JP2548703B2 - 論理回路 - Google Patents
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- B82—NANOTECHNOLOGY
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、生体材料を構成材料として用いたトラン
ジスタ素子を用いた論理回路に関するものである。
ジスタ素子を用いた論理回路に関するものである。
従来、集積回路に用いられているトランジスタ素子と
しては第３図に示す電界効果型トランジスタ（FET）が
あった。ここで１はｐ形シリコン基板、２はチャネル領
域、３はn+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る。
しては第３図に示す電界効果型トランジスタ（FET）が
あった。ここで１はｐ形シリコン基板、２はチャネル領
域、３はn+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る。
この従来のFETではゲート電極によって印加されるゲ
ート電圧を制御することによりスイッチング動作をさせ
ることが可能である。
ート電圧を制御することによりスイッチング動作をさせ
ることが可能である。
従来のFET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、FETを用いて超LSIが多数実現されてき
た。しかしながらなお一層の微細化をはかり、高性能，
大規模LSIを実現しようとすると、ドレイン−ソース間
のパンチスルー現象，ゲート酸化膜，ドレイン接合の耐
圧，ドープされた不純物原子の統計的なバラツキ等の各
種の要因がわざわいして0.2μｍ以下への微細化は不可
能となっている。
工が可能であり、FETを用いて超LSIが多数実現されてき
た。しかしながらなお一層の微細化をはかり、高性能，
大規模LSIを実現しようとすると、ドレイン−ソース間
のパンチスルー現象，ゲート酸化膜，ドレイン接合の耐
圧，ドープされた不純物原子の統計的なバラツキ等の各
種の要因がわざわいして0.2μｍ以下への微細化は不可
能となっている。
この発明は上記のような従来の集積回路におけるトラ
ンジスタ素子の微細化の限界を克服できる新しい論理回
路を提供するためになされたもので、生体材料を構成材
料として用いることにより、トランジスタ素子サイズを
生体分子レベルの超微細な大きさに近づけるようにして
高密度化，高速化を図ろうとするものである。
ンジスタ素子の微細化の限界を克服できる新しい論理回
路を提供するためになされたもので、生体材料を構成材
料として用いることにより、トランジスタ素子サイズを
生体分子レベルの超微細な大きさに近づけるようにして
高密度化，高速化を図ろうとするものである。
この発明にかかる論理回路は、電子伝達蛋白質で作成
された第１電子伝達蛋白質膜，上記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電子伝達
蛋白質で作成され、上記第１電子伝達蛋白質膜に累積し
て接着接合された第２電子伝達蛋白質膜、該第２電子伝
達蛋白質膜を作成する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電子伝達蛋白質で作成
され第２電子伝達蛋白質膜に接着接合された第３電子伝
達蛋白質膜、第１電子伝達蛋白質膜に接続される電極、
第２電子伝達蛋白質膜に電気的影響を与える電極、及び
第３電子伝達蛋白質膜に接続される電極を備え、各電子
伝達蛋白質のレドックス電位の差異を利用して、スイッ
チング特性を持たせたトランジスタ素子を用いて複数の
入力信号に対し論理演算を行なう論理回路を構成したも
のである。
された第１電子伝達蛋白質膜，上記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電子伝達
蛋白質で作成され、上記第１電子伝達蛋白質膜に累積し
て接着接合された第２電子伝達蛋白質膜、該第２電子伝
達蛋白質膜を作成する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電子伝達蛋白質で作成
され第２電子伝達蛋白質膜に接着接合された第３電子伝
達蛋白質膜、第１電子伝達蛋白質膜に接続される電極、
第２電子伝達蛋白質膜に電気的影響を与える電極、及び
第３電子伝達蛋白質膜に接続される電極を備え、各電子
伝達蛋白質のレドックス電位の差異を利用して、スイッ
チング特性を持たせたトランジスタ素子を用いて複数の
入力信号に対し論理演算を行なう論理回路を構成したも
のである。
この発明に係る論理回路は、レドックス電位の異なる
少なくとも２種類の電子伝達蛋白質を構成材料として用
いたトランジスタで構成されているため、該論理回路を
生体分子レベルの超微細な大きさに近づけることが可能
となり、高密度化，高速化が図られる。
少なくとも２種類の電子伝達蛋白質を構成材料として用
いたトランジスタで構成されているため、該論理回路を
生体分子レベルの超微細な大きさに近づけることが可能
となり、高密度化，高速化が図られる。
以下、この発明について詳細に説明する。
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（Phos
phate））などの還元性の化学物質から電子を引き抜く
酵素蛋白質と共に、その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（電子伝達蛋白質と称
す）が複数種類存在している。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、電子を蛋白
質連鎖に沿って流すことが可能で電子の動きを分子レベ
ルで制御することができる。
中には、それぞれ機能は異なるが、H2,有機酸,NAD
（Ｐ）Ｈ（Nicotineamide Adenine Dinucleotide（Phos
phate））などの還元性の化学物質から電子を引き抜く
酵素蛋白質と共に、その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（電子伝達蛋白質と称
