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ELECTROLYTE MEMORY ELEMENT

Patent code P120006438
File No. 23549
Posted date Jan 10, 2012
Application number P2011-163951
Publication number P2013-030527A
Patent number P5717096
Date of filing Jul 27, 2011
Date of publication of application Feb 7, 2013
Date of registration Mar 27, 2015
Inventor
  • (In Japanese)中野 匡規
  • (In Japanese)畑野 敬史
  • (In Japanese)小野 新平
  • (In Japanese)岩佐 義宏
  • (In Japanese)渋谷 圭介
  • (In Japanese)川崎 雅司
  • (In Japanese)十倉 好紀
Applicant
  • (In Japanese)独立行政法人理化学研究所
Title ELECTROLYTE MEMORY ELEMENT
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low power consumption type nonvolatile memory element which enables low voltage driving, and to provide a manufacturing method of the memory element.
SOLUTION: According to one embodiment of this invention, a memory element 1000, comprising: a first base substance 10A and a second base substance 20A which are disposed facing each other; and an electrolyte layer 30 sandwiched between the first base substance and the second base substance, is provided. A memory layer 100A, composed mainly of vanadium dioxide, is formed on one surface 12S of a substrate 12 of the first base substance, and the substrate has a first electrode part 110A and a second electrode part 120A which are in contact with the memory layer. A facing substrate 22 of the second base substance has a third electrode part 230A on a surface facing the first base substance. The electrolyte layer 30 is located in the vicinity of the memory layer between the first electrode part and the second electrode part. According to another embodiment of this invention, another typical memory element 2000, in which first to third electrode parts and a memory layer are formed on one base substance, is also provided.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来、有機デバイスとして有機発光デバイスが実用に供されている。これを突破口にして低電圧駆動、低消費電力、形状が柔軟な特性を有するなどの利点が認められ有機デバイスの開発が急速に進みつつある。現在、有機デバイスとして発光デバイス以外に電界効果型トランジスタなどの発明が提案されている(例えば、特許文献1「有機電界効果トランジスタ」、特許文献2「有機トランジスタの製造方法」)。またイオン性液体を使った有機デバイスも提案されている(例えば、特許文献3「イオン性液体組成物及びそれを用いた電気化学デバイス」)。これらの文献に開示されるものはいずれも、スイッチ機能を有するトランジスタ機能をもったデバイスであり、メモリ機能を有していない。その一方、イオン性液体を使用したメモリ機能をもった電子デバイスも提案されている(例えば、特許文献4「電子デバイス」)。また、上述した有機発光デバイスにイオン性液体を用いることも提案されている(例えば、非特許文献1"Long-Lifetime Polymer Light-Emitting Electrochemical Cells")。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明はメモリ素子に関する。さらに詳細には、本発明は、電解質を用い二酸化バナジウム系材料の電気抵抗を制御するメモリ素子に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
二酸化バナジウムを主成分とするメモリ層が一の面の上に形成された基板を含む第1基体であって、該基板は、該メモリ層の面の少なくとも一部を覆い該メモリ層に接している第1電極部と、該第1電極部から離間され該メモリ層の面の別の少なくとも一部を覆い該メモリ層に接している第2電極部とを有している、第1基体と、
該第1基体に対向する面の上に第3電極部を有する対向基板を含む第2基体と、
互いに対向して配置されている前記第1基体と該第2基体とに挟まれ、前記第1電極部と前記第2電極部との間において前記メモリ層に近接している電解質層と
を備えており、
前記電解質層は、前記第1電極部または前記第2電極部のいずれかまたは両方と前記第3電極部との間に印加された電圧に応じた電界を前記メモリ層に作用させて前記メモリ層の電気抵抗を変化させるものであり、
前記第1電極部と前記第2電極部とを通じ前記メモリ層の電気抵抗の状態が読み出され
メモリ素子。

