(57)【要約】本明細書はメモリスタデバイスを開示する。このデバイスは、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された活性領域とを含む。活性領域には、少なくとも２つの移動性の種が存在する。前記少なくとも２つの移動性の種のそれぞれは、メモリスタデバイスの独立した状態変数を定義するように構成される。【選択図】図２
2012513686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メモリスタデバイスであって、
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された活性領域と、
前記活性領域に存在する少なくとも２つの移動性の種であって、前記少なくとも２つの移動性の種のそれぞれが、当該メモリスタデバイスの独立した状態変数を定義するように構成される、少なくとも２つの移動性の種と
を含むメモリスタデバイス。
【請求項２】
前記少なくとも２つの移動性の種はそれぞれイオン種であり、又は前記少なくとも２つの移動性の種のうちの１つがイオン種であり、前記少なくとも２つの移動性の種のうちの他の１つが、移動性の捕捉された電子、又は正孔である、請求項１に記載のメモリスタデバイス。
【請求項３】
前記少なくとも２つの移動性の種は、異なる濃度、異なる移動度、異なる帯電状態、反対向きの電荷、異なる化学的性質、又はそれらの組み合わせを有する、請求項１に記載のメモリスタデバイス。
【請求項４】
前記少なくとも２つの移動性の種は、異なる移動度を有し、前記少なくとも２つの移動性の種のうちの１つの移動度が、前記少なくとも２つの移動性の種のうちの他の１つの移動度に比べて少なくとも一桁だけ大きい、請求項３に記載のメモリスタデバイス。
【請求項５】
前記活性領域は、前記少なくとも２つの移動性の種のダイナミクスを制御するバックグラウンド・ドーピング特性を有する、請求項１に記載のメモリスタデバイス。
【請求項６】
前記活性領域のバックグラウンド・ドーピング特性は、静的である、請求項５に記載のメモリスタデバイス。
【請求項７】
前記少なくとも２つの移動性の種はそれぞれ、帯電した空孔、アニオン、カチオン、電子、及び正孔の中から無関係に選択される、請求項１に記載のメモリスタデバイス。
【請求項８】
（i）前記第２の電極と前記活性領域との間、（ii）前記第１の電極と前記活性領域との間、又は（i）と（ii）の両方に配置されたインタフェーシャル双極層をさらに含む、請求項１に記載のメモリスタデバイス。
【請求項９】
前記少なくとも２つの移動性の種は、所定の電界に曝されたときに、前記活性領域を通って異なる速度でドリフトする、請求項１に記載のメモリスタデバイス。
【請求項１０】
前記デバイスは、所定の電界下において可逆性である、請求項１に記載のメモリスタデバイス。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載のメモリスタデバイスを使用する方法であって、
前記活性領域を所定の電界に曝し、それによって、前記少なくとも２つの移動性の種を前記活性領域を通して異なる速度でドリフトさせ、そのように曝す前のデバイスの状態変数とは異なる状態変数を形成するステップを含む方法。
【請求項１２】
前記所定の電界は、低い電圧、及び小さい電流を有し、曝すことによって、前記少なくとも２つの移動性の種のうちの１つが、前記少なくとも２つの移動性の種のうちの他の１つとは異なる移動速度で移動され、前記方法は、
前記所定の電界を除去し、それによって、前記少なくとも２つの移動性の種のうちの１つを移動させ、均衡状態へ戻すステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載のメモリスタデバイスを作成する方法であって、
前記少なくとも２つの移動性の種を前記活性領域に注入するステップと、
前記活性領域を電界又は上昇された温度の少なくとも一方に曝し、それによって、前記少なくとも２つの移動性の種を、前記活性領域の追加的部分を通して異なる速度でドリフトさせ、前記メモリスタデバイスの状態変数を変化させるステップと
を含む方法。
【請求項１４】
前記少なくとも２つの移動性の種のドリフトは、新たな状態を誘導し、又は既存の状態を不動態化する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
曝す前に、前記方法は、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記活性領域を形成するステップと、
前記活性領域の形成と同時に、又は前記活性領域の形成後に、前記少なくとも２つの移動性の種を注入するステップであって、前記少なくとも２つの移動性の種を注入するステップは、（i）前記少なくとも２つの移動性の種のうちの少なくとも１つを前記活性領域、若しくは前記活性領域に直接的に隣接する領域、若しくは前記活性領域に間接的に隣接する領域に注入することにより、若しくは（ii）前記少なくとも２つの移動性の種のうちの少なくとも１つを気体源又は前駆体から前記活性領域の中に拡散させることにより、若しくは（iii）前記少なくとも２つの移動性の種のうちの少なくとも１つを、形成された活性領域に隣接する領域に注入し、その後、前記第１若しくは第２のドーパントの少なくとも一方を前記隣接領域から拡散させることにより、無関係に達成される、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本開示は、概して、メモリスタデバイス、及び同デバイスを作成、及び使用する方法に関する。ナノメートルスケールのクロスワイヤスイッチングデバイスであって、可逆的に切り替えることができ、また、最大で１０３ものオン／オフ・コンダクタンス比を有するものが、以前より報告されている。こうしたデバイスは、クロスバー回路の製造に使用され、ダイナミック／シナプスロジックを有する超高密度の不揮発性メモリ、及びシステムを作成するための前途有望な路を提供している。ラッチ（これは、論理回路にとって、及び論理回路とメモリとの間の通信にとって、重要な構成要素である）は、複数のクロスワイヤスイッチの直列接続から作成されている。スイッチのクロスバーアレイからのみ形成される、又はスイッチとトランジスタから成るハイブリッド構造として形成される新たなロジックファミリーもまた、記載されている。こうした新たなロジックファミリーは、ＣＭＯＳ回路の計算効率を著しく向上させる可能性を有している。
【０００２】
本開示の種々の実施形態の特徴、及び利点は、下記の詳細な説明、及び図面を参照することにより、明らかになるであろう。図中、同じ参照符合は、同じ構成要素、又は類似しているが、同一ではない構成要素に対応する。簡略化のために、既に説明された機能を有する参照符合は、それらが登場する後続の図面に関係して、説明される場合もあれば、説明されない場合もある。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１Ａ】２つの異なるクロスワイヤーを接続する半導体電気駆動スイッチの一実施形態を示す斜視図である。
