[发明专利]电阻记忆元件及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及电阻记忆元件及其使用方法，特别是涉及具备由氧化物半导体构成的元件体(素体)的电阻记忆元件及其使用方法。

背景技术

电阻记忆元件具备具有电阻记忆特性的元件体，该元件体具有如下特性：在初期状态下显示出例如比较高的电阻，但施加规定值以上的电压时，变化成低电阻状态，即使除去电压，也保持(记忆)该低电阻状态，另一方面，对处于低电阻状态的元件体在相反方向上施加规定值以上的电压时，恢复至高电阻状态，即使除去该电压，也保持(记忆)高电阻状态。

这样的电阻记忆元件，通过在正方向以及反方向上分别施加阈值以上的电压，能够切换成低电阻状态和高电阻状态，通过切换，使电阻变化，从而能够对其进行记忆。通过利用这样的电阻切换特性，电阻记忆元件不仅作为所谓的电阻记忆元件，而且还能够作为切换元件使用。

可以认为：电阻记忆元件由于肖特基势垒的空乏层厚度的变化、或者电子在电极与由半导体构成的元件体的界面或体材料能级(体材料能级，バルク準位)上的俘获或释放等，超过势垒的电子的容易性发生变化，由此，变化成为高电阻状态和低电阻状态。

电阻记忆元件中，需要在不同极性的电压下控制电阻(被称为双极性的)，基本上对肖特基势垒的前侧施加电压时，发生高电阻低电阻状态的切换，对相反侧施加电压时，发生低电阻高电阻状态的切换。可以认为在整个电极界面上显示特性，稳定性优良。

但是，课题之一在于电阻保持特性，具有如下课题：可能是由于电阻切换而引起电子在界面或体材料能级上的俘获或释放，因此，特别是低电阻状态的稳定性变差，随着温度上升或时间经过电阻切换成高电阻状态。作为能够解决这样课题的技术，例如有在日本特开2006-324447号公报(专利文献1)中记载的技术。

在专利文献1中提出了改善电阻记忆特性的技术。即，在专利文献1中，具有用能够形成肖特基势垒的第一电极(例如Pt电极)和另一个第二电极夹持氧化物半导体(例如Nb:SrTiO₃)的结构的电阻记忆元件中，采用Pt/Nb:SrTiO₃/绝缘膜/电极的结构。其中，使上述绝缘膜作为抑制从氧化物半导体中的界面陷阱释放电子的势垒发挥作用，由此，抑制从界面上的电子的俘获或释放概率，其结果，实现了数据保持特性(电阻记忆效果)的改善。

但是，在专利文献1记载的技术中，通过引入绝缘层，预料到电阻变化率的降低和切换电压的增大等弊端。

因此，要求一种电阻记忆元件，其即使没有设置如上所述的绝缘层等，也与现有技术同等程度地电阻变化率大，得到优良的电阻记忆效果。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-324447号公报

发明内容

本发明所要解决的问题

本发明的目的在于，提供能够满足如上所述的要求的电阻记忆元件及其使用方法。

用于解决问题的手段

本发明的第一方面，首先面向一种电阻记忆元件，其具备：元件体、和隔着元件体的至少一部分对置的至少一对电极，在一对电极之间施加第一方向的切换电压时，元件体中位于一对电极之间的至少一部分发生低电阻化，之后，即使除去第一方向的切换电压，位于一对电极之间的至少一部分也保持低电阻状态，另一方面，在一对电极之间施加与第一方向相反的第二方向的切换电压时，元件体中位于一对电极之间的至少一部分发生高电阻化，之后，即使除去第二方向的切换电压，位于一对电极之间的至少一部分也保持高电阻状态，为了解决上述的技术课题，其特征在于，具有如下结构。

即，上述元件体，其特征在于，是由具有通式(Ba_1-xSr_x)Ti_1-yM_yO₃(M为Mn、Fe以及Co中的至少一种，0≤x≤1.0、且0.005≤y≤0.05)所示组成的氧化物半导体构成的。

本发明的电阻记忆元件中，优选一对电极的至少一个由与元件体消特基接触的材料构成。

本发明的电阻记忆元件，可以有效用于阻抗匹配。