JP2550980B2 - 整流素子 - Google Patents

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整流素子に関する
もので、酸化還元物質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、高密度を図る
ことができるようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来、集積回路に用いられている整流素子としては、
例えば柳井久義，永田穣共著の集積回路工学（１）に記
載されているような第５図に示すMOS構造のものがあっ
た。図において、（11）はｐ形シリコン基板、（12）は
ｎ形領域、（13）はｐ形領域、（14）はｎ形領域、（1
5）はSiO₂膜、（16），（17）は電極であり、これら２
つの電極（16），（17）間でｐ−ｎ接合（ｐ形領域（1
3）−ｎ形領域（14）接合）が形成され、これにより整
流特性が実現されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のMOS構造の整流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
整流素子あるいはこれと類似の構造のトランジスタ素子
を用いたLSI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0.2μ
ｍの壁を破ることのできるものが求められている。

この発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、酸
化還元物質を電気回路素子の構成材料として用いること
により、そのサイズを分子レベルの超微細な大きさまで
近づけることのできる電気回路素子を、特にそのうちの
整流素子を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

ところで、生体内には、電子を定められた方向へ運ぶ
電子伝達能を有する蛋白質（以下、電子伝達蛋白質と記
す）が複数種類存在しており、該電子伝達蛋白質は、例
えば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順位へと電子を流すことができる
ものであり、これを利用すれば電子の動きを分子レベル
で制御することができると考えられる。

また、最近の知見によれば、生体内に存在している電
子伝達蛋白質以外の電子伝達物質を組み合わせて電子伝
達が可能な電子伝達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物質を
２種類（Ａ及びＢ）用い、Ａ−Ｂと２層接着接合すれ
ば、それらのレドックス電位の差異を利用して整流特性
を生ずる接合を形成できると考えられる。本件発明者は
このことに着目してこの発明を創作したものである。

そこで本発明に係る整流素子は、第１の酸化還元物質
で作成された第１酸化還元物質膜と、上記第１酸化還元
物質のレドックス電位と異なるレドツクス電位を有する
第２の酸化還元物質で作成され、上記第１酸化還元物質
膜上に累積して接着接合された第２酸化還元物質膜と、 上記第1,第２酸化還元物質膜にそれぞれ電気的に接続
された第1,第２の電極とを備え、上記第1,第２酸化還元
物質膜の一方が電子を一定方向に伝達可能なレドックス
蛋白質または、擬似レドックス蛋白質からなる膜であ
り、他方がラングミューア・ブロジェット法で作成され
た有機合成分子の単分子膜もしくは単分子累積膜または
上記電極を有機合成分子で化学修飾する化学修飾法で作
成された単分子膜であり、上記酸化還元物質のレドック
ス電位の差異を利用して整流特性を発生させるようにし
たものである。

〔作 用〕

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種類の酸化還元物質により整流特性を発生させ
る。即ち、第４図（ａ），（ｂ）のＡ−Ｂ型酸化還元物
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、異なるレドックス電位を有する２つの酸化
還元物質A,Bを接合してなる複合体は、電子は、図中実
線矢印で示すようにレドックス電位の負の準位から正の
準位へは容易に流れるが、逆方向（図中破線矢印方向）
へは流れにくく整流特性を呈し、この複合体を用いるこ
とによりｎ型半導体とｐ型半導体とを接合してなるｐ−
ｎ接合と類似の性質を示す整流素子を得ることができ
る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図をもとに説明する。第
１図はこの発明の一実施例による整流素子を模式的に示
す断面構成図であり、図において、（１）は絶縁特性を
持つ基板、（2a），（2b）はそれぞれ第1,第２電極、
（３）、（４）はそれぞれ第1,第２酸化還元物質膜であ
る。この例では、第１酸化還元物質膜（３）はラングミ
ューア・ブロジェット法で作成された有機合成分子の単
分子膜（以下、LB膜と略す）であり、（５）は親水性
基、（６）は疎水性のメチレン鎖、（７）は適当なレド
ックス電位を有する酸化還元機能である。また、第２酸
化還元物質膜（４）は電子を一定方向に伝達可能な、す
なわち膜（４）が累積された方向（第１図の矢印方向）
に電子が流れ、これと垂直な方向すなわち水平方向の隣
接する蛋白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。レドックス蛋白質または擬似レドックス
蛋白質からなる膜である。例えば、酸化還元機能団とし
てフラピン分子団（７）、レドックス蛋白質（４）とし
てレドックス電位が＋255mVのチトクロームＣを用いた
場合、第３図に示されるような整流特性を呈する。

第２図はこの発明の他の実施例による整流素子を模式
的に示す構成図である。この例では、第１酸化還元物質
膜（３）が金属電極（2a）を有機合成分子で化学修飾す
る化学修飾法で作成された膜（以下、化学修飾膜と略
す）であり、第２酸化還元物質膜（４）はレドックス蛋
白質または擬似レドックス蛋白質からなる膜である。こ
の場合も、酸化還元物質機能団（７）および蛋白質
（４）を適当に選べば第３図に示すような整流特性が得
られる。

従って、上記構成により分子レベルの超微細な大きさ
の整流素子を実現でき、該素子を用いて高密度化が可能
な集積回路を得ることができる。

なお、上記実施例ではレドックス蛋白質または擬似レ
ドックス蛋白質からなる膜およびLB膜が単分子膜である
場合について説明したが、単分子膜累積膜であってもよ
く、また、レドックス蛋白質としては、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，チオレドキシン等が用いられる。

また、LB膜や化学修飾膜に用いられる有機合成分子の
酸化還元機能団としては、ビオロゲン類，フラビン類，
チオニン類，有機金属錯体，酸化還元色素，またはこれ
らの物質と他の有機物との結合体等が用いられ、有機金
属鎖体としてはフタロシアニン，ポルフィリン，アヌレ
ンの誘導体等が酸化還元色素としてはメチレンブルー，
メチルカブリブルー，ガロシアニン，インドフェノー
ル，インジゴ，フェノサフラニン，ニュートラルレッ
ド，トルイジンブルー等が挙げられる。

また、第２図に示す実施例では、化学修飾膜として金
属−硫黄結合を利用した場合を示したが、これ以外に−
Ｄ−Si−結合を用いてもよく、また、金属電極表面と修
飾される分子が直接結合しない物理吸着を利用した化学
修飾法によって作成された膜であってもよい。

さらに、上記実施例では、第１酸化還元物質膜（３）
がLB膜または化学修飾膜であり、第２酸化還元物質膜
（４）が蛋白質膜である場合について説明したが、逆で
あってもよく、上記実施例と同様の効果が得られる。

なお、参考として、第1,第２酸化還元物質膜（３），
（４）が共にLB膜、または一方がLB膜で他方が化学修飾
膜である整流素子も考えられる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、第１の酸化還元物
質で作成された第１酸化還元物質膜と、 上記第１の酸化還元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の酸化還元物質で作成され、
上記第１酸化還元物質膜上に累積して接着接合された第
２酸化還元物質膜と、 上記第1,第２酸化還元物質膜にそれぞれ電気的に接続
された第1,第２の電極とを備え、上記第1,第２酸化還元
物質膜の一方が電子を一定方向に伝達可能なレドツクス
蛋白質または擬似レドックス蛋白質からなる膜であり、
他方がラングミューア・ブロジエット法で作成された有
機合成分子の単分子膜もしくは単分子累積膜または上記
電極を有機合成分子で化学修飾膜する化学修飾膜法で作
成された単分子膜であり、上記酸化還元物質のレドック
ス電位の差異を利用して整流特性を発生させるようにし
たので、整流素子サイズを分子レベルの超微細な大きさ
に近づけることができ、この素子を用いて集積回路の高
密度化が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による整流素子を模式的に
示す断面構成図、第２図はこの発明の他の実施例による
整流素子を模式的に示す断面構成図、第３図は上記整流
素子の電圧−電流特性を示す図、第４図は（Ａ）はＡ−
Ｂ型酸化還元物質複合体を示す模式図、第４図（ｂ）は
そのレドックス電位状態を示す説明図、第５図は従来の
MOS構成の整流素子の一例を示す断面構成図である。 図において、（１）は基板、（2a），（2b）は電極、
（３）は第１酸化還元物質膜、（４）は第２酸化還元物
質膜、（５）は親水性基、（６）は疎水性のメチレン
鎖、（７）は酸化還元機能団である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の酸化還元物質で作成された第１酸化
   還元物質膜と、 上記第１の酸化還元物質のレドツクス電位と異なるレド
   ツクス電位を有する第２の酸化還元物質で作成され、上
   記第１酸化還元物質膜上に累積して接着接合された第２
   酸化還元物質膜と、 上記第1,第２酸化還元物質膜にそれぞれ電気的に接続さ
   れた第1,第２の電極とを備え、上記第1,第２酸化還元物
   質膜の一方が電子を一定方向に伝達可能なレドツクス蛋
   白質または擬似レドツクス蛋白質からなる膜であり、他
   方がラングミユーア・ブロジエツト法で作成された有機
   合成分子の単分子膜もしくは単分子累積膜または、上記
   電極を有機合成分子で化学修飾する化学修飾法で作成さ
   れた単分子膜であり、上記酸化還元物質のレドツクス電
   位の差異を利用して整流特性を発生させるようにした整
   流素子。
2. 【請求項２】レドツクス蛋白質は、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,フラボトキシン，プラストシアニ
   ン，またはチオレドキシンである特許請求の範囲第１項
   記載の整流素子。
3. 【請求項３】レドツクス蛋白質または擬似レドツクス蛋
   白質からなる膜は単分子膜または単分子膜累積膜である
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の整流素子。
4. 【請求項４】レドツクス蛋白質または擬似レドツクス蛋
   白質からなる膜は、隣接する蛋白質分子間において、上
   記膜が累積された方向に電子が流れ、累積された方向と
   垂直な方向では電子の授受がなされないよう配向されて
   いる特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
   載の整流素子。
5. 【請求項５】有機合成分子は、ビオロゲン類，フラビン
   類，チオニン類，有機金属錯体，酸化還元色素，または
   これらの物質と他の有機物との結合体を酸化還元機能団
   として有する特許請求の範囲第１項ないし第４項の何れ
   かに記載の整流素子。
6. 【請求項６】酸化還元色素は、メチレンブルー，メチル
   カブリブルー，ガロシアニン，インドフェノール，イン
   ジゴ，フエノサフラニン，ニユートラルレツド，または
   トルイジンブルーである。特許請求の範囲第５項記載の
   整流素子。
7. 【請求項７】有機金属錯体は、フタロシアニン，ポルフ
   イリン，またはアヌレンの誘導体である特許請求の範囲
   第５項記載の整流素子。
8. 【請求項８】電極は金属電極である特許請求の範囲第１
   項ないし第７項の何れかに記載の整流素子。