す）が複数種類存在している。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、電子を蛋白
質連鎖に沿って流すことが可能で電子の動きを分子レベ
ルで制御することができる。
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。
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。
したがって適当なレドックス電位をもつ電位伝達蛋白
質を２種類（Ａ及びＢ）用いこれをＡ−Ｂ−Ａと３層に
累積させることにより、それらのレドックス電位の差異
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。
質を２種類（Ａ及びＢ）用いこれをＡ−Ｂ−Ａと３層に
累積させることにより、それらのレドックス電位の差異
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。
以下にこの発明の一実施例を図を用いて詳細に説明す
る。
る。
第２図はこの発明の一実施例による論理回路を構成す
るためのスイッチング素子の模式的断面構成図で、図に
おいて16はガラス製基板、17はAg,Au,A1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は電
子伝達蛋白質であるフラボドキシンで作成された第１電
子伝達蛋白質膜で、複数条の電極17上に形成されてい
る。20は複数条の平行電極17と直角方向に形成された複
数条の平行電極で、第１電子伝達蛋白質膜18上に形成さ
れている。19は電子伝達蛋白質であるチトクロームｃで
作成された第２電子伝達蛋白質膜で、第１電子伝達蛋白
質膜18に累積して接着接合され、電極20に接合されてい
る。21は電子伝達蛋白質であるフラボドキシンで作成さ
れた第３電子伝達蛋白質膜で、第２電子伝達蛋白質膜19
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。
るためのスイッチング素子の模式的断面構成図で、図に
おいて16はガラス製基板、17はAg,Au,A1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は電
子伝達蛋白質であるフラボドキシンで作成された第１電
子伝達蛋白質膜で、複数条の電極17上に形成されてい
る。20は複数条の平行電極17と直角方向に形成された複
数条の平行電極で、第１電子伝達蛋白質膜18上に形成さ
れている。19は電子伝達蛋白質であるチトクロームｃで
作成された第２電子伝達蛋白質膜で、第１電子伝達蛋白
質膜18に累積して接着接合され、電極20に接合されてい
る。21は電子伝達蛋白質であるフラボドキシンで作成さ
れた第３電子伝達蛋白質膜で、第２電子伝達蛋白質膜19
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図において、電極17と20間に第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。第1,第２及び第３電子伝達蛋白質膜1
8,19,21が配向を整えて累積し接着接合すると電極17と2
2間での電子の授受が可能となる。第２電子伝達蛋白質1
9に対して電極20は絶縁的であるが、これに電気的影響
を与えることができ、電圧を印加する働きをする。した
がって電極20は従来のFETのゲート電極に相当し、電極1
7,22はソース電極、ドレイン電極に相当する。
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。第1,第２及び第３電子伝達蛋白質膜1
8,19,21が配向を整えて累積し接着接合すると電極17と2
2間での電子の授受が可能となる。第２電子伝達蛋白質1
9に対して電極20は絶縁的であるが、これに電気的影響
を与えることができ、電圧を印加する働きをする。した
がって電極20は従来のFETのゲート電極に相当し、電極1
7,22はソース電極、ドレイン電極に相当する。
次に上記スイッチング素子の動作原理を第３図を用い
てより詳細に説明する。
てより詳細に説明する。
上記スイッチング素子は、第３図（ａ）に示すよう
に、チトクロームｃ分子19の両側にフラボドキシン21,1
8を接着接合し、それぞれに電極17,20,22を接続した構
成となっており、このスイッチ素子においては、各電極
17,20,22に電圧を印加しないときのレドックス電位状態
は第３図（ｂ）に示すａの状態となり、一方、電極17に
対して電極22に負電圧V2を印加したとき、またあるいは
該V2に加えて電極17に対して電極20に負電圧V1を印加し
たときのレドックス電位状態はそれぞれ第３図（ｂ）の
b,cの状態となる。そして、a,bの状態では、電極17,22
間には電流は流れず、ｃの状態では電流が流れる。従っ
て、電極17,22間に電圧V2を印加した状態で、電極17,20
間の電圧V1をオン，オフすることにより、本素子はスイ
ッチング特性を呈することとなる。
に、チトクロームｃ分子19の両側にフラボドキシン21,1
8を接着接合し、それぞれに電極17,20,22を接続した構
成となっており、このスイッチ素子においては、各電極
17,20,22に電圧を印加しないときのレドックス電位状態
は第３図（ｂ）に示すａの状態となり、一方、電極17に
対して電極22に負電圧V2を印加したとき、またあるいは
該V2に加えて電極17に対して電極20に負電圧V1を印加し
たときのレドックス電位状態はそれぞれ第３図（ｂ）の
b,cの状態となる。そして、a,bの状態では、電極17,22
間には電流は流れず、ｃの状態では電流が流れる。従っ
て、電極17,22間に電圧V2を印加した状態で、電極17,20
間の電圧V1をオン，オフすることにより、本素子はスイ
ッチング特性を呈することとなる。
第１図（ａ）は本発明の一実施例による論理回路のト
ランジスタ等価回路図である。ここで各トランジスタは
第２図で示される構造をもっているものとする。Tr1は
ドレインとゲートが電源VCCに接続され、ソースが出力
