JPH0770764B2 - スイツチ素子 - Google Patents
スイツチ素子Info
- Publication number
- JPH0770764B2 JPH0770764B2 JP61155450A JP15545086A JPH0770764B2 JP H0770764 B2 JPH0770764 B2 JP H0770764B2 JP 61155450 A JP61155450 A JP 61155450A JP 15545086 A JP15545086 A JP 15545086A JP H0770764 B2 JPH0770764 B2 JP H0770764B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electron transfer
- switch element
- electron
- film
- transfer material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、集積回路分野におけるスイッチ素子に関す
るもので、生体材料を該素子の構成材料として用いるこ
とにより、そのサイズを生体分子レベルの超微細な大き
さ（数十〜数百Å）に近づけることができ、高密度化，
高速化を図ることができるようにしたものである。
るもので、生体材料を該素子の構成材料として用いるこ
とにより、そのサイズを生体分子レベルの超微細な大き
さ（数十〜数百Å）に近づけることができ、高密度化，
高速化を図ることができるようにしたものである。
従来、集積回路に用いられているスイッチ素子として
は、第７図に示す電界効果型トランジスタ（FET）があ
った。図において、１はｎ形シリコン基板、２はチャン
ネル領域、３はP+層、４はSiO2膜、５はソース電極、６
はゲート電極、７はドレイン電極であり、この従来のFE
Tをトランジスタ動作又はスイッチング動作させるに
は、ゲート電極に印加するゲート電圧の制御により行
う。即ち、ゲート電圧によってソース電極５とドレイン
電極７間の表面層における電流キャリア数を変化させれ
ば、これにより電流が制御される。
は、第７図に示す電界効果型トランジスタ（FET）があ
った。図において、１はｎ形シリコン基板、２はチャン
ネル領域、３はP+層、４はSiO2膜、５はソース電極、６
はゲート電極、７はドレイン電極であり、この従来のFE
Tをトランジスタ動作又はスイッチング動作させるに
は、ゲート電極に印加するゲート電圧の制御により行
う。即ち、ゲート電圧によってソース電極５とドレイン
電極７間の表面層における電流キャリア数を変化させれ
ば、これにより電流が制御される。
従来のスイッチ素子は以上のように構成されているた
め、微細加工が可能であり、現在では上記構造のスイッ
チ素子あるいはこれと類似の構造の整流素子を用いたLS
Iとして256KビットLSIが実用化されている。
め、微細加工が可能であり、現在では上記構造のスイッ
チ素子あるいはこれと類似の構造の整流素子を用いたLS
Iとして256KビットLSIが実用化されている。
ところで、集積回路のメモリ容量と演算速度を上昇させ
るには、素子そのものの微細化が不可欠であるが、Siを
用いる素子では0.2μｍ程度の超微細パターンで電子の
平均自由行程と素子サイズとがほぼ等しくなり、素子の
独立性が保たれなくなるという限界を抱えている。この
ように、日々発展を続けているシリコンテクノロジー
も、微細化の点ではいずれは壁にある突きあたることが
予想され、新しい原理に基づく電気回路素子であって上
記0.2μｍの壁を越える新しい原理に基づくVLSIが求め
られている。
るには、素子そのものの微細化が不可欠であるが、Siを
用いる素子では0.2μｍ程度の超微細パターンで電子の
平均自由行程と素子サイズとがほぼ等しくなり、素子の
独立性が保たれなくなるという限界を抱えている。この
ように、日々発展を続けているシリコンテクノロジー
も、微細化の点ではいずれは壁にある突きあたることが
予想され、新しい原理に基づく電気回路素子であって上
記0.2μｍの壁を越える新しい原理に基づくVLSIが求め
られている。
この発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、生体
材料を電気回路素子の構成材料として用いることによ
り、そのサイズを生体分子レベルの超微細な大きさにま
で近づけることのできる電気回路素子を、特にそのうち
のスイッチ素子を提供することを目的とする。
材料を電気回路素子の構成材料として用いることによ
り、そのサイズを生体分子レベルの超微細な大きさにま
で近づけることのできる電気回路素子を、特にそのうち
のスイッチ素子を提供することを目的とする。
ところで、微生物の生体膜及び高等生物のミトコンドリ
アの内膜中には、それぞれ機能は異なるが、H2,有機酸,
NAD（Ｐ）Ｈ（Nicotineamide Adenine Dinucleotide（P
hosphate））などの還元性の化学物質から電子を引き抜
く酵素蛋白質とともに、その引き抜かれた電子を生体膜
の定められた方向に運ぶ電子伝達能を有する蛋白質（以
下電子蛋白質と記す）が複数種類存在している。そして
これらの電子伝達蛋白質は生体膜中に一定の配向性をも
って埋め込まれ、分子間で電子伝達が起こるように特異
的な分子間配置をとっている。
アの内膜中には、それぞれ機能は異なるが、H2,有機酸,
NAD（Ｐ）Ｈ（Nicotineamide Adenine Dinucleotide（P