【図１Ｂ】クロスバーとも呼ばれる図１Ａのスイッチのアレイを示す斜視図である。
【図２】本明細書に開示されるメモリスタデバイスの一実施形態を示す略断面図である。
【図３Ａ】メモリスタデバイスの一実施形態、及び対応する電流電圧グラフを示す概略図である。
【図３Ｂ】メモリスタデバイスの一実施形態、及び対応する電流電圧グラフを示す概略図である。
【図３Ｃ】メモリスタデバイスの一実施形態、及び対応する電流電圧グラフを示す概略図である。
【図４Ａ】スレショールドスイッチングイベントが起きている最中の伝導帯、及び対応する電流電圧グラフを示す概略図である。
【図４Ｂ】スレショールドスイッチングイベントが起きている最中の伝導帯、及び対応する電流電圧グラフを示す概略図である。
【図５Ａ】駆動前におけるメモリスタデバイスの一実施形態の活性領域における不純物帯を概略的に示す図であり、駆動後に、新たな状態が生成される。
【図５Ｂ】駆動後におけるメモリスタデバイスの一実施形態の活性領域における不純物帯を概略的に示す図である。
【図６Ａ】駆動前におけるメモリスタデバイスの他の実施形態の活性領域における不純物帯を概略的に示す図であり、駆動後に、既存の状態が不動態化される。
【図６Ｂ】駆動後におけるメモリスタデバイスの他の実施形態の活性領域における不純物帯を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
本明細書に開示されるデバイスの種々の実施形態は、２つの電極間に位置する活性領域を含む。金属電極と半導体活性領域との間の接触領域は、電流キャリア（例えば、電子、又は正孔）のためのショットキーバリアを形成する。少なくとも２つの移動性イオン種が、活性領域に注入され、そのような種は、所望の界面特性（例えば、ポテンシャル／ショットキーバリアの高さ、及び／又は幅など）、又は所望のバルク特性（例えば、伝導帯又は不純物帯トランスポートなど）を達成するように選択される場合がある。
【０００５】
本明細書に開示される種々の実施形態において、少なくとも２つの種（その一部はイオン種）は異なる移動度、異なる濃度、異なる帯電状態、逆向きの電荷、異なる化学的性質、異なる物理的性質（例えば、活性化エネルギー障壁）、又はそれらの組み合わせを有する。従って、電界、及び／又は温度上昇の影響によって種が活性領域の全部、又は一部にわたってドリフトし、及び／又は、拡散した場合、デバイスの状態変数は変化することになる。本明細書に開示されるデバイスは、製造時には、所望の電気的性質を達成するように構成される場合があると考えるべきである。
【０００６】
実施形態によっては、本明細書に開示されるデバイスは、再構成可能とされる場合がある。すなわち、デバイスは、可逆プロセスにより、その状態を複数回にわたって変更することができる場合がある。換言すれば、本明細書に開示されるデバイスは、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）における種々の記憶ビットのように、複数回にわたって開閉されることができる。他の実施形態において、本明細書に開示されるデバイスは、一回だけ構成可能にされる場合がある。すなわち、デバイスは、不可逆プロセスにより、その状態を一回だけ変更することができる場合がある。そのようなスイッチは、例えば、プログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＰＲＯＭ）の基礎となり得る。本明細書に開示されるマルチ状態可変デバイスは、多数の異なる中間状態を示し、中間状態は、マルチビットストレージに適する場合があると理解すべきである。
【０００７】
本明細書に開示されるデバイスは、単一の状態変数により特徴付けられるメモリスタデバイスと比べた場合、より高次元の空間により定義されるより多くの自由度を有する。次元の増加は、状態セットの増大をもたらし、従って、例えばロジック回路応用形態のような追加機能を備えたデバイスが得られる。
【０００８】
メモリスタでは、オームの法則、すなわち、バイアス電圧Ｖと電流Ｉの関係（Ｖ＝Ｒ＊Ｉ）は、メモリスタを通過する電荷をｑとした場合、普通の抵抗値ではなく、メムリスタンスＭ［ｑ］の非線形動的関数となる。従って、下記のようになる。
【０００９】
【数１】
2012513686.tif 000003
【００１０】
メムリスタンスは、デバイスを通過した電荷ｑと、バイアス電圧Ｖに対して共役となる磁束
【００１１】
【数２】
2012513686.tif 000004
【００１２】
との間の関数関係を提供する。ただし、
【００１３】
【数３】
2012513686.tif 000005
【００１４】
である。時間ｔの間に通過した電荷ｑは一般に、メモリスタデバイスの状態変数とみなされる。本発明者らは、複数の移動性の種をメモリスタデバイスに含有させることにより、異なる状態変数ｑ１、ｑ２、…、ｑｎを実現できる場合があることを見出した。そのような事例では、下記の関数関係が実現され、大きく異なる移動度のイオン種（１…ｎ）が必要とされる。
【００１５】
【数４】
2012513686.tif 000006
【００１６】
図１Ａ、及び図１Ｂは、既知の半導体電気駆動式スイッチ１００、及び既知のクロスバーアレイ１０００をそれぞれ示している。図１Ａにおいて、２つの異なるクロスワイヤー、又は電極１２、１４は、その間にスイッチ接合部１６を有する。スイッチ接合部１６は、一次活性領域１６ａ、及び二次活性領域１６ｂを含む。一実施形態において、一次活性領域１６ａは、電気的に半導体であり、かつ、空孔又は、置換不純物として電子ドナーをドープすることが可能な弱イオン導電体でもある材料からなる。他の実施形態において、一次活性領域１６ａの材料は、名目上電気的に絶縁性であり、かつ、弱イオン導電体でもある。第２の活性領域１６ｂは、ドーピング種のソース及びシンクとして機能する材料である。図１Ａに示されているように、スイッチ接合部１６は、共有結合又は非共有結合された境界面として分子層１６ｃをさらに含み、分子層１６ｃは、切換え可能な分子、又は切換え不可能な分子を含む場合がある。電極１２、１４の一方又は両方は、金属材料であってもよいし、半導体材料であってもよい。事例によっては、電極１２、１４の両方が金属とされることがある。
【００１７】
クロスバーアレイ１０００は、図１Ａに示された半導体電気駆動式スイッチ１０を複数含むように形成される場合もある。図１Ｂに示されているように、概ね平行な電極１２の第１の層１８の上には、概ね平行な電極１４の第２の層２０が重ねられる。第２の層２０は、第１の層１８の電極１２に対し、向き的には、ほぼ垂直である。ただし、層１８、２０の間の配向角は、これとは異なる場合もあると理解すべきである。電極１２、１４の２つの層１８、２０は、格子、又はクロスバーを形成する。第２の層２０の各電極１４は、第１の層１８の全ての電極１２の上に重ねられ、２つの電極１２，１４間の最も近い接点に相当する電極交差部において、第１の層１８の各電極１２にしっかりと接触する。スイッチ接合部１６は、それらの接触点において電極１２、１４間に配置されるものとして示されている。３つのそのようなスイッチ接合部１６が示されているが、スイッチ接合部１６は、電極１２と電極１４の各交差点に形成されるものと理解すべきである。応用形態によっては、そのようなクロスバー１０００は、マイクロメートルスケール、サブミクロンスケール、又はナノスケールのワイヤーから作成される場合がある。
