JPH0682827B2 - ハイブリツド回路素子 - Google Patents

ハイブリツド回路素子

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JPH0682827B2
JPH0682827B2 JP61164198A JP16419886A JPH0682827B2 JP H0682827 B2 JPH0682827 B2 JP H0682827B2 JP 61164198 A JP61164198 A JP 61164198A JP 16419886 A JP16419886 A JP 16419886A JP H0682827 B2 JPH0682827 B2 JP H0682827B2
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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、生体材料を用いて形成された各種生物電気
素子を含むハイブリッド回路素子に関するものである。
〔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、第
7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13−n形領域1
4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決であるが、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
独立性が保たれなる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違いを
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
化を可能としている。
そしてさらにこのような素子を用いて生物電気素子回路
を構成するため、これらの素子との親和性の良い抵抗,
コンデンサ等の素子を開発したが、次にはこれらを用い
て回路をいかに構成するかが問題となり、これについて
はこれら生体材料を用いた生物電気素子と従来からの半
導体素子とを両方用いて回路を構成することも可能であ
ると考えられる。
この発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、生物
電気素子と従来の半導体素子とからなるハイブリッド回
路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〕
この発明に係るハイブリッド回路素子は、電子伝達可能
な生体材料あるいは擬似生体材料を用いて構成された生
物電気素子回路と、半導体素子回路とを同一基板上にお
いて一体化し、かつ両者を配線により電気的に接続して
構成したものである。
〔作用〕
この発明においては、生物電気素子回路と半導体素子回
路とを同一基板上において一体化してハイブリッド回路
素子を形成したので、上記両素子の長所を生かした回路
が得られる。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を図について説明する。
まず、本発明者らが開発した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。
即ち、本発明者らが開発した整流素子は、第3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
体を構成し、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3図(b)に示すように異なるため、この
両者間に電圧を印加した場合、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4図
(a)に示すように、例えば上記チトクローム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4
図(b)に示すaの状態となり、一方、電極4eに対して
電極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4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の間
に電流は流れず、cの状態では流れる。従って、電極4
c,4e間に電圧V2を印加した状態で、電極4d,4e間の電圧V
1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5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6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。
また、上記整流素子の実際の構成は第9図に示す通りと
なる。
即ち、第9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-Blodg
ett)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10図に示す通り
となる。
即ち、第10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。
そして、上記各種の素子を用い、さらに配線に全方向に
電子伝達可能な導電性蛋白質を、絶縁体に電子伝達機能
のない蛋白質を用いることにより、蛋白質分子のみを用
いたモノリシックな生物電気素子回路を構成することが
できる。
即ち、第8図(c)は上記第3,4,5,6図のようにして整
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8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
て構成したものであり、このようにして素子サイズが生
体分子レベルの超微細な大きさで高密度化,高速化の可
能な回路を得ることができる。
第1図はこの発明の第1実施例によるハイブリッド回路
素子を示し、図において、1は基板、2は基板1上に形
成されたSiデバイス層、3はSiデバイス層2表面上の一
部に形成された絶縁層、4は絶縁層3上に形成された、
第8図に示したようなモノリシック生物電気素子回路で
ある。ただしこれは勿論より簡単な構成の素子であって
もよい。5は生物電気素子回路4とSiデバイス層2とを
電気的に接続するための配線である。そして本実施例で
は、Siデバイス層2上に絶縁層3を介して生物電気素子
回路4を形成し、両者を配線により電気的に接続してい
る。
このような本実施例では、同一基板上に生物電気素子回
路とSiデバイスを組み合わせて構成したので、生物電気
素子回路の高密度,高速度の素子特性と半導体素子の特
性とを併せ持った回路を得ることができる。
第2図はこの発明の第2実施例によるハイブリッド回路
素子を示し、図において、第1図と同一符号は同じもの
を示す。本実施例では、Siデバイス層2表面前面上に絶
縁層3を介して生物電気素子回路4を形成し、絶縁層3
を通して配線5により、両者3,4を接続し、生物電気素
子回路4とSiデバイス層2からなる多層構造を形成して
いる。
本実施例では、上記第1実施例と同様、両素子の長所を
生かした回路を得ることができるとともに、該回路の集
積度を向上させることができる。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、生物電気素子回路と半
導体素子回路とからなるハイブリッド回路素子を構成し
たので、生物電気素子回路の高密度,高速度の素子特性
と半導体素子回路の特性とを併せ持った回路を構成でき
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図,第2図はそれぞれこの発明の第1実施例及び第
2実施例によるハイブリッド回路素子を示す模式図、第
3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スイッチ素子の一
例を示す模式図、第5図は本発明者らが開発した抵抗素
子の一例を示す模式図、第6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7図は従来のMO
S構成の整流素子の一例を示す図、第8図は本発明者ら
が開発したモノリシック生物電気素子回路を示す図、第
9図は本発明者らが開発した整流素子が組み込まれた装
置を示す模式図断面構成図、第10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は基板、2はSiデバイス層、3は絶縁
層、4は生物電気素子回路、5は配線である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子伝達可能な生体材料あるいは擬似生体
    材料を用いて構成された生物電気素子回路と、半導体素
    子回路とを一体化し、かつ両者を配線により電気的に接
    続してなることを特徴とするハイブリッド回路素子。
JP61164198A 1986-07-11 1986-07-11 ハイブリツド回路素子 Expired - Lifetime JPH0682827B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61164198A JPH0682827B2 (ja) 1986-07-11 1986-07-11 ハイブリツド回路素子
DE19873722941 DE3722941A1 (de) 1986-07-11 1987-07-10 Hybridschaltkreiselement und verfahren zu seiner herstellung
US07/072,305 US4902555A (en) 1986-07-11 1987-07-13 Hybrid circuit element and method of manufacturing the same
US07/370,940 US5011786A (en) 1986-07-11 1989-06-23 Method of manufacturing a hybrid circuit element

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JPS6319865A JPS6319865A (ja) 1988-01-27
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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

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