hosphate））などの還元性の化学物質から電子を引き抜
く酵素蛋白質とともに、その引き抜かれた電子を生体膜
の定められた方向に運ぶ電子伝達能を有する蛋白質（以
下電子蛋白質と記す）が複数種類存在している。そして
これらの電子伝達蛋白質は生体膜中に一定の配向性をも
って埋め込まれ、分子間で電子伝達が起こるように特異
的な分子間配置をとっている。
このように、電子伝達蛋白質は生体膜中で精巧な配置を
もって連鎖状に並んでいるため、これを利用すれば電子
の動き分子レベルで制御することができると考えられ
る。
もって連鎖状に並んでいるため、これを利用すれば電子
の動き分子レベルで制御することができると考えられ
る。
第６図に電子伝達蛋白質の連鎖（電子伝達系）の一例と
して、ミトコンドリアの内膜の電子伝達系を模式的に示
す。図において、８はミトコンドリアの内膜、９〜15は
電子伝達蛋白質であり、還元性有機物であるNADH（図中
Ｌ），コハク酸（図中Ｍ）からそれぞれNADH−Ｑ還元酵
素9,コハク酸脱水素酵素10により引き抜かれた電子は、
NADH−Ｑ還元酵素9,コハク酸脱水素酸素10→チトクロー
ムｂ（11）→チトクロームc1（12）→チトクロームｃ
（13）→チトクロームａ（14）→チトクロームa3（15）
の経路で伝達し、出口側Ｎで最終的に酸素を渡され、水
を生ずる。
して、ミトコンドリアの内膜の電子伝達系を模式的に示
す。図において、８はミトコンドリアの内膜、９〜15は
電子伝達蛋白質であり、還元性有機物であるNADH（図中
Ｌ），コハク酸（図中Ｍ）からそれぞれNADH−Ｑ還元酵
素9,コハク酸脱水素酵素10により引き抜かれた電子は、
NADH−Ｑ還元酵素9,コハク酸脱水素酸素10→チトクロー
ムｂ（11）→チトクロームc1（12）→チトクロームｃ
（13）→チトクロームａ（14）→チトクロームa3（15）
の経路で伝達し、出口側Ｎで最終的に酸素を渡され、水
を生ずる。
第６図に示した電子伝達蛋白質は電子伝達時に酸化還元
（レドックス）反応を伴い、各電子伝達蛋白質のレドッ
クス電位の負の準位から正の準位へと電子を流すことが
できる。
（レドックス）反応を伴い、各電子伝達蛋白質のレドッ
クス電位の負の準位から正の準位へと電子を流すことが
できる。
また、最近の知見によれば、同一生体内に存在している
電子伝達蛋白質ばかりでなく、異種の生体内に存在する
電子伝達蛋白質を組み合わせても電子伝達が可能な電子
伝達蛋白質複合体を形成することが可能であることが示
されている。
電子伝達蛋白質ばかりでなく、異種の生体内に存在する
電子伝達蛋白質を組み合わせても電子伝達が可能な電子
伝達蛋白質複合体を形成することが可能であることが示
されている。
従って、適当なレドックス電位を持つ電子伝達蛋白質を
２種類（Ａ及びＢ）用い、Ａ−Ｂ−Ａと３層累積させれ
ば、それらのレドックス電位の違いを利用してトランジ
スタ特性又はスイッチング特性を生ずる接合を形成でき
ると考えられる。本発明者はこのことに着目してこの発
明を創作したものである。
２種類（Ａ及びＢ）用い、Ａ−Ｂ−Ａと３層累積させれ
ば、それらのレドックス電位の違いを利用してトランジ
スタ特性又はスイッチング特性を生ずる接合を形成でき
ると考えられる。本発明者はこのことに着目してこの発
明を創作したものである。
即ち、本発明に係るスイッチ素子は、天然に存在する電
子伝達蛋白質を化学的に改変したり、またそれを模倣し
てなる第１電子伝達物質で作成された第１電子伝達物質
膜と、上記第１電子伝達物質のレドックス（酸化還元）
電位と異なるレドックス電位を有する第２電子伝達物質
で作成され、上記第１電子伝達物質膜に累積して接着接
合された第２電子伝達物質膜と、上記第２電子伝達物質
膜のレドックス電位と異なるレドックス電位を有する第
３電子伝達物質で作成され、上記第２電子伝達物質膜に
累積して接着接合された第３電子伝達物質膜と、それぞ
れ上記第1,第2,第３電子伝達物質に接続される第1,第2,
第３の電極とを設けたものである。
子伝達蛋白質を化学的に改変したり、またそれを模倣し
てなる第１電子伝達物質で作成された第１電子伝達物質
膜と、上記第１電子伝達物質のレドックス（酸化還元）
電位と異なるレドックス電位を有する第２電子伝達物質
で作成され、上記第１電子伝達物質膜に累積して接着接
合された第２電子伝達物質膜と、上記第２電子伝達物質
膜のレドックス電位と異なるレドックス電位を有する第
３電子伝達物質で作成され、上記第２電子伝達物質膜に
累積して接着接合された第３電子伝達物質膜と、それぞ
れ上記第1,第2,第３電子伝達物質に接続される第1,第2,
第３の電極とを設けたものである。
この発明においては、レドックス電位の異なる少なくと
も２種類の電子伝達物質はトランジスタ特性又はスイッ
チング特性を呈する。即ち、第５図（ａ），（ｂ）に示
すＡ−Ｂ−Ａ型電子伝達物質複合体の模式図とそのレド
ックス電位の関係を用いて説明すると、この電子伝達物
質A,B,Aを接合してなる複合体では、A,B,A蛋白質のレド
ックス電位の分布をＢ蛋白質への印加電圧を制御して変
化させることができ、これによりｎ型半導体とｐ型半導
体とを接合してなるｐ−ｎ−ｐ接合と類似のトランジス
タ特性又はスイッチング特性を呈する素子を得ることが
できる。
も２種類の電子伝達物質はトランジスタ特性又はスイッ
チング特性を呈する。即ち、第５図（ａ），（ｂ）に示
すＡ−Ｂ−Ａ型電子伝達物質複合体の模式図とそのレド
ックス電位の関係を用いて説明すると、この電子伝達物
質A,B,Aを接合してなる複合体では、A,B,A蛋白質のレド
ックス電位の分布をＢ蛋白質への印加電圧を制御して変