【００１８】
図中、個々の電極１２、１４は、正方形又は矩形の断面を有するものとして示されているが、電極１２、１４は、円形、楕円形、又はより複雑な断面を有する場合もある。また、電極１２、１４は、多数の異なる幅、又は直径、及びアスペクト比、又は偏心度を有する場合がある。
【００１９】
よく知られているように、そのようなスイッチ１００は、種々のメモリ（例えば、１ビットの情報、１又は０の記憶）の基礎として、クロスポイントメモリにおける閉開スイッチのいずれかとして、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイに似た論理回路におけるコンフィグレーションビットとして、あるいはワイヤードロジック・プログラマブル・ロジック・アレイの基礎として使用される場合がある。また、これらのスイッチ１００は、広く様々な他の応用形態における種々の用途も見出されている。デバイス１０（図２Ａ、及び図２Ｂを参照）、及び１０’（本明細書に開示された図３Ａ、及び図３Ｂを参照）の実施形態は、スイッチ１００に似ている。
【００２０】
次に図２を参照すると、メモリスタデバイス１０の一実施形態が示されている。図示のように、デバイス１０は、第１、及び第２の電極１２、１４、並びにそれらの間の活性領域２２を含む。デバイス１０は、水平に構成される場合もあれば、垂直に構成される場合もある。図２に示した例において、デバイス１０は垂直に構成され、従って、電極１２、１４はそれぞれ、下側、及び上側電極である。ただし、前述のように、デバイス電極１２、１４は、ラテラルデバイス内の第１、及び第２の電極である場合がある。
【００２１】
非制限的な例として、下側電極１２は、フォトリソグラフィ、又は電子ビームリソグラフィ、あるいはインプリントリソグラフィのようなもっと進んだ技術を使用して、作成される場合がある。一実施形態において、下側電極１２の厚みは、約５ｎｍから約３０ｎｍの範囲である。下側電極１２は、金、プラチナ、アルミニウム、銀、タングステン、銅などのような任意の適当な導電性材料であってよい。
【００２２】
図２に示されているように、活性領域２２は、下側電極１２の上に形成される。活性領域２２は、本明細書において上で簡単に説明したスイッチ接合部１６と同様に、デバイス１０のスイッチ接合部として機能する。本明細書に開示される種々の実施形態において、活性領域２２は、デバイス１０を通る電子の流れを制御するために、移動性の種２４、２６を運び、受け入れる機能を有する。デバイス１０の動作の基本的な形は、比較的高い移動度を有する少なくとも種２４、２６をイオン輸送により活性領域２２全体を通して非線形的に輸送させるだけの十分に大きな電界（ドリフト電界、これは、活性領域２２において２４、２６のうちの１以上の動きを有効化する何らかの閾値を超える場合がある）、及び／又は温度上昇を、デバイス１０の両端に印加することである。
【００２３】
他のメモリスタデバイスでは、単一の移動性イオン種が、活性領域（例えば、酸素空孔）において使用され、移動性の種の移動により、活性領域の電気的導電性は、低導電性（すなわち、未ドープの半導体、又は絶縁体、従ってスイッチオフ構成）から高導電性（高い導電性が得られるようにドープされ、従ってスイッチオン構成）へ変化され、又は高導電性から低導電性へ（スイッチオンからスイッチオフへ）変化される場合がある。そのような突然の変化は、Ｉ−Ｖ曲線において非常に強いヒステリシスとして現れる。そのようなデバイスにおいて、ヒステリシスの想定される仕組みは、デバイスの内部微細構造における突然の変化、例えば、不均質な変化（例えば、導電性チャネルの形成、及び消失）、又は接触界面における強い変化を伴う。そのような変化は、デバイス内部における単一の移動性イオン種の再分散を伴うことがあり、その結果、デバイスの電気的抵抗に変化が生じることがある。例えば、酸素空孔は、一つにクラスタ化し、単純化された電子の流れのための比較的導電性の高い領域（例えば、フィラメント、及び樹枝状フィラメント構造）を形成する場合がある。
【００２４】
本明細書に開示される種々の実施形態において、活性領域２２に対する他の移動性の種の追加は、２つの移動性の種２４、２６のうちの軽い方の移動のためのステージ（すなわち、特定の静電電位）を生成する。一般に、２つの移動性の種２４、２６の移動度の間には、相当な差（例えば、少なくとも約一桁の大きさ）がある。具体的には、移動度の差は、十分に強い電界のもとで再構成されることが可能な移動性の種の数は少ないが、より多くの移動性の種により提供される電荷輸送には参加しないような値とされる。デバイス１０を駆動すると、種２４、２６の一方、又は両方は、活性領域２２の中で再構成され、その結果、特定の状態変数を達成することができる。２以上の異なる移動度の種２４、２６の性質（例えば、移動度、濃度、電荷、帯電状態など）は、達成することが可能な状態変数を制御するために、変更してもよいものと理解すべきである。移動性の種２４、２６については、以下で詳細に説明されると理解すべきである。
【００２５】
活性領域２２は、電気的に半導体の、又は名目上電気的に絶縁性の材料の薄膜（例えば、５００ｎｍ以下）であり、及び弱イオン導電体である。弱イオン導電体の定義は、デバイス１０が設計される目的によって決まるものと理解すべきである。格子上の種の移動度、及び拡散定数は、アインシュタインの関係式に従って互いに正比例する。従って、格子上の種の移動度が非常に高い場合、拡散定数も同様に非常に高くなる。一般に、デバイス１０は、目的によって決まる数分の一秒から数年までの範囲の或る時間の間、オン又はオフのような特定の状態に留まることが望ましい。従って、そのようなデバイス１０の拡散定数は、一実施形態において、デバイス１０が、不注意により或るＩ−Ｖ特性から他のＩ−Ｖ特性へと変化すること、又は種２４、２６の拡散によりオンからオフへ（又はその逆へ）変化することを防止するために、電圧パルスを用いてデバイス１０の状態を意図的に設定する代わりに、所望のレベルの安定性を確保するために十分に低い値にされる。従って、「弱イオン導電体」とは、その導電体における種の移動度が、及び従って拡散定数が、所望の条件（例えば、移動性の種２４、２６の拡散によりデバイス１０の状態が変化することがない条件）下において必要な限り、デバイス１０のオン・オフ状態の安定性を確保するのに十分なだけ小さい導電体である。
【００２６】
従って、活性領域２２の材料としては、活性領域２２に出入りする移動性の種２４，２６のドリフトは可能であるが、あまり容易過ぎないようなものが選択される。その結果一般に、デバイス１０は、適度に長い時間にわたってどのような状態にセットされても、その状態に留まることが可能となる。これはまた、デバイス１０を不揮発性にする（すなわち、ドリフト電界が取り除かれた後も、デバイス１０がその状態を維持する）ことにも貢献する。事例によっては、デバイス１０は、２端子デバイスとされる場合がある。すなわち、デバイス１０に高いバイアスを印加すると、電子流とイオン流の両方が生じるのに対し、低いバイアスでは、イオン流の流れが無視できるほど小さく、その結果、デバイス１０は、自己の抵抗状態を維持することが出来る。
