JPH08213672A - 単電子トランジスタ - Google Patents
単電子トランジスタInfo
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- JPH08213672A JPH08213672A JP7016857A JP1685795A JPH08213672A JP H08213672 A JPH08213672 A JP H08213672A JP 7016857 A JP7016857 A JP 7016857A JP 1685795 A JP1685795 A JP 1685795A JP H08213672 A JPH08213672 A JP H08213672A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
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- Y10S977/932—Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application
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- Y10S977/937—Single electron transistor
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
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- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 常温で作動し、現実に生産可能な単電子トラ
ンジスタを提供する。 【構成】 疎水性基２１が内側に対向した脂質二重膜２
と、脂質二重膜２の各々の膜に挟まれ、αヘリックス配
座をなす４つのセグメントからなるタンパク質３と、１
のフラビン分子からなり、前記タンパク質３の少なくと
も１のアミノ酸単位に結合した量子井戸４と、ポルフィ
リンからなり、前記タンパク質３の末端アミノ酸に結合
した電極５と、ポリアセチレンからなり、脂質二重膜２
の疎水性基２１の間に介在して前記量子井戸４と接触し
た制御ゲート６とを備えたことを特徴とする。
ンジスタを提供する。 【構成】 疎水性基２１が内側に対向した脂質二重膜２
と、脂質二重膜２の各々の膜に挟まれ、αヘリックス配
座をなす４つのセグメントからなるタンパク質３と、１
のフラビン分子からなり、前記タンパク質３の少なくと
も１のアミノ酸単位に結合した量子井戸４と、ポルフィ
リンからなり、前記タンパク質３の末端アミノ酸に結合
した電極５と、ポリアセチレンからなり、脂質二重膜２
の疎水性基２１の間に介在して前記量子井戸４と接触し
た制御ゲート６とを備えたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、単電子トンネル現象
を利用した単電子トランジスタに関する。
を利用した単電子トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】単電子トランジスタは、現在半導体トラ
ンジスタの主流をなすＭＯＳＦＥＴｓでは限界に達しつ
つあるサブミクロン以下という超小型化要請に対して、
ＭＯＳＦＥＴｓに代わって前記要請に応じる有力候補で
ある。
ンジスタの主流をなすＭＯＳＦＥＴｓでは限界に達しつ
つあるサブミクロン以下という超小型化要請に対して、
ＭＯＳＦＥＴｓに代わって前記要請に応じる有力候補で
ある。
【０００３】従来、単電子トンネルデバイスとして、幅
５−８ｎｍ、高さ１０−２０ｎｍ、長さ１００ｎｍ程度
の多結晶Ｓｉを量子井戸としたものが製造されている
（Appl.Phys.Lett.65(5),1 August 1994, p.624）。ま
た、理論的には、例えば、信学技報（TECHNICAL REPORT
OF IEICE.）ＯＭＥ93-59「単電子トンネリングと分子
デバイスへの応用の可能性」において、図３に示すよう
に２つのポリエチレン（絶縁体）Ｅ１，Ｅ２の両端及び
中間のそれぞれにポリアセチレン（導電体）Ａ１，Ａ
２，Ａ３をトンネル接合し、さらに中間のポリアセチレ
ンＡ３に第三のポリエチレンＥ３を介して第四のポリア
セチレンＡ４をトンネル接合することにより、両端の第
一，第二のポリアセチレンＡ１，Ａ２を電極、中間の第
三のポリアセチレンＡ３を量子井戸、第四のポリアセチ
レンＡ４を制御ゲートとした単電子トランジスタが開示
されており、その特性もシミュレーションによって明ら
かにされている。
５−８ｎｍ、高さ１０−２０ｎｍ、長さ１００ｎｍ程度
の多結晶Ｓｉを量子井戸としたものが製造されている
（Appl.Phys.Lett.65(5),1 August 1994, p.624）。ま
た、理論的には、例えば、信学技報（TECHNICAL REPORT
OF IEICE.）ＯＭＥ93-59「単電子トンネリングと分子
デバイスへの応用の可能性」において、図３に示すよう
に２つのポリエチレン（絶縁体）Ｅ１，Ｅ２の両端及び
中間のそれぞれにポリアセチレン（導電体）Ａ１，Ａ
２，Ａ３をトンネル接合し、さらに中間のポリアセチレ
ンＡ３に第三のポリエチレンＥ３を介して第四のポリア
セチレンＡ４をトンネル接合することにより、両端の第
一，第二のポリアセチレンＡ１，Ａ２を電極、中間の第
三のポリアセチレンＡ３を量子井戸、第四のポリアセチ
レンＡ４を制御ゲートとした単電子トランジスタが開示
されており、その特性もシミュレーションによって明ら
かにされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、多結晶Ｓｉを
量子井戸としたものは、その多結晶ＳｉがリンＰをドー
プした半導体であるので、フェルミレベルに最も近い遷
移レベルが、室温での電子の熱励起レベル（△Ｅ＝約２
５ｍＶ）よりも低い。従って、単電子トンネル現象を生
じさせるには、デバイス温度を室温よりもはるかに低い
４Ｋ程度まで下げる必要があり、実用的でない。
量子井戸としたものは、その多結晶ＳｉがリンＰをドー
プした半導体であるので、フェルミレベルに最も近い遷
移レベルが、室温での電子の熱励起レベル（△Ｅ＝約２
５ｍＶ）よりも低い。従って、単電子トンネル現象を生
じさせるには、デバイス温度を室温よりもはるかに低い
４Ｋ程度まで下げる必要があり、実用的でない。
【０００５】他方、ポリアセチレンを量子井戸としたも
のは、理論上常温でトンネル現象を生じるが、トランジ
スタ全体を収納し、固定する手段が完成されていない。
のは、理論上常温でトンネル現象を生じるが、トランジ
スタ全体を収納し、固定する手段が完成されていない。
【０００６】そこで、この発明の目的は、常温で作動
し、現実に生産可能な単電子トランジスタを提供するこ
とにある。
し、現実に生産可能な単電子トランジスタを提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の単電子トランジスタは、疎水性基が内側
に対向した脂質二重膜と、前記脂質二重膜の中に配さ
れ、αヘリックス配座をなすセグメントを有するタンパ
ク質と、前記タンパク質の少なくとも１つのセグメント
のアミノ酸単位に結合した量子井戸と、前記タンパク質
の末端アミノ酸に結合した電極と、前記脂質二重膜の疎
水性基の間に介在して前記量子井戸と接触した制御ゲー
トとを備えたことを特徴とする。
に、この発明の単電子トランジスタは、疎水性基が内側
に対向した脂質二重膜と、前記脂質二重膜の中に配さ
れ、αヘリックス配座をなすセグメントを有するタンパ
ク質と、前記タンパク質の少なくとも１つのセグメント
のアミノ酸単位に結合した量子井戸と、前記タンパク質
の末端アミノ酸に結合した電極と、前記脂質二重膜の疎
水性基の間に介在して前記量子井戸と接触した制御ゲー
トとを備えたことを特徴とする。
【０００８】タンパク質としては、バクテリオロドプシ
ンにおけるαヘリックスＧＣよりなり、１本のＧ及び３
本のＣの合計４本のセグメントからなるものが既に合成
されている。
ンにおけるαヘリックスＧＣよりなり、１本のＧ及び３
本のＣの合計４本のセグメントからなるものが既に合成
されている。
【０００９】量子井戸としては、例えば慣用的にフラビ
ン（Flavin）と称される7-アセチルー10ーメチルーイソアロキサシ゛ン（7-a
cetyl-10-methyl-isoalloxazine）のような１の有機化
合物分子が好ましく、このフラビンからなる量子井戸の
結合するアミノ酸単位としては、システイン（Cystein
e） が好ましい。フラビンのアセチル基とシステインの
硫黄原子とは、容易に結合するからである。また、量子
井戸は、金属原子を１個導入した有機金属化合物であっ
てもよい。
ン（Flavin）と称される7-アセチルー10ーメチルーイソアロキサシ゛ン（7-a
cetyl-10-methyl-isoalloxazine）のような１の有機化
合物分子が好ましく、このフラビンからなる量子井戸の
結合するアミノ酸単位としては、システイン（Cystein
e） が好ましい。フラビンのアセチル基とシステインの
硫黄原子とは、容易に結合するからである。また、量子
井戸は、金属原子を１個導入した有機金属化合物であっ
てもよい。
【００１０】電極としては、金属イオンを有する分子内
錯塩が好ましく、Ｍ+テトラキスーテトラフェニルーホ゜ルフィリン（Ｍ+ tetr
akis-tetraphenyl-porphyrin）（Ｍ+：Ｍｎ3+、Ｆ
ｅ2+、Ｍｇ2+、Ｚｎ2+等の金属イオン）等のポルフィリ
ンが特に好ましい。ポルフィリンは、金属イオンを内部
に導入して、親水的導電体となる上、そのフェニル基と
タンパク質の末端アミノ基とが結合することにより、タ
ンパク質の端部に固定されて後述のように電極機能を発
揮するからである。従って、この分子内錯塩は、絶縁体
となるタンパク質の両末端に配置するのがよい。
錯塩が好ましく、Ｍ+テトラキスーテトラフェニルーホ゜ルフィリン（Ｍ+ tetr
akis-tetraphenyl-porphyrin）（Ｍ+：Ｍｎ3+、Ｆ
ｅ2+、Ｍｇ2+、Ｚｎ2+等の金属イオン）等のポルフィリ
ンが特に好ましい。ポルフィリンは、金属イオンを内部
に導入して、親水的導電体となる上、そのフェニル基と
タンパク質の末端アミノ基とが結合することにより、タ
ンパク質の端部に固定されて後述のように電極機能を発
揮するからである。従って、この分子内錯塩は、絶縁体
となるタンパク質の両末端に配置するのがよい。
【００１１】制御ゲートとしては、ポリアセチレン等の
π電子を有する有機高分子が好ましい。これら有機高分
子は、薄くて柔らかい膜状をなしているので、脂質二重
膜の疎水性基の間に自己集合的に介在し、且つ脂質二重
膜の厚さに影響を及ぼさないからである。
π電子を有する有機高分子が好ましい。これら有機高分
子は、薄くて柔らかい膜状をなしているので、脂質二重
膜の疎水性基の間に自己集合的に介在し、且つ脂質二重
膜の厚さに影響を及ぼさないからである。
【００１２】
【作用】αヘリックス配座をなすタンパク質は、絶縁体
である。そして、そのタンパク質の一端部に結合した分
子内錯塩からなる電極は、金属イオンを有するので、導
電性である。また、そのタンパク質のペプチド鎖中のア
ミノ酸単位には、１つの有機化合物分子が結合してい
る。従って、分子内錯塩からなる電極をタンパク質の他
端にも配置するか又は脂質二重膜の両外側に導電体を配
置すると、導電体−１つの分子−導電体の構造となり、
１つの分子を介して１個の電子移動が行える構成をして
いる。
である。そして、そのタンパク質の一端部に結合した分
子内錯塩からなる電極は、金属イオンを有するので、導
電性である。また、そのタンパク質のペプチド鎖中のア
ミノ酸単位には、１つの有機化合物分子が結合してい
る。従って、分子内錯塩からなる電極をタンパク質の他
端にも配置するか又は脂質二重膜の両外側に導電体を配
置すると、導電体−１つの分子−導電体の構造となり、
１つの分子を介して１個の電子移動が行える構成をして
いる。
【００１３】一方、上記タンパク質は、ターン間隔平均
５．４オングストロームで、１ターン（１巻き）あたり
３．６個のアミノ酸単位を有するα螺旋（αヘリック
ス）立体配座をなす。すなわち、ある１つのアミノ酸と
それに隣接するアミノ酸との螺旋軸方向の距離は、１．
５オングストロームである。例えば、タンパク質のＧセ
グメントは、-Glu-Thr-Leu-Leu-Phe-Met-Val-Leu-Asp-V
al-Ser-Ala-Cys-Val-Gly-Phe-Gly-Leu-Ile-Leuというア
ミノ酸配列を持ち、アラニン（Ala）とシステイン（Cy
s）との螺旋軸方向の距離が１．５オングストロームで
ある。従って、タンパク質に対するフラビン等の有機化
合物分子の結合位置を変えることにより、ポルフィリン
等の分子内錯塩とフラビン等の分子との距離を１．５オ
ングストローム単位で調整することができるので、フラ
ビン等の分子とポルフィリン等の分子内錯塩との間隔
を、フラビンが量子井戸を形成してトンネル効果を生じ
るような距離（３〜５オングストローム）に固定するこ
とができる。しかも量子井戸がフラビン等の１個の分子
からなるので、フェルミレベルに最も近い遷移レベル
が、室温での電子の熱励起レベルよりも高い。従って、
室温でトンネル現象を確認できる。
５．４オングストロームで、１ターン（１巻き）あたり
３．６個のアミノ酸単位を有するα螺旋（αヘリック
ス）立体配座をなす。すなわち、ある１つのアミノ酸と
それに隣接するアミノ酸との螺旋軸方向の距離は、１．
５オングストロームである。例えば、タンパク質のＧセ
グメントは、-Glu-Thr-Leu-Leu-Phe-Met-Val-Leu-Asp-V
al-Ser-Ala-Cys-Val-Gly-Phe-Gly-Leu-Ile-Leuというア
ミノ酸配列を持ち、アラニン（Ala）とシステイン（Cy
s）との螺旋軸方向の距離が１．５オングストロームで