化させることができ、これによりｎ型半導体とｐ型半導
体とを接合してなるｐ−ｎ−ｐ接合と類似のトランジス
タ特性又はスイッチング特性を呈する素子を得ることが
できる。
以下、本願の第１の発明の実施例を図について説明す
る。第１図はこの発明の一実施例によるスイッチ素子が
組み込まれた装置の模式的断面構成図であり、図におい
て、16は絶縁特性を持つ基板、17はAg,Au,Alなどの金属
製電極で、基板16上に複数条が平行に形成されている。
18は第１の改変電子伝達蛋白質で作成された第１電子伝
達蛋白質膜で、この第１の改変電子伝達蛋白質は、フラ
ボドキシン等の天然電子伝達蛋白質にアミノ酸を結合し
たり、また−ＨをＦやCH3に，あるいはＣをSi等に置換
したアミノ酸誘導体を結合してなるものである。20は上
記複数条の平行電極17と直角方向に形成された複数条の
平行電極であり、上記第１電子伝達蛋白質膜18上に形成
されている。19は上記第１の改変電子伝達蛋白質のレド
ックス電位と異なるレドックス電位を有する第２の改変
電子伝達蛋白質で作成された第２電子伝達蛋白質膜で、
上記第１電子伝達蛋白質18に累積して接着接合され、電
極20に接合されている。この第２の改変電子伝達蛋白質
も上記と同様に天然電子伝達蛋白質を改変してなるもの
である。21は上記第１の改変電子伝達蛋白質で作成され
た第３電子伝達蛋白質膜で、上記第２電子伝達蛋白質膜
19上に累積して接着接合されている。22は複数条の平行
電極20と直角方向に形成された複数条の平行電極で、第
３電子伝達蛋白質膜21上に形成されている。第２図は形
成したスイッチ素子を組み込んだ装置を分解して示す分
解斜視図である。
る。第１図はこの発明の一実施例によるスイッチ素子が
組み込まれた装置の模式的断面構成図であり、図におい
て、16は絶縁特性を持つ基板、17はAg,Au,Alなどの金属
製電極で、基板16上に複数条が平行に形成されている。
18は第１の改変電子伝達蛋白質で作成された第１電子伝
達蛋白質膜で、この第１の改変電子伝達蛋白質は、フラ
ボドキシン等の天然電子伝達蛋白質にアミノ酸を結合し
たり、また−ＨをＦやCH3に，あるいはＣをSi等に置換
したアミノ酸誘導体を結合してなるものである。20は上
記複数条の平行電極17と直角方向に形成された複数条の
平行電極であり、上記第１電子伝達蛋白質膜18上に形成
されている。19は上記第１の改変電子伝達蛋白質のレド
ックス電位と異なるレドックス電位を有する第２の改変
電子伝達蛋白質で作成された第２電子伝達蛋白質膜で、
上記第１電子伝達蛋白質18に累積して接着接合され、電
極20に接合されている。この第２の改変電子伝達蛋白質
も上記と同様に天然電子伝達蛋白質を改変してなるもの
である。21は上記第１の改変電子伝達蛋白質で作成され
た第３電子伝達蛋白質膜で、上記第２電子伝達蛋白質膜
19上に累積して接着接合されている。22は複数条の平行
電極20と直角方向に形成された複数条の平行電極で、第
３電子伝達蛋白質膜21上に形成されている。第２図は形
成したスイッチ素子を組み込んだ装置を分解して示す分
解斜視図である。
このように構成された本実施例のスイッチ素子は、第１
図に示すような一定方向に電子伝達通路Ｅを有し、この
電子伝達通路Ｅと交わるように形成された電極17と22間
の電流の流れを、電極20に印加する電極によって制御す
るものである。
図に示すような一定方向に電子伝達通路Ｅを有し、この
電子伝達通路Ｅと交わるように形成された電極17と22間
の電流の流れを、電極20に印加する電極によって制御す
るものである。
次に上記装置の製造方法について説明する。
まず、基板16上にイオンビーム法，分子線法，蒸着法等
を利用して金属薄膜を作成し、電極17を形成する。次に
上記改変電子伝達蛋白質（以下、単に電子伝達蛋白質と
記す）を用いて単分子膜及びそれらの累積膜を作成する
訳であるが、これらの膜を作成するには、LB（Langmuir
−Blodgett）法を用いればよい。このLB法の詳細につい
ては、電気学会雑誌，第55巻,204〜213頁，昭和10年
４月（Iwing Langmuir）、ジャーナル オブ アメリ
カン ケミカル ソサイティ（K.Blodgett:Journal of
American Chemical Society）57巻,P1007,1935年、杉
道夫ら，固体物理,Vol 17,P744〜752,1982年、ジャ
ーナル オブ コロイド アンド インターフェイス
サイエンスJournal of Colloid and Interface Scienc
e）Vol68,P471〜477,1979年、などに記載されている。
一例を説明すると、水槽の水面に第１の電子伝達蛋白質
の溶液を滴下し、水面に第１の電子伝達蛋白質の単分子
膜を形成する。この第１電子伝達蛋白質膜がが形成され
た水槽に電極17を形成した基板16を垂直に挿入し浸して
行くと、該電極17を有する基板16に第１電子伝達蛋白質
膜18が付着接合する。このとき、基板16を水槽に挿入し
浸していったが、逆に水面下から垂直に引き上げるよう
にして基板16上に第１電子伝達蛋白質膜18を形成するよ
うにしてもよい。
を利用して金属薄膜を作成し、電極17を形成する。次に
上記改変電子伝達蛋白質（以下、単に電子伝達蛋白質と
記す）を用いて単分子膜及びそれらの累積膜を作成する
訳であるが、これらの膜を作成するには、LB（Langmuir
−Blodgett）法を用いればよい。このLB法の詳細につい
ては、電気学会雑誌，第55巻,204〜213頁，昭和10年
