JP6915744B2 - 抵抗変化素子及びその製造方法、記憶装置 - Google Patents

Description

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。

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。

特表２０１０−５１４１５０号公報 国際公開第２０１６／１８６１４８号

Elliot J. Fuller et al. "Li-Ion Synaptic Transistor for Low Power Analog Computing", Advanced Materials 29(4), 1604310, 2017

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

例えば、伝導イオンをＬｉイオンとし、抵抗変化層３にＬｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２を用い、イオン吸蔵放出層５にＬｉ_７Ｔｉ_５Ｏ_１２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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（０≦ｘ≦３）で表される組成を有する。

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Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２を用い、イオン吸蔵放出層５にＬｉ_７Ｔｉ_５Ｏ_１２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。

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。

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。

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。

ここで、伝導イオンをＬｉイオンとし、抵抗変化層３にＬｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２を用い、イオン吸蔵放出層５にＬｉ_７Ｔｉ_５Ｏ_１２を用いる場合を例に挙げて説明する。
Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２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。
Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２＋３Ｌｉ^＋＋３ｅ⇔Ｌｉ_７Ｔｉ_５Ｏ_１２
この挿入脱離は、Ｔｉ^{４＋／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、Ｔｉ^{４＋／３＋}の酸化還元電位は１．５Ｖである。

ここで、抵抗変化層３にＬｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２を用い、イオン吸蔵放出層５にＬｉ_７Ｔｉ_５Ｏ_１２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Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２の物質量とイオン吸蔵放出層５におけるＬｉ_７Ｔｉ_５Ｏ_１２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、Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２、Ｌｉ_７−ｘＴｉ_５Ｏ_１２と表すことができる。

ここで、図２は、Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２を用いた抵抗変化層３とＬｉ_７−ｘＴｉ_５Ｏ_１２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、Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２を用いた抵抗変化層３とＬｉ_７−ｘＴｉ_５Ｏ_１２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。

これは、Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２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。

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、Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（０≦ｘ≦３）、Ｌｉ_３＋ｘＶ_２（ＰＯ_４）_３（−２≦ｘ≦２）、Ｌｉ_３＋ｘＦｅ_２（ＰＯ_４）_３（０≦ｘ≦２）、Ｌｉ_１＋ｘＶＰ_２Ｏ_７（−１≦ｘ≦１）、Ｌｉ_１＋ｘＦｅＰ_２Ｏ_７（０≦ｘ≦１）、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_２（０≦ｘ≦１）、Ｌｉ_ｘＴｉＯ_２（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、Ｌｉ_９Ａｌ_３（Ｐ_２Ｏ_７）_３（ＰＯ_４）_２、Ｌｉ_３ｚＬａ_{２／３−ｚ}ＴｉＯ_３（０≦ｚ≦１／６）、Ｌｉ_７Ｌａ_３Ｚｒ_２Ｏ_１２などの材料からなるものとすれば良い。

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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（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。

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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（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。

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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（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、Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（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。

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Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２の上に金属リチウムを成膜する。

次に、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２膜と金属リチウム膜を、以下のスキームで反応させる。
Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２＋ｙＬｉ→Ｌｉ_４＋ｙＴｉ_５Ｏ_１２
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Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２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Ｌｉ_７Ｔｉ_５Ｏ_１２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Ｌｉ_５Ｔｉ_５Ｏ_１２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Ｌｉ_５Ｔｉ_５Ｏ_１２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Ｌｉ_７Ｔｉ_５Ｏ_１２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Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２からなるものとしても良い。

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。

なお、ここでは、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５にＬｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（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、Ｌｉ_３＋ｘＦｅ_２（ＰＯ_４）_３（０≦ｘ≦２）、Ｌｉ_１＋ｘＦｅＰ_２Ｏ_７（０≦ｘ≦１）、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_２（０≦ｘ≦１）、Ｌｉ_ｘＴｉＯ_２（０≦ｘ≦１）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、Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（０≦ｘ≦３）、Ｌｉ_３＋ｘＦｅ_２（ＰＯ_４）_３（０≦ｘ≦２）、Ｌｉ_１＋ｘＦｅＰ_２Ｏ_７（０≦ｘ≦１）、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_２（０≦ｘ≦１）、Ｌｉ_ｘＴｉＯ_２（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。

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。

これに対し、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５にＬｉ_３＋ｘＶ_２（ＰＯ_４）_３（−２≦ｘ≦２）、Ｌｉ_１＋ｘＶＰ_２Ｏ_７（−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。