ある。従って、タンパク質に対するフラビン等の有機化
合物分子の結合位置を変えることにより、ポルフィリン
等の分子内錯塩とフラビン等の分子との距離を１．５オ
ングストローム単位で調整することができるので、フラ
ビン等の分子とポルフィリン等の分子内錯塩との間隔
を、フラビンが量子井戸を形成してトンネル効果を生じ
るような距離（３〜５オングストローム）に固定するこ
とができる。しかも量子井戸がフラビン等の１個の分子
からなるので、フェルミレベルに最も近い遷移レベル
が、室温での電子の熱励起レベルよりも高い。従って、
室温でトンネル現象を確認できる。
【００１４】そこで、このように量子井戸を形成した状
態で、制御ゲートに電圧を加えると、上記有機化合物１
分子のポテンシャルエネルギーが変動する。従って、分
子内錯塩側を負極とすれば、制御ゲートに一定の正電圧
を加えたところで、分子内錯塩に電導に用いることがで
きる遷移レベルが１つでき、さらに電圧を上げていくと
２番目の遷移レベルが利用できるようになり、階段状の
電流電圧特性を得ることができる。
態で、制御ゲートに電圧を加えると、上記有機化合物１
分子のポテンシャルエネルギーが変動する。従って、分
子内錯塩側を負極とすれば、制御ゲートに一定の正電圧
を加えたところで、分子内錯塩に電導に用いることがで
きる遷移レベルが１つでき、さらに電圧を上げていくと
２番目の遷移レベルが利用できるようになり、階段状の
電流電圧特性を得ることができる。
【００１５】そして、絶縁体としてのタンパク質、１の
有機化合物分子及び分子内錯塩からなる電極を組み合わ
せた全体がＬＢ膜に保持されているので、ＬＢ膜の両側
に導電体を配置することで、外部回路との接続が可能と
なる。
有機化合物分子及び分子内錯塩からなる電極を組み合わ
せた全体がＬＢ膜に保持されているので、ＬＢ膜の両側
に導電体を配置することで、外部回路との接続が可能と
なる。
【００１６】
【実施例】この発明の単電子トランジスタの実施例を図
面とともに説明する。図１は、実施例の単電子トランジ
スタを模式的に示す構造図である。
面とともに説明する。図１は、実施例の単電子トランジ
スタを模式的に示す構造図である。
【００１７】単電子トランジスタ１は、疎水性基２１が
内側に対向し、親水性基２２が外側を向いた脂質二重膜
（以下、「ＬＢ膜」という）２と、ＬＢ膜２の各々の膜
に挟まれ、αヘリックス配座をなす４本のセグメントＧ
ＣＣＣのタンパク質３と、フラビンからなり、そのフラ
ビンのアセチル基が前記Ｇセグメントのシステインの硫
黄Ｓに結合した量子井戸４と、Ｍｎ3+テトラキスーテトラフェニルーホ゜
ルフィリンからなり、その４つのフェニル基のそれぞれのオ
ルト位が前記各々のセグメントの末端アミノ酸であるア
ラニンのアミノ基に結合した電極５と、ポリアセチレン
からなり、ＬＢ膜２の疎水性基の間に介在して前記量子
井戸４と接触した制御ゲート６とを備えている。なお、
電極５は、図面ではタンパク質３の下端に結合されたも
の１つしか示されていないが、上端にも同様に結合され
ている。
内側に対向し、親水性基２２が外側を向いた脂質二重膜
（以下、「ＬＢ膜」という）２と、ＬＢ膜２の各々の膜
に挟まれ、αヘリックス配座をなす４本のセグメントＧ
ＣＣＣのタンパク質３と、フラビンからなり、そのフラ
ビンのアセチル基が前記Ｇセグメントのシステインの硫
黄Ｓに結合した量子井戸４と、Ｍｎ3+テトラキスーテトラフェニルーホ゜
ルフィリンからなり、その４つのフェニル基のそれぞれのオ
ルト位が前記各々のセグメントの末端アミノ酸であるア
ラニンのアミノ基に結合した電極５と、ポリアセチレン
からなり、ＬＢ膜２の疎水性基の間に介在して前記量子
井戸４と接触した制御ゲート６とを備えている。なお、
電極５は、図面ではタンパク質３の下端に結合されたも
の１つしか示されていないが、上端にも同様に結合され
ている。
【００１８】アラニンAlaに結合したポルフィリンの化
学構造式を（化１）に、システインに結合したフラビン
の化学構造式を（化２）に示す。式中、破線がアラニン
又はシステインとの結合部分である。
学構造式を（化１）に、システインに結合したフラビン
の化学構造式を（化２）に示す。式中、破線がアラニン
又はシステインとの結合部分である。
【００１９】
【化１】
【００２０】
【化２】
【００２１】ＬＢ膜２は、その一側の外面が炭素製の基
板７に支持され、他方の外面に炭素の導電膜８が形成さ
れている。基板７には、外部端子挿入用の貫通孔７１が
空けられている。
板７に支持され、他方の外面に炭素の導電膜８が形成さ
れている。基板７には、外部端子挿入用の貫通孔７１が
空けられている。
【００２２】上記の単電子トランジスタ１は、例えば以
下の手順で製造される。先ず、一端に親水性基２２をも
つ脂質を水面に滴下して浮かべる。そして、外部端子挿
入用の貫通孔７１が設けられた基板７をその水中に浸し
た後、引き上げる。すると図２（ａ）に示すように、脂
質の親水性基２２が基板７面に付着して連れ上げられ、
基板７面上に脂質膜が形成される。適当な面積の脂質膜
が得られたところで、再び基板７を水中に浸すと、水面
に残っている脂質の疎水性基２１が基板７上の脂質膜の
疎水性基２１に付着し、図２（ｂ）に示すように疎水性
基２１同士が対向したＬＢ膜２が形成される。ＬＢ膜２
の幅は、約５ｎｍである。
下の手順で製造される。先ず、一端に親水性基２２をも
つ脂質を水面に滴下して浮かべる。そして、外部端子挿
入用の貫通孔７１が設けられた基板７をその水中に浸し
た後、引き上げる。すると図２（ａ）に示すように、脂
質の親水性基２２が基板７面に付着して連れ上げられ、
基板７面上に脂質膜が形成される。適当な面積の脂質膜
が得られたところで、再び基板７を水中に浸すと、水面
に残っている脂質の疎水性基２１が基板７上の脂質膜の
疎水性基２１に付着し、図２（ｂ）に示すように疎水性
基２１同士が対向したＬＢ膜２が形成される。ＬＢ膜２
の幅は、約５ｎｍである。
【００２３】別途、αヘリックス配座を持つＧＣＣＣセ
グメントからなり、そのＧセグメントのシステインにフ
ラビンが結合し、各セグメントの両末端Alaのアミノ基
にポルフィリンが結合したタンパク質粉末を合成してお
く。なお、フラビンと一方のポルフィリンとの距離が、
３〜５オングストローム程度となるようにフラビンをＧ
セグメントに結合しておく。また、ポリアセチレンも準
備する。
グメントからなり、そのＧセグメントのシステインにフ
ラビンが結合し、各セグメントの両末端Alaのアミノ基
にポルフィリンが結合したタンパク質粉末を合成してお
く。なお、フラビンと一方のポルフィリンとの距離が、
３〜５オングストローム程度となるようにフラビンをＧ
セグメントに結合しておく。また、ポリアセチレンも準
備する。
【００２４】次に、合成されたタンパク質とポリアセチ
レンをエタノール等のアルコール中に浮遊させておき、
超音波振動子による振動にて上記ＬＢ膜２に向かって噴
霧させる。タンパク質もポリアセチレンも、疎水性であ
るから自己集合的にＬＢ膜２の内部に入る。
レンをエタノール等のアルコール中に浮遊させておき、
超音波振動子による振動にて上記ＬＢ膜２に向かって噴
霧させる。タンパク質もポリアセチレンも、疎水性であ
るから自己集合的にＬＢ膜２の内部に入る。
【００２５】その後、貫通孔７１に対応する部分のみマ
スクをして、基板７上のＬＢ膜２の上面に炭素を蒸着
し、導電膜８を形成することによって、単電子トランジ
スタ１が完成する。
スクをして、基板７上のＬＢ膜２の上面に炭素を蒸着
し、導電膜８を形成することによって、単電子トランジ
スタ１が完成する。
【００２６】得られた単電子トランジスタ１は、タンパ
ク質３の両端に位置するポルフィリンからなる一対の電
極５，５が、それぞれ導電性の基板７及び導電膜８と接
触しており、基板７及び導電膜８を外部回路（図示省
略）と接続することにより、電極間に電圧を加えること
ができる。そして、タンパク質３のＧセグメントのシス
テインには、フラビン分子１個が結合しているから、導
電体−１つの分子−導電体の構造となり、フラビン分子
が量子井戸４となって、その分子１個を介してトンネル
効果により１個の電子移動が行える構成をしている。
ク質３の両端に位置するポルフィリンからなる一対の電
極５，５が、それぞれ導電性の基板７及び導電膜８と接
触しており、基板７及び導電膜８を外部回路（図示省
略）と接続することにより、電極間に電圧を加えること
ができる。そして、タンパク質３のＧセグメントのシス
テインには、フラビン分子１個が結合しているから、導
電体−１つの分子−導電体の構造となり、フラビン分子
が量子井戸４となって、その分子１個を介してトンネル
効果により１個の電子移動が行える構成をしている。
【００２７】しかも量子井戸４がフラビン等の１個の分
子からなるので、フェルミレベルに最も近い遷移レベル
が、室温での電子の熱励起レベル２５ｍＶよりも高い。
従って、室温でトンネル現象を確認できる。
子からなるので、フェルミレベルに最も近い遷移レベル
が、室温での電子の熱励起レベル２５ｍＶよりも高い。
従って、室温でトンネル現象を確認できる。
【００２８】そこで、上記貫通孔７１に外部端子９を挿
入し、その外部端子９を制御ゲート６に接触させた状態
で制御ゲート６に電圧を加えると、上記フラビン１分子
のポテンシャルエネルギーが変動する。従って、ポルフ
ィリンからなるいずれか一方の電極５を負極とすれば、
制御ゲート６に一定の正電圧を加えたところで、分子内
錯塩から電導に利用できる遷移レベルが１つでき、さら
に電圧を上げていくと２番目の遷移レベルが利用できる
ようになるので、階段状の電流電圧特性を得ることがで
きる。
入し、その外部端子９を制御ゲート６に接触させた状態
で制御ゲート６に電圧を加えると、上記フラビン１分子
のポテンシャルエネルギーが変動する。従って、ポルフ
ィリンからなるいずれか一方の電極５を負極とすれば、
制御ゲート６に一定の正電圧を加えたところで、分子内
錯塩から電導に利用できる遷移レベルが１つでき、さら
に電圧を上げていくと２番目の遷移レベルが利用できる
ようになるので、階段状の電流電圧特性を得ることがで
きる。
【００２９】よって、単電子トランジスタ１は、ゲート
６の電位によって電極間の電流のオンーオフを制御する
ことができ、スイッチング機能を果たす。しかも単電子
トランジスタ１のサイズは、ナノメートルオーダーであ
るから、電子機器の超小型化に寄与する。
６の電位によって電極間の電流のオンーオフを制御する
ことができ、スイッチング機能を果たす。しかも単電子
トランジスタ１のサイズは、ナノメートルオーダーであ
るから、電子機器の超小型化に寄与する。
【００３０】
【発明の効果】以上の通り、この発明の単電子トランジ
スタは、冷却装置を要することなく、超小型電子機器に
搭載してスイッチング素子となりうる。
スタは、冷却装置を要することなく、超小型電子機器に
搭載してスイッチング素子となりうる。
【図１】実施例の単電子トランジスタの構造を示す模式
図
図
【図２】実施例のＬＢ膜の製造過程を示す図
【図３】従前に提案された単電子トランジスタの構造を
示す図
示す図
１ 単電子トランジスタ ２ 脂質二重膜 ２１ 疎水性基 ２２ 親水性基 ３ タンパク質 ４ 量子井戸 ５ 電極 ６ 制御ゲート ７ 基板 ７１ 貫通孔 ８ 導電膜 ９ 外部端子
Claims (9)
- 【請求項１】疎水性基が内側に対向した脂質二重膜と、
前記脂質二重膜の中に配され、αヘリックス配座をなす
セグメントを有するタンパク質と、前記タンパク質の少
なくとも１つのセグメントのアミノ酸単位に結合した量
子井戸と、前記タンパク質の末端アミノ酸に結合した電
極と、前記脂質二重膜の疎水性基の間に介在して前記量
子井戸と接触した制御ゲートとを備えたことを特徴とす
る単電子トランジスタ。 - 【請求項２】タンパク質が、バクテリオロドプシンにお
けるαヘリックスＧＣよりなり、１本のＧ及び３本のＣ
の合計４本のセグメントからなる請求項１に記載の単電
子トランジスタ。 - 【請求項３】量子井戸が、１つの有機化合物分子からな
る請求項１に記載の単電子トランジスタ。 - 【請求項４】有機化合物分子が、7-アセチルー10ーメチルーイソアロキサ
シ゛ン（7-acetyl-10-methyl-isoalloxazine） である請求
項３に記載の単電子トランジスタ。 - 【請求項５】量子井戸の結合するアミノ酸単位が、シス
テイン（Cysteine）である請求項１に記載の単電子トラ
ンジスタ。 - 【請求項６】電極が、金属イオンを有する分子内錯塩か
らなる請求項１に記載の単電子トランジスタ。 - 【請求項７】分子内錯塩が、ポルフィリンである請求項
６に記載の単電子トランジスタ。 - 【請求項８】ポルフィリンが、Ｍ+テトラキスーテトラフェニルーホ゜ルフィ
リン（Ｍ+ tetrakis-tetraphenyl-porphyrin）である（Ｍ
+：金属イオン）請求項７に記載の単電子トランジス
タ。 - 【請求項９】制御ゲートが、π電子を有する有機高分子
である請求項１に記載の単電子トランジスタ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01685795A JP3149718B2 (ja) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | 単電子トランジスタ |
| US08/596,756 US5646420A (en) | 1995-02-03 | 1996-02-05 | Single electron transistor using protein |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01685795A JP3149718B2 (ja) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | 単電子トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213672A true JPH08213672A (ja) | 1996-08-20 |
| JP3149718B2 JP3149718B2 (ja) | 2001-03-26 |
Family
ID=11927898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01685795A Expired - Fee Related JP3149718B2 (ja) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | 単電子トランジスタ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5646420A (ja) |
| JP (1) | JP3149718B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005294543A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | National Institute For Materials Science | 単一電子素子とその製造方法 |
| JP2007513322A (ja) * | 2003-11-07 | 2007-05-24 | キネテイツク・リミテツド | 分子単電子トランジスタ（ｍｓｅｔ）検出デバイス |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030087277A1 (en) * | 1998-12-23 | 2003-05-08 | Wolfgang Fritzsche | Means and methods for detection of binding of members of specific binding pairs |
| DE19860547C1 (de) * | 1998-12-23 | 2000-10-12 | Genetrix B V I O | Affinitätssensor für den Nachweis spezifischer molekularer Bindungsereignisse und dessen Verwendung |
| US6339227B1 (en) | 1999-02-01 | 2002-01-15 | The Mitre Corporation | Monomolecular electronic device |
| US6198113B1 (en) | 1999-04-22 | 2001-03-06 | Acorn Technologies, Inc. | Electrostatically operated tunneling transistor |
| WO2001073851A1 (fr) * | 2000-03-29 | 2001-10-04 | Sony Corporation | Corps structurel unidimensionnel composite multiple et materiau fonctionnel |
| US7615402B1 (en) | 2000-07-07 | 2009-11-10 | Acorn Technologies, Inc. | Electrostatically operated tunneling transistor |
| US6653653B2 (en) | 2001-07-13 | 2003-11-25 | Quantum Logic Devices, Inc. | Single-electron transistors and fabrication methods in which a projecting feature defines spacing between electrodes |
| US6483125B1 (en) | 2001-07-13 | 2002-11-19 | North Carolina State University | Single electron transistors in which the thickness of an insulating layer defines spacing between electrodes |
| KR101619292B1 (ko) | 2008-06-17 | 2016-05-10 | 내셔날 리서치 카운실 오브 캐나다 | 원자 양자점 |
| JP7080489B2 (ja) | 2016-01-28 | 2022-06-06 | ロズウェル バイオテクノロジーズ，インコーポレイテッド | 超パラレルｄｎａ配列決定装置 |
| KR20180105699A (ko) | 2016-01-28 | 2018-09-28 | 로스웰 바이오테크놀로지스 인코포레이티드 | 대규모 분자 전자소자 센서 어레이들을 이용하여 분석물들을 측정하는 방법들 및 장치 |
| EP3414784B1 (en) | 2016-02-09 | 2021-04-14 | Roswell Biotechnologies, Inc | Electronic label-free dna and genome sequencing |
| US11656197B2 (en) | 2017-01-19 | 2023-05-23 | Roswell ME Inc. | Solid state sequencing devices comprising two dimensional layer materials |
| US10508296B2 (en) | 2017-04-25 | 2019-12-17 | Roswell Biotechnologies, Inc. | Enzymatic circuits for molecular sensors |
| KR20200002897A (ko) | 2017-04-25 | 2020-01-08 | 로스웰 바이오테크놀로지스 인코포레이티드 | 분자 센서들을 위한 효소 회로들 |
| EP4023764A3 (en) | 2017-05-09 | 2022-09-21 | Roswell Biotechnologies, Inc. | Binding probe circuits for molecular sensors |
| EP3676389A4 (en) | 2017-08-30 | 2021-06-02 | Roswell Biotechnologies, Inc | PROCESSIVE ENZYMATIC MOLECULAR ELECTRONIC SENSORS FOR STORING DNA DATA |
| CN111373051A (zh) | 2017-10-10 | 2020-07-03 | 罗斯威尔生命技术公司 | 用于无扩增dna数据存储的方法、装置和系统 |
| CA3137395A1 (en) * | 2019-01-10 | 2020-07-16 | Roswell Biotechnologies Inc. | Conductive synthetic peptides for molecular electronics |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0383999A (ja) * | 1989-08-28 | 1991-04-09 | Hitachi Ltd | 蛋白質配向膜の作成方法、該蛋白質配向膜からなる人工的構造体及びその用途 |
| US5475341A (en) * | 1992-06-01 | 1995-12-12 | Yale University | Sub-nanoscale electronic systems and devices |
| US5420746A (en) * | 1993-04-13 | 1995-05-30 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Single electron device including clusters of pure carbon atoms |
-
1995
- 1995-02-03 JP JP01685795A patent/JP3149718B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-02-05 US US08/596,756 patent/US5646420A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007513322A (ja) * | 2003-11-07 | 2007-05-24 | キネテイツク・リミテツド | 分子単電子トランジスタ（ｍｓｅｔ）検出デバイス |
| JP2005294543A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | National Institute For Materials Science | 単一電子素子とその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US5646420A (en) | 1997-07-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |