JPH0682826B2 - モノリシツク回路素子 - Google Patents
モノリシツク回路素子Info
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- JPH0682826B2 JPH0682826B2 JP61164186A JP16418686A JPH0682826B2 JP H0682826 B2 JPH0682826 B2 JP H0682826B2 JP 61164186 A JP61164186 A JP 61164186A JP 16418686 A JP16418686 A JP 16418686A JP H0682826 B2 JPH0682826 B2 JP H0682826B2
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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、特に生体材料を用いて形成された各種生物
電気素子により構成されたモノリシック素子に関するも
のである。
電気素子により構成されたモノリシック素子に関するも
のである。
従来、集積回路に用いられている整流素子としては、第
６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、15はSiO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13−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。
６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、15はSiO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13−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。
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に類似する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。
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に類似する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当たることが予想
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の壁を破ることのできるものが求められている。
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突き当たることが予想
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の壁を破ることのできるものが求められている。
このような状況において本件発明者らは生体内に存在す
る電子伝達蛋白質を用い、そのレドックス電位の差異を
利用してp,n型半導体を用いたｐ−ｎ接合と類似した整
流特性を呈する整流素子，及びさらにｐ−ｎ−ｐ接合ト
ランジスタと類似したトランジスタ特性を呈するトラン
ジスタ素子を開発した。そしてこれにより素子サイズを
生体分子レベルの超微細な大きさとし、回路の高密度
化，高速化を可能とした。
る電子伝達蛋白質を用い、そのレドックス電位の差異を
利用してp,n型半導体を用いたｐ−ｎ接合と類似した整
流特性を呈する整流素子，及びさらにｐ−ｎ−ｐ接合ト
ランジスタと類似したトランジスタ特性を呈するトラン
ジスタ素子を開発した。そしてこれにより素子サイズを
生体分子レベルの超微細な大きさとし、回路の高密度
化，高速化を可能とした。
ところで、このような整流素子，トランジスタ素子を用
いて電気回路を構成する場合は、抵抗，コンデンサ等の
他の回路素子も上記素子との親和性を考慮するとやはり
生体材料で構成するのが好ましい。
いて電気回路を構成する場合は、抵抗，コンデンサ等の
他の回路素子も上記素子との親和性を考慮するとやはり
生体材料で構成するのが好ましい。
この発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、上記
生物電気素子のみを用いたモノリシックな生物電気回路
素子を得ることを目的とする。
生物電気素子のみを用いたモノリシックな生物電気回路
素子を得ることを目的とする。
この発明に係るモノリシック回路素子は、スイッチ素
子，整流素子等の能動素子，抵抗素子，コンデンサ素子
等の受動素子，配線，及び配線間を絶縁する絶縁体を、