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、Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２（０≦ｘ≦０．５）、Ｚｎ_ｘＴｉＯ_２（０≦ｘ≦０．５）、Ｚｎ_ｘＶ_２Ｏ_５（０≦ｘ≦１．５）、Ｚｎ_ｘＬｉＶ_３Ｏ_８（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、ＺｎＺｒ_４（ＰＯ_４）_６、Ｚｎ_１．５ｚＬａ_{２／３−ｚ}ＴｉＯ_３（０≦ｚ≦１／６）などの材料からなるものとすれば良い。

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Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２（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Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２（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。

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Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２（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。

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Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２（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、Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２（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。

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ＭｎＯ_２の上に金属亜鉛を成膜する。

次に、ＭｎＯ_２膜と金属亜鉛膜を、以下のスキームで反応させる。
ＭｎＯ_２＋ｙＺｎ→Ｚｎ_ｙＭｎＯ_２
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ＭｎＯ_２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Ｚｎ_０．５ＭｎＯ_２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Ｚｎ_０．３ＭｎＯ_２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Ｚｎ_０．３ＭｎＯ_２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Ｚｎ_０．５ＭｎＯ_２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ＭｎＯ_２からなるものとしても良い。

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。

なお、ここでは、抵抗変化層３及びイオン吸蔵放出層５にＺｎ_ｘＭｎＯ_２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、Ｚｎ_ｘＴｉＯ_２（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、Ｚｎ_ｘＴｉＯ_２（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。

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。

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、Ｎａ_１＋ｘＴｉ_２（ＰＯ_４）_３（０≦ｘ≦２），Ｎａ_２＋ｘＴｉ_３Ｏ_７（０≦ｘ≦３），Ｎａ_３＋ｘＶ_２（ＰＯ_４）_３（−２≦ｘ≦２），Ｎａ_３-ｚＶ_２-ｚＺｒ_ｚ（ＰＯ_４）_３，Ｎａ_ｘＭｎＯ_２（０≦ｘ≦１），Ｎａ_ｘＴｉＯ_２（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、Ｎａ_３ＰＯ_４，Ｎａ_３Ｚｒ_２（ＳｉＯ_４）_２ＰＯ_４，Ｎａ_３．３Ｓｃ_０．３Ｚｒ_１．７（ＳｉＯ_４）_２（ＰＯ_４），Ｎａ^＋−β”−Ａｌ_２Ｏ_３などの材料からなるものとすれば良い。

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、Ｋ_ｘＭｎＯ_２（０≦ｘ≦１），Ｋ_３＋ｘＶ_２（ＰＯ_４）_３（−２≦ｘ≦２），Ｋ_ｘＶ_２Ｏ_５（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”−Ａｌ_２Ｏ_３などの材料からなるものとすれば良い。

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、Ｍｇ_ｘＶ_２Ｏ_５（０≦ｘ≦１．５），Ｍｇ_ｘＭｎＯ_２（０≦ｘ≦０．５），Ｍｇ_{０．５＋ｘ}Ｔｉ_２（ＰＯ_４）_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（ＷＯ_４）_３，Ｍｇ_０．５Ｚｒ_２（ＰＯ_４）_３，Ｍｇ_０．３５（Ｚｒ_０．８５Ｎｂ_０．１５）_２（ＰＯ_４）_３Ｚｎ_１．５ｚＬａ_{２／３−ｚ}ＴｉＯ_３（０≦ｚ≦１／６）などの材料からなるものとすれば良い。

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、Ａｌ_ｘＶ_２Ｏ_５（０≦ｘ≦１），Ａｌ_ｘＭｎＯ_２（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、Ａｌ_２（ＷＯ_４）_３などの材料からなるものとすれば良い。

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、Ａｇ_ｘＭｏＯ_３（０≦ｘ≦１）、Ａｇ_ｘＭｏＳ_２（０≦ｘ≦１）、Ａｇ_ｘＴｉＳ_２（０≦ｘ≦１）、Ａｇ_ｘＢｉ_２Ｓｅ_３（０≦ｘ≦１）Ａｇ_ｘＴｉＳｅ_２（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−Ａｇ_２Ｏ−Ｐ_２Ｏ_５などの材料からなるものとすれば良い。

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、Ｃｕ_ｘＭｏＯ_３（０≦ｘ≦１）、Ｃｕ_ｘＭｏＳ_２（０≦ｘ≦１）、Ｃｕ_ｘＴｉＳ_２（０≦ｘ≦１）、Ｃｕ_ｘＢｉ_２Ｓｅ_３（０≦ｘ≦１）、Ｃｕ_ｘＴｉＳｅ_２（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−Ｃｕ_２Ｏ−Ｐ_２Ｏ_５などの材料からなるものとすれば良い。

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。

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ＳｉＯ_２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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（ｘ＝０）、即ち、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（ｘ＝３）、即ち、Ｌｉ_７Ｔｉ_５Ｏ_１２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。

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。

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ＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２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。