端子Ｏに接続された負荷トランジスタ、Tr11〜Tr1i,Tr
21〜Tr2j,TrL1〜TrLkの各々はドレイン，ゲートがそれ
ぞれ共通端子に接続されたi,j,……ｋ個の並列接続トラ
ンジスタからなる回路群で、これらはｌ段が直列に接続
され、最上段のトランジスタ群の共通ドレイン端子が上
記出力端子Ｏに接続され、最下段のトランジスタ群の共
通ソース端子が接地線に接続され、上記各段のトランジ
スタのゲートは各々入力端子I11〜I1i,I21〜I2j,〜,IL1
〜ILkに接続されて、駆動トランジスタ回路網を構成し
ている。ここでi,j,kは勿論同じ数であってＭ×Ｎのマ
トリックス状の入力を持ったものであってもよい。
ランジスタ等価回路図である。ここで各トランジスタは
第２図で示される構造をもっているものとする。Tr1は
ドレインとゲートが電源VCCに接続され、ソースが出力
端子Ｏに接続された負荷トランジスタ、Tr11〜Tr1i,Tr
21〜Tr2j,TrL1〜TrLkの各々はドレイン，ゲートがそれ
ぞれ共通端子に接続されたi,j,……ｋ個の並列接続トラ
ンジスタからなる回路群で、これらはｌ段が直列に接続
され、最上段のトランジスタ群の共通ドレイン端子が上
記出力端子Ｏに接続され、最下段のトランジスタ群の共
通ソース端子が接地線に接続され、上記各段のトランジ
スタのゲートは各々入力端子I11〜I1i,I21〜I2j,〜,IL1
〜ILkに接続されて、駆動トランジスタ回路網を構成し
ている。ここでi,j,kは勿論同じ数であってＭ×Ｎのマ
トリックス状の入力を持ったものであってもよい。
この論理回路では、各トランジスタは、入力Ｉが“H"
レベルのとき導通するため第１図の回路は の論理式であらわされる機能を持つ。但し＋は論理和、
＊は論理積をあらわす。
レベルのとき導通するため第１図の回路は の論理式であらわされる機能を持つ。但し＋は論理和、
＊は論理積をあらわす。
第１図（ｂ）は上記論理回路の最も単純な場合である
インバータ回路を構成した例を示す。この例では入力Ｉ
が“H"のときTr2が導通するため出力Ｏは“L"レベルと
なる。入力Ｉが“L"のときは、Tr2が遮断しており、出
力は負荷トランジスタTr1を介して充電されるため“H"
となる。
インバータ回路を構成した例を示す。この例では入力Ｉ
が“H"のときTr2が導通するため出力Ｏは“L"レベルと
なる。入力Ｉが“L"のときは、Tr2が遮断しており、出
力は負荷トランジスタTr1を介して充電されるため“H"
となる。
第１図（ｃ）は、同図（ｂ）の場合に対し負荷トラン
ジスタの結線を変更し、新たな電源VGGを採用した場合
の回路を示す。
ジスタの結線を変更し、新たな電源VGGを採用した場合
の回路を示す。
以上説明したように、この発明にかかる論理回路は、
第１の電子伝達蛋白質で作成された第１電子伝達蛋白質
膜、第１の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の電子伝達蛋白質で作成さ
れ、第１電子伝達蛋白質膜に累積して接着接合された第
２の電子伝達蛋白質膜、第２の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３の電子伝
達蛋白質で作成され第２電子伝達蛋白質膜に累積して接
着接合された第３電子伝達蛋白質膜、第１電子伝達蛋白
質膜に接続される電極、第２電子伝達蛋白質膜に電気的
影響を与える電極、及び第３電子伝達蛋白質膜に接続さ
れる電極を備え、各電子伝達蛋白質のレドックス電位の
差異を利用して形成したトランジスタを用いて複数の入
力に対し論理演算を行なう論理回路を構成したので、回
路の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、高密度化，高速化が可能となる。
第１の電子伝達蛋白質で作成された第１電子伝達蛋白質
膜、第１の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の電子伝達蛋白質で作成さ
れ、第１電子伝達蛋白質膜に累積して接着接合された第
２の電子伝達蛋白質膜、第２の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３の電子伝
達蛋白質で作成され第２電子伝達蛋白質膜に累積して接
着接合された第３電子伝達蛋白質膜、第１電子伝達蛋白
質膜に接続される電極、第２電子伝達蛋白質膜に電気的
影響を与える電極、及び第３電子伝達蛋白質膜に接続さ
れる電極を備え、各電子伝達蛋白質のレドックス電位の
差異を利用して形成したトランジスタを用いて複数の入
力に対し論理演算を行なう論理回路を構成したので、回
路の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、高密度化，高速化が可能となる。
第１図は本発明の一実施例による論理回路のトランジス
タ回路図、第２図は本発明の論理回路を構成するトラン
ジスタの構造及び等価回路を示す図、第３図は従来から
提案されているMOS型FETの構造を示す図、第４図は上記
本発明で用いたトランジスタの動作原理を説明する図で
ある。 Tr1……負荷トランジスタ、Tr11〜Tr1j,Tr21〜Tr2j,Tr
L1〜TrLk……駆動トランジスタ回路網。
タ回路図、第２図は本発明の論理回路を構成するトラン
ジスタの構造及び等価回路を示す図、第３図は従来から
提案されているMOS型FETの構造を示す図、第４図は上記
本発明で用いたトランジスタの動作原理を説明する図で
ある。 Tr1……負荷トランジスタ、Tr11〜Tr1j,Tr21〜Tr2j,Tr
L1〜TrLk……駆動トランジスタ回路網。
Claims (2)
- 【請求項１】電子伝達蛋白質で作成された第１電子伝達
蛋白質膜、 上記電子伝達蛋白質のレドックス電位と異なるレドック
ス電位を有する電子伝達蛋白質で作成され、上記第１電
子伝達蛋白質膜に累積して接着接合された第２電子伝達
蛋白質膜、 該第２電子伝達蛋白質膜を作成する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電子伝達
蛋白質で作成され、上記第２電子伝達蛋白質膜に累積し