【００２７】
活性領域２２のための適当な材料の非限定的な例としては、ケイ素、遷移金属、希土類金属、又はアルカリ土類金属の酸化物、硫化物、セレン化物、窒化物、リン化物、ヒ化物、塩化物、ヨウ化物、及び臭化物が挙げられる。ただし、移動性の種２４、２６をドリフトによって活性領域２２に注入し、活性領域２２から取り出し、及び／又は活性領域２２の中で移動させることを可能とする、電気的に半導体又は絶縁性であり、かつ弱イオン導電体であるといった種々の性質の所望の組み合わせを有する幅広い範囲の種々の材料が存在するものと理解すべきである。
【００２８】
一般に、（活性領域２２を形成する）半導体材料を電気的にドープすることが可能な移動性の種２４、２６に対して弱イオン導電体でもある半導体材料はいずれも、本明細書に開示される種々の実施形態において有効に働く。換言すれば、活性領域２２のために可能なスイッチ化合物は、ボンディングに対して大きなイオン貢献を有する半導体化合物である。非制限的な例として、活性領域２２は、未ドープの化学量論的な材料とされ、移動性の種２４、２６は、同材料又は関連親材料の層に含まれる高濃度のアニオン（陰イオン）空孔、又はカチオン（陽イオン）空孔、及びアニオン、又はカチオンとされる場合がある。
【００２９】
前述のように、一実施形態において、活性領域２２のための材料は、遷移金属、及び希土類金属の酸化物、硫化物、セレン化物、窒化物、リン化物、ヒ化物、塩化物、ヨウ化物、及び臭化物の中から選択され、化合物中にはしばしば、アルカリ土類金属が存在する。また、それらの化合物同士の種々の合金も存在し、それらがもし互いに溶解可能であれば、幅広く様々な組成を提供する。さらに、幾つかの数の電子的に負の元素に結合された２、３又はそれ以上の異なる金属原子を含む混合化合物も存在する。
【００３０】
元素Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆのような活性領域２２のための材料は、３つの金属全ての一次酸化状態が、Ｓｉと同じ＋４であり、シリコン集積回路技術との相性が良いことから、特に魅力的である。従って、これらの元素は、Ｓｉの意図しないドーピングを形成しないであろう。これらの化合物の酸化物はそれぞれ、チタニア、ジルコニア、及びハフニアとも呼ばれ、また、それぞれの種々のポリタイプに特有の他の名前でも呼ばれる。さらに別の実施形態としては、種々の対を成すそれら３つの合金、又は３つ全てが同時に存在するもの（例えば、ＴｉｘＺｒｙＨｆｚＯ２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）が挙げられる。化合物の関連するセットとしては、チタン酸塩、ジルコン酸、及びハフネートが挙げられ、これらは、特定の例ＳｒＴｉＯ３で表され、ここで、Ｓｒは、二価元素ストロンチウムである。Ｓｒの代わりにＣａ、Ｂａ、及び他の二価元素（例えば、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ）が使用され、Ｔｉの代わりにＺｒ、及びＨｆが使用される場合がある幅広く様々なそのような化合物が存在する。それらの化合物は、ＡＢＯ３化合物として表される場合があり、ここで、Ａは、少なくとも１つの二価元素であり、Ｂは、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆのうちの少なくとも１つであり、ペロブスカイト構造を有する場合がある。
【００３１】
また、ＣａａＳｒｂＢａｃＴｉｘＺｒｙＨｆｚＯ３のような、それらの種々の化合物の合金を使用することも可能である。ここで、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、及びｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。さらに、個別に、かつより複雑な化合物として、使用可能な様々な原子価を有する遷移金属、及び希土類金属の幅広く様々な他の酸化物も存在する。
【００３２】
活性領域２２のために適した化合物のさらに別の実施形態としては、上で述べた酸化物の実質的にＳ及びＳｅ類似物である、ある程度のイオン結合特性を有する遷移金属の硫化物、及びセレン化物が挙げられる。活性領域２０のために適した化合物のさらに別の実施形態としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｃＮ、ＹＮ、ＬａＮのような半導体窒化物、希土類窒化物、並びにそれらの化合物の合金、及びより複雑な混合金属窒化物が挙げられる。活性領域２２のために適した化合物のさらに別の実施形態としては、半導体ハロゲン化物（ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、及びＡｇＣｌなど）、又は例えば遷移金属、及び例えばＳｃ，Ｙ、Ｌａのような希土類金属のリン化物、及びヒ化物が挙げられる。
【００３３】
活性領域２２は、上記の例の中から選択された種々の材料又は化合物の種々のサブレイヤを含む場合があるものと理解すべきである。
【００３４】
活性領域２２のための適当な堆積技術としては、フィラメント又はクヌーセンセルのような加熱源からの蒸着、るつぼからの電子ビーム（すなわち、ｅビーム）、目標からのスパッタリング、他の形の蒸着、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、分子ビームエピタキシー、原子層堆積、又は種々の他の形態の化学蒸着、又は反応性前駆体からのビーム成長のような、従来の物理的、及び化学的技術が挙げられる。速度、及び温度のような適当な堆積又は成長条件は、活性領域２２のための望ましい化学組成、及び所望の局部原子構造を達成するように選択される場合がある。
【００３５】
デバイス駆動（図２）の前に、活性領域２２は、少なくとも２つの移動性の種２４、２６を含む。この状態において、種２４、２６は一般に、空間的に不均一である。活性領域２２は、電極１２、１４の間に形成されるものとして示されているが、移動性の種２４、２６は、活性領域２２の体積全体にわたってアクティブ／移動性であってもよいし、あるいは、もし種２４、２６が、外部バイアス電圧の下で、特定の閾値を用いて、又は用いることなく自己の空間的分布を変化させることが出来る場合には、特定の体積（例えば、活性領域２２における一方の電極１２、１４と電鋳チャネルとの間の堆積）においてのみアクティブ／移動性であってもよい。
【００３６】
移動性の種２４、２６は、イオン種（例えば、カチオン、アニオン、帯電空孔）であってもよいし、捕捉された電子であってもよいし、正孔（例えば、活性領域２２の深い中間ギャップ状態に捕捉される）であってもよい。イオン種の非制限的な例としては、帯電酸素空孔、クロムイオン（Ｃｒ２＋）、ニッケルイオン、水素イオン、リチウムイオン、銀イオン、ベリリウムイオン、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン、カリウムイオン、バリウムイオンなどが挙げられる。２つの異なるイオン種が、活性領域２２に注入される場合もあれば、１つのイオン種が、欠陥捕捉電子又は正孔を内部に有する活性領域２２に注入される場合もあると理解すべきである。また、選択される種２４、２６は、少なくとも部分的に、活性領域２２のために選択された材料によって決まり、また、本明細書に列挙したもの以外の種２４、２６が使用される場合もあると理解すべきである。図２に示されている種２４、２６は、異なる移動度を有するように、逆向きに帯電された種である。