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。

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。

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。

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。

ここで、モニタされる電流値Ｉ_{ｏｕｔｐｕｔ}は、印加電圧（入力電圧）をＶ_{ｉｎｐｕｔ}、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。
Ｉ_{ｏｕｔｐｕｔ}＝Ｖ_{ｉｎｐｕｔ}／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。

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Ｒ_１１〜Ｒ_ｍｎ（ここではＲ_１１、Ｒ_１２、Ｒ_１３、Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３）、直流電源Ｓ_１１〜Ｓ_ｍｎ（ここではＳ_１１、Ｓ_１２、Ｓ_１３、Ｓ_２１、Ｓ_２２、Ｓ_２３）によって構成することができる。

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Ｒ_１１〜Ｒ_ｍｎ（ここではＲ_１１、Ｒ_１２、Ｒ_１３、Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３）を付している。
ここで、各入力ワイヤ１０Ａ、１０Ｂから電圧V_ｉ（１≦ｉ≦ｍ）を入力すると、各出力ワイヤ１１Ａ〜１１Ｃから応答電流Ｉ_ｊ（１≦ｊ≦ｎ）が出力される。

Ｉ_ｊは、次のように表現される。

Ｉ_ｊは、各抵抗変化素子Ｒ_１１〜Ｒ_ｍｎ（ここではＲ_１１、Ｒ_１２、Ｒ_１３、Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３）の持つ抵抗値Ｒ_ｉｊ（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Ｒ_１１〜Ｒ_ｍｎ（ここではＲ_１１、Ｒ_１２、Ｒ_１３、Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３）に直流電源Ｓ_１１〜Ｓ_ｍｎ（ここではＳ_１１、Ｓ_１２、Ｓ_１３、Ｓ_２１、Ｓ_２２、Ｓ_２３）によって電圧を印加して、各抵抗変化素子Ｒ_１１〜Ｒ_ｍｎ（ここではＲ_１１、Ｒ_１２、Ｒ_１３、Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３）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Ｉ_ｊを変化させることができる。

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。

また、抵抗変化素子１に接続されている直流電源Ｓ_１１〜Ｓ_ｍｎ（ここではＳ_１１、Ｓ_１２、Ｓ_１３、Ｓ_２１、Ｓ_２２、Ｓ_２３）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。

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。

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。

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。

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。

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Ｖ_{ｉｎｐｕｔ}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Ｉ_{ｏｕｔｐｕｔ}に反映される（次式参照）。
Ｉ_{ｏｕｔｐｕｔ}＝Ｖ_{ｉｎｐｕｔ}／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。

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。

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。

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Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２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。

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Ｅ_ａｐｐ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。

電気エネルギＥ_ａｐｐは、次式のように表すことができる。
Ｅ_ａｐｐ＝Ｖ_ａｐｐＩ_ａｐｐｔ_ａｐｐ
ここで、Ｖ_ａｐｐは印加電圧、Ｉ_ａｐｐは印加電流、ｔ_ａｐｐは印加時間である。Ｖ_ａｐｐは、この全固体電池が持つ開回路電圧Ｖ_{ｂａｔｔｅｒｙ}と、イオン伝導層内の伝導速度に影響を与える過電圧Ｖ_{ｏｖｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌ}を用いて、以下の式の様に表現できる。
Ｖ_ａｐｐ＝Ｖ_{ｂａｔｔｅｒｙ}＋Ｖ_{ｏｖｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌ}
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、Ｖ_{ｂａｔｔｅｒｙ}が大きくなることで、書き込み時に印加する電圧Ｖ_ａｐｐ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。

例えば、非特許文献１に示されている組合せ（抵抗変化層：ＬｉＣｏＯ_２、イオン吸蔵放出層：Ｓｉ）の場合、Ｖ_{ｂａｔｔｅｒｙ}≒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、（Ｖ_{ｏｖｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌ}を０．１Ｖ未満としても）約３．５Ｖ〜約３．６ＶのＶ_ａｐｐ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。

そして、書き込み（書き換え）に必要なＶ_ａｐｐ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、Ｖ_{ｂａｔｔｅｒｙ}、およびＶ_ａｐｐ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Ｅ_ａｐｐ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。

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。

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（Ｖ_{ｂａｔｔｅｒｙ}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、Ｖ_{ｏｖｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌ}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。

また、本抵抗変化素子１において、Ｖ_{ｏｖｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌ}≧０．１Ｖとしても差し支えない。Ｖ_{ｏｖｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌ}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。

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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（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、ＳｉＯ_２膜を備えるＳｉ基板（ＳｉＯ_２／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）、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２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）、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２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。

次に、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２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Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２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Ｌｉ_７Ｔｉ_５Ｏ_１２で表される組成を有するものとなる。
Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２＋３Ｌｉ→Ｌｉ_７Ｔｉ_５Ｏ_１２
そして、Ｌｉ_７Ｔｉ_５Ｏ_１２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。

