JP2008098537A - 抵抗変化型素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の抵抗変化型素子は、電極1と、電極2と、これら電極1,2間に位置する酸化物層3と、この酸化物層3に接して当該酸化物層3および電極2の間に位置する酸化物層4と、を含む積層構造を有する。酸化物層3は、酸化物層4に酸素イオン5を供与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、酸化物層4から酸素イオン5を受容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。酸化物層4は、酸化物層3から酸素イオン5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、酸化物層3に酸素イオン5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。
【選択図】図2
Description
図4(a)に示す積層構成を有するサンプル素子S1を、抵抗変化型素子として作製した。サンプル素子S1における電極1,2の対向面積は31400μm2である(後出のサンプル素子S2〜S12における電極対の対向面積も31400μm2である)。また、なんらの電圧も印加する前の初期状態において、サンプル素子S1は低抵抗状態にあった。
図5(a)に示す積層構成を有するサンプル素子S2を、抵抗変化型素子として作製した。なんらの電圧も印加する前の初期状態において、サンプル素子S1は低抵抗状態にあった。このサンプル素子S2について、サンプル素子S1と同様の条件で、抵抗値の変化を調べた。この抵抗値変化調査において順次測定されたサンプル素子S2の抵抗値から抽出した一部の抵抗値を、図5(b)のグラフに示す。
図6(a)に示す積層構成を有するサンプル素子S3を、抵抗変化型素子として作製した。なんらの電圧も印加する前の初期状態において、サンプル素子S3は低抵抗状態にあった。このサンプル素子S3について、サンプル素子S1と同様の条件で、抵抗値の変化を調べた。この抵抗値変化調査において順次測定されたサンプル素子S3の抵抗値から抽出した一部の抵抗値を、図6(b)のグラフに示す。
図7(a)に示す積層構成を有するサンプル素子S4を作製した。このサンプル素子S4について、サンプル素子S1と同様の条件で、抵抗値の変化を調べた。この抵抗値変化調査において順次測定されたサンプル素子S4の抵抗値から抽出した一部の抵抗値を、図7(b)のグラフに示す。
図8(a)に示す積層構成を有するサンプル素子S5を作製した。このサンプル素子S5について、サンプル素子S1と同様の条件で、抵抗値の変化を調べた。この抵抗値変化調査において順次測定されたサンプル素子S5の抵抗値から抽出した一部の抵抗値を、図8(b)のグラフに示す。
図9(a)に示す積層構成を有するサンプル素子S6を、抵抗変化型素子として作製した。なんらの電圧も印加する前の初期状態において、サンプル素子S6は低抵抗状態にあった。このサンプル素子S6について、サンプル素子S1と同様の条件で、抵抗値の変化を調べた。この抵抗値変化調査において順次測定されたサンプル素子S6の抵抗値から抽出した一部の抵抗値を、図9(b)のグラフに示す。
図10(a)に示す積層構成を有するサンプル素子S7を作製した。このサンプル素子S7について、サンプル素子S1と同様の条件で、抵抗値の変化を調べた。この抵抗値変化調査において順次測定されたサンプル素子S7の抵抗値から抽出した一部の抵抗値を、図10(b)のグラフに示す。
図11(a)に示す積層構成を有するサンプル素子S8を、抵抗変化型素子として作製した。なんらの電圧も印加する前の初期状態において、サンプル素子S8は低抵抗状態にあった。このサンプル素子S8について、各印加電圧のパルス強度5Vに代えて20Vとした以外はサンプル素子S1と同様の条件で、抵抗値の変化を調べた。この抵抗値変化調査において順次測定されたサンプル素子S8の抵抗値から抽出した一部の抵抗値を、図11(b)のグラフに示す。
図12(a)に示す積層構成を有するサンプル素子S9を、抵抗変化型素子として作製した。なんらの電圧も印加する前の初期状態において、サンプル素子S9は低抵抗状態にあった。このサンプル素子S9について、サンプル素子S1と同様の条件で、抵抗値の変化を調べた。この抵抗値変化調査において順次測定されたサンプル素子S9の抵抗値から抽出した一部の抵抗値を、図12(b)のグラフに示す。
図13(a)に示す積層構成を有するサンプル素子S10を、抵抗変化型素子として作製した。なんらの電圧も印加する前の初期状態において、サンプル素子S10は低抵抗状態にあった。このサンプル素子S10について、各印加電圧のパルス強度5Vに代えて15Vとした以外はサンプル素子S1と同様の条件で、抵抗値の変化を調べた。この抵抗値変化調査において順次測定されたサンプル素子S10の抵抗値から抽出した一部の抵抗値を、図13(b)のグラフに示す。
図14(a)に示す積層構成を有するサンプル素子S11を作製した。このサンプル素子S11について、サンプル素子S1と同様の条件で、抵抗値の変化を調べた。この抵抗値変化調査において順次測定されたサンプル素子S11の抵抗値から抽出した一部の抵抗値を、図14(b)のグラフに示す。
図15(a)に示す積層構成を有するサンプル素子S12を作製した。このサンプル素子S12について、サンプル素子S1と同様の条件で、抵抗値の変化を調べた。この抵抗値変化調査において順次測定されたサンプル素子S12の抵抗値から抽出した一部の抵抗値を、図15(b)のグラフに示す。
図9および図10を併せて参照すると理解しやすいように、サンプル素子S6,S7は、電極2を除き同じ構成を有する。また、サンプル素子S6は抵抗状態の切り替わりを示し得るのに対し、サンプル素子S7は抵抗状態の切り替わりを示さなかった。これらは、酸素受容層4と接合する電極2の構成材料の種類が抵抗スイッチングの可否を決する場合があることを示唆する。
第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極の間に位置する第1酸化物層と、
