特許 7601604 イオン性素子およびその製造方法、機能性デバイスならびに電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】イオン性素子およびその製造方法、機能性デバイスならびに電子機器

(51)【国際特許分類】

   H10N 70/00 20230101AFI20241210BHJP

   H10N 70/20 20230101ALI20241210BHJP

   H10N 99/00 20230101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

H10N70/00 Z

H10N70/20

H10N99/00

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2020179329

(22)【出願日】2020-10-27

(65)【公開番号】P2021125677

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2023-08-08

(31)【優先権主張番号】2000997

(32)【優先日】2020-01-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】000173809

【氏名又は名称】一般財団法人電力中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】519077687

【氏名又は名称】ウニベルシテ グルノーブル アルプ

(73)【特許権者】

【識別番号】501089863

【氏名又は名称】サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェ サイアンティフィク

(74)【代理人】

【識別番号】110001357

【氏名又は名称】弁理士法人つばさ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】サセペ ベンジャミン

(72)【発明者】

【氏名】リーブ ヨアンナ

(72)【発明者】

【氏名】小野 新平

【審査官】渡邊 佑紀

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１１４３６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】小野新平，“電気 2 重層エレクトレットを用いた振動発電素子”，応用物理，2018年， Vol.87, No.12，p.917-920，DOI: 10.11470/oubutsu.87.12_917

【文献】Chikako SANO et al.，“Triboelectric energy harvesting with surface-charge-fixed polymer based on ionic liquid”，Science and Technology of Advanced Materials，2018年03月23日，Vol. 19, No. 1，p.317-323，DOI: 10.1080/14686996.2018.1448200

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｎ ７０／００

Ｈ１０Ｎ ７０／２０

Ｈ１０Ｎ ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層を備え、
前記イオン層内において、前記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面の近傍領域に、前記イオンが化学的に固定された状態で配置されていると共に、
前記一対の端面の各々における端面自体の領域内に、
前記イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域と、
前記イオンが分散した状態で配置された領域である非固定配置領域と
が、それぞれ設けられている
イオン性素子。

【請求項2】

前記イオン層内において、
前記一対の端面のうちの一方の端面の近傍領域に、前記イオンとしての陽イオンが、化学的に固定配置されていると共に、
前記一対の端面のうちの他方の端面の近傍領域に、前記イオンとしての陰イオンが、化学的に固定配置されている
請求項１に記載のイオン性素子。

【請求項3】

前記一対の端面内において、前記固定配置領域が、任意の回路の一部を構成できるようにパターニングされている
請求項１または請求項２に記載のイオン性素子。

【請求項4】

前記イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域での電荷量が、任意に設定可能となっている
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のイオン性素子。

【請求項5】

前記イオンと前記ポリマーとが互いに重合していることによって、前記イオンが化学的に固定配置されている
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のイオン性素子。

【請求項6】

前記イオン層における前記少なくとも一方の端面が、粘着性を有している
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のイオン性素子。

【請求項7】

前記電解質がイオン液体である
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のイオン性素子。

【請求項8】

基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層と、
前記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面上に配置された被制御層と
を備え、
前記イオン層内において、前記少なくとも一方の端面の近傍領域に、前記イオンが化学的に固定された状態で配置されていると共に、
前記一対の端面の各々における端面自体の領域内に、
前記イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域と、
前記イオンが分散した状態で配置された領域である非固定配置領域と
が、それぞれ設けられている
機能性デバイス。

【請求項9】

基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層と、
前記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面上に配置された、被制御層としての半導体層と、
前記半導体層と前記イオン層との間に設けられ、前記イオン層内に電圧を印加するための複数の電極と
を備え、
前記イオン層内において、前記少なくとも一方の端面の近傍領域に、前記イオンとしての陽イオンおよび陰イオンのうちの一方のイオンのみが、化学的に固定された状態で配置されている
機能性デバイス。

【請求項10】

前記電圧の印加状況に応じて、前記半導体層内の前記複数の電極間の領域において、電流路の形成態様が制御されるようになっており、
スイッチング素子として構成されている
請求項９に記載の機能性デバイス。

【請求項11】

前記電極が２つ設けられており、
電界効果ダイオードとして構成されている
請求項９または請求項１０に記載の機能性デバイス。

【請求項12】

前記被制御層における物性が、前記イオン層内における前記イオンの化学的な固定配置現象によって、制御されるようになっている
請求項８ないし請求項１１のいずれか１項に記載の機能性デバイス。

【請求項13】

前記被制御層が、前記少なくとも一方の端面上に貼り付けられている
請求項８ないし請求項１２のいずれか１項に記載の機能性デバイス。

【請求項14】

１または複数の機能性デバイスを備え、
前記機能性デバイスは、
基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層と、
前記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面上に配置された被制御層と
を備え、
前記イオン層内において、前記少なくとも一方の端面の近傍領域に、前記イオンが化学的に固定された状態で配置されていると共に、
前記一対の端面の各々における端面自体の領域内に、
前記イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域と、
前記イオンが分散した状態で配置された領域である非固定配置領域と
が、それぞれ設けられている
電子機器。

【請求項15】

１または複数の機能性デバイスを備え、
前記機能性デバイスは、
基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層と、
前記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面上に配置された、被制御層としての半導体層と、
前記半導体層と前記イオン層との間に設けられ、前記イオン層内に電圧を印加するための複数の電極と
を備え、
前記イオン層内において、前記少なくとも一方の端面の近傍領域に、前記イオンとしての陽イオンおよび陰イオンのうちの一方のイオンのみが、化学的に固定された状態で配置されている
電子機器。

【請求項16】

基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層を形成し、
前記一対の端面上にそれぞれ、電極を取り付け、
前記電極を介して前記一対の端面間に電圧を印加することにより、前記イオン層内において前記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面の近傍領域に、前記イオンを配置させ、
前記イオンと前記ポリマーとを互いに重合させることにより、前記少なくとも一方の端面の近傍領域に、前記イオンを化学的に固定された状態で配置させ、
前記一対の端面上からそれぞれ、前記電極を取り外すと共に、
前記一対の端面内における前記電圧の印加領域を制御することによって、前記イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域を、前記一対の端面内において任意に設定する
イオン性素子の製造方法。

【請求項17】

前記イオン層に対して、光照射、熱供給または重合開始剤の供給を行うことによって、前記イオンと前記ポリマーとを互いに重合させる
請求項１６に記載のイオン性素子の製造方法。

【請求項18】

前記電圧の大きさを制御することによって、前記イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域での電荷量を、任意に設定する
請求項１６または請求項１７に記載のイオン性素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、イオン層を有するイオン性素子およびその製造方法、ならびに、そのようなイオン性素子を備えた機能性デバイスおよび電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

イオン液体等の電解質を含んだイオン層を有するデバイス（イオン性素子）として、各種機能を有するものが提案されている（例えば、非特許文献１）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】Q.Pai, A.J.Heeger et al., Science（１９９６）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、イオン性素子や、それを用いた各種のデバイスおよび機器（装置）等では、一般に、ユーザの利便性を向上させることが求められている。

【0005】

利便性を向上させることが可能なイオン性素子およびその製造方法、機能性デバイスならびに電子機器を提供することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一実施の形態に係るイオン性素子は、基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層を備えたものである。このイオン層内において、上記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面の近傍領域に、上記イオンが化学的に固定された状態で配置されている。また、上記一対の端面の各々における端面自体の領域内に、上記イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域と、上記イオンが分散した状態で配置された領域である非固定配置領域とが、それぞれ設けられている。