すべて生物電気素子により構成したものである。
子，整流素子等の能動素子，抵抗素子，コンデンサ素子
等の受動素子，配線，及び配線間を絶縁する絶縁体を、
すべて生物電気素子により構成したものである。
〔作用〕 この発明においては、能動素子，受動素子，配線，及び
絶縁体をすべて生体材料で構成したので、生体分子レベ
ルの超微細な大きさであり、高密度，高速度化の達成で
きる回路素子を得ることができる。
絶縁体をすべて生体材料で構成したので、生体分子レベ
ルの超微細な大きさであり、高密度，高速度化の達成で
きる回路素子を得ることができる。
以下、この発明の実施例を図について説明する。
まず、本発明のモノリシック回路素子を構成する生物電
気素子である、整流素子，スイッチ素子，抵抗素子，及
びコンデンサ素子について説明する。
気素子である、整流素子，スイッチ素子，抵抗素子，及
びコンデンサ素子について説明する。
即ち、本発明者らが開発した整流素子は、第２図（ａ）
に示すように、異なるレドックス（酸化還元）電位を有
する２種の電子伝達蛋白質，即ち、例えばフラボドキシ
ン分子１とチトクロームｃ分子２とを接着接合して複合
体を形成し、その各分子に一対の電極4a,4bをそれぞれ
接続して構成したものである。そしてこの整流素子Ｄに
おいては、フラボドキシン１とチトクロームc2のレドッ
クス電位が第２図（ｂ）に示すように異なるため、電子
は図中実線矢印で示すレドックス電位の負の準位から正
の準位へ（以下これを正方向という）は容易に流れる
が、逆方向（図中破線矢印方向）へは流れにくいという
整流特性を呈することとなり、これによりｎ型半導体と
ｐ型半導体とを接合したｐ−ｎ接合ダイオードと類似の
整流特性を示す整流素子が得られるものである。
に示すように、異なるレドックス（酸化還元）電位を有
する２種の電子伝達蛋白質，即ち、例えばフラボドキシ
ン分子１とチトクロームｃ分子２とを接着接合して複合
体を形成し、その各分子に一対の電極4a,4bをそれぞれ
接続して構成したものである。そしてこの整流素子Ｄに
おいては、フラボドキシン１とチトクロームc2のレドッ
クス電位が第２図（ｂ）に示すように異なるため、電子
は図中実線矢印で示すレドックス電位の負の準位から正
の準位へ（以下これを正方向という）は容易に流れる
が、逆方向（図中破線矢印方向）へは流れにくいという
整流特性を呈することとなり、これによりｎ型半導体と
ｐ型半導体とを接合したｐ−ｎ接合ダイオードと類似の
整流特性を示す整流素子が得られるものである。
また、本発明者らが開発したスイッチ素子は、第３図
（ａ）に示すように、例えば上記チトロクロームｃ分子
２の両側に上記フラボドキシン分子１を接着接合し、そ
れぞれに電極4c,4d,4eを接続して構成したものである。
そして、このスイッチ素子Trにおいては、各電極4c,4d,
4e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、電圧4eに対して
電圧4cに負電圧V2を印加したとき、またあるいは該電圧
V2に加えて電極4eに対して電極4d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4c,4e間に
電流は流れず、ｃの状態では流れる。従って、電流4c,4
e間に電圧V2を印加した状態で、電極4d,4e間の電圧V1を
オン，オフすることにより、本素子にスイッチング特性
を持たせることができる。
（ａ）に示すように、例えば上記チトロクロームｃ分子
２の両側に上記フラボドキシン分子１を接着接合し、そ
れぞれに電極4c,4d,4eを接続して構成したものである。
そして、このスイッチ素子Trにおいては、各電極4c,4d,
4e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、電圧4eに対して
電圧4cに負電圧V2を印加したとき、またあるいは該電圧
V2に加えて電極4eに対して電極4d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4c,4e間に
電流は流れず、ｃの状態では流れる。従って、電流4c,4
e間に電圧V2を印加した状態で、電極4d,4e間の電圧V1を
オン，オフすることにより、本素子にスイッチング特性
を持たせることができる。
また、本発明者らが開発した抵抗素子としては、例えば
第４図に示すように、一対の電極4f,4g間に上記複合体
を複数個ここでは２個を、逆並列に配置して抵抗素子Ｒ
を構成したものがあり、この素子Ｒでは、上記複合体の
個数を変えることにより、所望の抵抗値を得ることがで
きる。
第４図に示すように、一対の電極4f,4g間に上記複合体
を複数個ここでは２個を、逆並列に配置して抵抗素子Ｒ
を構成したものがあり、この素子Ｒでは、上記複合体の
個数を変えることにより、所望の抵抗値を得ることがで
きる。
また、同じくコンデンサ素子Ｃとしては、例えば第５図
に示すように、電子伝達活性のない誘電率の高い蛋白質
分子３を誘電体として用い、これを一対の電極4h,4i間
に配置して構成したものがある。
に示すように、電子伝達活性のない誘電率の高い蛋白質
分子３を誘電体として用い、これを一対の電極4h,4i間
に配置して構成したものがある。
また上記整流素子の実際の構成は第７図に示す通りとな
る。
る。
即ち、第７図において、76は絶縁特性を持つ基板、77は
Ag,Au,Alなどの金属製電極で、基板76上に複数条が平行
に形成されている。78は基板76上にLB（Langmuir−Blod
gett）法等により作成されたチトクロームｃからなる第
１電子伝達蛋白質膜、79は同じくLB法等により作成され
たフラボドキシンからなる第２電子伝達蛋白質膜で、上
記第１電子伝達蛋白質膜78に累積して接着接合されてい
る。80は複数条の平行電極77と直角方向に形成された複
数条の平行電極で、第２電子伝達蛋白質膜79上に形成さ
れている。
Ag,Au,Alなどの金属製電極で、基板76上に複数条が平行
に形成されている。78は基板76上にLB（Langmuir−Blod
gett）法等により作成されたチトクロームｃからなる第
１電子伝達蛋白質膜、79は同じくLB法等により作成され
たフラボドキシンからなる第２電子伝達蛋白質膜で、上
記第１電子伝達蛋白質膜78に累積して接着接合されてい
る。80は複数条の平行電極77と直角方向に形成された複
数条の平行電極で、第２電子伝達蛋白質膜79上に形成さ
れている。
また上記スイッチ素子の実際の構成は第８図に示す通り
となる。
となる。
即ち、第８図において、86は絶縁特性を持つ基板、87は
Ag,Au,Alなどの金属製電極で、基板86上に複数条が平行
に形成されている。88は基板86上にLB法等により作成さ
れたフラボドキシンからなる第１電子伝達蛋白質膜で、
上記複数条の電極87上に形成されている。90は上記複数
条の平行電極87と直角方向に形成された複数条の平行電
極で、上記第１電子伝達蛋白質膜88上に形成されてい
る。89は同じくLB法等により作成されたチトクロームｃ
からなる第２電子伝達蛋白質膜で、第１電子伝達蛋白質
膜88に累積して接着接合され、電極90に接合されてい
る。91は同じくLB法等により作成されたフラボドキシン
からなる第３電子伝達蛋白質膜で上記第２電子伝達蛋白
質膜89に累積して接着接合されている。92は上記複数条
の平行電極90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91上に形成されている。
Ag,Au,Alなどの金属製電極で、基板86上に複数条が平行
に形成されている。88は基板86上にLB法等により作成さ
れたフラボドキシンからなる第１電子伝達蛋白質膜で、
上記複数条の電極87上に形成されている。90は上記複数
条の平行電極87と直角方向に形成された複数条の平行電
極で、上記第１電子伝達蛋白質膜88上に形成されてい
る。89は同じくLB法等により作成されたチトクロームｃ
からなる第２電子伝達蛋白質膜で、第１電子伝達蛋白質
膜88に累積して接着接合され、電極90に接合されてい
る。91は同じくLB法等により作成されたフラボドキシン
からなる第３電子伝達蛋白質膜で上記第２電子伝達蛋白
質膜89に累積して接着接合されている。92は上記複数条
の平行電極90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91上に形成されている。
本実施例では、それぞれ上記第2,3,4,5図のようにして
構成した整流素子D1〜D4，スイッチ素子Tr1，Tr2，抵抗
素子R1，R2（R1はD1，D2からなり、R2はD3，D4からな
る），コンデンサ素子C1を用い、これらの間を第１図
（ａ），（ｂ）に示す回路を構成するよう、誘電率の低
い蛋白質分子（絶縁性蛋白質分子）５により絶縁しなが
ら、全方向に電子伝達可能な導電性蛋白質分子４を用い
て配線することにより、第１図（ａ），（ｂ）の等価回
路で表わされる回路を蛋白質のみからなるモノリシック
回路素子として構成することができ、該回路素子のサイ
ズを生体分子レベルの超微細な大きさに近づけて該素子
の高密度化，高速化を図ることができる。なお、ここで
上記各素子と直接接続している蛋白質４は配線及び各素
子の電極として機能している。
構成した整流素子D1〜D4，スイッチ素子Tr1，Tr2，抵抗
素子R1，R2（R1はD1，D2からなり、R2はD3，D4からな
る），コンデンサ素子C1を用い、これらの間を第１図