４月（Iwing Langmuir）、ジャーナル オブ アメリ
カン ケミカル ソサイティ（K.Blodgett:Journal of
American Chemical Society）57巻,P1007,1935年、杉
道夫ら，固体物理,Vol 17,P744〜752,1982年、ジャ
ーナル オブ コロイド アンド インターフェイス
サイエンスJournal of Colloid and Interface Scienc
e）Vol68,P471〜477,1979年、などに記載されている。
一例を説明すると、水槽の水面に第１の電子伝達蛋白質
の溶液を滴下し、水面に第１の電子伝達蛋白質の単分子
膜を形成する。この第１電子伝達蛋白質膜がが形成され
た水槽に電極17を形成した基板16を垂直に挿入し浸して
行くと、該電極17を有する基板16に第１電子伝達蛋白質
膜18が付着接合する。このとき、基板16を水槽に挿入し
浸していったが、逆に水面下から垂直に引き上げるよう
にして基板16上に第１電子伝達蛋白質膜18を形成するよ
うにしてもよい。
次に上記と同様の方法で、上記第１電子伝達蛋白質膜18
上に上記電子伝達蛋白質が破壊されないほどの低温で電
極20を作成する。続いて、水槽の水面に第２の電子伝達
蛋白質の溶液を滴下し、水面に第２の電子伝達蛋白質の
単分子膜を形成する。そして上記第１電子伝達蛋白質膜
18及び電極20が作成された基板16を、第２電子伝達蛋白
質膜を有する水槽に垂直に挿入し浸して行くと、第１電
子伝達蛋白質膜18上に第２電子伝達蛋白質膜19が付着接
合し、電極20に接合した第２電子伝達蛋白質膜19が作成
される。同様にして基板16の第２電子伝達蛋白質膜19上
に第３電子伝達蛋白質膜21を作成し、さらにこの上に電
極22を作成する。
上に上記電子伝達蛋白質が破壊されないほどの低温で電
極20を作成する。続いて、水槽の水面に第２の電子伝達
蛋白質の溶液を滴下し、水面に第２の電子伝達蛋白質の
単分子膜を形成する。そして上記第１電子伝達蛋白質膜
18及び電極20が作成された基板16を、第２電子伝達蛋白
質膜を有する水槽に垂直に挿入し浸して行くと、第１電
子伝達蛋白質膜18上に第２電子伝達蛋白質膜19が付着接
合し、電極20に接合した第２電子伝達蛋白質膜19が作成
される。同様にして基板16の第２電子伝達蛋白質膜19上
に第３電子伝達蛋白質膜21を作成し、さらにこの上に電
極22を作成する。
なお、上記電子伝達蛋白質膜は単分子膜であっても、ま
た別の改変電子伝達蛋白質の膜をこれに重ねたものであ
ってもよい。このとき、例えば第１電子伝達蛋白質膜を
２層累積して形成した場合は、これらの両電子伝達物質
間のレドックス電位差は、第1,第２電子伝達蛋白質膜間
のレドックス電位差より小さいものを選定する。
た別の改変電子伝達蛋白質の膜をこれに重ねたものであ
ってもよい。このとき、例えば第１電子伝達蛋白質膜を
２層累積して形成した場合は、これらの両電子伝達物質
間のレドックス電位差は、第1,第２電子伝達蛋白質膜間
のレドックス電位差より小さいものを選定する。
また、上記製法において水面に滴下する電子伝達蛋白質
溶液に脂質及び脂肪酸のいずれかを混合し、該混合溶液
を水面に滴下して水面に膜を形成し、これを基板に付着
接合させるようにしてもよく、これによれば上記脂質又
は脂肪酸が電子伝達蛋白質の分子の支持として作用し、
電子伝達蛋白質の配向が整えられる。
溶液に脂質及び脂肪酸のいずれかを混合し、該混合溶液
を水面に滴下して水面に膜を形成し、これを基板に付着
接合させるようにしてもよく、これによれば上記脂質又
は脂肪酸が電子伝達蛋白質の分子の支持として作用し、
電子伝達蛋白質の配向が整えられる。
また、金属電極と電子伝達蛋白質膜間の電子の授受を良
好にするためには、金属電極を4,4′−ビピリジル（bip
yridgl）、2,2′−ビピリジリルなどで化学修飾してお
いてもよい。
好にするためには、金属電極を4,4′−ビピリジル（bip
yridgl）、2,2′−ビピリジリルなどで化学修飾してお
いてもよい。
その他電子伝達蛋白質膜の作成法としては、金属電極あ
るいは有機分子で表面を修飾した金属電極を、改変した
電子伝達蛋白質等の溶液に浸漬して該改変蛋白質分子を
電極上に吸着させる方法も考えられる。この方法におい
ては、上記した電子伝達蛋白質を吸着させる電極以外に
１ないし２本の電極を溶液中に浸漬し、電子伝達蛋白質
を吸着させる電極と蛋白質溶液との間に正または負の電
位を印加して改変蛋白質分子の電極への吸着を制御する
ことも可能である。
るいは有機分子で表面を修飾した金属電極を、改変した
電子伝達蛋白質等の溶液に浸漬して該改変蛋白質分子を
電極上に吸着させる方法も考えられる。この方法におい
ては、上記した電子伝達蛋白質を吸着させる電極以外に
１ないし２本の電極を溶液中に浸漬し、電子伝達蛋白質
を吸着させる電極と蛋白質溶液との間に正または負の電
位を印加して改変蛋白質分子の電極への吸着を制御する
ことも可能である。
次に作用効果について説明する。
第１図において、電極17と20間の第１電子伝達蛋白質膜
18が介在しているが、第１電子伝達蛋白質膜18だけであ
れば、誘電体として作用するので両電極17と20間の絶縁
は保たれる。しかし、上記のように第1,第２及び第３電
子伝達蛋白質膜が配向を整えられて累積され、接着接合
されると、電極17と22間の電子の授受が可能となる。即
ち、電極20は第２電子伝達蛋白質膜19に対して絶縁的で
あるが、この電極20に電圧を印加することにより、第２
電子伝達蛋白質膜19に対して電圧的影響を与えることが