【請求項2】
 
二酸化バナジウムを主成分とするメモリ層が一の面の上に形成された基板を含む第1基体であって、該基板は、該メモリ層の面の少なくとも一部を覆い該メモリ層に接している第1電極部と、該第1電極部から離間され該メモリ層の面の別の少なくとも一部を覆い該メモリ層に接している第2電極部と、該メモリ層から電気的に分離されて前記基板の前記一の面の側に位置している第3電極部とを有している、第1基体と、
対向基板を含む第2基体と、
互いに対向して配置されている前記第1基体と該第2基体とに挟まれ、前記第1電極部と前記第2電極部との間において前記メモリ層に近接し、前記第3電極部に近接している電解質層と
を備えており、
前記電解質層は、前記第1電極部または前記第2電極部のいずれかまたは両方と前記第3電極部との間に印加された電圧に応じた電界を前記メモリ層に作用させて前記メモリ層の電気抵抗を変化させるものであり、
前記第1電極部と前記第2電極部とを通じ前記メモリ層の電気抵抗の状態が読み出され
メモリ素子。

【請求項3】
 
前記メモリ層の組成が
AxV1-xO2-δ
であり、ここで、AはW、Zr、Nb、Mo、Hf、およびTaからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、xは0≦x≦0.1の一の数であり、δは0≦δ≦0.1の一の数である
請求項1または請求項2に記載のメモリ素子。

【請求項4】
 
前記基板が、二酸化バナジウムの結晶構造と同じ、または二酸化バナジウムの結晶構造に近い結晶構造を有する材料である
請求項1または請求項2に記載のメモリ素子。

【請求項5】
 
前記基板の結晶構造がルチル構造である
請求項4に記載のメモリ素子。

【請求項6】
 
前記基板が、二酸化チタン(TiO2)、二酸化錫(SnO2)、またはこれらの固溶体からなるルチル構造の物質である
請求項5に記載のメモリ素子。

【請求項7】
 
前記基板の結晶構造が二酸化バナジウムに近い結晶構造であり、
前記基板が、酸化アルミニウム(Al2O3)、二酸化シリコン(SiO2)、酸化チタン(Ti2O3)、酸化鉄(Fe2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ガリウム(Ga2O3)、酸化インジウム錫(ITO)、酸化セリウム(Ce2O3)から選択される一の物質またはこれらから選択される少なくとも二の物質の固溶体からなる物質である
請求項4に記載のメモリ素子。

【請求項8】
 
前記対向基板が、二酸化シリコン(SiO2)を含む無機ガラス、または、高分子膜材料である
請求項1または請求項2に記載のメモリ素子。

【請求項9】
 
前記電解質層がイオン性液体を含むものである
請求項1または請求項2に記載のメモリ素子。

【請求項10】
 
前記電解質層が、
イオン性液体を含む電解質と、
水(H2O)、非水系低分子溶媒群、および高分子溶媒群からなる溶媒群から選択される少なくとも1種の溶媒と
からなるものである
請求項9に記載のメモリ素子。

【請求項11】
 
前記電解質層がイオン性液体からなるものである
請求項9に記載のメモリ素子。

【請求項12】
 
前記電解質層が、
リチウム(Li)イオン、ナトリウム(Na)イオンを含むカチオン分子群から選択される少なくとも1種のカチオン分子と、
アニオン分子群から選択される少なくとも1種のアニオン分子と
を含むものである
請求項9に記載のメモリ素子。

【請求項13】
 
前記イオン性液体の前記カチオン分子群が、イミダゾリウム系、ピリジニウム系、アンモニウム系、ピペリジニウム系、ピロリジニウム系、ピラゾリウム系、およびホスホニウム系のいずれか一の分子群である
請求項12に記載のメモリ素子。

【請求項14】
 
前記イオン性液体の前記カチオン分子群が前記イミダゾリウム系の分子群であり、
該イミダゾリウム系の分子群が、
1,3-ジメチルイミダゾリウム(C5H9N2)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム(C6H11N2)、1-メチル-3-プロピルイミダゾリウム(C7H13N2)、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム(C8H15N2)、1-ヘキル-3-メチルイミダゾリウム(C10H19N2)、1-メチル-3-オクチルイミダゾリウム(C12H23N2)、1-デシル-3-メチルイミダゾリウム(C14H27N2)、1-ドデシル-3-メチルイミダゾリウム(C16H31N2)、1-メチル-3-テトラデシルイミダゾリウム(C18H35N2)、1-ヘキサデシル-3-メチルイミダゾリウム(C20H39N2)、1-オクタデシル-3-メチルイミダゾリウム(C22H43N2)、1,2,3-トリメチルイミダゾリウム(C5H12N2)、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリウム(C7H13N2)、1,2-ジメチル-3-プロピルイミダゾリウム(C8H15N2)、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウム(C9H17N2)、1-ヘキシル-2,3-ジメチルイミダゾリウム(C11H21N2)、1-アリル-3-メチルイミダゾリウム(C7H11N2)、1-アリル-3-エチルイミダゾリウム(C8H13N2)、1-アリル-3-ブチルイミダゾリウム(C10H17N2)、1,3-ジアリルイミダゾリウム(C9H13N2)、1-ベンジル-3-メチルイミダゾリウム(C11H13N2)、1-(2-ハイドロケシル)-3-メチルイミダゾリウム(C6H11N2)、および1,3-ジデシル-2-メチルイミダゾリウム(C24H47N2
のいずれか一の群である
請求項13に記載のメモリ素子。