前記第1酸化物層に接して当該第1酸化物層および前記第2電極の間に位置する第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、前記第2酸化物層から酸素イオンを受容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、前記第1酸化物層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、抵抗変化型素子。
(付記2)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1に記載の抵抗変化型素子。
(付記3)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2に記載の抵抗変化型素子。
(付記4)前記第1酸化物層および/または前記第2酸化物層は導電性酸化物よりなる、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1酸化物層にはアルカリ土類元素が添加されている、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)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1から5のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
(付記7)前記第1酸化物層は、蛍石構造型酸化物またはペロブスカイト構造型酸化物よりなる、付記1から6のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
(付記8)前記第1酸化物層は、YやCa、Mgが添加されたZrO2、ZrO2、CeO2、PrMnO3、またはSrTiO3を含む、付記1から7のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
(付記9)前記第1酸化物層は結晶質材料よりなる、付記1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2酸化物層は遷移金属酸化物よりなる、付記1から9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酸化物層は非晶質材料よりなる、付記1から10のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
(付記12)前記第2電極は遷移金属を含む、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)前記第1酸化物層に接して当該第1酸化物層および前記第1電極の間に位置する酸素イオン生成促進層を更に有する、付記1から12のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
(付記14)前記第2酸化物層に接して当該第2酸化物層および前記第2電極の間に位置する酸素イオン生成促進層を更に有する、付記1から13のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
(付記15)前記酸素イオン生成促進層は、貴金属を含有する導電性酸化物よりなる、付記13または14に記載の抵抗変化型素子。
S 基板
1,2 電極
3 酸素供給層
4 酸素受容層
5 酸素イオン
5’ 正電荷欠陥
6 酸素空孔
Claims (10)
- 第1電極と、
第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極の間に位置する第1酸化物層と、
前記第1酸化物層に接して当該第1酸化物層および前記第2電極の間に位置する第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、前記第2酸化物層から酸素イオンを受容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、前記第1酸化物層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、抵抗変化型素子。 - 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、請求項1に記載の抵抗変化型素子。
- 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、請求項2に記載の抵抗変化型素子。
- 前記第1酸化物層および/または前記第2酸化物層は導電性酸化物よりなる、請求項1から3のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
- 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、請求項1から4のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
- 前記第1酸化物層は結晶質材料よりなる、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。
- 前記第2酸化物層は遷移金属酸化物よりなる、請求項1から6のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
- 前記第2酸化物層は非晶質材料よりなる、請求項1から7のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
- 前記第2電極は遷移金属を含む、請求項1から8のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
- 前記第1酸化物層に接して当該第1酸化物層および前記第1電極の間に位置する酸素イオン生成促進層を更に有する、請求項1から9のいずれか一つに記載の抵抗変化型素子。
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