（ａ），（ｂ）に示す回路を構成するよう、誘電率の低
い蛋白質分子（絶縁性蛋白質分子）５により絶縁しなが
ら、全方向に電子伝達可能な導電性蛋白質分子４を用い
て配線することにより、第１図（ａ），（ｂ）の等価回
路で表わされる回路を蛋白質のみからなるモノリシック
回路素子として構成することができ、該回路素子のサイ
ズを生体分子レベルの超微細な大きさに近づけて該素子
の高密度化，高速化を図ることができる。なお、ここで
上記各素子と直接接続している蛋白質４は配線及び各素
子の電極として機能している。
なお、上記実施例では、各種電気素子を構成する分子と
しては、天然に存在する電子伝達蛋白質であるチトクロ
ームc,フラボドキシンを用いたが、これはもちろん他の
天然の電子伝達蛋白質、例えば非ヘム−鉄・硫黄蛋白
質，チトクロームa,プラストシアニン又はチオレドキシ
ンのいずれであってもよく、また他に、天然に存在する
電子伝達蛋白質の活性中心の構造を保持し他の部位を改
変した物質、又はアミノ酸又はアミノ酸のＨをＦあるい
はCH3であるいはＣをSiで置換したアミノ酸誘導体を天
然に存在する電子伝達蛋白質に結合したもの、あるいは
天然に存在する電子伝達蛋白質の機能を模倣するよう合
成された有機分子又は有機金属錯体分子、例えば酸化還
元物質をポリマーで取り囲んで形成したもの、さらには
ポリマーとπ電子を持つ物質と酸化還元される物質とを
化学結合して形成したものなどであってもよい。
しては、天然に存在する電子伝達蛋白質であるチトクロ
ームc,フラボドキシンを用いたが、これはもちろん他の
天然の電子伝達蛋白質、例えば非ヘム−鉄・硫黄蛋白
質，チトクロームa,プラストシアニン又はチオレドキシ
ンのいずれであってもよく、また他に、天然に存在する
電子伝達蛋白質の活性中心の構造を保持し他の部位を改
変した物質、又はアミノ酸又はアミノ酸のＨをＦあるい
はCH3であるいはＣをSiで置換したアミノ酸誘導体を天
然に存在する電子伝達蛋白質に結合したもの、あるいは
天然に存在する電子伝達蛋白質の機能を模倣するよう合
成された有機分子又は有機金属錯体分子、例えば酸化還
元物質をポリマーで取り囲んで形成したもの、さらには
ポリマーとπ電子を持つ物質と酸化還元される物質とを
化学結合して形成したものなどであってもよい。
以上のようにこの発明によれば、能動素子，受動素子，
配線及び絶縁体にすべて生体材料を用いてモノリシック
回路を構成したので、生体分子レベルの超微細な大きさ
であり、高密度，高速度化の達成できるモノリシック回
路素子を得ることができる効果がある。
配線及び絶縁体にすべて生体材料を用いてモノリシック
回路を構成したので、生体分子レベルの超微細な大きさ
であり、高密度，高速度化の達成できるモノリシック回
路素子を得ることができる効果がある。
第１図（ｃ）はこの発明の一実施例によるモノリシック
回路素子を示す模式図、第１図（ａ）及び（ｂ）はとも
に上記実施例のモノリシック回路素子の等価回路図、第
２図（ａ）は本発明者らが開発した整流素子の一例を示
す模式図、第２図（ｂ）はそのレドックス電位状態を示
す図、第３図（ａ）は本発明者らが開発したスイッチ素
子の一例を示す模式図、第３図（ｂ）はそのレドックス
電位状態を示す図、第４図は本発明者らが開発した抵抗
素子の一例を示す模式図、第５図は本発明者らが開発し
たコンデンサ素子の一例を示す模式図、第６図は従来の
MOS構成整流素子の一例を示す図、第７図は本発明者ら
が開発した整流素子が組み込まれた装置を示す模式的断
面構成図、第８図は本発明者らが開発したスイッチ素子
が組み込まれた装置を示す模式的断面構成図である。 図において、１はフラボドキシン分子、２はチトクロー
ムｃ分子、３は誘電率の高い蛋白質分子、４は導電性蛋
白質分子、５は絶縁性蛋白質分子、R1，R2は抵抗素子、
D1〜D4は整流素子、Tr1，Tr2はスイッチ素子、C1はコン
デンサ素子である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
回路素子を示す模式図、第１図（ａ）及び（ｂ）はとも
に上記実施例のモノリシック回路素子の等価回路図、第
２図（ａ）は本発明者らが開発した整流素子の一例を示
す模式図、第２図（ｂ）はそのレドックス電位状態を示
す図、第３図（ａ）は本発明者らが開発したスイッチ素
子の一例を示す模式図、第３図（ｂ）はそのレドックス
電位状態を示す図、第４図は本発明者らが開発した抵抗
素子の一例を示す模式図、第５図は本発明者らが開発し
たコンデンサ素子の一例を示す模式図、第６図は従来の
MOS構成整流素子の一例を示す図、第７図は本発明者ら
が開発した整流素子が組み込まれた装置を示す模式的断
面構成図、第８図は本発明者らが開発したスイッチ素子
が組み込まれた装置を示す模式的断面構成図である。 図において、１はフラボドキシン分子、２はチトクロー
ムｃ分子、３は誘電率の高い蛋白質分子、４は導電性蛋
白質分子、５は絶縁性蛋白質分子、R1，R2は抵抗素子、
D1〜D4は整流素子、Tr1，Tr2はスイッチ素子、C1はコン
デンサ素子である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (7)
- 【請求項１】生体材料あるいは擬似生体材料を用いて形
成された能動素子，受動素子，配線，及び絶縁体を用い
て、 所定の機能を有するよう構成されてなることを特徴とす
るモノリシック回路素子。 - 【請求項２】上記生体材料は、天然に存在する電子伝達
蛋白質である、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項記
載のモノリシック回路素子。 - 【請求項３】上記擬似生体材料は、アミノ酸、又はアミ
ノ酸誘導体を天然に存在する電子伝達蛋白質に結合した
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
のモノリシック回路素子。 - 【請求項４】上記アミノ酸誘導体は、アミノ酸のＨをＦ
あるいはCH3で、あるいはＣをSiで置換したものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のモノリシ
ック回路素子。 - 【請求項５】上記擬似生体材料は、天然に存在する電子
伝達蛋白質の機能を模倣するよう合成された有機分子又
は有機金属錯体分子であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のモノリシック回路素子。 - 【請求項６】上記有機分子又は有機金属錯体分子は、酸
化還元物質をポリマーで取り囲んで形成したものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のモノリシ
ック回路素子。 - 【請求項７】上記有機分子又は有機金属錯体分子は、ポ
リマーと、π電子を持つ物質と、酸化還元される物質と
を化学結合して形成したものであることを特徴とする特
許請求の範囲第６項記載のモノリシック回路素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61164186A JPH0682826B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | モノリシツク回路素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61164186A JPH0682826B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | モノリシツク回路素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6319853A JPS6319853A (ja) | 1988-01-27 |
| JPH0682826B2 true JPH0682826B2 (ja) | 1994-10-19 |
Family
ID=15788328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61164186A Expired - Lifetime JPH0682826B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | モノリシツク回路素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0682826B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4103064A (en) * | 1976-01-09 | 1978-07-25 | Dios, Inc. | Microdevice substrate and method for making micropattern devices |
| JPS61141883A (ja) * | 1984-12-14 | 1986-06-28 | Ajinomoto Co Inc | 導電性タンパクで被覆した機能性素子 |
-
1986
- 1986-07-11 JP JP61164186A patent/JPH0682826B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6319853A (ja) | 1988-01-27 |
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