【0007】

本開示の一実施の形態に係る第１の機能性デバイスは、基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層と、上記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面上に配置された被制御層とを備えたものである。上記イオン層内において、上記少なくとも一方の端面の近傍領域に、上記イオンが化学的に固定された状態で配置されている。また、上記一対の端面の各々における端面自体の領域内に、上記イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域と、上記イオンが分散した状態で配置された領域である非固定配置領域とが、それぞれ設けられている。
本開示の一実施の形態に係る第２の機能性デバイスは、基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層と、上記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面上に配置された、被制御層としての半導体層と、この半導体層と上記イオン層との間に設けられ、上記イオン層内に電圧を印加するための複数の電極とを備えたものである。上記イオン層内において、上記少なくとも一方の端面の近傍領域に、上記イオンとしての陽イオンおよび陰イオンのうちの一方のイオンのみが、化学的に固定された状態で配置されている。

【0008】

本開示の一実施の形態に係る第１の電子機器は、１または複数の機能性デバイスを備えたものである。この機能性デバイスは、基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層と、上記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面上に配置された被制御層とを備えている。上記イオン層内において、上記少なくとも一方の端面の近傍領域に、上記イオンが化学的に固定された状態で配置されている。また、上記一対の端面の各々における端面自体の領域内に、上記イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域と、上記イオンが分散した状態で配置された領域である非固定配置領域とが、それぞれ設けられている。
本開示の一実施の形態に係る第２の電子機器は、１または複数の機能性デバイスを備えたものである。この機能性デバイスは、基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層と、上記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面上に配置された、被制御層としての半導体層と、この半導体層と上記イオン層との間に設けられ、上記イオン層内に電圧を印加するための複数の電極とを備えたものである。上記イオン層内において、上記少なくとも一方の端面の近傍領域に、上記イオンとしての陽イオンおよび陰イオンのうちの一方のイオンのみが、化学的に固定された状態で配置されている。

【0009】

本開示の一実施の形態に係るイオン性素子の製造方法は、基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層を形成し、上記一対の端面上にそれぞれ電極を取り付け、これらの電極を介して上記一対の端面間に電圧を印加することにより、上記イオン層内において上記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面の近傍領域に、上記イオンを配置させ、上記イオンと上記ポリマーとを互いに重合させることにより、上記少なくとも一方の端面の近傍領域に、上記イオンを化学的に固定された状態で配置させ、上記一対の端面上からそれぞれ上記電極を取り外すと共に、上記一対の端面内における上記電圧の印加領域を制御することによって、上記イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域を、上記一対の端面内において任意に設定するようにしたものである。

【発明の効果】

【0010】

本開示の一実施の形態に係るイオン性素子およびその製造方法、第１および第２の機能性デバイス、ならびに、第１および第２の電子機器によれば、利便性を向上させることが可能となる。

【0011】

なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の一実施の形態に係るイオン性素子の構成例を表す模式断面図である。

【図2】図１に示したイオン性素子の製造方法の一例を工程順に表す流れ図である。

【図3】図２に示したイオン性素子の製造工程の際の構成例を表す模式断面図である。

【図4】図３に続く製造工程の際の構成例を表す模式断面図である。

【図5】図１に示したイオン性素子を備えた機能性デバイスの構成例を表す模式断面図である。

【図6】図５に示した機能性デバイスの作用について説明するための模式断面図である。

【図7】変形例１に係るイオン性素子の構成例を表す模式断面図である。

【図8】変形例１に係る機能性デバイスの構成例を表す模式断面図である。

【図9】変形例２に係る機能性デバイスとしてのスイッチング素子の構成例を表す模式断面図である。

【図10】図９に示したスイッチング素子の動作について説明するための模式断面図である。

【図11】図９に示したスイッチング素子の動作について説明するための模式回路図である。

【図12】図９に示したスイッチング素子における特性の一例を表す図である。

【図13】変形例３に係るイオン性素子の構成例を表す模式平面図である。

【図14】変形例４に係るイオン性素子の構成例について説明するための図である。

【図15】適用例に係る電子機器の構成例を表すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（陽イオン，陰イオンの双方が化学的に固定配置された場合の例）
２．変形例
変形例１（陽イオン，陰イオンの一方のみが化学的に固定配置された場合の例）
変形例２（電界効果ダイオードからなるスイッチング素子への応用例）
変形例３（固定配置領域および非固定配置領域を有するイオン性素子の例）
変形例４（固定配置領域におけるイオンの電荷量を可変としたイオン性素子の例）
３．適用例（イオン性素子の電子機器への適用例）
４．その他の変形例

【0014】

＜１．実施の形態＞
［イオン性素子の構成］
図１は、本開示の一実施の形態に係るイオン性素子（イオン性素子１）の断面構成例（Ｚ－Ｘ断面構成例）を、模式的に表したものである。本実施の形態のイオン性素子１は、詳細は後述するが、いわゆる電石（エレクトレット：electret）として機能する素子であり、イオン層１２を備えている。

【0015】

イオン層１２は、図１に示したように、ポリマー（重合体）１２１および電解質（電解質の分子）１２２を有している。イオン層１２は、これらの電解質１２２およびポリマー１２１が、所定の混合比（例えば、混合重量比または混合体積比など）にて混合されたものとなっている。ここで、イオン層１２における、電解質１２２とポリマー１２１との混合比は、例えば、電解質１２２：ポリマー１２１＝１：ｍ（例えば、ｍ≧０．０５）であることが望ましい。これは、イオン層１２を形成できる限界となる範囲であるからである。なお、このようなイオン層１２の厚みは、例えば０．１～３０００μｍ程度である。

【0016】

（ポリマー１２１）
ポリマー１２１は、イオン層１２の母材（基材）として機能するものである。このポリマー１２１は、例えば、高分子材料によって構成される。具体的には、高分子材料としては、例えば、アクリル系の材料が挙げられる。また、他の高分子材料としては、例えば、アクリレート系ポリマー等の有機材料が挙げられる。なお、ポリマー１２１として有機材料を用いた場合には、分子量が大きくなるため、イオン層１２を形成し易くなる。

【0017】

ここで、イオン層１２において、互いに対向する一対の端面（表面，裏面）のうちの少なくとも一方の端面が粘着性を有することになるように、ポリマー１２１が粘着性を示す材料により構成されているのが望ましい。具体的には、ポリマー１２１が、例えば、アクリル系の材料やアクリレート系ポリマー等の材料からなるのが望ましい。イオン層１２における少なくとも一方の端面が粘着性を示す場合、後述する電極１１１，１１２等や被制御層２１，２２等を、イオン層１２に取り付け易くなる（貼り付けるだけで取り付けることが可能となる）からである。

【0018】

（電解質１２２）
電解質１２２は、その分子がポリマー１２１内に配置された状態となっている。また、例えば図１中に模式的に示したように、この電解質１２２は、実際にはイオン層１２内において、主にイオン状態となって分散している。すなわち、電解質１２２の分子には、陽イオン１２２ｃと陰イオン１２２ａとに電離した状態となっているものが存在する。これは、ポリマー１２１が電解質１２２の分散剤として機能するからである。

【0019】

電解質１２２は、多重結合性（例えば、２重結合性または３重結合性など）を有するイオン（陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａ）により構成されている。このような電解質１２２としては、例えば、イオン液体を用いるのが望ましい。イオン層１２内において、以下説明するように、イオン（陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａ）の化学的な固定配置が形成され易くなるからである。

【0020】

なお、このようなイオン液体としては、例えば、以下の陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａのうちの一方または両方に対して多重結合性基を付けたものを組み合わせてなる、イオン液体を用いることができる。

