JPH073873B2 - ダイオ−ド素子 - Google Patents

ダイオ−ド素子

Info

Publication number
JPH073873B2
JPH073873B2 JP60003602A JP360285A JPH073873B2 JP H073873 B2 JPH073873 B2 JP H073873B2 JP 60003602 A JP60003602 A JP 60003602A JP 360285 A JP360285 A JP 360285A JP H073873 B2 JPH073873 B2 JP H073873B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron transfer
transfer protein
diode element
protein
film
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 - Fee Related
Application number
JP60003602A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS61163668A (ja
Inventor
悟 磯田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP60003602A priority Critical patent/JPH073873B2/ja
Priority to US06/815,068 priority patent/US4613541A/en
Priority to DE19863600564 priority patent/DE3600564A1/de
Publication of JPS61163668A publication Critical patent/JPS61163668A/ja
Publication of JPH073873B2 publication Critical patent/JPH073873B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/701Organic molecular electronic devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Peptides Or Proteins (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ダイオード素子に関
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,
高速化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ダイオード素子として
は、第6図に示すMOS構造のものがあった。図におい
て、1はp形シリコン基板、2はn形領域、3はp形領
域、4はn形領域、5はSiO2膜、6,7は電極であり、こ
れら2つの電極6,7間でp−n接合(p形領域3−n形
領域4接合)が形成され、これによりダイオード特性が
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構造のダイオード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
造のダイオード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、一方
で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
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
のダイオード素子を提供す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、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
(Phosphate))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
(以下電子伝達蛋白質と記す)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
の動きを分子レベルで制御することができると考えられ
る。
第5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,コハク酸脱水素酵素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で最終的に酸素に渡され、水
を生ずる。
第5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。
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。
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、これらをA−Bと2層に累積
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。
即ち、本発明に係るダイオード素子は、第1電子伝達蛋
白質で作成された第1電子伝達蛋白質膜と、上記第1電
子伝達蛋白質のレドックス(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電子伝達蛋白質膜と、それぞれ上記第1,第2電子伝達
蛋白質に接続される第1,第2の電極とを設けたものであ
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種類の電子伝達蛋白質を接合したその複合体は整流
特性を呈する。即ち第4図に示すA−B型電子伝達蛋白
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つの電子
伝達蛋白質A,Bを接合してなる複合体においては、電子
は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、逆方向へは流れにくいという整流特性を呈し、
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ダイオ
ード素子を得ることができる。
〔実施例〕
以下、本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ダイオード素子が組み込まれ
た装置の模式的断面構成図であり、図において、16は絶
縁特性を持つ例えばガラス製基板、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は電子伝達蛋白質であるチトクロームcで作成さ
れた第1電子伝達蛋白質膜であり、複数条の電極17上に
形成されている。19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2電子伝達蛋白質膜19上に形成されている。第
2図は形成したダイオード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。
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
上記電子伝達蛋白質としてのチトクロームcとフラボド
キシンを用いて単分子膜及びそれらの累積膜18,19を作
成する訳であるが、これらの膜18,19を作成するには、L
B(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.Blodget
t:Journal of American Chemical Society)Vol 57,p10
07,1935年、杉 道夫ら,固体物理,Vol 17,P744〜75
2,1982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 Science)Vol 68,P471〜477,1979年、など
に記載されている。一例を説明すると、水槽の水面にチ
トクロームc溶液を滴下し、水面にチトクロームcの単
分子膜を形成する。そてこのチトクロームc膜を形成し
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にチトクロームc膜
が付着接合し、第1電子伝達蛋白質膜18が作成される。
なおこのとき、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
チトクロームc膜を形成するようにしてもよい。
次に水槽の水面にフラボドキシン溶液を滴下し、水面に
フラボドキシンの単分子膜を形成する。そして上記第1
電子伝達蛋白質18が作成された基板16を、フラボドキシ
ンの膜を有する水槽に垂直に挿入して浸して行くと、第
1電子伝達蛋白質18上にフラボドキシン膜が付着接合
し、第2電子伝達蛋白質膜19が作成される。続いて、基
板16の第2電子伝達蛋白質膜19上に金属薄膜を、イオン
ビーム法、分子線法、蒸着法などを利用して電子伝達蛋
白質が破壊されないほどの低温で作成し、電極20を得
る。
なお、上記第1,第2電子伝達蛋白質膜18,19は、単分子
膜であっても、また別の電子伝達蛋白質の膜をこれに重
ねたものであてもよい。このとき、各々に重ねた膜の両
電子伝達蛋白質間のレドックス電位差は、第1,第2の両
電子伝達蛋白質間のレドックス電位差より小さいものを
選定する。各種の電子伝達蛋白質のレドックス電位は、
「高野 常広著;蛋白質核酸酵素,27,P1543,1982年」に
記載されており、チトクロームcとフラボドキシンのレ
ドックス電位差は約665mVである。
また、水面に滴下する電子伝達蛋白質溶液に予め脂質又
は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、これを基板に付着させるように
してもよく、上記脂質又は脂肪酸は蛋白質分子の支えと
なり、これにより電子伝達蛋白質の反応が整えられる。
また、Au製電極と電子伝達蛋白質膜間に電子の授受を良
好にするには、Au製電極を4,4′‐ビピリジル(bipyrid
gl)、2,2′‐ビピリジル等で化学修飾しておけばよ
い。
次に作用効果について説明する。
第3図は本素子の電極17と電極20間に電圧Vを印加した
ときのI−V特性、即ち整流特性を示す。本素子の電圧
印加に対する電子の流れ等は第4図で述べた作用と同様
であり、チトクロームcとフラボドキシンのレドックス
電位差Vo(約665mV)により整流特性を示す。
このような本実施例の構成及び電圧印加に対応する電流
の変化の挙動は、従来の半導体ダイオード素子(p−n
接合タイプ)と同様と考えられ、上記構成によりダイオ
ード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。
なお、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り、これらのうちから第1,
第2電子伝達蛋白質を選択するにあたっては、分子間の
配向と、電極が形成された基板に対する配向とが電子伝
達に適したものを選定する。
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。
また、各電子伝達蛋白質は、異種電子伝達蛋白質間では
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。
さらに、上記実施例では電子伝達蛋白質膜を2層累積し
た場合について説明したが、これは3層以上累積させて
もよく、上記実施例と同様の効果が得られる。
〔発明の効果〕
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蛋白質で第1,第2の電子伝達蛋白質
膜を形成し、これにより整流動作を行わせるようにした
ので、ダイオード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
路の高密度化,高速度化を図ることができる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例によるダイオード素子が組み
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図は上記ダイオード素子のI−V特性
図、第4図は電子伝達蛋白質複合体の模式図とそのレド
ックス電位を示す図、第5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6図は従来のMOS構成ダイ
オード素子を示す断面図である。 17,20…電極、18…第1電子伝達蛋白質膜、19…第2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。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子を一定方向に伝達可能な第1電子伝達
    蛋白質で作成された第1電子伝達蛋白質膜と、 上記第1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電子伝達蛋白質で作成され、上
    記第1電子伝達蛋白質膜上に累積して接着接合された第
    2電子伝達蛋白質膜と、 それぞれ上記第1,第2電子伝達蛋白質膜に接続された第
    1,第2の電極とを備え、 上記第1,第2電子伝達蛋白質のレドックス電位の違いを
    利用して整流特性を呈するようにしたことを特徴とする
    ダイオード素子。
  2. 【請求項2】上記電子伝達蛋白質は、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項記載のダイオード素子。
  3. 【請求項3】上記電子伝達蛋白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項又は第2項記載の
    ダイオード素子。
  4. 【請求項4】上記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たことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項ないし第3項のいずれかに記載のダイオード素
    子。
  5. 【請求項5】上記各電極は金属電極あるいは金属電極を
    有機分子で化学修飾した化学修飾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4項のいずれかに
    記載のダイオード素子。
  6. 【請求項6】上記各電子伝達蛋白質膜は、その電子伝達
    蛋白質が、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
    ずれかに記載のダイオード素子。
  7. 【請求項7】上記電子伝達蛋白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6項のいずれかに記載のダイオー
    ド素子。
JP60003602A 1985-01-12 1985-01-12 ダイオ−ド素子 Expired - Fee Related JPH073873B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60003602A JPH073873B2 (ja) 1985-01-12 1985-01-12 ダイオ−ド素子
US06/815,068 US4613541A (en) 1985-01-12 1985-12-31 Electronic device using electron transport proteins
DE19863600564 DE3600564A1 (de) 1985-01-12 1986-01-10 Elektronische einrichtung mit elektronen transportierenden proteinen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60003602A JPH073873B2 (ja) 1985-01-12 1985-01-12 ダイオ−ド素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61163668A JPS61163668A (ja) 1986-07-24
JPH073873B2 true JPH073873B2 (ja) 1995-01-18