できる。即ち電極20は従来のFETのゲート電極に相当
し、電極17,22はそれぞれソース電極，ドレイン電極に
相当する。
18が介在しているが、第１電子伝達蛋白質膜18だけであ
れば、誘電体として作用するので両電極17と20間の絶縁
は保たれる。しかし、上記のように第1,第２及び第３電
子伝達蛋白質膜が配向を整えられて累積され、接着接合
されると、電極17と22間の電子の授受が可能となる。即
ち、電極20は第２電子伝達蛋白質膜19に対して絶縁的で
あるが、この電極20に電圧を印加することにより、第２
電子伝達蛋白質膜19に対して電圧的影響を与えることが
できる。即ち電極20は従来のFETのゲート電極に相当
し、電極17,22はそれぞれソース電極，ドレイン電極に
相当する。
第３図（ａ）は本実施例のトランジスタ素子の電圧印加
状態を示す模式図で、同図（ｂ）はこのときの各電子伝
達蛋白質膜のレドックス電位状態を示す図である。電極
17と20との間に電極17側を正として電圧V1を印加し、電
極20と22との間に電極20側を正として電圧V2を印加する
と、レドックス電位状態は第３図（ｂ）の実線のように
変化する。同図の破線は電圧印加前の状態を示してお
り、V0は第１電子伝達蛋白質と第２電子伝達蛋白質との
レドックス電位の差である。
状態を示す模式図で、同図（ｂ）はこのときの各電子伝
達蛋白質膜のレドックス電位状態を示す図である。電極
17と20との間に電極17側を正として電圧V1を印加し、電
極20と22との間に電極20側を正として電圧V2を印加する
と、レドックス電位状態は第３図（ｂ）の実線のように
変化する。同図の破線は電圧印加前の状態を示してお
り、V0は第１電子伝達蛋白質と第２電子伝達蛋白質との
レドックス電位の差である。
このような本実施例の構成及び電圧印加に対応するレド
ックス電位の変化は、従来の半導体スイッチ素子（ｐ−
ｎ−ｐ接合タイプ）と同様と考えられ、上記構成により
スイッチ素子を分子レベルの超微細な大きさの素子とし
て実現でき、該素子を用いて高密度化，高速度化が可能
な集積回路が得られる。
ックス電位の変化は、従来の半導体スイッチ素子（ｐ−
ｎ−ｐ接合タイプ）と同様と考えられ、上記構成により
スイッチ素子を分子レベルの超微細な大きさの素子とし
て実現でき、該素子を用いて高密度化，高速度化が可能
な集積回路が得られる。
また、上記実施例において電極と電子伝達蛋白質膜との
間に脂肪酸等の有機薄膜を形成した場合、該薄膜の有機
分子は蛋白質分子の支えとなり、電子伝達蛋白質の配向
が整えられる。これを第４図の模式図を用いてモデル的
に説明すると、有機薄膜23,24を設けることにより、該
膜の有機分子の凸部23aと第１の改変電子伝達蛋白質の
凹部18aがはまりあい、また第３の改変電子伝達蛋白質
の凹部21aと有機分子の凸部24aがはまりあい、これによ
り、第1,第３の改変電子伝達蛋白質の配向が整えられる
ことになる。また電極と電子伝達蛋白質とを直接接合さ
せると、それらの間の電子の授受が困難となったり、蛋
白質が変性してしまうことがあるが、上記有機薄膜を設
けることにより上記不具合は解消され、信頼性の高い素
子を形成できる。
間に脂肪酸等の有機薄膜を形成した場合、該薄膜の有機
分子は蛋白質分子の支えとなり、電子伝達蛋白質の配向
が整えられる。これを第４図の模式図を用いてモデル的
に説明すると、有機薄膜23,24を設けることにより、該
膜の有機分子の凸部23aと第１の改変電子伝達蛋白質の
凹部18aがはまりあい、また第３の改変電子伝達蛋白質
の凹部21aと有機分子の凸部24aがはまりあい、これによ
り、第1,第３の改変電子伝達蛋白質の配向が整えられる
ことになる。また電極と電子伝達蛋白質とを直接接合さ
せると、それらの間の電子の授受が困難となったり、蛋
白質が変性してしまうことがあるが、上記有機薄膜を設
けることにより上記不具合は解消され、信頼性の高い素
子を形成できる。
なお、上記実施例では改変電子伝達蛋白質として、チト
クロームｃ等の天然電子伝達蛋白質にアミノ酸等を結合
したものを用いたが、これは上記天然電子伝達蛋白質の
活性中心の構造のみを保持してその他の部分を改変して
構成した改変蛋白質を用いてもよい。また第１〜第３電
子伝達物質の全てを改変電子伝達蛋白質で構成する必要
はない。
クロームｃ等の天然電子伝達蛋白質にアミノ酸等を結合
したものを用いたが、これは上記天然電子伝達蛋白質の
活性中心の構造のみを保持してその他の部分を改変して
構成した改変蛋白質を用いてもよい。また第１〜第３電
子伝達物質の全てを改変電子伝達蛋白質で構成する必要
はない。
また、電子伝達蛋白質への電子の供給に酵素を利用する
ようにしてもよい。
ようにしてもよい。
また、改変すべき天然の電子伝達蛋白質としては、非ヘ
ム−鉄・硫黄蛋白質、チトクロームｃ系蛋白質、チトク
ロームｂ系蛋白質、チトクロームａ、フラボドキシン、
プラストシアニン、チオレドキシンなどがある。
ム−鉄・硫黄蛋白質、チトクロームｃ系蛋白質、チトク
ロームｂ系蛋白質、チトクロームａ、フラボドキシン、
プラストシアニン、チオレドキシンなどがある。
また、各電子伝達物質は、異種電子伝達物質間では一定
方向のみに電子が流れるという性質を利用して累積膜に
垂直な方向には電子が流れ、上記累積膜に平行な方向で
隣接する電子伝達蛋白質分子間では電子の授受が起こら
ないような所定の分子配置をとるようLB法などで配向さ
せることが望ましい。
方向のみに電子が流れるという性質を利用して累積膜に
垂直な方向には電子が流れ、上記累積膜に平行な方向で