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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２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。

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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２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Ｉ_{ｘ＝１．３}を測定したところ、約０．５２μＡであった。

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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２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Ｉ_{ｘ＝１．５}を測定したところ、約０．６０μＡであった。

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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２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Ｉ_{ｘ＝１．７}を測定したところ、約０．６７μＡであった。

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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２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、Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２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Ｉ_{ｘ＝１．３}、Ｉ_{ｘ＝１．５}、Ｉ_{ｘ＝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。

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Ｒ_{ｘ＝１．３}、Ｒ_{ｘ＝１．５}、Ｒ_{ｘ＝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。

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Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２（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。

つまり、まず、ＳｉＯ_２膜を備えるＳｉ基板（ＳｉＯ_２／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）、ＭｎＯ_２で表される組成を有する抵抗変化層３（例えば厚さ約１００ｎｍ）、ＺｎＺｒ_４（ＰＯ_４）_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）、ＭｎＯ_２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。

次に、ＭｎＯ_２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ＭｎＯ_２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Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２（ｘ＝０．５）、即ち、Ｚｎ_０．５ＭｎＯ_２で表される組成を有するものとなる。
ＭｎＯ_２＋０．５Ｚｎ→Ｚｎ_０．５ＭｎＯ_２
そして、Ｚｎ_０．５ＭｎＯ_２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。

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Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２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。

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Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２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Ｉ_{ｘ＝０．２}を測定した。

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Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２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Ｉ_{ｘ＝０．３}を測定した。

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Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２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Ｉ_{ｘ＝０．４}を測定した。

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Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２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、Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２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Ｉ_{ｘ＝１．３}、Ｉ_{ｘ＝１．５}、Ｉ_{ｘ＝１．７}を測定したところ、有意差のある違いが表れた。

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Ｒ_{ｘ＝０．２}、Ｒ_{ｘ＝０．３}、Ｒ_{ｘ＝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。

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。

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Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２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Ｒ_１１、Ｒ_１２、Ｒ_１３、Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３、６つの直流電源Ｓ_１１、Ｓ_１２、Ｓ_１３、Ｓ_２１、Ｓ_２２、Ｓ_２３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）。

そして、６つの直流電源Ｓ_１１、Ｓ_１２、Ｓ_１３、Ｓ_２１、Ｓ_２２、Ｓ_２３によって、６つの抵抗変化素子Ｒ_１１、Ｒ_１２、Ｒ_１３、Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３のそれぞれに備えられる抵抗変化層３を構成するＬｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２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）Ｖ_１、Ｖ_２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）Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３を測定した。なお、ここでは、Ｖ_１、Ｖ_２の値は、それぞれ、１０ｍＶ、１５ｍＶに固定した。

この結果、Ａ〜Ｄのそれぞれの組み合せで、出力電流Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３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Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２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Ｒ_１１、Ｒ_１２、Ｒ_１３、Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３、６つの直流電源Ｓ_１１、Ｓ_１２、Ｓ_１３、Ｓ_２１、Ｓ_２２、Ｓ_２３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）。

そして、６つの直流電源Ｓ_１１、Ｓ_１２、Ｓ_１３、Ｓ_２１、Ｓ_２２、Ｓ_２３によって、６つの抵抗変化素子Ｒ_１１、Ｒ_１２、Ｒ_１３、Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３のそれぞれに備えられる抵抗変化層３を構成するＺｎ_ｘＭｎＯ_２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）Ｖ_１、Ｖ_２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）Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３を測定した。なお、ここでは、Ｖ_１、Ｖ_２の値は、それぞれ、１０ｍＶ、１５ｍＶに固定した。

この結果、Ａ〜Ｄのそれぞれの組み合せで、出力電流Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３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。

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。

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
Ｒ_１１〜Ｒ_ｍｎ、Ｒ_１１、Ｒ_１２、Ｒ_１３、Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３ 抵抗変化素子
Ｓ_１１〜Ｓ_ｍｎ、Ｓ_１１、Ｓ_１２、Ｓ_１３、Ｓ_２１、Ｓ_２２、Ｓ_２３ 直流電源

Claims (20)

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。
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。
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。
4. 前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層は、Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（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。
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。
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。
7. 前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層は、Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２（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。
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。
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。
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。
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、Ｌｉ_４＋ｘＴｉ_５Ｏ_１２（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。
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、Ｚｎ_ｘＭｎＯ_２（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。
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。
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。
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。
16. 前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層は、Ｌｉ _４＋ｘ Ｔｉ _５ Ｏ _１２ （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。
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。
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。
19. 前記抵抗変化層及び前記イオン吸蔵放出層は、Ｚｎ _ｘ ＭｎＯ _２ （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。
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。

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