【００３７】
上述のように、選択される移動性の種２４、２６は、異なる移動度、異なる濃度、異なる帯電状態、逆向きの電荷、異なる化学的性質、又はそれらの組み合わせを有する。そのような種２４、２６は、活性領域２２を通じた種２４、２６の少なくとも一方（一部の事例では、２つの種２４、２６のうちの遅い方）の輸送が、非線形的となるように選択される。そのような移動により、一意の状態変数を得ることが可能となる。一部の実施形態において、デバイス１０は、移動性の種２６、２４の一方（例えば、２つの移動性の種のうちの速い方）が、他方の移動性の種２４、２６（例えば、２つの移動性の種のうちの遅い方）の移動のためのステージをセットするバイナリシステムであると理解すべきである。一部の事例において、少なくとも２つの移動性の種２６、２４の一方の移動度は通常、少なくとも２つの移動性の種２４、２６の他方の移動度に比べて、少なくとも約一桁だけ大きい。ただし、各種２４、２６の移動度は、少なくとも部分的に、温度、及びデバイス１０に印加される電界によって決まると理解すべきである。後で式３に記載するように、移動度は、特定の種のホッピング活性化エネルギーを使用して決定される場合がある。例えば、ＴｉＯ２−ｘにおけるＬｉ又はＴｉ格子間欠陥についての活性化エネルギーは、約０．４ｅＶ（電子ボルト）であり、ＴｉＯ２−ｘにおける酸素空孔についての活性化エネルギーは、約１．１ｅＶである。これらの値を下記の式３に代入すると、各種の移動度を計算することができる。この例におけるこの活性化エネルギーの差は、酸素空孔についての移動度が、室温におけるＬｉ又はＴｉ格子間欠陥に比べて、約１２桁だけ小さいものと解釈される。
【００３８】
一つの非制限的な例として、Ｃｒ２＋カチオンは、活性領域２２の少なくとも一部において、酸素空孔に含められる場合がある。所定の電界、及び／又は温度に曝すと、酸素空孔は、Ｃｒ２＋カチオンにより生成される電界の中を移動することになる。酸素空孔の移動度を変化させるために、カチオンの濃度特性は、変更される場合があるものと理解すべきである。従って、酸素空孔を含む活性領域２２においてＣｒ２＋カチオンを構成することにより、デバイス１０のＩ−Ｖ特性を制御することができる。その後、活性領域２２におけるＣｒ２＋カチオンの性質は、外部パルスによって制御される場合があり、それによって、デバイス１０は、あるＩ−Ｖ特性から他のＩ−Ｖ特性へと切り替えられる。種２４、２６（この例では、酸素空孔、及びＣｒ２＋カチオン）の移動度は大きく相違し、Ｃｒ２＋カチオンの初期移動の後、それらのカチオンは、酸素空孔に比べて非常に静的なものとなる。
【００３９】
他の非制限的な例として、２つの種２４、２６は、同じような移動度を有するが、異なる濃度、帯電状態、化学的性質、又はそれらの組み合わせを有する場合がある。そのような事例では、種２４、２６の動きが結合され、それによって、２つの結合された状態変数を有するデバイス１０が提供される場合がある。異なる移動度を有する等電子価の種２４、２６の非制限的な例としては、Ｔｉ４＋とＬｉ＋、Ｔｉ４＋とＮａ＋、Ｔｉ４＋とＢａ２＋、Ｃｒ２＋とＮａ＋、又はＢｅ２＋とＢａ２＋が挙げられる。
【００４０】
さらに別の非制限的な例として、種２４、２６は、異なる移動度を有し、反対の向きに帯電される場合がある（図２に示されているように）。これらの種２４、２６（例えば、アクセプタ、及びドナー）の動きは、電気的に中性の系を望むクーロン力による強い影響を受ける。そのような事例では、二極性拡散となり、有効拡散係数は概ね、２つの種２４、２６のうちの遅い方の拡散係数となる。このデバイス１０は、２つの強力に結合された状態変数を有するものとして特徴付けられる場合がある。具体的には、図２は、反対の向きに帯電された種２４、２６、及び外部電界の下における動きの方向を示している。
【００４１】
さらに別の例として、種２４、２６は、同じ電荷を有するが、異なる移動度を有する場合がある。一つの状態変数において、種２４、２６は、例えば、電極１２、１４の一方に隣接するように局部集中される。駆動（すなわち、比較的短い時間、所定のバイアス電圧に曝される）時には、２つの種２４、２６のうちの速い方が、電極１４、１２の他方に向けてドリフトし、それによってデバイス１０は、第２の状態になる。この特定のケースでは、電荷の代わりに濃度特性を用いて（すなわち、特定の種２４、２６の大半が存在するデバイス１０上の場所を指定することによって）、状態変数を移動性の種２４、２６に関連付けることが適当である場合がある。例えば、もし種２４、２６がそれぞれ、Ｎ２４（ｘ，ｙ，ｚ）、及びＮ２６（ｘ，ｙ，ｚ）の濃度特性を有する場合（ｘ，ｙ，ｚは空間座標である）、各種に関連付けられた状態は、濃度の重心、すなわち、下記のようになる場合がある。
【００４２】
【数５】
2012513686.tif 000007
【００４３】
種２６がこの状態にあるときにこの例のデバイス１０を駆動する（すなわち、移動性の種２６を移動させる）ためには、種２４の状態を強制的に何らかの他の値にする。他のケースでは、デバイス１０内の特定の場所（例えば、（電極１２、１４と活性領域２２との間の）界面付近）における濃度を用いて、状態変数を移動性の種２４、２６に関連付けることが適当である場合がある。
【００４４】
一般に、活性領域２２は、２以上の移動性の種２４、２６を含み、他に何もドーパントを有しない。しかしながら、事例によっては、活性領域２２は、移動性の種２４、２６の他に、バックグラウンド・ドーパント・プロファイルをさらに有することが望ましい場合がある。そのようなドーパント・プロファイルは、移動性の種２４、２６のダイナミクス、及び達成されるデバイス１０の非線形コンダクタンスのタイプを制御するのに役立つと考えられている。そのようなバックグラウンド・ドーパントプロファイルは、一般に、固定された不均一なドーパントである。非制限的な例として、バックグラウンド・ドーパント・プロファイルは、アクセプタ・ドーパント（例えば、ＴｉＯ２活性領域における炭素又は窒素ドーピング）である場合があり、また、種２４、２６は、水素又はリチウムアニオン、及び負に帯電された酸素空孔（この場合、アニオンは、酸素空孔よりも高い移動度を有する）のようなドナー種である場合がある。
【００４５】
実施形態によっては、バックグラウンド・ドーピングは、フェルミ・レベルをシフトさせ、その結果、移動性の種２４、２６の一方、又は両方の帯電状態をシフトさせる場合がある。帯電状態は、イオンホッピングの活性化エネルギーを非常に非線形な形で変化させる場合がある。例えば、ＴｉＯ２−ｘにおけるＴｉ４＋、及びＴｉ１＋格子間イオンについてのホッピング活性化エネルギーは、約０．３ｅＶだけ相違する一方、移動度は、下記のように活性化エネルギーに指数関数的に依存する。