【請求項15】
 
前記イオン性液体の前記カチオン分子群が前記ピリジニウム系の分子群であり、
該ピリジニウム系の分子群が、
1-エチルピリジニウム(C7H10N)、1-プロピルピリジニウム(C8H12N)、1-ブチルピリジニウム(C9H14N)、1-ヘキシルピリジニウム(C11H18N)、1-エチル-3-メチルピリジニウム(C8H12N)、1-エチル-4-メチルピリジニウム(C8H12N)、1-プロピル-3-メチルピリジニウム(C9H14N)、1-プロピル-4-メチルピリジニウム(C9H14N)、1-ブチル-2-メチルピリジニウム(C10H16N)、1-ブチル-3-メチルピリジニウム(C10H16N)、1-ブチル-4-メチルブチルピリジニウム(C10H16N)、N-(3-ハイドロキシプロピル)ピリジニウム(C8H12NO)、および1-エチル-3-ハイドロキシメチルピリジニウム(C8H12NO)
のいずれか一の群である
請求項13に記載のメモリ素子。

【請求項16】
 
前記イオン性液体の前記カチオン分子群が前記アンモニウム系の分子群であり、
該アンモニウム系の分子群が、
テトラメチルアンモニウム(C4H12N)、テトラエチルアンモニウム(C8H20N)、テトラプロピルアンモニウム(C12H28N)、テトラブチルアンモニウム(C16H36N)、テトラヘキシルアンモニウム(C24H52N)、トリエチルメチルアンモニウム(C7H18N)、N,N,N-トリメチル-N-プロピルアンモニウム(C6H16N)、ブチルトリメチルアンモニウム(C6H18N)、エチルジメチルプロピルアンモニウム(C7H18N)、トリブチルメチルアンモニウム(C13H30N)、メチルトリオクチルアンモニウム(C25H54NO)、2-ハイドロケシルアンモニウム(C2H5N)、コリン(C5H14NO)、およびN,N-ジエチル-N-メチル-N-(2-メソケシル)アンモニウム(C8H20NO)
のいずれか一の群である
請求項13に記載のメモリ素子。

【請求項17】
 
前記イオン性液体の前記カチオン分子群が前記ピペリジニウム系の分子群であり、
該ピペリジニウム系の分子群が、
1-メチル-1-プロピルピペリジニウム(C9H20N)、1-ブチル-1-メチルピペリジニウム(C10H22N)、および1-メソケシル-1-メチルピペリジニウム(C10H22NO)
のいずれか一の群である
請求項13に記載のメモリ素子。

【請求項18】
 
前記イオン性液体の前記カチオン分子群が前記ピロリジニウム系の分子群であり、
該ピロリジニウム系の分子群が、
1-1-ジメチルピロリジニウム(C6H14N)、1-エチル-1-メチルピロリジニウム(C9H16N)、1-メチル-1-プロピルピロリジニウム(C8H18N)、1-ブチル-1-メチルピロリジニウム(C9H20N)、1-ヘキシル-1-メチルピロリジニウム(C11H24N)、および1-メソケシル-1-メチルピロリジニウム(C8H18NO)
のいずれか一の群である
請求項13に記載のメモリ素子。

【請求項19】
 
前記イオン性液体の前記カチオン分子群が前記ピラゾリウム系の分子群であり、
該ピラゾリウム系の分子群が、
1-エチル-2,3,5-トリメチルピラゾリウム(C8H15N2)、1-プロピル-2,3,5-トリメチルピラゾリウム(C9H17N2)および1-ブチル-2,3,5-トリメチルピラゾリウム(C10H19N2
のいずれか一の群である
請求項13に記載のメモリ素子。