隣接する電子伝達蛋白質分子間では電子の授受が起こら
ないような所定の分子配置をとるようLB法などで配向さ
せることが望ましい。
さらに、上記実施例では２種類の電子伝達蛋白質の累積
膜でスイッチ素子を構成した場合を説明したが、これは
３種類以上の電子伝達蛋白質の累積膜として構成しても
よく、上記実施例と同様の効果を奏する。
膜でスイッチ素子を構成した場合を説明したが、これは
３種類以上の電子伝達蛋白質の累積膜として構成しても
よく、上記実施例と同様の効果を奏する。
次に本願の第２の発明の実施例について説明する。
前記第１の発明では、素子を構成する材料として、天然
の蛋白質の一部を改変したり、また天然の蛋白質にアミ
ノ酸等を化学的に結合したものを使用したが、本願の第
２の発明は、人工的な有機合成法により電子伝達蛋白質
の機能を模倣した有機分子あるいは有機金属錯体分子を
上記素子を構成する材料として用いたものである。
の蛋白質の一部を改変したり、また天然の蛋白質にアミ
ノ酸等を化学的に結合したものを使用したが、本願の第
２の発明は、人工的な有機合成法により電子伝達蛋白質
の機能を模倣した有機分子あるいは有機金属錯体分子を
上記素子を構成する材料として用いたものである。
上記のような電子伝達物質の例としては、Fe2+やフラビ
ンなど酸化還元反応をする化学物質が、化学的に合成し
たポリエチレン等のポリマーに取り囲まれるように形成
された人工電子伝達物質、即ちポリマー，ベンゼンなど
π電子を持つ物質，及び酸化還元物質を結合して形成さ
れた人工電子伝達物質がある。
ンなど酸化還元反応をする化学物質が、化学的に合成し
たポリエチレン等のポリマーに取り囲まれるように形成
された人工電子伝達物質、即ちポリマー，ベンゼンなど
π電子を持つ物質，及び酸化還元物質を結合して形成さ
れた人工電子伝達物質がある。
このようなものの構成及び作用効果は、前記第１の発明
の実施例と同様であり、素子サイズを生体分子レベルの
超微細な大きさに近づけることで可能である。
の実施例と同様であり、素子サイズを生体分子レベルの
超微細な大きさに近づけることで可能である。
以上のように、この発明によれば、相互にレドックス電
位の異なる電子伝達物質で第1,第2,第３の電子伝達物質
膜を形成し、各電子伝達物質のレドックス電位の違いを
利用してトランジスタ動作又はスイッチング動作を行わ
せるようにしたので、スイッチ素子サイズを生体分子レ
ベルの超微細な大きさに近づけることができ、該素子を
用いた集積回路の高密度，高速化を図ることができる効
果がある。
位の異なる電子伝達物質で第1,第2,第３の電子伝達物質
膜を形成し、各電子伝達物質のレドックス電位の違いを
利用してトランジスタ動作又はスイッチング動作を行わ
せるようにしたので、スイッチ素子サイズを生体分子レ
ベルの超微細な大きさに近づけることができ、該素子を
用いた集積回路の高密度，高速化を図ることができる効
果がある。
第１図は本発明の一実施例によるスイッチ素子が組み込
まれた装置の模式的断面構成図、第２図は該装置の分解
斜視図、第３図（ａ）は上記スイッチ素子の電圧印加状
態を示す模式図、第３図（ｂ）はその各電子伝達蛋白質
膜のレドックス電位状態を示す図、第４図は上記スイッ
チ素子中に形成された有機薄膜の作用効果を説明するた
めの模式図、第５図（ａ）は電子伝達蛋白質複合体の模
式図、第５図（ｂ）はそのレドックス電位を示す図、第
６図はミトコンドリアの内膜の電子伝達系を示す模式
図、第７図は従来の電界効果型トランジスタ素子を示す
断面図である。 17,20,22……電極、18……第１電子伝達蛋白質膜、19…
…第２電子伝達蛋白質膜、21……第３電子伝達蛋白質
膜。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
まれた装置の模式的断面構成図、第２図は該装置の分解
斜視図、第３図（ａ）は上記スイッチ素子の電圧印加状
態を示す模式図、第３図（ｂ）はその各電子伝達蛋白質
膜のレドックス電位状態を示す図、第４図は上記スイッ
チ素子中に形成された有機薄膜の作用効果を説明するた
めの模式図、第５図（ａ）は電子伝達蛋白質複合体の模
式図、第５図（ｂ）はそのレドックス電位を示す図、第
６図はミトコンドリアの内膜の電子伝達系を示す模式
図、第７図は従来の電界効果型トランジスタ素子を示す
断面図である。 17,20,22……電極、18……第１電子伝達蛋白質膜、19…
…第２電子伝達蛋白質膜、21……第３電子伝達蛋白質
膜。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川窪 広明 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三 菱電機株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−163663（ＪＰ，Ａ)
Claims (13)
- 【請求項１】生体材料あるいは擬似生体材料であり電子
を一定方向に伝達可能な第１の電子伝達物質で作成され
た第１電子伝達物質膜と、 上記第１の電子伝達物質のレドックス電位と異なるレド
ックス電位を有する第２の電子伝達物質で作成され、上
記第１電子伝達物質膜上に累積して接着接合された第２
電子伝達物質膜と、 上記第２の電子伝達物質と異なるレドックス電位を有す
る第３の電子伝達物質で作成され、上記第２電子伝達物
質膜上に累積して接着接合された第３電子伝達物質膜
と、 それぞれ上記第1,第2,第３の電子伝達物質に接続された
第1,第2,第３の電極とを備え、 上記第１ないし第３の電子伝達物質のうちの少なくとも