【００４６】
【数６】
2012513686.tif 000008
【００４７】
ここで、Ｕ＝活性化エネルギー、Ｔ＝温度、ｋＢ＝ボルツマン定数、ａ＝格子距離、ｑ＝素電荷、及びＥ＝材料中の正味の電界である。従って、種２４、２６の一方の移動度は、種２４、２６の帯電状態を変化させることにより、変調される場合がある。例えば、酸素空孔は、１つの深いレベル、及び１つの浅いレベルに帯電される場合がある。拡散活性化エネルギー（及び、従ってイオン移動度）は、＋１から＋２状態へ変化される場合がある。帯電状態は、局部的な化学ポテンシャルによって決まり、従って、他方の移動性の種２６、２４、及び／又はバックグラウンド・ドーパントの存在によって増減される場合がある。
【００４８】
他の実施形態において、バックグラウンド・ドーピングは、活性領域２２の全体的な抵抗を変化させる場合があり、その結果、局部的なパワー消散に変化が生じ、それによって、自己発熱効果が局所的に増加又は減少する場合がある。上の式３によれば、種２４、２６の移動度は、温度に対して非線形的な依存性を有する。従って、自己発熱の変化は、種２４、２６の移動度に影響を与える場合がある。
【００４９】
使用されるバックグラウンド・ドーパントはいずれも、活性領域２２が作成されるときに堆積、又はその他注入等される。
【００５０】
一部の事例において、移動性の種２４、２６は、活性領域２２の作成の際に、又は作成後に、活性領域２２に注入される。他の事例において、移動性の種２４、２６は、デバイス１０のプログラミングの際に、独立した領域（図示せず）から注入することが可能な場合がある。独立した領域から注入される場合、そのような注入は、領域２２が電極１２上に作成される前又は後のいずれかにおいて行われる場合がある。これは少なくとも部分的に、デバイス１０の形状（例えば、活性領域２２が、移動性の種２４、２６を含む独立した領域の上にあるか、それとも下にあるか）によって決まる。移動性の種２４、２６を活性領域２２に注入するのに適した技術の幾つかの非制限的な例としては、次のものがある：（i）（活性領域２２の作成の際、又は作成後に）移動性の種２４、２６の一方又は両方を活性領域２２に埋め込むこと、又は（ii）（活性領域２２の作成の際、又は作成後に）気体源又は前駆体から移動性の種２４，２６を拡散させること、又は（iii）作成された活性領域２２に隣接する領域（図示せず）に移動性の種２４、２６を埋め込み、その後、その隣接領域から移動性の種を拡散させること。非制限的な例として、活性領域２２への種の拡散は、熱に曝すことによって達成される場合がある。他の非制限的な例として、例えば、イオン銃を使用して、イオン注入が実施される場合がある。さらに別の非制限的な例として、気体源又は前駆体が使用される場合、気体は、活性領域の材料に打ち込まれる前にイオン化される場合がある。
【００５１】
活性領域２２、及び移動性の種２４、２６が作成された後、活性領域２２の上に、上側電極１４が形成される。上側電極２２は、下側電極１２と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよく、下側電極１２の形成に使用されるものと同じ技術を使用して形成されてもよいし、異なる技術を使用して形成されてもよい。一例として、上側電極１４は、電子ビーム蒸発器を用いて蒸着される場合がある。上側電極の厚みの範囲は一般に、約５ナノメートルから数百ナノメートル程度とされる。
【００５２】
前述のように、デバイス１０は、所定の電界、及び／又は上昇された温度に曝すことによって駆動される場合がある。一部の事例において、電界は温度が上昇したときに印加される。他の事例において、温度は、デバイス１０を通って流れる電流によって上昇する（例えば、自己発熱）。印加される電界、及び温度は、少なくとも部分的に、選択される移動性の種２４、２６、それらの濃度、それらの活性領域２２における構成（例えば、状態）、及び任意の背景プロファイルによって決まる。従って、外部電圧、又は電流は、列挙した要素の１以上をかんがみて選択されることになる。温度もまた、局所的な抵抗、及び従って、局部的な自己発熱によって変わる場合がある。一部の事例では、外部ソースから熱を加えることが望ましい場合がある。
【００５３】
デバイス１０が駆動された後、高い方の移動度を有する移動性の種２４、２６は、低い方の移動度を有する移動性の種２６、２４に比べて迅速に、活性領域２２内において（電界によって）ドリフトし、及び／又は（上昇された温度によって）拡散する。このような運動により、デバイス１０の状態変数は変化することになる。他の性質（例えば、濃度、電荷、及び／又は帯電状態、化学的特性など）もまた、達成される状態変数を定義することになる。
【００５４】
種２４、２６の輸送は、電界、温度、又は帯電状態に対して非線形的であることが一般に望ましい。種２４、２６の少なくとも一方の移動は、デバイス１０が所定の電界に曝されたときに開始される。電界は、例えば下記の式を満たすときに、非線形輸送を生じさせるのに十分である場合があると理解すべきである。
【００５５】
【数７】
2012513686.tif 000009
【００５６】
但し、Ｔ＝温度、ｋＢ＝ボルツマン定数、ａ＝格子定数、ｑ＝素電荷、及びＥ＝材料中の電界である。一部の事例において、種２４、２６の非線形的な移動は、新たな状態を引き起こすことにより（例えば、以下で説明される図５Ａ、及び図５Ｂを参照）、又は既存の状態を抑制することにより（例えば、以下で説明される図６Ａ、及び図６Ｂを参照）、デバイス１０のバルク特性に影響を及ぼすことがある。他の事例において、種２４、２６の非線形移動は、界面特性（同じく後で説明される）に影響を及ぼす場合がある。
【００５７】
図３Ａは、デバイス１０の非制限的な例、及びデバイス１０の対応する電圧（Ｖ）と電流（Ｉ）の関係を示すグラフである。本明細書に開示される全ての実施形態において、Ｉ−Ｖは、２つの種２４、２６のうちの遅い方の位置によって決まるものと理解すべきである。
【００５８】
図３Ａに示された実施形態において、各種２４、２６は、Ｎ２４（ｘ，ｙ，ｚ）、及びＮ２６（ｘ，ｙ，ｚ）の濃度特性をそれぞれ有する場合があり（但し、ｘ，ｙ，ｚは空間座標）、各種２４、２６に関連する状態は、濃度の中心とされる場合がある。種２４、２６の濃度特性もまた、比較的一定の値を有し、かつ特定の場所において鋭くゼロまで降下する階段状の関数となる場合があり、その特定の場所が一つの状態変数である。この実施形態では、バイアス電圧を印加すると、状態変数の位置は変化する。
【００５９】
