、配線スイッチとメモリが同構造・同材料・同製造条件（露光条件など）で作製できるようになる。メモリ部に他の素子を用いる場合に比べて、露光回数が少なくなるためコストが大幅に抑制できる。
【００１０】
【特許文献１】特表２００２−５３６８４０号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００３−０９４２２７号公報
【特許文献３】特開２００６−３１９０２８号公報
【非特許文献１】S.Kaeriyama, et al. ,"A Nonvolatile Programmable Solid-Electrolyte Nanometer Switch", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol.40, No.1, pp.168-176, 2005.
【非特許文献２】T.Sakamoto, et al. , "A Ta2O5 solid-electrolyte switch with improved reliability", 2007 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers, 3B-4, pp.38-39, 2007.
【非特許文献３】K.Tsunoda, et al. , "Low Power and High Speed Switching of Ti-doped NiO ReRAM under the Unipolar Voltage Source of less than 3V", IEDM Digest of Technical Papers, pp.767-770, 2007.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、メモリへの応用では、配線スイッチの場合とは異なり、低オン抵抗よりも動作速度が重要となる。上述したイオン伝導素子の動作速度は、酸化物イオン伝導層を用いた場合、数百マイクロ秒程度であるが、メモリ応用のためには数百ナノ秒以下が望ましい。しかしながら、例えば、特許文献３に開示された酸化物をイオン伝導層に用いたイオン伝送素子では、メモリとして応用するには動作速度が遅いという問題がある。このイオン伝導素子では、高速な動作を求められるプログラマブルロジックの混載メモリには、適用することができないという問題がある。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、イオン伝導層を用いたイオン伝導素子をより高速に動作させることを目的とする。
【００１３】
本発明に係る回路装置は、金属酸化物を含んで構成されたイオン伝導層、このイオン伝導層の一方の面の側に配置されてイオン伝導層に金属のイオンを供給する第１電極、イオン伝導層の他方の面の側に配置されてイオン伝導層に電子を供給する第２電極を備えるイオン伝導素子と、第１電極に正電圧および負電圧が印加される状態としてイオン伝導素子のオンおよびオフを制御する両極動作制御手段と、第１電極に第１負電圧およびこの第１負電圧より絶対値が小さい第２負電圧が印加される状態としてイオン伝導素子のオンおよびオフを制御する単極動作制御手段とを備えるようにしたものである。
【００１４】
また、本発明に係る制御方法は、金属酸化物を含んで構成されたイオン伝導層と、このイオン伝導層の一方の面の側に配置されてイオン伝導層に金属のイオンを供給する第１電極と、イオン伝導層の他方の面の側に配置されてイオン伝導層に電子を供給する第２電極とを備えるイオン伝導素子のオン状態とオフ状態とを制御する制御方法であって、第１電極に正電圧および負電圧が印加される状態としてイオン伝導素子のオンおよびオフを制御する両極動作制御と、第１電極に第１負電圧およびこの第１負電圧より絶対値が小さい第２負電圧が印加される状態としてイオン伝導素子のオンおよびオフを制御する単極動作制御とを備える方法である。