１つは天然に存在する電子伝達蛋白質にアミノ酸又はア
ミノ酸誘導体を結合してなるものであり、上記第1,第2,
第３の電子伝達物質のレドックス電位の違いを利用して
トランジスタ特性又はスイッチング特性を呈するように
したことを特徴とするスイッチ素子。 - 【請求項２】上記アミノ酸誘導体は、ＨをＦ又はCH
3に、あるいはＣをSiに置換してなるものであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスイッチ素子。 - 【請求項３】上記天然に存在する電子伝達蛋白質は、非
ヘム−鉄・硫黄蛋白質，チトクロームｃ系蛋白質，チト
クロームｂ系蛋白質，チトクロームa,フラボドキシン，
プラストシアニン，又はチオレドキシンであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載のスイッ
チ素子。 - 【請求項４】上記電子伝達物質膜は単分子膜であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
れか記載のスイッチ素子。 - 【請求項５】上記電子伝達物質への電子の供給に酵素を
利用するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項ないし第４項のいずれかに記載のスイッチ素子。 - 【請求項６】上記各電極は金属電極であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記
載のスイッチ素子。 - 【請求項７】上記各電極は、金属電極を有機分子で化学
修飾したものであることを特徴とする特許請求の範囲第
６項記載のスイッチ素子。 - 【請求項８】上記各電子伝達物質膜は、その電子伝達物
質が、各膜が累積された方向である膜面に垂直な方向に
電子が流れ、水平方向の隣接する電子伝達物質分子間で
は電子の授受がなされないよう配向されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか
に記載のスイッチ素子。 - 【請求項９】上記電子伝達物質の配向用支持体として、
脂質又は脂肪酸を用いたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項ないし第８項のいずれかに記載のスイッチ素
子。 - 【請求項１０】上記電子伝達物質と電極との間には、そ
れらの間の電流の授受を良好なものとし、かつ上記電子
伝達物質を配向支持する有機分子又は有機金属錯体から
なる薄層が形成されていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のスイッチ素子。 - 【請求項１１】生体材料あるいは擬似生体材料であり電
子を一定方向に伝達可能な第１の電子伝達物質で作成さ
れた第１電子伝達物質膜と、 上記第１の電子伝達物質のレドックス電位と異なるレド
ックス電位を有する第２の電子伝達物質で作成され、上
記第１電子伝達物質膜上に累積して接着接合された第２
電子伝達物質膜と、 上記第２の電子伝達物質のレドックス電位と異なるレド
ックス電位を有する第３の電子伝達物質で作成され、上
記第２電子伝達物質上に累積して接着接合された第３電
子伝達物質膜と、 それぞれ上記第1,第2,第３の電子伝達物質に接続された
第1,第2,第３の電極とを備え、 上記第１ないし第３の電子伝達物質のうちの少なくとも
１つは人工的な有機合成法により天然に存在する電子伝
達蛋白質の機能を模倣してなる有機分子又は有機金属錯
体分子であり、上記第1,第2,第３の電子伝達物質のレド
ックス電位の違いを利用してトランジスタ特性又はスイ
ッチング特性を呈するようにしたことを特徴とするスイ
ッチ素子。 - 【請求項１２】上記有機分子又は有機金属錯体分子は、
酸化還元物質がポリマーに取り囲まれるようにして形成
されたものであることを特徴とする特許請求の範囲第11
項記載のスイッチ素子。 - 【請求項１３】上記有機分子又は有機金属錯体分子は、
ポリマー，π電子を持つ物質，及び酸化還元反応をする
物質を結合してなるものであることを特徴とする特許請
求の範囲第12項記載のスイッチ素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61155450A JPH0770764B2 (ja) | 1986-07-01 | 1986-07-01 | スイツチ素子 |
| US07/068,297 US4764415A (en) | 1986-07-01 | 1987-07-01 | Electric element using oxidation-reduction substances |
| DE19873721793 DE3721793A1 (de) | 1986-07-01 | 1987-07-01 | Elektrisches element mit verwendung von oxidations-reduktions-substanzen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61155450A JPH0770764B2 (ja) | 1986-07-01 | 1986-07-01 | スイツチ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6310565A JPS6310565A (ja) | 1988-01-18 |