事例によっては、「小さな」電圧又は電流が印加される場合、それは、その電流又は電流が、速い方の移動性の種２６、２４の所与の初期又は均衡濃度プロファイルにとって、遅い方の移動性の種２４、２６の非線形特性の輸送を開始するのに十分ではないことを意味する。しかしながら、そのような小さな電圧又は電流は、速い方の移動性の種２６、２４を移動させるのには十分である。速い移動性の種２６、２４の濃度特性における小さな変化が、遅い種２４、２６に影響を与えることはなく、電圧又は電流が取り除かれた後、速い方の種２６、２４は、元の状態に落ち着くことになる。ただし、電界、又は電流を増加させ、又は、帯電状態を変化させ、それによって図３Ｂに示されているような遅い方の種２４、２６の非線形輸送を誘導するために、速い方の種２６、２４は、活性領域２２の全体にわたって十分遠くにまで移動される場合がある。遅い方の移動する移動性の種２４、２６は、移動された後、デバイス１０が再駆動されない限り、位置を再び変化させることはない。そのような事例では、デバイス１０は、速い方の移動する移動性の種２６、２４を移動させるために使用されるバイアスに比べて、小さなバイアスを使用して読み出される場合がある（小さなバイアス、又は電流の非制限的な例は、図３ＡのＩ−Ｖグラフに示されている）。
【００６０】
図３Ｃにおいて、概略図は、（種２４、２６の移動後の）新たな状態を示し、Ｉ−Ｖグラフにおける破線は、その新たな状態についてのＩ−Ｖ曲線を示している。
【００６１】
印加される電圧又は電流は、少なくとも部分的に、選択される種２４、２６、及び活性領域２２、形成される導電性チャネルの形状、デバイス１０の熱特性、電極１２、１４、及び活性領域２２の厚み、遅い方の移動性の種２４、２６の何らかの活性化障壁など、又はそれらの組み合わせによって決まることになる。非制限的な例として、小さな電圧は、約１ＭＶ／ｃｍを超える約５ＭＶ／ｃｍまでの電界を発生させないように十分に小さく、及び、その電流は、デバイス１０の内部にジュール熱を発生させないように十分に小さい。
【００６２】
遅い方の種２４、２６の非線形移動は、上記のように、２つの種２６、２４のうちの速い方のドリフトによって活性化される場合がある。また、非線形移動は、電圧又は電流閾値切換えを強制的に実施することにより、達成される場合がある。そのような非線形的移動の非制限的な例は、図４Ａ、及び図４Ｂに示されている。この例では、閾値切換イベントの前（図４Ａ）、及び後（図４Ｂ）における、伝導帯３２を示している。図４Ｂに示されているように、深いトラップレベル３０（以後、深いレベル欠陥と呼ぶ）に、２つの種２６、２４のうちの速い方（その非制限的な例は、電子である）が充填されることにより、強い電界又は電流に達する場合がある。深いトラップレベル３０を充填することにより、閾値切換イベントが発生し、それによって、図４Ｂのグラフに示されているように、その後、遅い方の移動性の種２４、２６を、電圧閾値よりも大きいバイアスに曝すことによって、移動させることが可能となる。
【００６３】
一実施形態において、閾値切換イベントは、速い方の移動性の種２６の注入速度が、デバイス１０の内部における移動性の種２６の移動速度よりも大きいときに発生するものと考えられる。図４Ａは、浅い及び深いレベルの欠陥２８、３０をそれぞれ有する帯域図を示している。事例によっては、エネルギー状態の連続したつながりが存在する場合があるものと理解すべきである。この例では、速い方の種２６の移動度（及び、従って材料伝導性）は、種２６のエネルギーによって決まる。外部電圧を印加すると、速い方の種２６は、速度Ｒ１で界面（例えば、ショットキーバリア）をくぐり抜け、伝導帯３２に入る。もし材料２２における均衡フェルミレベルが深いトラップ３０のエネルギーに近い場合、通過した速い方の種２６は、深いトラップ３０に向けて減速し、速度Ｒ２で右側電極（この図には示されていない）に向けてゆっくりと移動（ホッピング）する。バイアスが小さい場合、Ｒ２＞Ｒ１であり、電界は概ね均一であるが、デバイス１０の伝導性は、注入速度Ｒ１に正比例する。バイアスを増加させると、速度Ｒ１は、速度Ｒ２よりも大きくなり、その結果、全ての深いトラップ３０は、速い方の種２６で迅速に満たされることになり（すなわち、種２６は、種２６を除去することが可能な速度よりも速い速度で注入される）、従って、疑似フェルミレベルは、浅いエネルギーレベルに近いところまで上昇する。その新たな疑似フェルミエネルギーにおいて、速い方の種２６は、高い移動度を有し、その領域の対応するコンダクタンスは非常に高くなる。従って、ほぼ全ての電界は、ショットキーバリアを通過して降下することになり、バリアは低下される。
【００６４】
Ｒ１がＲ２よりも大きくなる時点において、電流に鋭い上昇が生じ（図４ＢのＩ−Ｖグラフを参照）、また、個々の電極１２、１４と活性領域２２との間の界面における電界にも、鋭い上昇が生じる（図４Ｂの伝導帯を参照）。大きな電流、及び大きな電界はいずれも、上記のように、遅い方の移動性のイオン種２４の移動度を変調するために使用される場合がある。
【００６５】
種２４、２６のうちの１以上の非線形移動／運動は、デバイス１０の電気的コンダクタンスを変調する。事例によっては、デバイス１０の界面特性の変調が望ましい場合がある。個々の電極１２、１４と、活性領域２２との間の界面の一方又は両方における抵抗値は、ショットキーバリア変調によって連続的に調節される場合がある。そのような事例では、下側電極１２と活性領域２２との間の界面、及び／又は、上側電極１４と活性領域２２との間の界面に、インタフェーシャル双極層（図示せず）が配置される場合がある。インタフェーシャル双極層は、界面ギャップ、並びに、活性領域２２の大半のものと比べて異なる形状の状態密度をエネルギーの関数として有する界面状態を有する場合がある。界面状態が存在する場合、そのような状態は、非相互作用性（すなわち、活性領域２２により定義される）であってもよいし、相互作用性（すなわち、電極１２、及び活性領域２２により定義される）であってもよい。事例によっては、界面状態を有しない界面ギャップが存在する場合もある。インタフェーシャル双極層は一般に、バリア高を印加電圧に応じて変化させる。
【００６６】
事例によっては、デバイス１０のバルク特性は、浅い移動性の種２４、２６の追加によりバックグラウンド固定ドーピングを補償することによって、又は不純物帯を変調する能力を持つ深いレベルの移動性の種２４、２６を含有させることによって、変調される場合がある。本明細書において、浅い移動性の種の浅いエネルギーレベルとは、伝導（原子価）帯に近いこと、すなわち、導電帯縁部に関して、そのエネルギー差が、ｋＢＴ（ボルツマン定数×温度）よりも小さいことを言う。また、本明細書において、深いレベルの移動性の種の深いエネルギーレベルとは、浅いレベルの反対であり、すなわち、エネルギー差が、ｋＢＴよりも非常に大きいことを言う。図５Ａ、及び図５Ｂに概略的に示されているように、深いレベルの移動性の種２４、２６は、デバイス１０の駆動後に、不純物帯の中に新たな状態を生成する場合がある。例えば、Ｎｉ＋、Ｌｉ＋のような金属イオンは、事例によっては、それらが活性領域２２内を移動する際に、新たな深い電子エネルギー状態を誘導する場合がある。図６Ａ、及び図６Ｂに示されているように、深いレベルの移動性の種２４、２６は、デバイス１０の駆動後に、不純物帯内における既存の状態を不動態化する場合がある。例えば、水素イオンは、一般に非常に高い移動度を有し、シリコン中のダングリングボンドを不動態化する傾向がある。
【００６７】
図２には示されていないが、電極１２、１４のいずれかは、基板上に形成される場合があるものと理解すべきである。一般に、基板が使用される場合、基板は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、ガラス等のような絶縁性基板である。