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、第１電極に正電圧および負電圧が印加される状態としてイオン伝導素子のオンおよびオフを制御し、また、第１電極に第１負電圧およびこの第１負電圧より絶対値が小さい第２負電圧が印加される状態としてイオン伝導素子のオンおよびオフを制御するようにしたので、イオン伝導層を用いたイオン伝導素子をより高速に動作させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における回路装置の構成を示す構成図である。この回路装置は、第１電極１０１と、第２電極１０２と、第１電極１０１および第２電極１０２の間に配置されたイオン伝導層１０３とを備えるイオン伝導素子と、このイオン伝導素子（第１電極１０１）に、正電圧の印加および負電圧の印加を行うことでイオン伝導素子の動作を制御する両極動作制御部１０４と、第１電極１０１に、異なる電圧の負電圧を印加することでイオン伝導素子の動作を制御する単極動作制御部１０５とを備える。
【００１７】
イオン伝導層１０３は、金属酸化物を含む少なくとも２つの酸化物を備えている。また、第１電極１０１は、例えば銅（Ｃｕ）などの金属イオンが形成される金属を含み、この金属のイオンを複合酸化物イオン伝送層１０３に供給可能としている。また、第２電極１０２は、イオン伝導層１０３に電子を供給可能としている。なお、第２電極１０２は、電圧を印加した際に、イオン伝導層１０３中に金属イオンを供給しないことが望ましい。例えば、第２電極１０２は、白金などの金属イオンが生成されにくい金属から構成されていればよい。また、タングステン，タンタル，チタンなどの、イオン伝導層１０３に金属イオンを溶出させない材料から構成されていればよい。
【００１８】
上述したイオン伝導素子の構成例について、より詳細に説明する。イオン伝導素子は、例えば、図２の断面図に示すように、シリコン基板２０１の上に形成することが可能である。このイオン伝導素子は、シリコン基板２０１の上に絶縁層２０２を介して形成された下部電極２０３と、下部電極２０３の上に形成された層間絶縁層２０４と、下部電極２０３の上部の層間絶縁層２０４に形成された貫通孔を介して下部電極２０３の上部に接続するイオン伝導層２０５と、イオン伝導層２０５の上に形成された上部電極２０６とを備える。
【００１９】
この例では、下部電極２０３が、前述した第２電極１０２に対応し、上部電極２０６が、第１電極１０１に対応する。上述したように、下部電極２０３とイオン伝導層２０５とが、層間絶縁層２０４に形成された貫通孔の部分で接続するので、イオン伝導素子としてのイオン伝導層における電極の接合面積が、上記貫通孔の開口面積で制御可能となる。
【００２０】
次に、上述したイオン伝導素子の製造方法について簡単に説明する。まず、図３Ａに示すように、低抵抗な単結晶シリコンからなるシリコン基板２０１を用意し、シリコン基板２０１の表面に膜厚３００ｎｍの酸化シリコン膜からなる絶縁層２０２を形成する。また、絶縁層２０２の上に、例えば真空蒸着法もしくはスパッタ法により、白金からなる膜厚１００ｎｍの金属膜を形成し、この金属膜を公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングし、絶縁層２０２の上に下部電極２０３を形成する。
【００２１】
次に、図３Ｂに示すように、絶縁層２０２および下部電極２０３の上に、開口部２０４ａを備えた層間絶縁層２０４を形成する。例えば、スパッタ法もしくはＣＶＤ法により酸化シリコンを堆積すれば、膜厚２００ｎｍ程度の層間絶縁層２０４が形成される。このようにして層間絶縁層２０４が形成された後、公知のリソグラフィー技術とエッチング技術とにより、下部電極２０３の上部領域の層間絶縁層２０４を選択的に除去すれば、下部電極２０３の上部に到達する開口部２０４ａが形成される。
【００２２】
次に、図３Ｃに示すように、開口部２０４ａを介して下部電極２０３の上部に接続するイオン伝導層２０５を形成する。イオン伝導層２０５は、例えば、酸化タンタルをベースとして４６ｍｏｌ％の酸化シリコンが含まれた焼結体ターゲットを用い、よく知られたＲＦスパッタ法により成膜した複合酸化物膜より構成すればよい。なお、イオン伝導層２０５は、酸化タンタルから構成されていてもよく、また、イオン伝導層に用いることが可能な他の金属酸化物を用いるようにしてもよい。
【００２３】
複合酸化物膜の成膜の際、複合酸化物の組成が、ターゲットの組成に近くなるように、供給する酸素流量などの各条件を最適化して設定する。例えば、ターゲットに印加するＲＦパワーは１００Ｗ、成膜室内に供給するアルゴンガスは１２sccmとし、酸素流量は０．５sccmとし、成膜室内の圧力は０．５Ｐａ程度に維持する。これらのスパッタ条件により、酸化タンタルをベースとして４６ｍｏｌ％の酸化シリコンが含まれた状態に、イオン伝導層２０５が形成される。なお、sccmは流量の単位であり、０℃・１気圧の流体が１分間に１ｃｍ3流れることを示す。
【００２４】
このようにして形成した複合酸化物膜を、よく知られたリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングすれば、イオン伝導層２０５が形成される。イオン伝導層２０５は、開口部２０４ａ内において、下部電極２０３に接した状態となる。
【００２５】
以上のようにしてイオン伝導層２０５を形成した後、イオン伝導層２０５の上に上部電極２０６を形成する。上部電極２０６の形成では、まず、イオン伝導層２０５の上に、真空蒸着法もしくはスパッタ法により膜厚１００ｎｍの銅を堆積させて銅膜を形成する。この銅膜を公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術により加工することで、上部電極２０６が形成される。
【００２６】
上述したイオン伝導素子による本実施の形態の回路装置では、例えば、第２電極１０２（下部電極２０３）を接地状態とし、次に示すような各動作が実現できる。まず、両極動作制御部１０４により、第１電極１０１（上部電極２０６）に対する正電圧の印加と負電圧の印加とを切り替え、イオン伝導素子のオン（低抵抗状態）とオフ（高抵抗状態）とを切り替えるように制御する。また、単極動作制御部１０５により、上部電極２０６に対する異なる２つの負電圧の印加により、オン（低抵抗状態）とオフ（高抵抗状態）とを切り替えるように制御する。
【００２７】
はじめに、両極動作制御についてより詳細に説明すると、まず、下部電極２０３を接地し、上部電極２０６に正電圧を印加すると、図４の（ａ）に示すように、印加した電圧が４Ｖでオフ状態（高抵抗の状態）からオン状態（低抵抗の状態）へ遷移する。この際、イオン伝導素子（イオン伝導層２０５）が絶縁破壊をしないように、ここに流れる電流を１０μＡが上限となるよう制限する。オン状態の抵抗値は３３Ωである。
【００２８】
次に、上部電極２０６に負電圧を印加すると、図４の（ｂ）に示すように、０．４Ｖで電流が減少し始め、−１．５Ｖで急激な減少が見られ、オフ状態に遷移する。この際、スイッチング素子に流れる電流を５０ｍＡが上限となるよう制御する。上述したオン状態およびオフ状態は、上述同様の正または負電圧の印加制御（両極動作制御）により、交互に遷移させることができる。また、電圧を印加しない状態ではオフ状態、オン状態を維持することができる。
【００２９】
上述した電気特性は次のように説明できる。図５に示すように、上部電極２０６に正電圧を印加する場合、上部電極２０６の銅が銅イオン５０４になってイオン伝導層２０５に溶解する。イオン伝導層２０５に溶解した銅イオン５０４は、下部電極２０３の表面に銅になって析出し、析出した銅により上部電極２０６と下部電極２０３を接続する金属架橋５０５が形成される。形成された金属架橋５０５により、上部電極２０６と下部電極２０３が電気的に接続し、本素子がオン状態になる。一方、金属架橋５０５での接続によるオン状態で、上部電極２０６に負の電圧を印加すると、金属架橋５０５の金属イオン（銅イオン）５０４がイオン伝導層２０５に溶解し、金属架橋５０５の一部が切れる。これにより、上部電極２０６と下部電極２０３との電気的接続が切れ、オフ状態になる。この金属架橋動作の動作速度（オンとオフの切り替え速度）は、１０μ秒から１００μ秒程度である（非特許文献２参照）。
【００３０】
なお、上述した両極動作制御による金属架橋動作は、上部電極２０６を接地状態としても実現できる。上部電極２０６を接地状態とした場合、下部電極２０３に負電圧を印加すれば金属架橋が形成されてオン状態となり、下部電極２０３に正電圧を印加すれば、金属架橋が切れてオフ状態となる。いずれにしても、上部電極（第１電極）２０６に、正電圧が印加される状態でオン状態とし、負電圧が印加される状態でオフ状態とする。
【００３１】
次に、単極動作制御についてより詳細に説明する。上述した両極動作制御におけるイオン伝導層２０５への銅イオンの供給とは逆の電圧である負電圧を、上部電極２０６に印加すると、図６Ａに示すように、酸化タンタルからなるイオン伝導層２０５では−６．８Ｖで低抵抗の状態となる。この際、イオン伝導素子（イオン伝導層２０５）が絶縁破壊をしないように、流れる電流を１０μＡが上限となるよう制限する。上述したように、−６．８Ｖを超える負電圧を上部電極２０６に印加することで得られるオン状態の抵抗値は２５８Ωであった。
【００３２】
次に、上部電極２０６に対する電圧印加を一度停止した後、上部電極２０６に負電圧を印加すると、図６Ｂに示すように、０．５Ｖで電流が減少し始め（抵抗が上昇し）、−０．９Ｖで急激な電流値の減少（抵抗の上昇）が見られ、オフ状態に遷移する。この際、スイッチング素子に流れる電流を５０ｍＡが上限となるよう制御する。これらの単極動作制御により発現する抵抗変化は、非特許文献３に記載されているＲｅＲＡＭに類似したものであると考えることができる。
【００３３】
上述したように、本実施の形態における回路装置を構成するイオン伝導素子では、金属イオン供給側となる上部電極２０６に、異なる電圧の負電圧を印加することで、オン状態とオフ状態とを発現させる抵抗変化動作を可能としている。上述した例では、−０．９Ｖ（第２負電圧）で高抵抗状態（オフ状態）となり、これより絶対値の大きい−６．８Ｖ（第１負電圧）で低抵抗状態となり、これら２つの状態の切り替えは、５０ｎ秒以下で行われる。これらの２つの状態は、上述した異なる負電圧の印加により、交互に高速に遷移させることが可能であり、また、印加される電圧の絶対値が０．９Ｖを超えない範囲であれば、いずれかの状態が維持される。このように、本実施の形態におけるイオン伝導素子の抵抗変化動作（制御方法）では、メモリに応用するために要求される数百ナノ秒以下の動作速度が得られるようになる。
【００３４】
なお、上述した単極動作制御による抵抗変化動作は、上部電極２０６を接地状態としても実現できる。上部電極２０６を接地状態とした場合、下部電極２０３に６．８Ｖ以上の正電圧を印加すれば、低抵抗状態に遷移してオン状態となり、下部電極２０３に、６．８Ｖを超えない範囲で０．９Ｖ以上の正電圧を印加すれば、高抵抗状態に遷移してオフ状態となる。いずれにしても、上部電極（第１電極）２０６に、絶対値が６．８Ｖ以上の負電圧（第１負電圧）印加される状態でオン状態とし、絶対値０．９Ｖ以上の負電圧（第２負電圧）が印加される状態でオフ状態とする。
【００３５】
ここで、両極動作制御部１０４の制御による得られるオンの状態は、単極動作制御部１０５の制御により得られるオン状態より低抵抗である。従って、本回路装置は、両極動作制御部１０４の制御により、より低抵抗なオン状態が好ましいスイッチとして用いることができる。
【００３６】
一方、単極動作制御部１０５の制御によるオンとオフの切り替え速度は、両極動作制御部１０４の制御によるオンとオフの切り替え速度より高速であり、高速動作が可能なメモリとして用いることができる。例えば、上述した例では、印加される電圧の絶対値が０．９Ｖを超えない範囲であれば、いずれかの状態が維持されるので、０．９Ｖより低い電圧で抵抗値を測定すれば、高抵抗状態（オフ状態）および低抵抗状態（オン状態）を識別できるので、いずれか一方の状態を「１」とし他方の状態を「０」としたメモリ動作が可能である。
【００３７】
ところで、本実施の形態における回路装置によれば、同一のイオン伝導素子で、上述したスイッチとしての動作（両極動作制御）とメモリとしての動作（単極動作制御）とを、交互に切り替えて行うことが可能である。