【0021】

（Ａ）陽イオン１２２ｃ
・イミダゾリウム系陽イオン：
1-methyl-3-methylimidazolium（MMI），
1-ethyl-3-methylimidazolium（EMI），
1-propyl-3-methylimidazolium（PMI），
1-butyl-3-methylimidazolium（BMI），
1-pentyl-3-methylimidazolium（PeMI），
1-hexyll-3-methylimidazolium（HMI），
1-Octyl-3-methylimidazolium，
1-oxyl-3-methylimidazolium（OMI），
1-hexadecyl-3-methylimidazolium，
1-Butyl-2,3-dimethulimidazolium，
1,2-dimethyl-3-propylimidazolium（DMPI）；
・ピリジニウム系陽イオン：
1-methl-1-propylpiprodonium（PP13），
1-methyl-1-propylpyrrolidinium（P13），
1-methyl-1-butylpyrrolidinium（P14），
1-butyl-1-methylpyrrolidinium（BMP）；
・アンモニウム系陽イオン：
trimethylpropylammonium（TMPA），
trimethyloctylammonium（TMOA），
trimethylhexylammonium（TMHA），
trimethylpentylammonium（TMPeA），
trimethylbutylammonium（TMBA）；
・ピラゾリウム系陽イオン：
1-ethyl-2,3,5-trimethylpyrazolium（ETMP），
1-butyl-2,3,5-trimethylpyrazolium（BTMP），
1-propyl-2,3,5-trimethylpyrazolium（PTMP），
1-hexyl-2,3,5-trimethylpyrazolium（HTMP），
1-Buthylpyridium，
1-Hexylpyridium；
（Ｂ）陰イオン１２２ａ
bis（trifluoromethanesulfonyl）imide（TFSI），
bis（fluorosulfonyl）imide（FSI），
bis（perfluoroethylsulfonyl）imide（BETI），
tetrafluoroborate（BF4），
hexafluorophosphate（PF6）；

【0022】

ここで、図１中に模式的に示したように、このようなイオン層１２内では、前述した一対の端面（表面，裏面）のうちの少なくとも一方の端面の近傍領域に、イオン（陽イオン１２２ｃまたは陰イオン１２２ａ）が化学的に固定された状態で配置されている。具体的には、この図１の例では、イオン層１２内において、一方の端面（裏面）の近傍領域に陽イオン１２２ｃが化学的に固定配置されていると共に、他方の端面（表面）の近傍領域に陰イオン１２２ａが化学的に固定配置されている。なお、詳細は後述するが、イオン（陽イオン１２２ｃまたは陰イオン１２２ａ）とポリマー１２１とが互いに重合していることによって、これらのイオンが化学的に固定配置される（半永久的に化学的固定される）ようになっている。

【0023】

［イオン性素子の製造方法］
このようなイオン性素子１は、例えば、図２に示したようにして製造することができる。図２は、イオン性素子１の製造方法の一例を、工程順に流れ図で表わしたものである。

【0024】

（Ａ．イオン層の形成工程）
まず、例えば図３に示したように、前述した材料からなるポリマー１２１と、前述した材料（例えばイオン液体）からなる電解質１２２とを含むと共に、互いに対向する一対の端面（表面，裏面）を有するイオン層１０を形成する（図２の工程Ｓ１１）。なお、このイオン層１０の段階においては、前述したイオン層１２とは異なり、イオン（陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａ）がポリマー１２１内で分散配置された状態となっている。

【0025】

このようなイオン層１０を形成する際には、まず、前述した材料からなるポリマー１２１および電解質１２２と、両親媒性物質（両親媒性分子を有する物質；レベリング剤）とを、所定の溶媒（例えば、クロロベンゼン，ジクロロベンゼン等の高沸点溶剤など）中で混合することにより、混合体を作製する。なお、両親媒性物質としては、例えば界面活性剤が挙げられる。また、この界面活性剤としては、例えば、フッ素系界面活性剤等が挙げられる。フッ素系界面活性剤の具体例としては、例えば以下のものが挙げられる。この際、ポリマー１２１と電解質１２２とは、例えば、前述した所定の混合比にて混合するようにする。また、この混合体における両親媒性物質の含有量は、例えば１０００ｐｐｍ以下程度とするのが望ましく、例えば１０ｐｐｍ程度とするのがより望ましい。混合体への両親媒性物質の過剰な含有が防止され、後述する両親媒性物質の機能がより効果的に発揮されるからである。
・ペルフルオロアルキルスルホン酸（ＣＦ₃（ＣＦ₂）_nＳＯ₃Ｈ）
・ペルフルオロオクタンスルホン酸（ＰＦＯＳ；perfluorooctanesulfonate）
・ペルフルオロアルキルカルボン酸（ＣＦ₃（ＣＦ₂）_nＣＯＯＨ）
・ペルフルオロオクタン酸（ＰＦＯＡ；perfluorooctanoate）
・フッ素テロマーアルコール（Ｆ（ＣＦ₂）_nＣＨ₂ＣＨ₂ＯＨ）

【0026】

ここで、このようにしてポリマー１２１、電解質１２２および両親媒性物質を混合する際には、これらの材料について、事前に超音波（例えば、５０ｋＨｚ，１００Ｗ程度の超音波）を用いた撹拌を行っておくのが望ましい。これらの材料同士（例えば、ポリマー１２１および電解質１２２同士）が、均一に混ざり易くなるからである。なお、このような超音波を用いた撹拌は、例えば、下限時間以上かつ上限時間以下の所定の期間（撹拌時間）で行うのが望ましい。撹拌効率を高めつつ、イオン性素子１の耐久性を確保できるようになるからである。ここで、上記した上限時間および下限時間としてはそれぞれ、例えば、３分，１０分が挙げられる。つまり、例えば、超音波を用いた撹拌を３分以上かつ１０分以下の期間で行うようにする。ただし、これらの上限値および下限値（適切な撹拌時間）はそれぞれ、ポリマー１２１や電解質１２２の種類、超音波の出力値等に応じて変化する。そのため、超音波を用いた撹拌を行う場合は、上記したように、撹拌効率が高く、かつイオン性素子１が壊れない程度の出力および撹拌時間で行うのが好ましい。

【0027】

なお、この例では、上記したように、両親媒性物質の混合および超音波を用いた撹拌の双方を行っているが、これには限られず、例えば、これらのうちのいずれか一方を行わないようにしてもよい。

【0028】

次いで、例えばスピンコートやインクジェット等を用いて、上記した混合体を薄膜状に成形する。換言すると、上記のようにして得られた混合体を、薄膜化させる。この際、スピンコートを用いる場合には、例えば、空気中において、５００ｒｐｍ（回転／分）程度の回転率にて１分間程度のスピンコートを行うようにする。なお、このようにして混合体を薄膜状にする手法としては、上記したスピンコートおよびインクジェットには限られず、他の印刷技術を用いることも可能である。具体的には、例えば、ナノインプリント法、誘導プラズマエッチング法、ドライエッチング法といったプリント技術、エッチング技術などの印刷技術を用いることが可能である。ただし、このようにして混合体を薄膜状にする手法を、用いないようにしてもよい。

【0029】

続いて、このようにして得られた薄膜状の混合体を乾燥させることにより、この混合体から上記した溶媒を蒸発させる。これにより、図３に示したイオン層１０が形成される。なお、乾燥させる際には、例えば、窒素（Ｎ₂）雰囲気中において乾燥を行うようにする。

【0030】

（Ｂ．電極の取り付け工程）
次いで、例えば図３に示したように、このようして得られたイオン層１０における一対の端面（表面，裏面）上にそれぞれ、電極１１１，１１２を取り付ける（工程Ｓ１２）。具体的には、例えば真空蒸着法や塗布法等を用いて別途形成した一対の電極１１１，１１２の間に、イオン層１０を挟み込むようにする。また、このような電極１１１，１１２の取り付け手法としては、前述したようにポリマー１２１が粘着性を示す材料により構成されている場合には、イオン層１０の端面上に電極１１１，１１２を貼り付ける手法が望ましい。電極１１１，１１２を容易に取り付けることができるからである。