【００６８】
また、図２には示されていないが、基板と、その基板に隣接する上側電極又は下側電極１２，１４との間には、粘着層が形成される場合があるものと理解すべきである。一般に、そのような粘着層は、基板と、その次に形成される隣接する電極１２、１４との間の接合を強化する。事例によっては、粘着層は、活性層２２のための移動性の種２４、２６のうちの少なくとも一方の発生源とされる場合があり、そうした種は、特定の条件に曝されたときに、隣接する電極１２、１４の中に拡散する。粘着層のための適当な材料であると考えられる非制限的な例としては、例えば、チタン、クロム、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、ニオビウム、タンタル、マンガン、バナジウム、ジルコニウム、ルテニウム、又はハフニウムが挙げられる。粘着層が使用される場合、粘着層は、例えば、スパッタリング、電子ビーム蒸着、分子線エピタキシー、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、又は原子層堆積（ＡＬＤ）のような任意の適当な技術を利用して、基板、又は電極１２、１４上に形成される場合がある。図２の実施形態に示されているように、粘着層は、望ましい場合は、省略される場合もあるものと理解すべきである。また、層が移動性の種２４、２６の発生源として単体で使用される場合、そのような層は、いずれの電極１２、１４に隣接して（又は、図示しないサイド電極に隣接して）配置されてもよいものと理解すべきである。
【００６９】
１項：メモリスタデバイスであって、
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された活性領域と、
前記活性領域に存在する少なくとも２つの移動性の種であって、前記少なくとも２つの移動性の種のそれぞれが、当該メモリスタデバイスの独立した状態変数を定義するように構成される、少なくとも２つの移動性の種と
を含むメモリスタデバイス。
２項：前記少なくとも２つの移動性の種はそれぞれイオン種であり、又は前記少なくとも２つの移動性の種のうちの１つがイオン種であり、前記少なくとも２つの移動性の種のうちの他の１つが、移動性の捕捉された電子、又は正孔である、１項に記載のメモリスタデバイス。
３項：前記少なくとも２つの移動性の種は、異なる濃度、異なる移動度、異なる帯電状態、反対向きの電荷、異なる化学的性質、又はそれらの組み合わせを有する、１〜２項のうちのいずれか一項に記載のメモリスタデバイス。
４項：前記少なくとも２つの移動性の種は、異なる移動度を有し、前記少なくとも２つの移動性の種のうちの１つの移動度が、前記少なくとも２つの移動性の種のうちの他の１つの移動度に比べて少なくとも一桁だけ大きい、３項に記載のメモリスタデバイス。
５項：前記活性領域は、前記少なくとも２つの移動性の種のダイナミクスを制御するバックグラウンド・ドーピング特性を有する、１〜４項のうちのいずれか一項に記載のメモリスタデバイス。
６項：前記活性領域のバックグラウンド・ドーピング特性は、静的である、５項に記載のメモリスタデバイス。
７項：前記少なくとも２つの移動性の種はそれぞれ、帯電した空孔、アニオン、カチオン、電子、及び正孔の中から無関係に選択される、１〜６項のうちのいずれか一項に記載のメモリスタデバイス。
８項：（i）前記第２の電極と前記活性領域との間、（ii）前記第１の電極と前記活性領域との間、又は（i）と（ii）の両方に配置されたインタフェーシャル双極層をさらに含む、１〜７項のうちのいずれか一項に記載のメモリスタデバイス。
９項：前記少なくとも２つの移動性の種は、所定の電界に曝されたときに、前記活性領域を通って異なる速度でドリフトする、１〜８項のうちのいずれか一項に記載のメモリスタデバイス。
１０項：前記デバイスは、所定の電界下において可逆性である、１〜９項のうちのいずれか一項に記載のメモリスタデバイス。
１１項：１〜１０項のうちのいずれか一項に記載のメモリスタデバイスを使用する方法であって、
前記活性領域を所定の電界に曝し、それによって、前記少なくとも２つの移動性の種を前記活性領域を通して異なる速度でドリフトさせ、そのように曝す前のデバイスの状態変数とは異なる状態変数を形成するステップを含む方法。
１２項：前記所定の電界は、低い電圧、及び小さい電流を有し、曝すことによって、前記少なくとも２つの移動性の種のうちの１つが、前記少なくとも２つの移動性の種のうちの他の１つとは異なる移動速度で移動され、前記方法は、
前記所定の電界を除去し、それによって、前記少なくとも２つの移動性の種のうちの１つを移動させ、均衡状態へ戻すステップをさらに含む、１０項に記載の方法。
１３項：１項〜１０項のうちのいずれか一項に記載のメモリスタデバイスを作成する方法であって、
前記少なくとも２つの移動性の種を前記活性領域に注入するステップと、
前記活性領域を電界又は上昇された温度の少なくとも一方に曝し、それによって、前記少なくとも２つの移動性の種を、前記活性領域の追加的部分を通して異なる速度でドリフトさせ、前記メモリスタデバイスの状態変数を変化させるステップと
を含む方法。
１４項：前記少なくとも２つの移動性の種のドリフトは、新たな状態を誘導し、又は既存の状態を不動態化する、１３項に記載の方法。
１５項：曝す前に、前記方法は、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記活性領域を形成するステップと、
前記活性領域の形成と同時に、又は前記活性領域の形成後に、前記少なくとも２つの移動性の種を注入するステップであって、前記少なくとも２つの移動性の種を注入するステップは、（i）前記少なくとも２つの移動性の種のうちの少なくとも１つを前記活性領域、若しくは前記活性領域に直接的に隣接する領域、若しくは前記活性領域に間接的に隣接する領域に注入することにより、若しくは（ii）前記少なくとも２つの移動性の種のうちの少なくとも１つを気体源又は前駆体から前記活性領域の中に拡散させることにより、若しくは（iii）前記少なくとも２つの移動性の種のうちの少なくとも１つを、形成された活性領域に隣接する領域に注入し、その後、前記第１若しくは第２のドーパントの少なくとも一方を前記隣接領域から拡散させることにより、無関係に達成される、１３項又は１４項に記載の方法。
【００７０】
複数の実施形態について詳細に説明したが、当業者には明らかなように、開示した実施形態には変更を加えることも可能である。従って、上記の説明は、制限としてみなすべきではなく、例示とみなすべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
2012513686.tif 000015
【図４Ａ】
2012513686.tif 000016
【図４Ｂ】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図６Ａ−６Ｂ】
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【国際調査報告】
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