| JPH0770764B2 true JPH0770764B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=15606308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61155450A Expired - Lifetime JPH0770764B2 (ja) | 1986-07-01 | 1986-07-01 | スイツチ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770764B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2515684Y2 (ja) * | 1991-06-18 | 1996-10-30 | 株式会社角田商店 | マグネット式止め具 |
-
1986
- 1986-07-01 JP JP61155450A patent/JPH0770764B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6310565A (ja) | 1988-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4802951A (en) | Method for parallel fabrication of nanometer scale multi-device structures | |
| US4728591A (en) | Self-assembled nanometer lithographic masks and templates and method for parallel fabrication of nanometer scale multi-device structures | |
| Kovtyukhova et al. | Nanowires as building blocks for self‐assembling logic and memory circuits | |
| Maruccio et al. | Projecting the nanoworld: Concepts, results and perspectives of molecular electronics | |
| US6574130B2 (en) | Hybrid circuit having nanotube electromechanical memory | |
| US6643165B2 (en) | Electromechanical memory having cell selection circuitry constructed with nanotube technology | |
| York et al. | Long-range electron transfer through monolayers and bilayers of alkanethiols in electrochemically controlled hg− hg tunneling junctions | |
| US7298016B2 (en) | Electromechanical memory array using nanotube ribbons and method for making same | |
| JPS63238166A (ja) | 有機電子素子材料 | |
| Noy et al. | Bionanoelectronics with 1D materials | |
| US7786472B2 (en) | Quantum interference effect transistor (QuIET) | |
| Nakaya et al. | Nanojunction between fullerene and one-dimensional conductive polymer on solid surfaces | |
| Wada | Prospects for single molecule information processing devices | |
| US6989290B2 (en) | Electrical contacts for molecular electronic transistors | |
| JPH0748567B2 (ja) | 光応答性スイツチ素子 | |
| JPH0770764B2 (ja) | スイツチ素子 | |
| Karthäuser et al. | Integration of individual functionalized gold nanoparticles into nanoelectrode configurations: Recent advances | |
| Branchi et al. | Active and Non-Active Large-Area Metal–Molecules–Metal Junctions | |
| JPH0691241B2 (ja) | トランジスタ素子 | |
| JPH0810774B2 (ja) | トランジスタ素子 | |
| JPH0770763B2 (ja) | 整流素子 | |
| JPH07118555B2 (ja) | スイツチ素子 | |
| JPH073873B2 (ja) | ダイオ−ド素子 | |
| JPS6310563A (ja) | スイツチ素子 | |
| JPS6319855A (ja) | 生物電気素子 |