て接着接合された第３電子伝達蛋白質膜、 上記第１電子伝達蛋白質膜に接続されるソース電極、 上記第２電子伝達蛋白質膜に電気的影響を与えるゲート
電極、及び 上記第３電子伝達蛋白質膜に接続されるドレイン電極を
備えたトランジスタから構成される論理回路であって、 １つの出力端子及びＬ個（Ｌは１以上の自然数）の入力
端子と、 ゲート及びドレインが第１レベルの電源に接続され、ソ
ースが上記出力端子に接続された１つの負荷トランジス
タと、 各ドレイン及びソースがそれぞれ共通の端子に接続され
たMK個（MKは１以上の自然数で、Ｋ＝１〜Ｎ）の並列接
続トランジスタからなるトランジスタ群を、隣接する一
方のトランジスタ群の共通ソース端子と隣接する他方の
トランジスタ群の共通ドレイン端子とが接続するように
Ｎ段直列に接続し、最上段のトランジスタ群の共通ドレ
イン端子が上記出力端子に接続され、最下段のトランジ
スタ群の共通ソース端子が第２レベルの電源に接続さ
れ、上記各段の各トランジスタのゲートが上記 個の入力端子の各々に接続されてなる駆動トランジスタ
回路網とを備えたことを特徴とする論理回路。 - 【請求項２】上記N,M,Lが１であり反転増幅器として構
成されてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の論理回路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61164181A JP2548703B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 論理回路 |
| US07/069,319 US4783605A (en) | 1986-07-11 | 1987-07-02 | Logic circuit made of biomaterials such as protein films |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61164181A JP2548703B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 論理回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6319848A JPS6319848A (ja) | 1988-01-27 |
| JP2548703B2 true JP2548703B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=15788247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61164181A Expired - Lifetime JP2548703B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 論理回路 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4783605A (ja) |
| JP (1) | JP2548703B2 (ja) |
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| US3953874A (en) * | 1974-03-12 | 1976-04-27 | International Business Machines Corporation | Organic electronic rectifying devices |
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| US4210498A (en) * | 1974-11-20 | 1980-07-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of increasing the amplification of a transistor through use of organic compounds |
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| US4613541A (en) * | 1985-01-12 | 1986-09-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electronic device using electron transport proteins |
| US4728591A (en) * | 1986-03-07 | 1988-03-01 | Trustees Of Boston University | Self-assembled nanometer lithographic masks and templates and method for parallel fabrication of nanometer scale multi-device structures |
| US4710650A (en) * | 1986-08-26 | 1987-12-01 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Dual domino CMOS logic circuit, including complementary vectorization and integration |
-
1986
- 1986-07-11 JP JP61164181A patent/JP2548703B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-07-02 US US07/069,319 patent/US4783605A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4783605A (en) | 1988-11-08 |
| JPS6319848A (ja) | 1988-01-27 |
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