【００３８】
例えば、プログラマブルロジックの配線スイッチとして使用した後に、メモリとして駆動することができる。この場合には、金属架橋動作（両極動作制御）を行った後に、抵抗変化動作（単極動作制御）を行う。まず、前述した低オン抵抗が得られる金属架橋動作（両極動作）を行い、この動作をオフの状態で終了する。例えば、下部電極２０３を接地し、上部電極２０６に正の電圧を印加することで金属架橋動作を行う。
【００３９】
この後、イオン供給側の電極に負の電圧を印加することで金属架橋を消滅させ、かつ、イオン伝導層に残留する金属イオン（銅イオン）を回収する。この場合に印加する負の電圧の絶対値は、抵抗変化動作のオンへの遷移もしくはイオン伝導層の絶縁破壊は起こらない電圧とする。例えば、金属架橋動作でオフ状態にした後、抵抗変化動作におけるオン状態（低抵抗状態）への遷移が起こらない−５．０Ｖから−２．０Ｖ程度の電圧を上部電極２０６に印加し、オフ状態の抵抗値が１ＧΩ以上になるまで、繰り返し負電圧を印加し、金属架橋を消滅させ、銅イオンを回収する。
【００４０】
以上のようにして、金属架橋動作をした後、下部電極２０３を接地し、上部電極２０６に異なる２つの負電圧を印加する単極動作制御により、前述した抵抗変化動作を行い、プログラマブルロジックのメモリとして使用する。
【００４１】
また、プログラマブルロジックのメモリ使用した後に、配線スイッチとしてとして駆動してもよい。まず、下部電極２０３を接地した状態で、上部電極２０６に異なる２つの負電圧を印加する単極動作制御により、前述した抵抗変化動作を行い、プログラマブルロジックのメモリとして使用する。この後、抵抗変化動作における高抵抗状態へ遷移させた後、上部電極２０６に正の電圧を印加することで、前述した金属架橋動作を行えば、プログラマブルロジックの配線スイッチとして使用可能となる。
【００４２】
以上に説明した本発明によれば、例えば、プログラマブルロジックの配線スイッチと、混載されるメモリとの両方に同じ回路装置（イオン伝導素子）が適用できるようになる。従って、同じ製造条件で作製される同じ材料から構成された同一構造の素子で、配線スイッチとメモリとを実現できることになる。この結果、製造工程数を増加させることなく、配線スイッチとメモリとの混載が可能となり、例えば、素子の作製工程の１つであるリソグラフィー技術が用いられる工程において、露光の回数を減少させることが可能となり、また、露光に用いられるフォトマスクなどに要する費用が抑制できるようになり、低コストなプログラマブルロジックの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態における回路装置の構成を示す構成図である。
【図２】イオン伝導素子の構成例を模式的に示す断面図である。
【図３Ａ】イオン伝導素子の製造方法を説明する工程図である。
【図３Ｂ】イオン伝導素子の製造方法を説明する工程図である。
【図３Ｃ】イオン伝導素子の製造方法を説明する工程図である。
【図４】両極動作制御における印加電圧と測定される電流との関係を示す特性図である。
【図５】金属架橋動作を説明する説明図である。
【図６Ａ】単極動作制御でオン状態とする場合における印加電圧と測定される電流との関係を示す特性図である。
【図６Ｂ】単極動作制御でオフ状態とする場合における印加電圧と測定される電流との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０１…第１電極、１０２…第２電極、１０３…イオン伝導層、１０４…両極動作制御部、１０５…単極動作制御部。
【図１】
2009267204.tif 000003
【図２】
2009267204.tif 000004
【図３Ａ】
2009267204.tif 000005
【図３Ｂ】
2009267204.tif 000006
【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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