【請求項20】
 
前記イオン性液体の前記カチオン分子群が前記ホスホニウム系の分子群であり、
該ホスホニウム系の分子群が、
テトラメチルホスホニウム(C4H12P)、テトラエチルホスホニウム(C8H20P)、テトラプロピルホスホニウム(C12H28P)、テトラブチルホスホニウム(C16H36P)、テトラオクチルホスホニウム(C32H68P)、トリエチルペンチルホスホニウム(C11H26P)、トリエチルオクチルホスホニウム(C14H32P)、トリブチルメチルホスホニウム(C13H30P)、トリイソブチルメチルホスホニウム(C13H30P)、トリブチルエチルホスホニウム(C14H32P)、トリブチルテトラデキルホスホニウム(C26H56P)、およびトリヘキシルテトラデキルホスホニウム(C32H68P)
のいずれか一の群である
請求項13に記載のメモリ素子。

【請求項21】
 
前記イオン性液体の前記アニオン分子群が、
ブロマイド(Br)、クロライド(Cl)、アイオダイド(I)、テトラフルオロボレイト(BF4)、過塩素(ClO4)、ヘキサフルオロホスフェイト(PF6)、フォルメイト(HCO2)、アセテイト(CH3CO2)、デカノネイト(C9H19CO2)、トリカノメタン((CN)3C)、ラクテイト(C3H5O3)、ジカナミド((CN)2N)、トリフルオロアセテイト(CF3CO2)、トリフルオロメチルサルフォネイト(CF3SO3)、ペルフルオロブタンサルホネイト(C4F9SO3)、ノナフルオロブタンサルホニルイミド((C4F9SO22N)、フルオロサルフォニルイミド((FSO22N)、トリフルオロメチルサルフォニルイミド((CF3SO22N)、ペンタフルオロエタンスホニルイミド(CF3CF2SO22N)、チオカネイト(SCN)、ハイドロゲンサルフェイト(HSO4)、ノナフルオロブタンスルフォニルイミド((C4F9SO22N)、メタンサルフオネイト(CH3SO3)、メチルサルフエイト(CH3OSO3)、n-ブチルサルフェイト(n-C4H9OSO3)、エチルサルフェイト(C2H5OSO3)、n-ヘキシルサルフェイト(n-C6H13OSO3)、n-オクチルルサルフェイト(n-C8H17OSO3)、2-(2-メソキセスオキシイ)、エチルサルフェイト(CH3(OC2H42OSO3)、p-トルエンスルフオネイト(C7H7O3S)、ドデシルベンゼンサルフォネイト(C16H29SO3)、2,2,4-トリメチルペンチルホスフィネイト(C16H34O2P)、ジカナマイド((CN)2N)、ジハイドロジェンホスフェイト(H2PO4)、ジエチルフォスフェイト((C2H5O)2PO2)、トリフルオロホスフェイト((C2F53PF3)、オクサレイト(2-)-オーオーボレイト(C4BO8)、およびジメチルホスフエイト((CH32PO2
のいずれか一の群である
請求項12に記載のメモリ素子。

【請求項22】
 
前記溶媒群が前記非水系低分子溶媒群であり、
該非水系低分子溶媒群が、
プロピレンカーボネート((PC)C4H6O3)、エチレンカーボネート(C3H4O3)、ジエチルカーボネート(C5H10O3)、ジメチルカーボネート(C3H6O3)、γ―ブチロラクトン(C4H6O2)、スルホラン(C4H8O2S)、N,N-ジメチルホルムアミド(C3H7NO)、ジメチルスルホキシド(C2H6OS)、およびアセトニトリル(CH3CN)
のいずれか一の群である
請求項10に記載のメモリ素子。

【請求項23】
 
前記溶媒群が前記高分子溶媒群であり、
該高分子溶媒群が、
ポリエチレンオキシド([CH2-CH2-O]n)、ポリメチルメタクリレート([CH2-C(CH3)(COOCH3)]n)、ポリアクリロニトリル([CH2-CH(CN)]n)、ポリフッ化ビニリデン([CF2-CH2n)、およびポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体([(CF2-CH2x-(CF2-CF(CF3))1-xn
のいずれか一の群である
請求項10に記載のメモリ素子。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2011163951thum.jpg
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