【0031】

ここで、これらの電極１１１，１１２はそれぞれ、イオン層１０に対して電圧（後述する直流電圧Ｖdc）を印加するための電極である。電極１１１，１１２の厚みはそれぞれ、例えば３０ｎｍである。また、電極１１１，１１２はそれぞれ、例えば、金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），アルミニウム（Ａｌ），ニッケル（Ｎｉ），チタン（Ｔｉ）などの各種金属の他、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）などの導電性酸化物、導電性高分子、カーボンナノチューブ、グラファイト等の導電性材料からなる。なお、このイオン性素子１では、一般的な有機ＥＬ（Electro-Luminescence）素子等とは異なり、電極１１１，１１２とイオン層１０との間の仕事関数の値の差を考慮せずに、電極１１１，１１２の材料を選定することができる。このため、電極１１１，１１２としては種々の導電性材料を使用することが可能となっている。

【0032】

（Ｃ．電極を介した電圧の印加工程）
続いて、例えば図４に示したように、電極１１２を直流電圧供給源ＰＳ（dc）の正（＋）側、電極１１１を直流電圧供給源ＰＳ（dc）の負（－）側とそれぞれ電気的に接続する。そして、この直流電圧供給源ＰＳ（dc）から電極１１１，１１２を介して、イオン層１０における一対の端面（表面，裏面）間に、所定の電圧（直流電圧Ｖdc）が印加されるようにする（工程Ｓ１３）。

【0033】

すると、例えば図４に示したように、陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａがそれぞれイオン層１０内で分散した状態から、陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａがそれぞれ選択的に移動し、イオン層１０内に電気二重層が形成される。具体的には、図４に示したように、イオン層１０内の陽イオン１２２ｃが、電極１１１の表面（イオン層１０側の表面）と所定の間隔をおいて整列するようになる。一方、イオン層１０内の陰イオン１２２ａは、電極１１２の表面と所定の間隔をおいて整列するようになる。このとき、電極１１１側の電気二重層および電極１１２側の電気二重層はそれぞれ、例えば１ｎｍ程度の微小な距離（間隔）を用いて形成される。このようにして、電極１１１，１１２を介してイオン層１０における一対の端面間に直流電圧Ｖdcを印加することによって、イオン層１０内において、少なくとも一方の端面（この例では双方の端面）の近傍領域に、イオン（この例では陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａ）を配置させる。なお、図４中において、「ｈ」は正孔（ホール）を表すと共に「ｅ」は電子を表し、以降の図においても同様である。

【0034】

（Ｄ．イオンとポリマーとの重合工程）
次に、イオン層１０内において、イオン（この例では陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａ）とポリマー１２１とを、互いに重合させる（工程Ｓ１４）。これにより、例えば図１に示したイオン層１２のように、その少なくとも一方の端面（この例では双方の端面）の近傍領域に、イオン（この例では陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａ）を化学的に固定された状態で配置させる。すなわち、上記したように、イオンが分散配置されたイオン層１０を基にして、端面の近傍領域にイオンが化学的に固定配置された、イオン層１２を形成する。

【0035】

ここで、このようなイオンとポリマー１２１との重合処理は、例えば以下のようにして行う。すなわち、例えば、イオン層１０に重合開始剤を混合させて、光照射または熱供給を行うことによって、イオンとポリマー１２１とを互いに重合させることができる。具体的には、光照射としては、例えば紫外線の照射等が挙げられ、熱供給としては、例えば１００℃度程度に加熱することが挙げられる。また、重合開始剤としては、例えば、2,2'-アゾビスブチロニトリルのようなアゾ化合物、過酸化ベンゾイルなどの過酸化物、ベンゼンスルホン酸エステルやアルキルスホニウム塩等が挙げられる。このようにして、光照射、熱供給または重合開始剤の供給を行うと、イオン同士の多重結合（前述した２重結合や３重結合等）の一部が解けることで、イオンとポリマー１２１とが互いに重合する（上記した電気二重層の状態が保持される）ようになっている。

【0036】

（Ｅ．電極の取り外し工程）
その後、このようにして得られたイオン層１２の一対の端面（表面，裏面）上からそれぞれ、電極１１１，１１２を取り外す（工程Ｓ１５）。このとき、前述したように、電極１１１，１１２がイオン層１２に貼り付けられている（粘着性を利用して取り付けられている）場合には、これらの電極１１１，１１２をそれぞれ容易に取り外すことが可能となる。

【0037】

以上により、図１に示したイオン性素子１が完成する。

【0038】

［機能性デバイスの構成］
続いて、図５を参照して、これまでに説明したイオン性素子１を備えた機能性デバイスの構成例について説明する。図５（Ａ），図５（Ｂ）はそれぞれ、イオン性素子１を備えた機能性デバイス（機能性デバイス２）の断面構成例（Ｚ－Ｘ断面構成例）を、模式的に表したものである。

【0039】

この機能性デバイス２では、イオン性素子１におけるイオン層１２の少なくとも一方の端面上に、被制御層が設けられている。そして、詳細は後述するが、この被制御層における物性が、イオン性素子１（イオン層１２内）における前述したイオン（この例では陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａ）の化学的な固定配置現象によって、制御されるようになっている。

【0040】

具体的には、図５（Ａ）に示した機能性デバイス２では、イオン層１２の一方の端面（裏面）上に、このイオン層１２内の陽イオン１２２ｃの化学的固定配置と対向するようにして、被制御層２１が配置されている。一方、この図５（Ａ）に示した機能性デバイス２では、イオン層１２の他方の端面（表面）上には、被制御層が配置されていない。

【0041】

図５（Ｂ）に示した機能性デバイス２では、イオン層１２の双方の端面上にそれぞれ、被制御層が配置されている。すなわち、イオン層１２の一方の端面（裏面）上に、このイオン層１２内の陽イオン１２２ｃの化学的固定配置と対向するようにして、被制御層２１が配置されている。また、イオン層１２の他方の端面（表面）上に、このイオン層１２内の陰イオン１２２ａの化学的固定配置と対向するようにして、被制御層２２が配置されている。

【0042】

ここで、これらの被制御層２１，２２はそれぞれ、例えば、前述したようにポリマー１２１が粘着性を示す材料により構成されている（イオン層１２の端面が粘着性を有している）場合には、イオン層１２の端面上に貼り付けられている。これにより、被制御層２１，２２をイオン層１２の端面上に容易に配置させることが可能となる。

【0043】

このような被制御層２１，２２としては、例えば、各種材料からなる半導体層、絶縁体層、導電体層または熱電変換層などを用いることが可能である。

【0044】

［作用・効果］
次に、図６を参照して、このようなイオン性素子１および機能性デバイス２の作用および効果について説明する。図６（Ａ），図６（Ｂ）はそれぞれ、図５（Ａ），図５（Ｂ）に示したイオン性素子１および機能性デバイス２の作用について、模式的に断面図（Ｚ－Ｘ断面図）にて表したものである。

【0045】

まず、図６（Ａ）に示した機能性デバイス２では、イオン層１２の裏面上に、このイオン層１２内の陽イオン１２２ｃの化学的固定配置と対向するようにして、被制御層２１が配置されている。これにより、例えば図６（Ａ）に示したように、被制御層２１におけるイオン層１２との界面付近の領域に、陽イオン１２２ｃの化学的固定配置と対向するようにして、キャリアとしての電子ｅが並んで配置するようになる。換言すると、この被制御層２１におけるイオン層１２との界面付近の領域に、電子ｅによる導電領域（負の電荷量が相対的に高い領域）が形成されることになる。

【0046】

その結果、イオン性素子１の制御対象（貼り付け先）である被制御層２１において、イオン層１２との界面付近の領域の物性（この例では、電荷量やキャリア特性、導電性など）が、容易に制御できるようになる。具体的には、この例では、イオン性素子１（イオン層１２内）における陽イオン１２２ｃの化学的な固定配置現象によって、被制御層２１におけるイオン層１２との界面付近の領域の物性が、制御される。

【0047】

一方、図６（Ｂ）に示した機能性デバイス２では、まず、図６（Ａ）の例と同様にして、イオン層１２の裏面上に、このイオン層１２内の陽イオン１２２ｃの化学的固定配置と対向するようにして、被制御層２１が配置されている。その結果、上記した図６（Ａ）の場合と同様の作用により、被制御層２１におけるイオン層１２との界面付近の領域の物性が、容易に制御できるようになる。

【0048】

また、この図６（Ｂ）に示した機能性デバイス２では、更に、イオン層１２の表面上にも、このイオン層１２内の陰イオン１２２ａの化学的固定配置と対向するようにして、被制御層２２が配置されている。これにより、例えば図６（Ｂ）に示したように、被制御層２２におけるイオン層１２との界面付近の領域に、陰イオン１２２ａの化学的固定配置と対向するようにして、キャリアとしての正孔ｈが並んで配置するようになる。換言すると、この被制御層２２におけるイオン層１２との界面付近の領域に、正孔ｈによる導電領域（正の電荷量が相対的に高い領域）が形成されることになる。

【0049】

その結果、イオン性素子１の制御対象（貼り付け先）である被制御層２２においてもまた、イオン層１２との界面付近の領域の物性（この例では、電荷量やキャリア特性、導電性など）が、容易に制御できるようになる。具体的には、この例では、イオン性素子１（イオン層１２内）における陰イオン１２２ａの化学的な固定配置現象によって、被制御層２２におけるイオン層１２との界面付近の領域の物性が、制御される。

【0050】

このようにして、イオン性素子１がいわゆる電石（エレクトレット）として機能し、その結果、制御対象（貼り付け先）である被制御層２１，２２において、イオン層１２との界面付近の領域の物性が、容易に制御できるようになる。なお、この被制御層２１，２２の物性（制御される物性）としては、上記した電荷量やキャリア特性、導電性などの他、例えば被制御層２１，２２が熱電変換材料からなる場合には、熱電変換特性も挙げられる。

【0051】

以上のように本実施の形態では、イオン性素子１におけるイオン層１２が、ポリマー１２１と、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質１２２とを含むと共に、一対の端面を有している。そして、このイオン層１２内において、これら一対の端面のうちの少なくとも一方の端面の近傍領域に、イオンが化学的に固定された状態で配置されている。これにより、イオン性素子１がいわゆる電石（エレクトレット）として機能するようになり、その結果、制御対象（貼り付け先）である被制御層２１，２２において、イオン層１２との界面付近の領域の物性が、容易（簡易）に制御できるようになる。よって、機能性デバイス２における機能性を容易に高めることができ、ユーザの利便性を向上させることが可能となる。

【0052】

また、これらのイオン性素子１および機能性デバイス２では、特に化学反応を行わずとも、被制御層２１，２２の物性を制御することが可能となる。すなわち、例えば、イオン性素子１を被制御層２１，２２等に貼り付けるだけで、そのような物性制御を簡易に実現することが可能となる。

【0053】

更に、これらのイオン性素子１および機能性デバイス２を製造する際には、真空プロセスやイオン注入プロセス等の複雑な工程が不要であると共に、室温環境下にて作製可能であることから、比較的簡易なプロセスにて安価に製造することが可能となる。

【0054】

＜２．変形例＞
続いて、上記実施の形態の変形例（変形例１～４）について説明する。なお、以下では、上記実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0055】

［変形例１］
図７（Ａ），図７（Ｂ）はそれぞれ、変形例１に係るイオン性素子（イオン性素子１Ａ，１Ｂ）の断面構成例（Ｚ－Ｘ断面構成例）を、模式的に表したものである。本変形例のイオン性素子１Ａ，１Ｂではそれぞれ、実施の形態のイオン性素子１（陽イオン１２２ｃ，陰イオン１２２ａの双方が化学的に固定配置されている）とは異なり、以下詳述するように、陽イオン１２２ｃ，陰イオン１２２ａの一方のみが化学的に固定配置されるようになっている。

【0056】

具体的には、図７（Ａ）に示したイオン性素子１Ａは、実施の形態で説明したイオン層１２の代わりに、イオン層１２Ａを備えている。このイオン層１２Ａは、基本的にはイオン層１２と同様の構成であるが、イオン層１２とは異なり、陽イオン１２２ｃのみが化学的に固定配置されている。詳細には、イオン層１２Ａ内では、一方の端面（裏面）の近傍領域に、陽イオン１２２ｃが化学的に固定配置されていると共に、陰イオン１２２ａは、ポリマー１２１中に分散した状態で配置されている（化学的に固定配置されていない）。

【0057】

一方、図７（Ｂ）に示したイオン性素子１Ｂは、イオン層１２の代わりに、イオン層１２Ｂを備えている。このイオン層１２Ｂは、基本的にはイオン層１２と同様の構成であるが、イオン層１２とは異なり、陰イオン１２２ａのみが化学的に固定配置されている。詳細には、イオン層１２Ｂ内では、他方の端面（表面）の近傍領域に、陰イオン１２２ａが化学的に固定配置されていると共に、陽イオン１２２ｃは、ポリマー１２１中に分散した状態で配置されている（化学的に固定配置されていない）。

【0058】

また、図８（Ａ），図８（Ｂ）にそれぞれ模式的な断面図（Ｚ－Ｘ断面図）で示したように、このようなイオン性素子１Ａ，１Ｂを備えた機能性デバイス（機能性デバイス２Ａ，２Ｂ）は、以下のような構成および作用となっている。

【0059】

具体的には、図８（Ａ）に示した機能性デバイス２Ａでは、イオン性素子１Ａにおけるイオン層１２Ａの一方の端面（裏面）上に、このイオン層１２Ａ内の陽イオン１２２ｃの化学的固定配置と対向するようにして、被制御層２１が配置されている。一方、この機能性デバイス２Ａでは、イオン層１２Ａの他方の端面（表面）上には、被制御層が配置されていない。

【0060】

このような構成の機能性デバイス２Ａでは、例えば図８（Ａ）に示したように、被制御層２１におけるイオン層１２Ａとの界面付近の領域に、陽イオン１２２ｃの化学的固定配置と対向するようにして、キャリアとしての電子ｅが並んで配置するようになる。換言すると、この被制御層２１におけるイオン層１２Ａとの界面付近の領域に、電子ｅによる導電領域（負の電荷量が相対的に高い領域）が形成されることになる。

【0061】

その結果、イオン性素子１Ａの制御対象（貼り付け先）である被制御層２１において、イオン層１２Ａとの界面付近の領域の物性（この例では、電荷量やキャリア特性、導電性など）が、容易に制御できるようになる。具体的には、この例では、イオン性素子１Ａ（イオン層１２Ａ内）における陽イオン１２２ｃの化学的な固定配置現象によって、被制御層２１におけるイオン層１２Ａとの界面付近の領域の物性が、制御される。

【0062】

一方、図８（Ｂ）に示した機能性デバイス２Ｂでは、イオン性素子１Ｂにおけるイオン層１２Ｂの他方の端面（表面）上に、このイオン層１２Ｂ内の陰イオン１２２ａの化学的固定配置と対向するようにして、被制御層２２が配置されている。一方、この機能性デバイス２Ｂでは、イオン層１２Ｂの一方の端面（裏面）上には、被制御層が配置されていない。

【0063】

このような構成の機能性デバイス２Ｂでは、例えば図８（Ｂ）に示したように、被制御層２２におけるイオン層１２Ｂとの界面付近の領域に、陰イオン１２２ａの化学的固定配置と対向するようにして、キャリアとしての正孔ｈが並んで配置するようになる。換言すると、この被制御層２２におけるイオン層１２Ｂとの界面付近の領域に、正孔ｈによる導電領域（正の電荷量が相対的に高い領域）が形成されることになる。

【0064】

その結果、イオン性素子１Ｂの制御対象（貼り付け先）である被制御層２２において、イオン層１２Ｂとの界面付近の領域の物性（この例では、電荷量やキャリア特性、導電性など）が、容易に制御できるようになる。具体的には、この例では、イオン性素子１Ｂ（イオン層１２Ｂ内）における陰イオン１２２ａの化学的な固定配置現象によって、被制御層２２におけるイオン層１２Ｂとの界面付近の領域の物性が、制御される。

【0065】

このようにして本変形例では、イオン層１２Ａ，１２Ｂ内において、一対の端面のうちの一方の端面の近傍領域にのみ、イオンが化学的に固定された状態で配置されている。これにより、本変形例においても上記実施の形態と同様にして、制御対象（貼り付け先）である被制御層２１，２２において、イオン層１２Ａ，１２Ｂとの界面付近の領域の物性が、容易（簡易）に制御できるようになる。よって、本変形例においても上記実施の形態と同様に、機能性デバイス２Ａ，２Ｂにおける機能性を容易に高めることができ、ユーザの利便性を向上させることが可能となる。

【0066】

［変形例２］
（構成）
図９は、変形例２に係る機能性デバイスとしてのスイッチング素子（スイッチング素子３）の断面構成例（Ｚ－Ｘ断面構成例）を、模式的に表したものである。本変形例のスイッチング素子３は、図９に示したように、前述したイオン性素子１Ａを有する機能性デバイス２Ａを用いて構成されており、イオン性素子１Ａと、複数の電極（この例では２つの電極２３１，２３２）とを備えている。このスイッチング素子３は、詳細は後述するが、電界効果ダイオード（ＦＥＤ：Field Effect Diode）として機能する素子となっている。

【0067】

イオン性素子１Ａは、前述したように、イオン層１２Ａおよび被制御層２１を有している。特に、このスイッチング素子３では、被制御層２１が、半導体層２１０により構成されている。また、イオン層１２Ａ内では、前述したように、一方の端面（この例では被制御層２１および電極２３１，２３２側の端面）の近傍領域に、陽イオン１２２ｃが化学的に固定配置されていると共に、陰イオン１２２ａは、ポリマー１２１中に分散した状態で配置されている（化学的に固定配置されていない）。

【0068】

半導体層２１０は、各種の半導体材料を含んで構成されており、上記したように、前述した被制御層２１として機能する層である。半導体材料の具体例としては、例えば、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃），ケイ素（Ｓｉ），窒化ガリウム（ＧａＮ），炭化ケイ素（ＳｉＣ），酸化亜鉛（ＺｎＯ）等が挙げられる。

【0069】

電極２３１，２３２はそれぞれ、半導体層２１０（被制御層２１）とイオン層１２Ａとの層間において、互いに所定の距離（例えば、５ｎｍ～１０μｍ程度）を隔てて配置されている。これらの電極２３１，２３２はそれぞれ、イオン層１２Ａ内に電圧（後述する電圧Ｖ_SD）を印加するための電極（ソース電極およびドレイン電極として機能する電極）である。このような電極２３１，２３２はそれぞれ、例えば、金（Ａｕ），アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），炭素（Ｃ）等の材料により構成されている。

【0070】

（動作および作用・効果）
続いて、図１０～図１２を参照して、このようなスイッチング素子３の動作および作用・効果について説明する。

【0071】

図１０（Ａ）～図１０（Ｃ）はそれぞれ、スイッチング素子３の動作例について、模式的に断面図（Ｚ－Ｘ断面図）にて表したものである。なお、この例では、電極２３１がソース電極（Ｓ）として機能すると共に、電極２３２がドレイン電極（Ｄ）として機能するようになっている。

【0072】

このスイッチング素子３では、まず、例えば図１０（Ａ）に示したように、電極２３１，２３２間に（イオン層１２Ａに対して）、０Ｖ（ボルト）以上の電圧Ｖ_SD（Ｖ_SD≧０Ｖ）が印加された場合、以下のようになる。すなわち、この場合、イオン層１２Ａ内において陰イオン１２２ａが全体的に分散された状態のままである。したがって、イオン層１２Ａ内における半導体層２１０との界面付近の領域には、陽イオン１２２ｃの化学的固定配置に加えて、陰イオン１２２ａの一部も配置されることになる。そのため、陽イオン１２２ｃの周りを陰イオン１２２ａが囲むことにより、陽イオン１２２ｃの電荷を、陰イオン１２２ａが遮蔽することになる。この場合には、半導体層２１０内におけるイオン層１２Ａとの界面付近の領域（電極２３１，２３２間）には、電子ｅによる導電領域（負の電荷量が相対的に高い領域）であるチャネルは、形成されない。その結果、この場合、電極２３１，２３２間（ソース・ドレイン間）には、電流（後述する電流Ｉ_SD）は流れないことになる。

【0073】

ここで、例えば図１０（Ｂ）に示したように、電極２３１，２３２間に、閾値電圧Ｖth（例えば－３Ｖ）と０Ｖとの間の絶対値である負の電圧Ｖ_SD（Ｖth＜Ｖ_SD＜０Ｖ）が印加された場合、以下のようになる。すなわち、この場合、イオン層１２Ａ内において、陰イオン１２２ａが部分的に電極２３２側（ドレイン側）に引き寄せられた状態となる（図１０（Ｂ）中の矢印Ｐ１参照）。したがって、イオン層１２Ａ内では、半導体層２１０との界面付近の領域において、陽イオン１２２ｃの化学的固定配置のみの領域（陰イオン１２２ａが配置されていない領域）が、電極２３１側（ソース側）に部分的に形成されることになる。そのため、この場合には、半導体層２１０内におけるイオン層１２Ａとの界面付近の領域（電極２３１，２３２間）には、電子ｅによる導電領域であるチャネルＣが、電極２３１側に部分的に形成される。ただし、チャネルＣが電極２３１側に部分的に形成されているだけ（チャネルＣの中間状態，電荷の傾斜分布状態）であることから、この場合も、電極２３１，２３２間には、電流Ｉ_SDは流れないことになる。

【0074】

そして、例えば図１０（Ｃ）に示したように、電極２３１，２３２間に、閾値電圧Ｖth以上の絶対値である負の電圧Ｖ_SD（Ｖ_SD≦Ｖth）が印加された場合、以下のようになる。すなわち、この場合、イオン層１２Ａ内において、陰イオン１２２ａが全体的に電極２３２側に引き寄せられた状態となる。したがって、イオン層１２Ａ内では、半導体層２１０との界面付近の領域において、陽イオン１２２ｃの化学的固定配置のみの領域（陰イオン１２２ａが配置されていない領域）が、電極２３１，２３２間に全体的に形成されることになる。そのため、この場合には、半導体層２１０内におけるイオン層１２Ａとの界面付近の領域には、電子ｅによる導電領域であるチャネルＣが、電極２３１，２３２間に全体的に形成される。その結果、この場合、電極２３１，２３２間に、電流Ｉ_SDが流れることになる。

【0075】

このようにしてスイッチング素子３では、２つの電極２３１，２３２間の電圧Ｖ_SDの印加状況に応じて、半導体層２１０内の電極２３１，２３２間の領域において、電流路（電流Ｉ_SDの経路としてのチャネルＣ）の形成態様が制御される。つまり、２端子（２つの電極２３１，２３２）によるスイッチング素子が実現されると共に、このスイッチング素子３は電界効果ダイオードとして機能することになる。なお、このスイッチング素子３におけるスイッチング特性は、例えば、メガヘルツ（ＭＨｚ）帯域の周波数でのスイッチング動作に適用可能である。

【0076】

図１１（Ａ），図１１（Ｂ）に模式的な回路図にて示したように、このスイッチング素子３では、具体的には以下のようにして、スイッチング動作が行われる。すなわち、まず、例えば図１１（Ａ）に示したように、電極２３１，２３２間の電圧Ｖ_SDの値が、（Ｖ_SD≧０Ｖ）または（Ｖth＜Ｖ_SD＜０Ｖ）である場合には、上記したように電極２３１，２３２間には電流Ｉ_SDが流れず、スイッチング素子３がオフ状態（遮断状態）となる。一方、例えば図１１（Ｂ）に示したように、電極２３１，２３２間の電圧Ｖ_SDの値が、（Ｖ_SD≦Ｖth）である場合（負の電圧である電圧Ｖ_SDの絶対値が、閾値電圧Ｖthの絶対値以上となった場合）、以下のようになる。すなわち、この場合、上記したように電極２３１，２３２間に電流Ｉ_SDが流れるため、スイッチング素子３がオン状態（導通状態）となる（図１１（Ｂ）中の矢印Ｐ２参照）。

【0077】

ここで、図１２は、スイッチング素子３における特性（Ｖ_SD－Ｉ_SD特性）の一例（実測データの一例）を表したものである。なお、図１２中に示した、ゲート電圧Ｖｇ＝０Ｖ，３Ｖとは、実験の際の動作確認の便宜上、スイッチング素子３にゲート電極を補助的に設けてゲート電圧Ｖｇを印加した場合の実測データを意味している。ちなみに、ゲート電圧Ｖｇ＝０Ｖの場合が、図９および図１０に示した、本来の２端子（２つの電極２３１，２３２）によるスイッチング素子３の場合の実測データに対応している。

【0078】

この図１２により、上記したように、電圧Ｖ_SDの値が（Ｖ_SD≧０Ｖ）または（Ｖth＜Ｖ_SD＜０Ｖ）である場合には電流Ｉ_SDが流れず、電圧Ｖ_SDの値が（Ｖ_SD≦Ｖth）である場合には電流Ｉ_SD（数μＡ程度の電流）が流れることが分かる。また、この場合のＶ_SD－Ｉ_SD特性では、電圧Ｖ_SDの絶対値が増加する過程と減少する過程とで、電流Ｉ_SDの値が異なっており（図１２中の破線の矢印参照）、ヒステリシス特性を示すことが分かる。

【0079】

以上のように、本変形例のスイッチング素子３では、２つの電極２３１，２３２間の電圧Ｖ_SDの印加状況に応じて、半導体層２１０内の電極２３１，２３２間の領域において、電流路（電流Ｉ_SDの経路としてのチャネルＣ）の形成態様が制御される。つまり、２端子（２つの電極２３１，２３２）によるスイッチング素子が実現されると共に、このスイッチング素子３が電界効果ダイオードとして機能することになる。よって、従来の３端子（ゲート電極，ソース電極，ドレイン電極の３つの電極）によるスイッチング素子、つまり、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）を用いたスイッチング素子の場合と比べ、端子を１つ削減した簡易な構成でのスイッチング素子を、容易に実現することができる。その結果、本変形例では、ユーザの利便性を更に向上させることが可能となる。

【0080】

また、このようなスイッチング素子３は、例えば、半導体ウェハ（半導体層２１０および電極２３１，２３２）上にイオン層１２Ａを一面に貼り付けたのち、素子領域ごとにダイシングを行うことで、簡易に製造することが可能である。

【0081】

なお、本変形例では、イオン性素子１Ａ（イオン層１２Ａ内において、陽イオン１２２ｃが化学的に固定配置され、陰イオン１２２ａが分散配置されている構成）を用いて、スイッチング素子を実現した場合の例について説明した。ただし、この例には限られず、例えば、逆に、図７（Ｂ）に示したイオン性素子１Ｂ（イオン層１２Ｂ内において、陰イオン１２２ａが化学的に固定配置され、陽イオン１２２ｃが分散配置されている構成）を用いて、スイッチング素子を実現するようにしてもよい。そのようなイオン性素子１Ｂを用いたスイッチング素子の場合、本変形例で説明したスイッチング素子３の場合とは異なり、正孔ｈによる導電領域であるチャネルが形成されることで、２端子間に電流が流れることになる。

【0082】

［変形例３］
図１３（Ａ）～図１３（Ｃ）はそれぞれ、変形例３に係るイオン性素子の平面構成例（Ｘ－Ｙ平面構成例）を、模式的に表したものである。本変形例のイオン性素子は、これまでに説明した構成のイオン性素子１（またはイオン性素子１Ａ，１Ｂ）において、イオンが化学的に固定配置された領域が、端面内で部分的に形成されたものとなっている。つまり、本変形例のイオン性素子は、端面内において、イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域と、イオンが分散した状態で配置された領域である非固定配置領域とをそれぞれ有している。

【0083】

具体的には、図１３（Ａ）に示したイオン性素子１（またはイオン性素子１Ａ，１Ｂ）では、以下のようになっている。すなわち、端面内のＹ軸方向に沿って、イオン（陽イオン１２２ｃ，陰イオン１２２ａの少なくとも一方）が化学的に固定配置された領域である固定配置領域４１と、イオンが分散した状態で配置された領域である非固定配置領域４２とが、それぞれ設けられている。したがって、前述した、イオンの化学的固定配置を形成するための直流電圧Ｖdcは、固定配置領域４１に対して選択的に印加されたことになり、以下同様である。

【0084】

また、図１３（Ｂ）に示したイオン性素子１（またはイオン性素子１Ａ，１Ｂ）では、以下のようになっている。すなわち、端面内のＸ軸方向，Ｙ軸方向の各々に沿って、固定配置領域４１および非固定配置領域４２が、それぞれ設けられている。詳細には、この例では、端面内において、固定配置領域４１が２次元的に行列状に配置されている（２次元的なマトリクス配置）。

【0085】

更に、図１３（Ｃ）に示したイオン性素子１（またはイオン性素子１Ａ，１Ｂ）では、以下のようになっている。すなわち、端面内において、固定配置領域４１が、任意の回路の一部を構成できるようにパターニングされている。詳細には、この例では、２つの矩形状の固定配置領域４１同士が、配線状の固定配置領域４１によって電気的に並列接続された、回路の一部を構成している。

【0086】

このようにして本変形例のイオン性素子では、端面内における直流電圧Ｖdcの印加領域を制御することによって、固定配置領域４１が端面内において任意に設定されるようになっている。したがって本変形例では、イオン性素子が前述した電石（エレクトレット）として機能する領域を、直流電圧Ｖdcの選択的な領域印加だけで、簡易かつ任意に設定することができる。よって、本変形例では、ユーザの利便性を更に向上させることが可能となる。なお、固定配置領域４１の形状，配置，大きさ，個数，回路パターン等としては、上記した例には限られず、任意に設定することが可能である。

【0087】

［変形例４］
図１４は、変形例４に係るイオン性素子の構成例について表したものである。本変形例のイオン性素子では、端面の全体または部分的に形成されている固定配置領域４１において、イオン（陽イオン１２２ｃ，陰イオン１２２ａの少なくとも一方）の電荷量が可変のものとなっており、その電荷量が任意に設定可能となっている。

【0088】

具体的には、例えば図１４に示したように、イオンの化学的固定配置を形成するための直流電圧Ｖdcの大きさを制御することによって、固定配置領域４１でのイオンの電荷量が任意に設定されるようになっている。詳細には、この例では、直流電圧Ｖdcの値が増加するのに応じて、固定配置領域４１でのイオンの電荷量も増加するようになっている。つまり、直流電圧Ｖdcの大きさが相対的に小さい場合には、固定配置領域４１でのイオンの電荷量も相対的に小さくなり、直流電圧Ｖdcの大きさが相対的に大きい場合には、固定配置領域４１でのイオンの電荷量も相対的に大きくなる。

【0089】

このようにして本変形例のイオン性素子では、直流電圧Ｖdcの大きさを制御することによって、固定配置領域４１におけるイオンの電荷量が、任意に設定されるようになっている。したがって本変形例では、イオン性素子が前述した電石（エレクトレット）として機能する際の電荷量、つまり、制御対象である被制御層における物性の制御度合いを、直流電圧Ｖdcの大きさだけで、簡易かつ任意に設定することができる。よって、本変形例では、ユーザの利便性を更に向上させることが可能となる。

【0090】

＜３．適用例＞
続いて、これまでに説明した実施の形態および変形例（変形例１～４）に係るイオン性素子（イオン性素子１，１Ａ，１Ｂ）の、電子機器への適用例について説明する。

【0091】

図１５（Ａ），図１５（Ｂ）はそれぞれ、適用例に係る電子機器（電子機器５）のブロック構成例を表したものである。

【0092】

まず、図１５（Ａ）に示した電子機器５内には、１または複数のイオン性素子１（またはイオン性素子１Ａ，１Ｂ）を有する機能性デバイス２（または、機能性デバイス２Ａ，２Ｂ、スイッチング素子３）が、１つ設けられている。また、この電子機器５内には、このような機能性デバイス２等を外部から封止するためのパッケージ（封止部材）５０が設けられている。このようなパッケージ５０が設けられていることにより、外部から機能性デバイス２等への水分などの侵入が防止され、機能性デバイス２等の耐久性（素子寿命，信頼性）を向上することが可能となっている。

【0093】

一方、図１５（Ｂ）に示した電子機器５内には、１または複数のイオン性素子１（またはイオン性素子１Ａ，１Ｂ）を有する機能性デバイス２（または、機能性デバイス２Ａ，２Ｂ、スイッチング素子３）が、複数（この例では２つ）設けられている。また、この電子機器５内においても、このような機能性デバイス２等を外部から封止するためのパッケージ５０が設けられている。

【0094】

このような電子機器５の具体例としては、例えば、上記した１または複数の機能性デバイス２を用いた各種回路（抵抗回路や増幅回路など）や、そのような各種回路を有する各種機器等が挙げられる。

【0095】

＜４．その他の変形例＞
以上、実施の形態、変形例および適用例を挙げて本開示の技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。

【0096】

例えば、上記実施の形態等において説明した各部材の構成（形状や配置位置、個数、材料等）は限定されるものではなく、他の形状や配置位置、個数、材料等としてもよい。具体的には、上記実施の形態等では、イオン層における一対の端面同士が、互いに対向している場合を例に挙げて説明したが、この場合には限られない。すなわち、例えば、イオン層における一対の端面同士が、互いに対向していない（例えば、同一平面上に配置されている）ようにしてもよい。

【0097】

また、上記実施の形態等では、イオン性素子の製造方法について具体的に挙げて説明したが、上記実施の形態等で説明した製造方法には限られず、他の手法を用いるようにしてもよい。

【0098】

更に、本技術では、これまでに説明した内容を、任意の組み合わせで適用することも可能である。

【0099】

なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。

【0100】

また、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層を備え、
前記イオン層内において、前記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面の近傍領域に、前記イオンが化学的に固定された状態で配置されている
イオン性素子。
（２）
前記イオン層内において、
前記一対の端面のうちの一方の端面の近傍領域に、前記イオンとしての陽イオンが、化学的に固定配置されていると共に、
前記一対の端面のうちの他方の端面の近傍領域に、前記イオンとしての陰イオンが、化学的に固定配置されている
上記（１）に記載のイオン性素子。
（３）
前記イオン層内において、
前記一対の端面のうちの一方の端面の近傍領域に、前記イオンとしての陽イオンおよび陰イオンのうちの一方のイオンが、化学的に固定配置されていると共に、
前記陽イオンおよび陰イオンのうちの他方のイオンは、分散した状態で配置されている
上記（１）に記載のイオン性素子。
（４）
前記一対の端面内に、
前記イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域と、
前記イオンが分散した状態で配置された領域である非固定配置領域と
が設けられている
上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のイオン性素子。
（５）
前記一対の端面内において、前記固定配置領域が所定の回路形状にパターニングされている
上記（４）に記載のイオン性素子。
（６）
前記イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域での電荷量が、任意に設定可能となっている
上記（１）ないし（５）のいずれかに記載のイオン性素子。
（７）
前記イオンと前記ポリマーとが互いに重合していることによって、前記イオンが化学的に固定配置されている
上記（１）ないし（６）のいずれかに記載のイオン性素子。
（８）
前記イオン層における前記少なくとも一方の端面が、粘着性を有している
上記（１）ないし（７）のいずれかに記載のイオン性素子。
（９）
前記電解質がイオン液体である
上記（１）ないし（８）のいずれかに記載のイオン性素子。
（１０）
基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層と、
前記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面上に配置された被制御層と
を備え、
前記イオン層内において、前記少なくとも一方の端面の近傍領域に、前記イオンが化学的に固定された状態で配置されている
機能性デバイス。
（１１）
前記被制御層における物性が、前記イオン層内における前記イオンの化学的な固定配置現象によって、制御されるようになっている
上記（１０）に記載の機能性デバイス。
（１２）
前記被制御層が半導体層であり、
前記半導体層と前記イオン層との間に、前記イオン層内に電圧を印加するための複数の電極が更に設けられており、
前記イオンとしての陽イオンおよび陰イオンのうちの一方のイオンのみが、前記少なくとも一方の端面の近傍領域に、化学的に固定配置されている
上記（１０）または（１１）に記載の機能性デバイス。
（１３）
前記電圧の印加状況に応じて、前記半導体層内の前記複数の電極間の領域において、電流路の形成態様が制御されるようになっており、
スイッチング素子として構成されている
上記（１２）に記載の機能性デバイス。
（１４）
前記電極が２つ設けられており、
電界効果ダイオードとして構成されている
上記（１２）または（１３）に記載の機能性デバイス。
（１５）
前記被制御層が、前記少なくとも一方の端面上に貼り付けられている
上記（１０）ないし（１４）のいずれかに記載の機能性デバイス。
（１６）
１または複数の機能性デバイスを備え、
前記機能性デバイスは、
基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層と、
前記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面上に配置された被制御層と
を備え、
前記イオン層内において、前記少なくとも一方の端面の近傍領域に、前記イオンが化学的に固定された状態で配置されている
電子機器。
（１７）
基材としてのポリマーと、多重結合性を有するイオンにより構成される電解質と、を含むと共に、一対の端面を有するイオン層を形成し、
前記一対の端面上にそれぞれ、電極を取り付け、
前記電極を介して前記一対の端面間に電圧を印加することにより、前記イオン層内において前記一対の端面のうちの少なくとも一方の端面の近傍領域に、前記イオンを配置させ、
前記イオンと前記ポリマーとを互いに重合させることにより、前記少なくとも一方の端面の近傍領域に、前記イオンを化学的に固定された状態で配置させ、
前記一対の端面上からそれぞれ、前記電極を取り外す
イオン性素子の製造方法。
（１８）
前記イオン層に対して、光照射、熱供給または重合開始剤の供給を行うことによって、前記イオンと前記ポリマーとを互いに重合させる
上記（１７）に記載のイオン性素子の製造方法。
（１９）
前記一対の端面内における前記電圧の印加領域を制御することによって、前記イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域を、前記一対の端面内において任意に設定する
上記（１７）または（１８）に記載のイオン性素子の製造方法。
（２０）
前記電圧の大きさを制御することによって、前記イオンが化学的に固定配置された領域である固定配置領域での電荷量を、任意に設定する
上記（１７）ないし（１９）のいずれかに記載のイオン性素子の製造方法。

【0101】

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】