Family

ID=11562034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60003602A Expired - Fee Related JPH073873B2 (ja) 1985-01-12 1985-01-12 ダイオ−ド素子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH073873B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0680814B2 (ja) * 1987-03-26 1994-10-12 三菱電機株式会社 スイツチ素子

Also Published As

Publication number Publication date
JPS61163668A (ja) 1986-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kovtyukhova et al. Nanowires as building blocks for self‐assembling logic and memory circuits
Metzger Unimolecular electronics
Vilan et al. How organic molecules can control electronic devices
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
Weiss et al. The study of charge transport through organic thin films: mechanism, tools and applications
JPS63238166A (ja) 有機電子素子材料
JP2009021501A (ja) 分子素子、単分子光スイッチ素子、機能素子、分子ワイヤーおよび電子機器
Noy et al. Bionanoelectronics with 1D materials
Wada Prospects for single molecule information processing devices
US4613541A (en) Electronic device using electron transport proteins
Chang The highlights in the nano world
US11148946B2 (en) Contacting molecular components
JPH073873B2 (ja) ダイオ−ド素子
JPH0748567B2 (ja) 光応答性スイツチ素子
JPH0691241B2 (ja) トランジスタ素子
JPH0810774B2 (ja) トランジスタ素子
JP2550980B2 (ja) 整流素子
JPH0770763B2 (ja) 整流素子
JPH07118555B2 (ja) スイツチ素子
JPH0770764B2 (ja) スイツチ素子
Mentovich et al. Vertically Stacked Molecular Junctions: Toward a Three-Dimensional Multifunctional Molecular Circuit
Persson et al. A Self‐Assembled Single‐Electron Tunneling Device
JPS6310563A (ja) スイツチ素子
JPS6319855A (ja) 生物電気素子

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees