JPH1145990A - 二次元的に配置された量子素子 - Google Patents
二次元的に配置された量子素子Info
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- JPH1145990A JPH1145990A JP14894398A JP14894398A JPH1145990A JP H1145990 A JPH1145990 A JP H1145990A JP 14894398 A JP14894398 A JP 14894398A JP 14894398 A JP14894398 A JP 14894398A JP H1145990 A JPH1145990 A JP H1145990A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 常温で安定に作動し、現実に単電子トランジ
スタや単電子メモリーとして生産可能な量子素子を提供
する。 【解決手段】 表面に絶縁層を有する基板表面上に、金
属タンパク質が内包可能な直径が７ｎｍ以下の金属原子
凝集体Ｍからなる量子ドットを、金属タンパク質のピッ
チ１１〜１４ｎｍで二次元的に配置する。凝集体Ｍの１
個を量子井戸Ｑ、量子井戸を介し対向する量子ドットを
ドレインＤ及びソースＳ、周囲の残る量子ドットをゲー
トＧとし、その他の凝集体Ｍを配線に用いることで、単
電子トランジスタとなる。量子井戸Ｑは、１千〜３千個
の原子の凝集体であるから、この量子井戸のフェルミレ
ベルに最も近い遷移レベルは室温での電子の熱励起レベ
ルよりも高い。又、量子井戸ＱとドレインＤ及びソース
Ｓとが、トンネル効果を生じうる距離１１〜１４ｎｍに
配置されているので、室温もしくは実用可能な温度でト
ンネル現象を確認できる。
スタや単電子メモリーとして生産可能な量子素子を提供
する。 【解決手段】 表面に絶縁層を有する基板表面上に、金
属タンパク質が内包可能な直径が７ｎｍ以下の金属原子
凝集体Ｍからなる量子ドットを、金属タンパク質のピッ
チ１１〜１４ｎｍで二次元的に配置する。凝集体Ｍの１
個を量子井戸Ｑ、量子井戸を介し対向する量子ドットを
ドレインＤ及びソースＳ、周囲の残る量子ドットをゲー
トＧとし、その他の凝集体Ｍを配線に用いることで、単
電子トランジスタとなる。量子井戸Ｑは、１千〜３千個
の原子の凝集体であるから、この量子井戸のフェルミレ
ベルに最も近い遷移レベルは室温での電子の熱励起レベ
ルよりも高い。又、量子井戸ＱとドレインＤ及びソース
Ｓとが、トンネル効果を生じうる距離１１〜１４ｎｍに
配置されているので、室温もしくは実用可能な温度でト
ンネル現象を確認できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、量子ドットが二
次元的に配置された量子素子に属する。この量子素子に
配置された量子ドットは、単電子トランジスタ、ドーピ
ングダイオード、ドーピングトランジス夕及びドーピン
グトランジスタアレイ、半導体発光素子として好適に利
用されうる。
次元的に配置された量子素子に属する。この量子素子に
配置された量子ドットは、単電子トランジスタ、ドーピ
ングダイオード、ドーピングトランジス夕及びドーピン
グトランジスタアレイ、半導体発光素子として好適に利
用されうる。
【０００２】
【従来の技術】単電子トランジスタ、単電子メモリー等
のように単電子トンネル効果を利用した素子が注目され
ている。例えば、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
侯補である。
のように単電子トンネル効果を利用した素子が注目され
ている。例えば、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
侯補である。
【０００３】薄い絶縁層で囲まれた微粒子では、トンネ
ル現象により外部電極から電子が供給される。この時、
粒子は外部に対して容量Ｃを持つので、電子が入ること
によりその静電エネルギーはｅ2／２Ｃの変化が生じ
る。その結果２個目の電子は微粒子にトンネルできなく
なる。従って、単電子トンネリング効果を利用した上記
素子を作るためには、このエネルギーが室温での電子の
熱励起の（ΔＥ＝約２５ｍＶ）よりも高くなるような微
小な金属粒子からなる量子ドットを絶縁体上に配置する
ことが必須である。また、ｅ2／２Ｃが小さい場合は、
微小ドットのフェルミレベルの直上のエネルギーが電子
の熱励起レベルより大きい量子ドットを配置することが
必須である。この場合は単電子ではなくなるが、この場
合でもトランジスタの性能を実現できる。なお。量子素
子を実現することができても、現在の様な幅の広い配線
では配線の寄生容量のためにトンネル現象を確認できな
いから、微小配線を形成する必要がある。
ル現象により外部電極から電子が供給される。この時、
粒子は外部に対して容量Ｃを持つので、電子が入ること
によりその静電エネルギーはｅ2／２Ｃの変化が生じ
る。その結果２個目の電子は微粒子にトンネルできなく
なる。従って、単電子トンネリング効果を利用した上記
素子を作るためには、このエネルギーが室温での電子の
熱励起の（ΔＥ＝約２５ｍＶ）よりも高くなるような微
小な金属粒子からなる量子ドットを絶縁体上に配置する
ことが必須である。また、ｅ2／２Ｃが小さい場合は、
微小ドットのフェルミレベルの直上のエネルギーが電子
の熱励起レベルより大きい量子ドットを配置することが
必須である。この場合は単電子ではなくなるが、この場
合でもトランジスタの性能を実現できる。なお。量子素
子を実現することができても、現在の様な幅の広い配線
では配線の寄生容量のためにトンネル現象を確認できな
いから、微小配線を形成する必要がある。
【０００４】従来、単電子メモリーとして、減圧ＣＶＤ
によりａ一Ｓｉを堆積させ７５０℃で結晶化させること
により、厚さ３．４ｎｍの超薄膜の多結晶Ｓｉ膜の細線
（幅１００ｎｍ）とゲート電極（１００ｎｍ）とが１５
０ｎｍのゲート酸化膜を介して互いに交差した素子が試
作された（応用物理第６３巻第１２号，ｐ．１２４８．
（１９９４））。この素子は、室温で動作し、従来のフ
ラッシュメモリーの限界を突破する高速で不揮発なメモ
リーの可能性を秘めている。また、電子ビームリソグラ
フィ及び三角シャドーエバポレーション技術により、２
０ｎｍの島電極をもつアルミニウム基単電子トランジス
タも製造された（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖ
ｏｌ．３５．（１９９６）ｐｐ．Ｌ１４６５−Ｌ１４６
７）。この単電子トランジスタは、シリコン系の素子に
無い利点、例えばバックグラウンド電流がゲート電圧に
依存しない周期的ゲート変調性を有する。
によりａ一Ｓｉを堆積させ７５０℃で結晶化させること
により、厚さ３．４ｎｍの超薄膜の多結晶Ｓｉ膜の細線
（幅１００ｎｍ）とゲート電極（１００ｎｍ）とが１５
０ｎｍのゲート酸化膜を介して互いに交差した素子が試
作された（応用物理第６３巻第１２号，ｐ．１２４８．
（１９９４））。この素子は、室温で動作し、従来のフ
ラッシュメモリーの限界を突破する高速で不揮発なメモ
リーの可能性を秘めている。また、電子ビームリソグラ
フィ及び三角シャドーエバポレーション技術により、２
０ｎｍの島電極をもつアルミニウム基単電子トランジス
タも製造された（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖ
ｏｌ．３５．（１９９６）ｐｐ．Ｌ１４６５−Ｌ１４６
７）。この単電子トランジスタは、シリコン系の素子に
無い利点、例えばバックグラウンド電流がゲート電圧に
依存しない周期的ゲート変調性を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記多結晶Ｓ
ｉ膜の単電子メモリーは、Ｓｉ膜の厚さにばらつきがあ
るので、性能が不安定である。又、上記Ａｌ基単電子ト
ランジスタは動作温度が１００Ｋと依然として室温より
もはるかに低く、実用的でない。
ｉ膜の単電子メモリーは、Ｓｉ膜の厚さにばらつきがあ
るので、性能が不安定である。又、上記Ａｌ基単電子ト
ランジスタは動作温度が１００Ｋと依然として室温より
もはるかに低く、実用的でない。
【０００６】そこで、本発明の第１の目的は、常温で安
定に作動し、現実に単電子トランジスタや単電子メモリ
ーとして生産可能な量子素子を提供することにある。さ
らに本発明の第２の目的は、量子素子に配置された微小
ドットを利用して、従来にない超微少量の不純物がドー
ピングされた超小型規模のダイオード、トランジスタ、
さらに半導体発光素子等のデバイスを提供することにあ
る。
定に作動し、現実に単電子トランジスタや単電子メモリ
ーとして生産可能な量子素子を提供することにある。さ
らに本発明の第２の目的は、量子素子に配置された微小
ドットを利用して、従来にない超微少量の不純物がドー
ピングされた超小型規模のダイオード、トランジスタ、
さらに半導体発光素子等のデバイス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、本発明の量子素子は、少なくとも表面に絶縁層を有
する基板表面上に、金属タンパク質複合体が内包可能な
金属原子凝集体からなる量子ドットが、上記金属タンパ
ク質複合体のピッチで二次元的に配置されていることを
特徴とする。
に、本発明の量子素子は、少なくとも表面に絶縁層を有
する基板表面上に、金属タンパク質複合体が内包可能な
金属原子凝集体からなる量子ドットが、上記金属タンパ
ク質複合体のピッチで二次元的に配置されていることを
特徴とする。
【０００８】また、上記量子素子に用いられる金属原子
凝集体を構成する金属は、水溶液中でイオン化可能なも
のが良い。例えば、鉄Ｆｅ、アルミニウムＡ１、リン
Ｐ、ゲルマニウムＧｅ、亜鉛Ｚｎ、マンガンＭｎ、ヒ素
Ａｓ、タングステンＷ、金Ａｕ及び銀Ａｇ等が挙げられ
るが、鉄Ｆｅが好ましい。
凝集体を構成する金属は、水溶液中でイオン化可能なも
のが良い。例えば、鉄Ｆｅ、アルミニウムＡ１、リン
Ｐ、ゲルマニウムＧｅ、亜鉛Ｚｎ、マンガンＭｎ、ヒ素
Ａｓ、タングステンＷ、金Ａｕ及び銀Ａｇ等が挙げられ
るが、鉄Ｆｅが好ましい。
【０００９】また、上記量子素子に用いられる金属原子
凝集体の直径は、７ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下で
あり、金属タンパク質複合体のピッチは１１〜１４ｎｍ
であることが好ましい。
凝集体の直径は、７ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下で
あり、金属タンパク質複合体のピッチは１１〜１４ｎｍ
であることが好ましい。
【００１０】本発明の量子素子を製造する適切な方法
は、先ず水溶液の上に張られた変性タンパク質膜、ポリ
ペプチド膜やＬＢ膜に金属タンパク質複合体を吸着させ
る。これをタンパク費の焼失温度以上の耐熱性と表面に
絶縁性を有する基板に載せ、基板が安定なガス中でタン
パク質成分を焼失させる。金属タンパク質複合体は金属
酸化物となってタンパク質のサイズのピッチで基板上に
残る。その後、還元雰囲気中で加熱し、還元することを
特徴とする。金属酸化物は還元されて金属原子凝集体と
なり基板上に二次元的に配置された状態となる。
は、先ず水溶液の上に張られた変性タンパク質膜、ポリ
ペプチド膜やＬＢ膜に金属タンパク質複合体を吸着させ
る。これをタンパク費の焼失温度以上の耐熱性と表面に
絶縁性を有する基板に載せ、基板が安定なガス中でタン
パク質成分を焼失させる。金属タンパク質複合体は金属
酸化物となってタンパク質のサイズのピッチで基板上に
残る。その後、還元雰囲気中で加熱し、還元することを
特徴とする。金属酸化物は還元されて金属原子凝集体と
なり基板上に二次元的に配置された状態となる。
【００１１】また、本発明の量子素子に用いられる金属
タンパク質複合体は、好ましくはフュリチンである。た
だし、タンパク質としてはファージ、ウィルス由来のも
のでもよい。
タンパク質複合体は、好ましくはフュリチンである。た
だし、タンパク質としてはファージ、ウィルス由来のも
のでもよい。
【００１２】また、本発明の量子素子に用いられる基板
としては、シリコンＳｉ基板が応用範囲が広いが、ガラ
ス基板やセラミック基板でもよい。
としては、シリコンＳｉ基板が応用範囲が広いが、ガラ
ス基板やセラミック基板でもよい。
【００１３】本発明の単電子トランジスタは、量子ドッ
トが金属タンパク質複合体が内包可能な金属原子凝集体
からなるとともに、金属タンパク質複合体のピッチで表
面に絶縁層を有する基板表面上に二次元的に配置され、
第１の量子ドットからなる量子井戸と、量子井戸の周囲
の少なくとも３つの量子ドットからなる電極部と、量子
井戸以外の量子ドットと電極部をつなぐ配線部とからな
り、さらに電極部が、対向する第２及び第３の量子ドッ
トからなるそれぞれソース及びドレインと、残る第４の
量子ドットからなる制御ゲートを有することを特徴とす
る。
トが金属タンパク質複合体が内包可能な金属原子凝集体
からなるとともに、金属タンパク質複合体のピッチで表
面に絶縁層を有する基板表面上に二次元的に配置され、
第１の量子ドットからなる量子井戸と、量子井戸の周囲
の少なくとも３つの量子ドットからなる電極部と、量子
井戸以外の量子ドットと電極部をつなぐ配線部とからな
り、さらに電極部が、対向する第２及び第３の量子ドッ
トからなるそれぞれソース及びドレインと、残る第４の
量子ドットからなる制御ゲートを有することを特徴とす
る。
【００１４】また、上記単電子トランジスタの金属原子
凝集体に用いられる金属、金属タンパク質複合体及び基
板は、上記量子素子に用いたものと同様のものを用いる
ことができる。
凝集体に用いられる金属、金属タンパク質複合体及び基
板は、上記量子素子に用いたものと同様のものを用いる
ことができる。
【００１５】また、上記単電子トランジスタに用いられ
る金属原子凝集体の直径は７ｎｍ以下、好ましくは５ｎ
ｍ以下であり、これは金属原子にもよるが、通常数千個
の原子の凝集体である。従って、この凝集体のフェルミ
レベルに最も近い遷移レベルは室温での電子の熱励起レ
ベルよりも高い。又、量子井戸と電極部とが、トンネル
効果を生じうる距離１１〜１４ｎｍに配置されている。
よって、この単電子トランジスタは、室温もしくは液体
窒素程度の温度でトンネル現象を確認できる。
る金属原子凝集体の直径は７ｎｍ以下、好ましくは５ｎ
ｍ以下であり、これは金属原子にもよるが、通常数千個
の原子の凝集体である。従って、この凝集体のフェルミ
レベルに最も近い遷移レベルは室温での電子の熱励起レ
ベルよりも高い。又、量子井戸と電極部とが、トンネル
効果を生じうる距離１１〜１４ｎｍに配置されている。
よって、この単電子トランジスタは、室温もしくは液体
窒素程度の温度でトンネル現象を確認できる。
【００１６】また、本発明の量子トランジスタの適切な
製造方法は、上記量子素子の製造方法の工程に加え、さ
らに走査型電子顕微鏡の電子ビームの絞りを上記ピッチ
以下とし、僅かに炭素化合物を含む真空中で上記金属原
子凝集体間に電子ビームを走査させ、上記金属原子凝集
体間に炭素を蒸着せしめて配線とする工程を含むことを
特徴とする。これにより、上記ソース及びドレインと上
記量子井戸以外の量子ドットが炭素線で結ばれる。炭素
源としては真空ポンプオイルから混入する炭化水素を主
とする残ガスでよい。この配線方法によればナノメータ
ー間隔の微細配線が可能であり、単電子トランジスタ等
の超小型化されたデバイスに好適である。
製造方法は、上記量子素子の製造方法の工程に加え、さ
らに走査型電子顕微鏡の電子ビームの絞りを上記ピッチ
以下とし、僅かに炭素化合物を含む真空中で上記金属原
子凝集体間に電子ビームを走査させ、上記金属原子凝集
体間に炭素を蒸着せしめて配線とする工程を含むことを
特徴とする。これにより、上記ソース及びドレインと上
記量子井戸以外の量子ドットが炭素線で結ばれる。炭素
源としては真空ポンプオイルから混入する炭化水素を主
とする残ガスでよい。この配線方法によればナノメータ
ー間隔の微細配線が可能であり、単電子トランジスタ等
の超小型化されたデバイスに好適である。
【００１７】本発明のダイオードは、量子ドットが金属
原子凝集体からなり、少なくとも表面に絶縁層を有する
基板表面上に、金属タンパク質複合体ヘテロダイマーが
内包可能な金属原子凝集体からなるドナー不純物及びア
クセプター不純物が金属タンパク質複合体のピッチで配
置され、上記絶縁層を通して基板内部にドナー不純物及
びアクセプター不純物を拡散させてなるｎ形領域部、ｐ
形領域部及びｐｎ接合部と、所定の形状にパターニング
された電極部、さらにｎ形領域部及びｐ形領域部と上記
電極部をつなぐ配線部を有することを特徴とする。
原子凝集体からなり、少なくとも表面に絶縁層を有する
基板表面上に、金属タンパク質複合体ヘテロダイマーが
内包可能な金属原子凝集体からなるドナー不純物及びア
クセプター不純物が金属タンパク質複合体のピッチで配
置され、上記絶縁層を通して基板内部にドナー不純物及
びアクセプター不純物を拡散させてなるｎ形領域部、ｐ
形領域部及びｐｎ接合部と、所定の形状にパターニング
された電極部、さらにｎ形領域部及びｐ形領域部と上記
電極部をつなぐ配線部を有することを特徴とする。
【００１８】また、本発明のダイオードの適切な製造方
法としては、（ａ）金属原子凝集体からなるドナー不純
物及びアクセプター不純物を含む金属タンパク質複合体
ヘテロダイマーを作製する工程と、（ｂ）水溶液の上に
張られたＬＢ膜に金属タンパク質複合体ヘテロダイマー
吸着させる工程と、（ｃ）金属タンパク質複合体ヘテロ
ダイマーを吸着させたＬＢ膜を、タンパク質の焼失温度
以上の耐熱性と、表面に絶縁層を有する基板に載せ、基
板が安定なガス中で熱処理してタンパク質成分を焼失さ
せる工程と、（ｄ）還元雰囲気中で還元して金属原子凝
集体を得る工程とからなるドナー不純物及びアクセプタ
ー不純物を基板表面上に二次元的に金属タンパク質複合
体のピッチで配置する工程と、（ｅ）熱処理により、上
記絶縁層を通してドナー不純物及びアクセプター不純物
を基板内部に拡散させｎ形領域部、ｐ形領域部及びｐｎ
接合部を形成する工程と、（ｆ）所定の形状の電極をパ
ターニングして、電極部を形成する工程と、（ｇ）さら
に、走査型電子顕微鏡の電子ビームの絞りを上記ピッチ
以下とし、僅かに炭素化合物を含む真空中でｎ形領域部
及びｐ形領域部と電極部間に電子ビームを走査させ、ｎ
形領域部と電極部間及びｐ形領域部と電極部間に炭素を
蒸着せしめて配線とする工程を含むことを特徴とする。
法としては、（ａ）金属原子凝集体からなるドナー不純
物及びアクセプター不純物を含む金属タンパク質複合体
ヘテロダイマーを作製する工程と、（ｂ）水溶液の上に
張られたＬＢ膜に金属タンパク質複合体ヘテロダイマー
吸着させる工程と、（ｃ）金属タンパク質複合体ヘテロ
ダイマーを吸着させたＬＢ膜を、タンパク質の焼失温度
以上の耐熱性と、表面に絶縁層を有する基板に載せ、基
板が安定なガス中で熱処理してタンパク質成分を焼失さ
せる工程と、（ｄ）還元雰囲気中で還元して金属原子凝
集体を得る工程とからなるドナー不純物及びアクセプタ
ー不純物を基板表面上に二次元的に金属タンパク質複合
体のピッチで配置する工程と、（ｅ）熱処理により、上
記絶縁層を通してドナー不純物及びアクセプター不純物
を基板内部に拡散させｎ形領域部、ｐ形領域部及びｐｎ
接合部を形成する工程と、（ｆ）所定の形状の電極をパ
ターニングして、電極部を形成する工程と、（ｇ）さら
に、走査型電子顕微鏡の電子ビームの絞りを上記ピッチ
以下とし、僅かに炭素化合物を含む真空中でｎ形領域部
及びｐ形領域部と電極部間に電子ビームを走査させ、ｎ
形領域部と電極部間及びｐ形領域部と電極部間に炭素を
蒸着せしめて配線とする工程を含むことを特徴とする。
【００１９】本発明のトランジスタは、量子ドットが金
属原子凝集体からなり、金属タンパク質複合体ヘテロト
ライマーが内包可能で、金属タンパク質複合体のピッチ
となるように金属原子凝集体からなるドナー不純物又は
アクセプター不純物が配置されてなり、ドナー不純物を
両隣に有するアクセプター不純物からなるｎｐｎ構造を
形成可能な不純物群又はアクセプター不純物を両隣に有
するドナー不純物からなるｐｎｐ構造を形成可能な不純
物群が基板表面上に配置され、絶縁層を通して基板内部
にドナー不純物及びアクセプター不純物を拡散させてな
るｎ形領域部とｐ形領域部及びｐｎ接合部、そして所定
の形状にパターニングされた電極部、さらにｎ形領域部
及びｐ形領域部と電極部をつなぐ配線部を有することを
有することを特徴とする。
属原子凝集体からなり、金属タンパク質複合体ヘテロト
ライマーが内包可能で、金属タンパク質複合体のピッチ
となるように金属原子凝集体からなるドナー不純物又は
アクセプター不純物が配置されてなり、ドナー不純物を
両隣に有するアクセプター不純物からなるｎｐｎ構造を
形成可能な不純物群又はアクセプター不純物を両隣に有
するドナー不純物からなるｐｎｐ構造を形成可能な不純
物群が基板表面上に配置され、絶縁層を通して基板内部
にドナー不純物及びアクセプター不純物を拡散させてな
るｎ形領域部とｐ形領域部及びｐｎ接合部、そして所定
の形状にパターニングされた電極部、さらにｎ形領域部
及びｐ形領域部と電極部をつなぐ配線部を有することを
有することを特徴とする。
【００２０】また、本発明のトランジスタに適切な製造
方法は、（ａ）金属原子凝集体からなるドナー不純物及
びアクセプター不純物の両隣に、アクセプター不純物又
はドナー不純物を保持してなる金属タンパク質複合体ヘ
テロトライマーを作製する工程と、（ｂ）水溶液の上に
張られたＬＢ膜に金属タンパク質複合体ヘテロトライマ
ーを吸着させる工程と、（ｃ）金属タンパク質複合体ヘ
テロトライマーを吸着させたＬＢ膜を、タンパク質の焼
失温度以上の耐熱性を有する基板に載せる工程と、
（ｄ）基板が安定なガス中で熱処理してタンパク質成分
を焼失させる工程と、（ｅ）還元雰囲気中で金属原子凝
集体を還元する工程とからなる金属タンパク質複合体の
ピッチでドナー不純物及びアクセプター不純物を基板表
面上に配置する工程と、（ｆ）熱処理により、絶縁層を
通してドナー不純物及びアクセプター不純物を基板内部
に拡散させｎ形領域部、ｐ形領域部及びｐｎ接合部を形
成する工程と、（ｇ）所定の形状の電極をパターニング
して電極部を形成する工程と、（ｈ）さらに、走査型電
子顕微鏡の電子ビームの絞りを上記ピッチ以下とし、僅
かに炭素化合物を含む真空中でｎ形領域部及びｐ形領域
部と電極部間に電子ビームを走査させ、ｎ形領域部と電
極部間及びｐ形領域部と電極部間に炭素を蒸着せしめて
配線とする工程を含むことを特徴とする。
方法は、（ａ）金属原子凝集体からなるドナー不純物及
びアクセプター不純物の両隣に、アクセプター不純物又
はドナー不純物を保持してなる金属タンパク質複合体ヘ
テロトライマーを作製する工程と、（ｂ）水溶液の上に
張られたＬＢ膜に金属タンパク質複合体ヘテロトライマ
ーを吸着させる工程と、（ｃ）金属タンパク質複合体ヘ
テロトライマーを吸着させたＬＢ膜を、タンパク質の焼
失温度以上の耐熱性を有する基板に載せる工程と、
（ｄ）基板が安定なガス中で熱処理してタンパク質成分
を焼失させる工程と、（ｅ）還元雰囲気中で金属原子凝
集体を還元する工程とからなる金属タンパク質複合体の
ピッチでドナー不純物及びアクセプター不純物を基板表
面上に配置する工程と、（ｆ）熱処理により、絶縁層を
通してドナー不純物及びアクセプター不純物を基板内部
に拡散させｎ形領域部、ｐ形領域部及びｐｎ接合部を形
成する工程と、（ｇ）所定の形状の電極をパターニング
して電極部を形成する工程と、（ｈ）さらに、走査型電
子顕微鏡の電子ビームの絞りを上記ピッチ以下とし、僅
かに炭素化合物を含む真空中でｎ形領域部及びｐ形領域
部と電極部間に電子ビームを走査させ、ｎ形領域部と電
極部間及びｐ形領域部と電極部間に炭素を蒸着せしめて
配線とする工程を含むことを特徴とする。
【００２１】また、上記ダイオード及びトランジスタの
金属原子凝集体に用いられる金属、金属タンパク質複合
体及び基板は、上記量子素子に用いたものと同様のもの
を用いることができ、金属の直径も同様に７ｎｍ以下、
好ましくは５ｎｍ以下である。
金属原子凝集体に用いられる金属、金属タンパク質複合
体及び基板は、上記量子素子に用いたものと同様のもの
を用いることができ、金属の直径も同様に７ｎｍ以下、
好ましくは５ｎｍ以下である。
【００２２】また、上記ダイオード及びトランジスタの
適切な製造方法は、金属種の異なる２種類又は３種類の
金属タンパク質複合体を結合し、ヘテロダイマー又はへ
テロトライマーの形態で基板に吸着させる点と、ドナー
及びアクセプター不純物の拡散のために、１０００℃〜
１２００℃の条件で加熱する点とが、上記単電子トラン
ジスタの製造方法と異なる。
適切な製造方法は、金属種の異なる２種類又は３種類の
金属タンパク質複合体を結合し、ヘテロダイマー又はへ
テロトライマーの形態で基板に吸着させる点と、ドナー
及びアクセプター不純物の拡散のために、１０００℃〜
１２００℃の条件で加熱する点とが、上記単電子トラン
ジスタの製造方法と異なる。
【００２３】また、得られるダイオード及びトランジス
タのサイズは、１０ｎｍ×３０ｎｍ程度であり、極めて
高速の動作を期待できる。
タのサイズは、１０ｎｍ×３０ｎｍ程度であり、極めて
高速の動作を期待できる。
【００２４】本発明のトランジスタアレイは、量子ドッ
トが金属原子凝集体からなり、その周囲に少なくとも一
層のアポタンパク質を有する金属タンパク質複合体ヘテ
ロトライマーが内包可能で、金属タンパク質複合体のピ
ッチとなるように金属原子凝集体からなるドナー不純物
又はアクセプター不純物が配置されてなり、ドナー不純
物を両隣に有するアクセプター不純物からなるｎｐｎ構
造を形成可能な不純物群又はアクセプター不純物を両隣
に有するドナー不純物からなるｐｎｐ構造を形成可能な
不純物群が基板表面上に配置され、絶縁層を通して基板
内部にドナー不純物及びアクセプター不純物を拡散させ
てなるｎ形領域部、ｐ形領域部及びｐｎ接合部と、所定
の形状にパターニングされた電極部、ｎ形領域部及びｐ
形領域部と上記電極部をつなぐ配線部からなるトランジ
スタを有するとともに、上記トランジスタが上記ピッチ
１１〜１４ｎｍの整数倍の間隔で、二次元的に配置され
ていることを特徴とする。
トが金属原子凝集体からなり、その周囲に少なくとも一
層のアポタンパク質を有する金属タンパク質複合体ヘテ
ロトライマーが内包可能で、金属タンパク質複合体のピ
ッチとなるように金属原子凝集体からなるドナー不純物
又はアクセプター不純物が配置されてなり、ドナー不純
物を両隣に有するアクセプター不純物からなるｎｐｎ構
造を形成可能な不純物群又はアクセプター不純物を両隣
に有するドナー不純物からなるｐｎｐ構造を形成可能な
不純物群が基板表面上に配置され、絶縁層を通して基板
内部にドナー不純物及びアクセプター不純物を拡散させ
てなるｎ形領域部、ｐ形領域部及びｐｎ接合部と、所定
の形状にパターニングされた電極部、ｎ形領域部及びｐ
形領域部と上記電極部をつなぐ配線部からなるトランジ
スタを有するとともに、上記トランジスタが上記ピッチ
１１〜１４ｎｍの整数倍の間隔で、二次元的に配置され
ていることを特徴とする。
【００２５】本発明のトランジスタアレイを製造する適
切な方法は、上記トランジスタの製造方法と基本的に同
様である。ただし、金属の入っていない多数個のタンパ
ク質成分、例えば多数個のアポフェリチンでへテロトラ
イマーを包囲した状態で基板に吸着させる。金属タンパ
ク質複合体のタンパク質成分もアポフェリチン等のタン
パク質成分も焼失させる。最終的にアクセプタ不純物と
ドナー不純物とはタンパク質成分のピッチで配置される
とともに、１つのへテロトライマーに由来する不純物の
組と他の組とが、タンパク質成分のサイズ１１〜１４ｎ
ｍの整数ｎ倍の間隔で配置されたものとなる。ｎは、ヘ
テロトライマーを包囲するタンパク質の層数で調整でき
る。
切な方法は、上記トランジスタの製造方法と基本的に同
様である。ただし、金属の入っていない多数個のタンパ
ク質成分、例えば多数個のアポフェリチンでへテロトラ
イマーを包囲した状態で基板に吸着させる。金属タンパ
ク質複合体のタンパク質成分もアポフェリチン等のタン
パク質成分も焼失させる。最終的にアクセプタ不純物と
ドナー不純物とはタンパク質成分のピッチで配置される
とともに、１つのへテロトライマーに由来する不純物の
組と他の組とが、タンパク質成分のサイズ１１〜１４ｎ
ｍの整数ｎ倍の間隔で配置されたものとなる。ｎは、ヘ
テロトライマーを包囲するタンパク質の層数で調整でき
る。
【００２６】また、本発明のトランジスタアレイは各ト
ランジスタがナノメーター間隔で配置されているので、
１００億個／ｃｍ2のトランジスタを集積可能であり、
高い増幅度のアンプの実現を期待できる。
ランジスタがナノメーター間隔で配置されているので、
１００億個／ｃｍ2のトランジスタを集積可能であり、
高い増幅度のアンプの実現を期待できる。
【００２７】また、本発明の量子ドットの形成方法は、
金属タンパク質複合体が内包可能な複数の金属原子凝集
体からなるマスク用量子ドットを、上記金属タンパク質
複合体のピッチで表面に絶縁層を有する基板表面に二次
元的に配置する工程と、マスク用量子ドットを介しプラ
ズマエッチングにより上記基板表面に柱状構造体群を形
成する工程と、さらに柱状構造体間の空隙を絶縁する工
程とを含むものであり、量子効果を発現するナノメータ
サイズの量子ドットを形成することを特徴とする。
金属タンパク質複合体が内包可能な複数の金属原子凝集
体からなるマスク用量子ドットを、上記金属タンパク質
複合体のピッチで表面に絶縁層を有する基板表面に二次
元的に配置する工程と、マスク用量子ドットを介しプラ
ズマエッチングにより上記基板表面に柱状構造体群を形
成する工程と、さらに柱状構造体間の空隙を絶縁する工
程とを含むものであり、量子効果を発現するナノメータ
サイズの量子ドットを形成することを特徴とする。
【００２８】本発明の半導体発光素子は、絶縁基板上に
ｐ型及びｎ型半導体層と活性層を備えた半導体発光素子
において、金属タンパク質複合体が内包可能な複数の金
属原子凝集体からなるマスク用量子ドットが、金属タン
パク質複合体のピッチで二次元的に活性層表面に配置さ
れ、上記マスク用量子ドットを介するプラズマエッチン
グにより活性層からなる量子ドットが形成されているこ
とを特徴とする。
ｐ型及びｎ型半導体層と活性層を備えた半導体発光素子
において、金属タンパク質複合体が内包可能な複数の金
属原子凝集体からなるマスク用量子ドットが、金属タン
パク質複合体のピッチで二次元的に活性層表面に配置さ
れ、上記マスク用量子ドットを介するプラズマエッチン
グにより活性層からなる量子ドットが形成されているこ
とを特徴とする。
【００２９】また、本発明の半導体発光素子の適切な製
造方法は、上記量子素子の製造方法において、絶縁基板
上に積層された発光層の表面に量子ドットを配置した点
のみが異なり、さらに配置した上記量子ドットをマスク
とし、プラズマエッチングにより活性層からなる量子ド
ットを形成する工程を含むことを特徴とする。
造方法は、上記量子素子の製造方法において、絶縁基板
上に積層された発光層の表面に量子ドットを配置した点
のみが異なり、さらに配置した上記量子ドットをマスク
とし、プラズマエッチングにより活性層からなる量子ド
ットを形成する工程を含むことを特徴とする。
【００３０】また、上記半導体発光素子に用いられる金
属原子凝集体の金属、金属タンパク質複合体及び基板
は、上記量子素子に用いたものと同様のものを用いるこ
とができ、金属の直径も同様に７ｎｍ以下、好ましくは
５ｎｍ以下である。
属原子凝集体の金属、金属タンパク質複合体及び基板
は、上記量子素子に用いたものと同様のものを用いるこ
とができ、金属の直径も同様に７ｎｍ以下、好ましくは
５ｎｍ以下である。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の量子素子及びそれ
を用いたデバイスの実施の形態を、図を用いて説明す
る。
を用いたデバイスの実施の形態を、図を用いて説明す
る。
【００３２】＜第１の実施の形態＞これは本発明量子素
子の製造方法の例である。原料としてフェリチンの溶液
を準備する。フュリチンは、図１に示すようにＦｅ2Ｏ3
の芯１がタンパク質の殻２で囲まれた金属タンパク質複
合体であり、馬、牛などの動物のひ膝や肝臓などの臓器
から取り出すことができる。芯１の直径は６ｎｍ程度で
あり、その鉄原子の総数は１０００〜３０００個であ
る。殻２は、分子量２万程度のタンパク質の２４量体で
あり、２４量体全体の外径は１２ｎｍ程度である。
子の製造方法の例である。原料としてフェリチンの溶液
を準備する。フュリチンは、図１に示すようにＦｅ2Ｏ3
の芯１がタンパク質の殻２で囲まれた金属タンパク質複
合体であり、馬、牛などの動物のひ膝や肝臓などの臓器
から取り出すことができる。芯１の直径は６ｎｍ程度で
あり、その鉄原子の総数は１０００〜３０００個であ
る。殻２は、分子量２万程度のタンパク質の２４量体で
あり、２４量体全体の外径は１２ｎｍ程度である。
【００３３】図２（Ａ）に示すように、テフロン製の水
槽３に緩衝液を貯め、液中にフェリチン４を分散させる
とともに液面にＰＢＬＨ膜（ポリペプチド膜）５を張っ
た。適当な酸、例えば塩酸でｐＨを６程度に調節した。
ＰＢＬＨ膜５が正電荷を帯びているのに対してフェリチ
ン４は負電荷を帯びているから、ｐＨ上昇につれてフェ
リチン４がＰＢＬＨ膜５に付着し、二次元結晶ができた
（図２（Ｂ））。続いて、表面が厚く酸化された厚さ５
００μｍ程度のシリコン基板６を水面に浮かべて基板６
の表面に二次元結晶を付着させた後（図２（Ｃ））、水
槽３から取り出した（図２（Ｄ））。これをシリコンが
安定な不活性なガス中、例えば窒素中、５００℃で熱処
理した。
槽３に緩衝液を貯め、液中にフェリチン４を分散させる
とともに液面にＰＢＬＨ膜（ポリペプチド膜）５を張っ
た。適当な酸、例えば塩酸でｐＨを６程度に調節した。
ＰＢＬＨ膜５が正電荷を帯びているのに対してフェリチ
ン４は負電荷を帯びているから、ｐＨ上昇につれてフェ
リチン４がＰＢＬＨ膜５に付着し、二次元結晶ができた
（図２（Ｂ））。続いて、表面が厚く酸化された厚さ５
００μｍ程度のシリコン基板６を水面に浮かべて基板６
の表面に二次元結晶を付着させた後（図２（Ｃ））、水
槽３から取り出した（図２（Ｄ））。これをシリコンが
安定な不活性なガス中、例えば窒素中、５００℃で熱処
理した。
【００３４】タンパク質及びＰＢＬＨ膜は焼失し、図３
に断面図として示すように基板６上に酸化ケイ素の薄膜
７を介してＦｅ2Ｏ3又はその他の鉄酸化物８がニ次元的
に配置されたものとなった。鉄酸化物８が二次元的に配
置していることは、ＡＦＭ分析によって測定された鉄酸
化物８の高さが５．３ｎｍ又は１０．６ｎｍの２種類の
みであり、しかも大部分が．５．３ｎｍであったことか
ら確認された。窒素中５００℃で１時間熱処理して得ら
れた鉄酸化物の二次元結晶のＳＥＭ写真（１０万倍）を
図４に示す。図４において、多数の白い点部分が鉄酸化
物で、その周囲の黒い部分が残ったタンパク質やシリコ
ンである。この二次元結晶を水素中８００〜５００℃で
６０分間再び熱処理することにより、シリコン基板６の
表面の酸化膜の上に鉄原子の凝集体が多数個二次元的に
配置された量子素子となった。凝集体の直径は、約６ｎ
ｍでフェリチン中の鉄酸化物からなる芯のそれに等し
く、凝集体間のピッチは約１２ｎｍでフェリチンのタン
パク質殻の一辺に等しい。図５に平面図として示すよう
に、凝集体Ｍの１個を量子井戸Ｑ、その周囲の少なくと
も３つの量子ドットを電極とし、量子井戸を介し対向す
る第２及び第３の量子ドットをドレインＤ及びソース
Ｓ、周囲の残る第４の量子ドットをゲートＧとし、その
他の凝集体Ｍを配線に用いることで、単電子トランジス
タとなる。
に断面図として示すように基板６上に酸化ケイ素の薄膜
７を介してＦｅ2Ｏ3又はその他の鉄酸化物８がニ次元的
に配置されたものとなった。鉄酸化物８が二次元的に配
置していることは、ＡＦＭ分析によって測定された鉄酸
化物８の高さが５．３ｎｍ又は１０．６ｎｍの２種類の
みであり、しかも大部分が．５．３ｎｍであったことか
ら確認された。窒素中５００℃で１時間熱処理して得ら
れた鉄酸化物の二次元結晶のＳＥＭ写真（１０万倍）を
図４に示す。図４において、多数の白い点部分が鉄酸化
物で、その周囲の黒い部分が残ったタンパク質やシリコ
ンである。この二次元結晶を水素中８００〜５００℃で
６０分間再び熱処理することにより、シリコン基板６の
表面の酸化膜の上に鉄原子の凝集体が多数個二次元的に
配置された量子素子となった。凝集体の直径は、約６ｎ
ｍでフェリチン中の鉄酸化物からなる芯のそれに等し
く、凝集体間のピッチは約１２ｎｍでフェリチンのタン
パク質殻の一辺に等しい。図５に平面図として示すよう
に、凝集体Ｍの１個を量子井戸Ｑ、その周囲の少なくと
も３つの量子ドットを電極とし、量子井戸を介し対向す
る第２及び第３の量子ドットをドレインＤ及びソース
Ｓ、周囲の残る第４の量子ドットをゲートＧとし、その
他の凝集体Ｍを配線に用いることで、単電子トランジス
タとなる。
【００３５】この単電子トランジスタの量子井戸Ｑは、
１千〜３千個の原子の凝集体であるから、この量子井戸
のフェルミレベルに最も近い遷移レベルは室温での電子
の熱励起レベルよりも高い。又、量子井戸Ｑとドレイン
Ｄ及びソースＳとが、トンネル効果を生じうる距離１２
ｎｍに配置されている。よって、この単電子トランジス
タは、室温もしくは実用可能な温度でトンネル現象を確
認できる。
１千〜３千個の原子の凝集体であるから、この量子井戸
のフェルミレベルに最も近い遷移レベルは室温での電子
の熱励起レベルよりも高い。又、量子井戸Ｑとドレイン
Ｄ及びソースＳとが、トンネル効果を生じうる距離１２
ｎｍに配置されている。よって、この単電子トランジス
タは、室温もしくは実用可能な温度でトンネル現象を確
認できる。
【００３６】＜第２の実施の形態＞これは、実施の形態
１で得られた量子素子の配線方法の例である。実施の形
態１の量子素子をフィールドエミッション走査型電子顕
微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）のチャンバーに入れ、チャンバー
内部を１０-6Ｐａ程度の真空状態にし、ビームの径を５
ｎｍ程度に絞ってドレインＤ、ソースＳ又はゲートＧと
その他の１個以上の鉄原子凝集体Ｍ１〜Ｍ３との間を走
査させた。その結果、ドレイン、ソース及びゲートと上
記各鉄原子凝集体Ｍ１〜Ｍ３との間に巾２０ｎｍの炭素
線からなる配線が得られるとともに、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３
からなる電極部を形成できた。
１で得られた量子素子の配線方法の例である。実施の形
態１の量子素子をフィールドエミッション走査型電子顕
微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）のチャンバーに入れ、チャンバー
内部を１０-6Ｐａ程度の真空状態にし、ビームの径を５
ｎｍ程度に絞ってドレインＤ、ソースＳ又はゲートＧと
その他の１個以上の鉄原子凝集体Ｍ１〜Ｍ３との間を走
査させた。その結果、ドレイン、ソース及びゲートと上
記各鉄原子凝集体Ｍ１〜Ｍ３との間に巾２０ｎｍの炭素
線からなる配線が得られるとともに、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３
からなる電極部を形成できた。
【００３７】＜第３の実施の形態＞これは、本発明のダ
イオードの例である。表面にアンモニウム基ＮＨ4+が結
合した平均粒径１００μｍのポリスチレンビーズが充填
されたカラムを準備した。アポフェリチンの芯の位置に
アルミニウムの酸化物を入れ、得られた金属アポフェリ
チン複合体を上記カラムに通しポリスチレンビーズに吸
着させた。続いて別のアポフェリチンの芯の位置にリン
酸を入れ、得られた金属アポフェリチン複合体を同じカ
ラムに通しポリスチレンビーズに吸着させた。そして、
カラム内で、それら２種類の金属アポフェリチン複合体
をタンパク質のシステイン残基の硫黄同士でジスフィル
ド結合させて図６に示すようなへテロダイマーを作製し
た。カラムからへテロダイマーを流し出して実施の形態
１の水槽と同じ水槽に入れた。
イオードの例である。表面にアンモニウム基ＮＨ4+が結
合した平均粒径１００μｍのポリスチレンビーズが充填
されたカラムを準備した。アポフェリチンの芯の位置に
アルミニウムの酸化物を入れ、得られた金属アポフェリ
チン複合体を上記カラムに通しポリスチレンビーズに吸
着させた。続いて別のアポフェリチンの芯の位置にリン
酸を入れ、得られた金属アポフェリチン複合体を同じカ
ラムに通しポリスチレンビーズに吸着させた。そして、
カラム内で、それら２種類の金属アポフェリチン複合体
をタンパク質のシステイン残基の硫黄同士でジスフィル
ド結合させて図６に示すようなへテロダイマーを作製し
た。カラムからへテロダイマーを流し出して実施の形態
１の水槽と同じ水槽に入れた。
【００３８】このへテロダイマーを実施の形態１のフェ
リチンに代える以外は、実施の形態１と同一条件でシリ
コン基板に二次元結晶を付着させ、タンパク質を焼失さ
せ、そして金属原子凝集体への還元を行った。シリコン
基板上にアルミニウム原子凝集体とリン原子凝集体とが
中心同士１２ｎｍの距離で配置されていた。これを実施
の形態１と同一の条件で熱処理することによりアルミニ
ウム原子凝集体及びリン原子凝集体がシリコン基板上に
配置し、これをさらに高温で熱処理することによって直
下のシリコン基板に拡散し、ｐ型半導体９とｎ型半導体
１０ができた。次にフォトリソグラフィー技術又は電子
線リソグラフィー技術により、上記ｐ型半導体９とｎ型
半導体１０をマスキングしながら、Ａｌ膜を所定の形状
にパターンに形成して、電極部を形成し、実施の形態２
と同様にして炭素配線を形成することにより、ダイオー
ドを形成する（図７）。このダイオードの大きさは１０
ｎｍ×２０ｎｍであった。
リチンに代える以外は、実施の形態１と同一条件でシリ
コン基板に二次元結晶を付着させ、タンパク質を焼失さ
せ、そして金属原子凝集体への還元を行った。シリコン
基板上にアルミニウム原子凝集体とリン原子凝集体とが
中心同士１２ｎｍの距離で配置されていた。これを実施
の形態１と同一の条件で熱処理することによりアルミニ
ウム原子凝集体及びリン原子凝集体がシリコン基板上に
配置し、これをさらに高温で熱処理することによって直
下のシリコン基板に拡散し、ｐ型半導体９とｎ型半導体
１０ができた。次にフォトリソグラフィー技術又は電子
線リソグラフィー技術により、上記ｐ型半導体９とｎ型
半導体１０をマスキングしながら、Ａｌ膜を所定の形状
にパターンに形成して、電極部を形成し、実施の形態２
と同様にして炭素配線を形成することにより、ダイオー
ドを形成する（図７）。このダイオードの大きさは１０
ｎｍ×２０ｎｍであった。
【００３９】＜第４の実施の形態＞これは、本発明のト
ランジスタの例である。実施の形態３と同一手順でカラ
ム内でへテロダイマーを作製した。別の第三のアポフェ
リチンの芯の位置にアルミニウムの酸化物を入れ、得ら
れた金属アポフェリチン複合体を同じカラムに通し、ポ
リスチレンビーズに吸着させた。そして、カラム内で、
ヘテロダイマーと第三の金属アポフェリチン複合体をタ
ンパク質のシステイン残基の硫黄同士でジスフィルド結
合させてへテロトライマーを作製した。カラムからへテ
ロトライマーを流し出して実施の形態１の水槽と同じ水
槽に入れた。
ランジスタの例である。実施の形態３と同一手順でカラ
ム内でへテロダイマーを作製した。別の第三のアポフェ
リチンの芯の位置にアルミニウムの酸化物を入れ、得ら
れた金属アポフェリチン複合体を同じカラムに通し、ポ
リスチレンビーズに吸着させた。そして、カラム内で、
ヘテロダイマーと第三の金属アポフェリチン複合体をタ
ンパク質のシステイン残基の硫黄同士でジスフィルド結
合させてへテロトライマーを作製した。カラムからへテ
ロトライマーを流し出して実施の形態１の水槽と同じ水
槽に入れた。
【００４０】このへテロトライマーを実施の形態１のフ
ェリチンに代える以外は、実施の形態１と同一条件でシ
リコン基板に二次元結晶を付着させ、タンパク質を焼失
させ、そして金属原子凝集体への還元を行った。シリコ
ン基板上にアルミニウム原子凝集体とリン原子凝集体と
が中心同志１２ｎｍの距離で配置されていた。これを実
施の形態２と同様の条件で更に熱処理することによりア
ルミニウム原子凝集体及ひリン原子凝集体が各々の直下
のシリコン基板に拡散し、ｐ,ｎ,ｐ型半導体（９、１
０、１１）ができる。実施の形態３と同様にして、電極
部と炭素配線を形成して、トランジスタを形成できる
（図８）。このトランジスタの大きさは１０ｎｍ×３０
ｎｍとなる。
ェリチンに代える以外は、実施の形態１と同一条件でシ
リコン基板に二次元結晶を付着させ、タンパク質を焼失
させ、そして金属原子凝集体への還元を行った。シリコ
ン基板上にアルミニウム原子凝集体とリン原子凝集体と
が中心同志１２ｎｍの距離で配置されていた。これを実
施の形態２と同様の条件で更に熱処理することによりア
ルミニウム原子凝集体及ひリン原子凝集体が各々の直下
のシリコン基板に拡散し、ｐ,ｎ,ｐ型半導体（９、１
０、１１）ができる。実施の形態３と同様にして、電極
部と炭素配線を形成して、トランジスタを形成できる
（図８）。このトランジスタの大きさは１０ｎｍ×３０
ｎｍとなる。
【００４１】＜第５の実施の形態＞これは、本発明のト
ランジスタアレイの例である。実施の形態４と同様にし
てカラム内でへテロトライマーを作製した。同じカラム
に多量のアポーフェリチンを通し、ポリスチレンビーズ
に吸着させた後、ヘテロトライマーとアポフェリチンを
タンパク質のシステイン残基の硫黄同士でジスフィルド
結合させてそのへテロトライマーを図９に示すように多
数のアポフエリチンで一層分囲んだ。
ランジスタアレイの例である。実施の形態４と同様にし
てカラム内でへテロトライマーを作製した。同じカラム
に多量のアポーフェリチンを通し、ポリスチレンビーズ
に吸着させた後、ヘテロトライマーとアポフェリチンを
タンパク質のシステイン残基の硫黄同士でジスフィルド
結合させてそのへテロトライマーを図９に示すように多
数のアポフエリチンで一層分囲んだ。
【００４２】このアポフェリチンで囲まれたへテロトラ
イマーを実施の形態１のフェリチンに代える以外は、実
施の形態１と同一条件でシリコン基板に二次元結晶を付
着させ、タンパク質を焼失させ、そして金属原子凝集体
への還元を行った。シリコン基板上にアルミニウム原子
凝集体とリン原子凝集体とが中心同志１２ｎｍの距離で
二次元的に配置していた。これを実施の形態１と同一の
条件で更に熱処理することによりアルミニウム原子凝集
体及びリン原子凝集体がシリコン基板上に配置し、これ
をさらに高温で熱処理することによって、直下のシリコ
ン基板に拡散してｎ,ｐ型半導体（９、１０、１１）が
できた。これら半導体はトランジスタアレイとして機能
し、その各々の大きさは１０ｎｍ×３０ｎｍであった。
イマーを実施の形態１のフェリチンに代える以外は、実
施の形態１と同一条件でシリコン基板に二次元結晶を付
着させ、タンパク質を焼失させ、そして金属原子凝集体
への還元を行った。シリコン基板上にアルミニウム原子
凝集体とリン原子凝集体とが中心同志１２ｎｍの距離で
二次元的に配置していた。これを実施の形態１と同一の
条件で更に熱処理することによりアルミニウム原子凝集
体及びリン原子凝集体がシリコン基板上に配置し、これ
をさらに高温で熱処理することによって、直下のシリコ
ン基板に拡散してｎ,ｐ型半導体（９、１０、１１）が
できた。これら半導体はトランジスタアレイとして機能
し、その各々の大きさは１０ｎｍ×３０ｎｍであった。
【００４３】＜第６の実施の形態＞これは、本発明の半
導体発光素子の例であり、図１１を用いて説明する。有
機洗浄及び熱処理により洗浄した単結晶サファイヤ基板
１０１をＭＯＣＶＤ装置の反応室に載置されたサスセプ
タに装着する。
導体発光素子の例であり、図１１を用いて説明する。有
機洗浄及び熱処理により洗浄した単結晶サファイヤ基板
１０１をＭＯＣＶＤ装置の反応室に載置されたサスセプ
タに装着する。
【００４４】（サファイヤ基板上にバッファ層の形成）
次に、常圧で水素ガスを反応室に流しながら、温度を１
１００℃でサファイヤ基板を気相エッチングする。次
に、温度を４００℃まで低下させて水素ガス、アンモニ
アガス、トリメチルアルミニウムガスを所定の比率で供
給し、ＡｌＮからなるバッファ層１０２を形成する。
次に、常圧で水素ガスを反応室に流しながら、温度を１
１００℃でサファイヤ基板を気相エッチングする。次
に、温度を４００℃まで低下させて水素ガス、アンモニ
アガス、トリメチルアルミニウムガスを所定の比率で供
給し、ＡｌＮからなるバッファ層１０２を形成する。
【００４５】（バッファ層上にシリコンをドープしたｎ
型ＧａＮ層の形成）サファイヤ基板１を１１５０℃の温
度に保持し、水素ガス、アンモニアガス、トリメチルガ
リウムガス及びシランガスを所定の比率で供給し、シリ
コンがドープされたｎ型ＧａＮ層１０３を形成する。
型ＧａＮ層の形成）サファイヤ基板１を１１５０℃の温
度に保持し、水素ガス、アンモニアガス、トリメチルガ
リウムガス及びシランガスを所定の比率で供給し、シリ
コンがドープされたｎ型ＧａＮ層１０３を形成する。
【００４６】（ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の形成）サフ
ァイヤ基板１を１１５０℃の温度に保持し、水素ガス、
アンモニアガス、トリメチルガリウムガス、トリメチル
アルミニウムガス及びシランガスを所定の比率で供給
し、シリコンがドープされたｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０４を形成する。
ァイヤ基板１を１１５０℃の温度に保持し、水素ガス、
アンモニアガス、トリメチルガリウムガス、トリメチル
アルミニウムガス及びシランガスを所定の比率で供給
し、シリコンがドープされたｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０４を形成する。
【００４７】（ｎ型ＧａＮ層上に発光層ＩｎＧａＮ層を
形成）サファイヤ基板１を８００℃の温度に保持し、水
素ガス、アンモニアガス、トリメチルガリウムガス及び
トリメチルインジウムガスを所定の比率で供給し、Ｉｎ
ＧａＮ層１０５を形成する。
形成）サファイヤ基板１を８００℃の温度に保持し、水
素ガス、アンモニアガス、トリメチルガリウムガス及び
トリメチルインジウムガスを所定の比率で供給し、Ｉｎ
ＧａＮ層１０５を形成する。
【００４８】（ＩｎＧａＮ層上に二次元結晶膜を付着）
上記ＩｎＧａＮ層を最上層とする基板を、実施の形態１
のシリコン基板と同様に二次元結晶が形成された水槽に
浮かべ、上記基板表面に二次元結晶膜を付着させて水槽
から取り出す。これを不活性ガス中、５００℃で熱処理
し、ＩｎＧａＮ層１０５上に鉄酸化物１０６を所定の間
隔で規則的に点在させる。
上記ＩｎＧａＮ層を最上層とする基板を、実施の形態１
のシリコン基板と同様に二次元結晶が形成された水槽に
浮かべ、上記基板表面に二次元結晶膜を付着させて水槽
から取り出す。これを不活性ガス中、５００℃で熱処理
し、ＩｎＧａＮ層１０５上に鉄酸化物１０６を所定の間
隔で規則的に点在させる。
【００４９】（ＩｎＧａＮ層の量子ドット形成）上記鉄
酸化物のドットを規則的に点在させた基板に対し、電子
サイクロトロン共鳴吸収（ＥＣＲ）プラズマエッチング
を行う。その条件はプラズマガスとしてＳＦ6を導入
し、圧力をおおよそ１０-2Ｐａとし、これにマイクロ波
を印加し、電子サイクロトロン共鳴吸収によりプラズマ
を発生させてプラズマエッチングを行う。この時、基板
温度は化学的エッチングを避けるため低温に保つ。この
温度は、-５０℃以下とするのが望ましいが、基板の冷
却能率や真空容器などによるプラズマ状態の影響を持つ
ため、個々の影響による最適温度を決定し、基板温度の
管理を精密に行う必要がある。このプラズマエッチング
により、鉄酸化物のドットがマスクとなり、規則的に直
径が数ｎｍの円柱状構造が形成される。この円柱構造の
間を酸化物等の絶縁体で埋めることで量子ドットが形成
される。
酸化物のドットを規則的に点在させた基板に対し、電子
サイクロトロン共鳴吸収（ＥＣＲ）プラズマエッチング
を行う。その条件はプラズマガスとしてＳＦ6を導入
し、圧力をおおよそ１０-2Ｐａとし、これにマイクロ波
を印加し、電子サイクロトロン共鳴吸収によりプラズマ
を発生させてプラズマエッチングを行う。この時、基板
温度は化学的エッチングを避けるため低温に保つ。この
温度は、-５０℃以下とするのが望ましいが、基板の冷
却能率や真空容器などによるプラズマ状態の影響を持つ
ため、個々の影響による最適温度を決定し、基板温度の
管理を精密に行う必要がある。このプラズマエッチング
により、鉄酸化物のドットがマスクとなり、規則的に直
径が数ｎｍの円柱状構造が形成される。この円柱構造の
間を酸化物等の絶縁体で埋めることで量子ドットが形成
される。
【００５０】（量子ドット上にｐ型ＡｌＧａＮ層を形
成）サファイヤ基板１０１を１０５０℃にして、水素ガ
ス、アンモニアガス、トリメチルガリウムガス、トリメ
チルアルミニウム及びシクロペンタジエニルマグネシウ
ムを所定の比率で供給し、マグネシウムをドープしたｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層１０７を形成する。
成）サファイヤ基板１０１を１０５０℃にして、水素ガ
ス、アンモニアガス、トリメチルガリウムガス、トリメ
チルアルミニウム及びシクロペンタジエニルマグネシウ
ムを所定の比率で供給し、マグネシウムをドープしたｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層１０７を形成する。
【００５１】（ｐ型ＡｌＧａＮ層上にｐ型ＧａＮ層を形
成）サファイヤ基板１０１を１０５０℃にして、水素ガ
ス、アンモニアガス、トリメチルガリウムガス及びシク
ロペンタジエニルマグネシウムを所定の比率で供給し、
マグネシウムをドープしたｐ型ＧａＮコンタクト層１０
８を形成する。
成）サファイヤ基板１０１を１０５０℃にして、水素ガ
ス、アンモニアガス、トリメチルガリウムガス及びシク
ロペンタジエニルマグネシウムを所定の比率で供給し、
マグネシウムをドープしたｐ型ＧａＮコンタクト層１０
８を形成する。
【００５２】（電極の形成）高真空度に保持した槽中
で、上記試料の上面にＮｉ層を蒸着し、フォトリソグラ
フィー技術により上記Ｎｉ層を所定の形状パターンに形
成して、ｐ型ＧａＮの電極部１０９を形成する。他方、
上記試料をｐ型ＧａＮ側からエッチングしてｎ型ＧａＮ
層を露出させ、露出したｎ型ＧａＮの一部にＡｌ層を蒸
着してｎ型ＧａＮの電極部１１０を形成する。
で、上記試料の上面にＮｉ層を蒸着し、フォトリソグラ
フィー技術により上記Ｎｉ層を所定の形状パターンに形
成して、ｐ型ＧａＮの電極部１０９を形成する。他方、
上記試料をｐ型ＧａＮ側からエッチングしてｎ型ＧａＮ
層を露出させ、露出したｎ型ＧａＮの一部にＡｌ層を蒸
着してｎ型ＧａＮの電極部１１０を形成する。
【００５３】（素子分離）上述のようにして形成したウ
エハを所定の寸法に切断し、リードフレームのリード部
材１１１、１１２に上記各電極部を接合して発光素子を
形成する（図１２）。
エハを所定の寸法に切断し、リードフレームのリード部
材１１１、１１２に上記各電極部を接合して発光素子を
形成する（図１２）。
【００５４】従来、上記発光層のＩｎＧａＮの量子ドッ
ト自己形成能に基づき、発光層に量子ドットを形成して
きたが、不揃いであった。本発明によれば、フェリチン
に内包された鉄酸化物からなる二次元的に配置された量
子ドットをマスクとして、プラズマエッチングにより、
大きさの揃ったナノ構造の量子ドットを形成することが
できるため、内部量子効率を向上させて、青色発光効率
を向上させることが可能な発光素子を作製できる。
ト自己形成能に基づき、発光層に量子ドットを形成して
きたが、不揃いであった。本発明によれば、フェリチン
に内包された鉄酸化物からなる二次元的に配置された量
子ドットをマスクとして、プラズマエッチングにより、
大きさの揃ったナノ構造の量子ドットを形成することが
できるため、内部量子効率を向上させて、青色発光効率
を向上させることが可能な発光素子を作製できる。
【００５５】
【発明の効果】この発明の量子素子は、微小な金属原子
凝集体が微小間隔で配置され、しかも、この発明の配線
方法により微小配線が可能であるので、常温で安定に作
動する単電子トランジスタ、単電子メモリー、ダイオー
ド、トランジスタそして半導体発光素子の実現を期待で
きる。
凝集体が微小間隔で配置され、しかも、この発明の配線
方法により微小配線が可能であるので、常温で安定に作
動する単電子トランジスタ、単電子メモリー、ダイオー
ド、トランジスタそして半導体発光素子の実現を期待で
きる。
【図１】 本発明に係るフェリチンの構造を模式的に示
す模式図である。
す模式図である。
【図２】 本発明に係る量子素子の製造方法を説明する
模式図である。（Ａ）は、緩衝液中にフェリチン４を分
散させるとともに、液面にポリペプチド膜５を張る工程
を示す。（Ｂ）は、フェリチン４をポリペプチド膜５に
吸着させ、二次元結晶を得る工程を示す。（Ｃ）は、表
面に酸化膜を有するシリコン基板６を水面に浮かべ、基
板６の表面に二次元結晶を付着させる工程を示す。さら
に（Ｄ）は、二次元結晶を付着させた基板６を示す。
模式図である。（Ａ）は、緩衝液中にフェリチン４を分
散させるとともに、液面にポリペプチド膜５を張る工程
を示す。（Ｂ）は、フェリチン４をポリペプチド膜５に
吸着させ、二次元結晶を得る工程を示す。（Ｃ）は、表
面に酸化膜を有するシリコン基板６を水面に浮かべ、基
板６の表面に二次元結晶を付着させる工程を示す。さら
に（Ｄ）は、二次元結晶を付着させた基板６を示す。
【図３】 本発明に係るシリコン基板上の量子素子を示
す模式断面図である。
す模式断面図である。
【図４】 本発明に係るシリコン基板上の量子素子を示
す１０万倍の顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す写真である。
す１０万倍の顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す写真である。
【図５】 本発明に係るシリコン基板上の量子素子によ
って形成された単電子トランジスタを示す模式平面図で
ある。
って形成された単電子トランジスタを示す模式平面図で
ある。
【図６】 本発明に係る金属タンパク質複合体のへテロ
ダイマーを示す模式断面図である。
ダイマーを示す模式断面図である。
【図７】 本発明に係るダイオードの構造を示す模式断
面図である。
面図である。
【図８】 本発明に係るトランジスタの構造を示す模式
断面図である。
断面図である。
【図９】 本発明に係るアポフェリチンで囲まれたへテ
ロトライマーを示す模式断面図である。
ロトライマーを示す模式断面図である。
【図１０】 本発明に係るトランジスタアレイを示す模
式平面図である。
式平面図である。
【図１１】 本発明に係る半導体発光素子の構造を示す
模式断面図である。
模式断面図である。
【図１２】 本発明に係る半導体発光素子のリードフレ
ーム部材の接合方法を示す模式断面図である。
ーム部材の接合方法を示す模式断面図である。
１ 芯、 ２ タンパク質殻、 ３ 水槽、 ４ フェリチン、 ５ ポリペプチド膜、 ６ シリコン基板、 ７ 酸化ケイ素薄膜、 ８ 鉄酸化物、 ９、１１ ｐ型半導体１、 １０ ｎ型半導体、 １０１ サファイヤ基板、 １０２ バッファ層、 １０３ ｎ型コンタクト層、 １０４ ｎ型クラッド層、 １０５ 発光層、 １０６ 鉄酸化物、 １０７ ｐ型クラッド層、 １０８ ｐ型コンタクト層、 １０９ ｐ型電極部、 １１０ ｎ型電極部、 １１１、１１２ リード部材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/80 Ｈ０１Ｌ 29/28 29/86 29/72 33/00 29/80 Ａ Ｈ０１Ｓ 3/18
Claims (47)
- 【請求項１】 表面に絶縁層を有する基板表面上に、金
属タンパク質複合体が内包可能な金属原子凝集体からな
る量子ドットが、上記金属タンパク質複合体のピッチで
二次元的に配置されていることを特徴とする量子素子。 - 【請求項２】 上記金属タンパク質複合体に含まれる金
属に、水溶液中でイオン化可能な金属を用いることを特
徴とする請求項１記載の量子素子。 - 【請求項３】 上記金属タンパク質複合体に含まれる金
属が、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｓ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｐ、Ｗ、Ａｕ及
びＡｇからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属か
らなることを特徴とする請求項１又は２に記載の量子素
子。 - 【請求項４】 上記金属原子凝集体の直径が７ｎｍ以下
であることを特徴とする請求項１記載の量子素子。 - 【請求項５】 上記金属原子凝集体の直径が５ｎｍ以下
であることを特徴とする請求項１又は４に記載の量子素
子。 - 【請求項６】 上記ピッチが１１〜１４ｎｍであること
を特徴とする請求項１記載の量子素子。 - 【請求項７】 上記金属タンパク質複合体がフェリチン
である請求項１記載の量子素子。 - 【請求項８】 上記基板がシリコン基板である請求項１
記載の量子素子。 - 【請求項９】 （ａ）水溶液の上に張られたＬＢ膜に金
属タンパク質複合体を吸着させる工程と、 （ｂ）上記金属タンパク質を吸着させた上記ＬＢ膜を、
タンパク質の焼失温度以上の耐熱性と、表面に絶縁層又
は半導体層を有する基板に載せ、上記基板が安定なガス
中で熱処理してタンパク質成分を焼失させる工程と、 （ｃ）還元し金属原子凝集体を得る工程を含むことを特
徴とする量子素子の製造方法。 - 【請求項１０】 その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くなるよ
うな微小金属粒子からなる量子ドットを有する単電子ト
ランジスタにおいて、 上記量子ドットが、金属タンパク質複合体が内包可能な
金属原子凝集体からなるとともに、上記金属タンパク質
複合体のピッチで表面に絶縁層を有する基板表面上に二
次元的に配置され、 第１の量子ドットからなる量子井戸と、上記量子井戸の
周囲の少なくとも３つの量子ドットからなる電極部と、
上記量子井戸以外の量子ドットと上記電極部をつなぐ配
線部とからなり、 さらに上記電極部が、対向する第２及び第３の量子ドッ
トからなるそれぞれソース及びドレインと、残る第４の
量子ドットからなる制御ゲートを有することを特徴とす
る単電子トランジスタ。 - 【請求項１１】 上記金属に、水溶液中でイオン化可能
な金属を用いることを特徴とする請求項１０記載の単電
子トランジスタ。 - 【請求項１２】 上記金属が、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｓ、Ａ
ｌ、Ｍｎ、Ｐ、Ｗ、Ａｕ及びＡｇからなる群から選ばれ
た少なくとも１種の金属からなることを特徴とする請求
項１０又は１１に記載の単電子トランジスタ。 - 【請求項１３】 上記金属原子凝集体の直径が７ｎｍ以
下であることを特徴とする請求項１０記載の単電子トラ
ンジスタ。 - 【請求項１４】 上記金属原子凝集体の直径が５ｎｍ以
下であることを特徴とする請求項１０又は１３に記載の
単電子トランジスタ。 - 【請求項１５】 上記ピッチが１１〜１４ｎｍであるこ
とを特徴とする請求項１０記載の単電子トランジスタ。 - 【請求項１６】 上記基板がシリコン基板である請求項
１０記載の単電子トランジスタ。 - 【請求項１７】 その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くなるよ
うな微小金属粒子からなる量子ドットを有する単電子ト
ランジスタの製造方法において、 （ａ）水溶液の上に張られたＬＢ膜に金属タンパク質複
合体を吸着させる工程と、 （ｂ）上記金属タンパク質を吸着させた上記ＬＢ膜を、
タンパク質の焼失温度以上の耐熱性と、表面に絶縁層を
有する基板表面に載せる工程と、 （ｃ）上記基板が安定なガス中で熱処理してタンパク質
成分を焼失させる工程と、 （ｄ）還元し金属原子凝集体を得る工程とからなる金属
タンパク質複合体のピッチで二次元的に配置された金属
原子凝集体からなる量子ドットを形成する工程と、 （ｅ）さらに走査型電子顕微鏡の電子ビームの絞りを上
記ピッチ以下とし、僅かに炭素化合物を含む真空中で上
記金属原子凝集体間に電子ビームを走査させ、上記金属
原子凝集体間に炭素を蒸着せしめて配線とする工程を含
むことを特徴とする単電子トランジスタの製造方法。 - 【請求項１８】 上記金属タンパク質複合体がフェリチ
ンである請求項１７記載の単電子トランジスタの製造方
法。 - 【請求項１９】 表面に絶縁層を有する基板表面上の量
子ドットから形成されるｐｎ接合を有するダイオードに
おいて、 上記量子ドットが金属原子凝集体からなり、 上記基板表面上に金属タンパク質複合体ヘテロダイマー
が内包可能な金属原子凝集体からなるドナー不純物及び
アクセプター不純物が、上記金属タンパク質複合体のピ
ッチで配置され、 上記絶縁層を通して上記基板内部に上記ドナー不純物及
びアクセプター不純物を拡散させてなるｎ形領域部、ｐ
形領域部及びｐｎ接合部と、所定の形状にパターニング
された電極部、さらにｎ形領域部及びｐ形領域部と上記
電極部をつなぐ配線部を有することを特徴とするダイオ
ード。 - 【請求項２０】 上記金属に、水溶液中でイオン化可能
な金属を用いることを特徴とする請求項１９記載のダイ
オード。 - 【請求項２１】 上記金属が、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｓ、Ａ
ｌ、Ｍｎ、Ｐ、Ｗ、Ａｕ及びＡｇからなる群から選ばれ
た少なくとも１種の金属からなることを特徴とする請求
項１９又は２０に記載のダイオード。 - 【請求項２２】 上記金属原子凝集体の直径が７ｎｍ以
下であることを特徴とする請求項１９記載のダイオー
ド。 - 【請求項２３】 上記金属原子凝集体の直径が５ｎｍ以
下であることを特徴とする請求項１９又は２２に記載の
ダイオード。 - 【請求項２４】 上記ピッチが１１〜１４ｎｍであるこ
とを特徴とする請求項１９記載のダイオード。 - 【請求項２５】 上記半導体基板がシリコン基板である
請求項２０記載のダイオード。 - 【請求項２６】 表面に絶縁層を有する基板表面上の量
子ドットから形成されるｐｎ接合を有するダイオードの
製造方法において、 （ａ）金属原子凝集体からなるドナー不純物及びアクセ
プター不純物を含む金属タンパク質複合体ヘテロダイマ
ーを作製する工程と、 （ｂ）水溶液の上に張られたＬＢ膜に上記金属タンパク
質複合体ヘテロダイマーを吸着させる工程と、 （ｃ）上記金属タンパク質複合体ヘテロダイマーを吸着
させたＬＢ膜を、タンパク質の焼失温度以上の耐熱性
と、表面に絶縁層を有する上記基板に載せ、上記基板が
安定なガス中で熱処理してタンパク質成分を焼失させる
工程と、 （ｄ）還元雰囲気中で還元し上記金属原子凝集体を得る
工程とからなる上記金属タンパク質複合体のピッチで上
記ドナー不純物及びアクセプター不純物を上記基板表面
上に配置する工程と、 （ｅ）熱処理により、上記絶縁層を通してドナー不純物
及びアクセプター不純物を基板内部に拡散させｎ形領域
部、ｐ形領域部及びｐｎ接合部を形成する工程と、所定
の形状の電極をパターニングして、電極部を形成する工
程と、 （ｆ）さらに、走査型電子顕微鏡の電子ビームの絞りを
上記ピッチ以下とし、僅かに炭素化合物を含む真空中で
ｎ形領域部及びｐ形領域部と電極部間に電子ビームを走
査させ、ｎ形領域部と電極部間及びｐ形領域部と電極部
間に炭素を蒸着せしめて配線とする工程を含むことを特
徴とするダイオードの製造方法。 - 【請求項２７】 上記金属タンパク質複合体がフェリチ
ンである請求項２６記載の量ダイオードの製造方法。 - 【請求項２８】 表面に絶縁層を有する基板表面上の量
子ドットから形成されるｎｐｎ又はｐｎｐ構造を有する
トランジスタにおいて、 上記量子ドットが金属原子凝集体からなり、金属タンパ
ク質複合体ヘテロトライマーが内包可能で、上記金属タ
ンパク質複合体のピッチとなるように金属原子凝集体か
らなるドナー不純物又はアクセプター不純物が配置され
てなり、ドナー不純物を両隣に有するアクセプター不純
物からなるｎｐｎ構造を形成可能な不純物群又はアクセ
プター不純物を両隣に有するドナー不純物からなるｐｎ
ｐ構造を形成可能な不純物群が上記基板表面上に配置さ
れ、上記絶縁層を通して上記基板内部に上記ドナー不純
物及びアクセプター不純物を拡散させてなるｎ形領域部
とｐ形領域部及びｐｎ接合部、そして所定の形状にパタ
ーニングされた電極部、さらにｎ形領域部及びｐ形領域
部と上記電極部をつなぐ配線部を有することを有するこ
とを特徴とするトランジスタ。 - 【請求項２９】 上記金属に、水溶液中でイオン化可能
な金属を用いることを特徴とする請求項２８記載のトラ
ンジスタ。 - 【請求項３０】 上記金属が、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｓ、Ａ
ｌ、Ｍｎ、Ｐ、Ｗ、Ａｕ及びＡｇからなる群から選ばれ
た少なくとも１種の金属からなることを特徴とする請求
項２８又は２９に記載のトランジスタ。 - 【請求項３１】 上記金属原子凝集体の直径が７ｎｍ以
下であることを特徴とする請求項２８記載のトランジス
タ。 - 【請求項３２】 上記金属原子凝集体の直径が５ｎｍ以
下であることを特徴とする請求項２８又は３１に記載の
トランジスタ。 - 【請求項３３】 上記ピッチが１１〜１４ｎｍであるこ
とを特徴とする請求項２８記載のトランジスタ。 - 【請求項３４】 上記半導体基板がシリコン基板である
請求項２８記載のトランジスタ。 - 【請求項３５】 表面に絶縁層を有する基板表面上の量
子ドットから形成されるｎｐｎ又はｐｎｐ接合を有する
トランジスタの製造方法において、 （ａ）金属原子凝集体からなるドナー不純物及びアクセ
プター不純物の両隣に、上記アクセプター不純物又は上
記ドナー不純物を保持してなる金属タンパク質複合体ヘ
テロトライマーを作製する工程と、 （ｂ）水溶液の上に張られたＬＢ膜に上記金属タンパク
質複合体ヘテロトライマーを吸着させる工程と、 （ｃ）上記金属タンパク質複合体ヘテロトライマーを吸
着させた上記ＬＢ膜を、タンパク質の焼失温度以上の耐
熱性を有する上記基板に載せる工程と、 （ｄ）上記基板が安定なガス中で熱処理してタンパク質
成分を焼失させる工程と、 （ｅ）還元雰囲気中で金属原子凝集体を還元する工程と
からなる上記金属タンパク質複合体のピッチでドナー不
純物及びアクセプター不純物を上記基板表面上に配置す
る工程と、 （ｆ）熱処理により、上記絶縁層を通してドナー不純物
及びアクセプター不純物を上記基板内部に拡散させｎ形
領域部、ｐ形領域部及びｐｎ接合部を形成する工程と、 （ｇ）所定の形状の電極をパターニングして電極部を形
成する工程と、 （ｈ）さらに、走査型電子顕微鏡の電子ビームの絞りを
上記ピッチ以下とし、僅かに炭素化合物を含む真空中で
上記ｎ形領域部及びｐ形領域部と上記電極部間に電子ビ
ームを走査させ、ｎ形領域部と電極部間及びｐ形領域部
と電極部間に炭素を蒸着せしめて配線とする工程を含む
ことを特徴とするトランジスタの製造方法。 - 【請求項３６】 上記金属タンパク質複合体がフェリチ
ンである請求項３５記載のトランジスタの製造方法。 - 【請求項３７】 表面に絶縁層を有する半導体基板表面
上の量子ドットから形成されるｎｐｎ又はｐｎｐ構造を
有するトランジスタが二次元的に配置されたトランジス
タアレイにおいて、 上記量子ドットが金属原子凝集体からなり、その周囲に
少なくとも一層のアポタンパク質を有する金属タンパク
質複合体ヘテロトライマーが内包可能で、上記金属タン
パク質複合体のピッチとなるように金属原子凝集体から
なるドナー不純物又はアクセプター不純物が配置されて
なり、ドナー不純物を両隣に有するアクセプター不純物
からなるｎｐｎ構造を形成可能な不純物群又はアクセプ
ター不純物を両隣に有するドナー不純物からなるｐｎｐ
構造を形成可能な不純物群が上記基板表面上に配置さ
れ、上記絶縁層を通して上記基板内部に上記ドナー不純
物及びアクセプター不純物を拡散させてなるｎ形領域
部、ｐ形領域部及びｐｎ接合部と、所定の形状にパター
ニングされた電極部、ｎ形領域部及びｐ形領域部と上記
電極部をつなぐ配線部からなるトランジスタを有すると
ともに、上記トランジスタが上記ピッチ１１〜１４ｎｍ
の整数倍の間隔で、二次元的に配置されていることを特
徴とするトランジスタアレイ。 - 【請求項３８】 表面に絶縁層を有する半導体基板表面
上の量子ドットから形成されるｎｐｎ又はｐｎｐ接合を
有するトランジスタが二次元的に配置されたトランジス
タアレイの製造方法において、 （ａ）金属原子凝集体からなるドナー不純物及びアクセ
プター不純物の両隣に、上記アクセプター不純物又は上
記ドナー不純物を保持してなる金属タンパク質複合体ヘ
テロトライマーを作製する工程と、 （ｂ）上記金属タンパク質複合体ヘテロトライマーの周
囲に少なくとも一層のアポタンパク質を結合させる工程
と、 （ｃ）水溶液の上に張られたＬＢ膜に上記アポタンパク
質を結合させた金属タンパク質複合体ヘテロトライマー
を吸着させる工程と、 （ｄ）上記アポタンパク質を結合した金属タンパク質複
合体ヘテロトライマーを吸着させた上記ＬＢ膜を、タン
パク質の焼失温度以上の耐熱性と、表面に絶縁層を有す
る基板に載せる工程と、 （ｅ）上記基板が安定なガス中で熱処理してタンパク質
成分を焼失させる工程と、 （ｆ）還元雰囲気中で金属原子凝集体を還元する工程と
からなる上記金属タンパク質複合体のピッチで上記ドナ
ー不純物及びアクセプター不純物を上記基板表面上に配
置する工程と、 （ｇ）熱処理により、上記絶縁層を通してドナー不純物
及びアクセプター不純物を上記基板内部に拡散させｎ形
領域部、ｐ形領域部及びｐｎ接合部を形成する工程と、 （ｈ）所定の形状の電極をパターニングして電極部を形
成する工程と、 （ｉ）さらに、走査型電子顕微鏡の電子ビームの絞りを
上記ピッチ以下とし、僅かに炭素化合物を含む真空中で
上記ｎ形領域部及びｐ形領域部と上記電極部間に電子ビ
ームを走査させ、ｎ形領域部と電極部間及びｐ形領域部
と電極部間に炭素を蒸着せしめて配線とする工程を含む
ことを特徴とするトランジスタアレイの製造方法。 - 【請求項３９】 金属タンパク質複合体が内包可能な複
数の金属原子凝集体からなるマスク用量子ドットを、上
記金属タンパク質複合体のピッチで表面に絶縁層を有す
る基板表面に二次元的に配置する工程と、上記マスク用
量子ドットを介しプラズマエッチングにより上記基板表
面に柱状構造体群を形成する工程と、柱状構造体間の空
隙を絶縁する工程とを含んでなり、量子効果を発現する
ナノメータサイズの量子ドットを形成することを特徴と
する量子ドットの形成方法。 - 【請求項４０】 絶縁基板上にｐ型及びｎ型半導体層と
活性層を備えた半導体発光素子において、 金属タンパク質複合体が内包可能な複数の金属原子凝集
体からなるマスク用量子ドットが、上記金属タンパク質
複合体のピッチで二次元的に上記活性層表面に配置さ
れ、上記マスク用量子ドットを介するプラズマエッチン
グにより上記活性層からなる量子ドットが形成されてい
ることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項４１】 上記金属に、水溶液中でイオン化可能
な金属を用いることを特徴とする請求項４０記載の半導
体発光素子。 - 【請求項４２】 上記金属が、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｕ及びＡ
ｇからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属からな
ることを特徴とする請求項４０又は４１に記載の半導体
発光素子。 - 【請求項４３】 上記金属原子凝集体の直径が７ｎｍ以
下であることを特徴とする請求項４０記載の半導体発光
素子。 - 【請求項４４】 上記金属原子凝集体の直径が５ｎｍ以
下であることを特徴とする請求項４０又は４３に記載の
半導体発光素子。 - 【請求項４５】 上記ピッチが１１〜１４ｎｍであるこ
とを特徴とする請求項４０記載の半導体発光素子の製造
方法。 - 【請求項４６】 絶縁基板上にｐ型及びｎ型半導体層と
活性層を備えた半導体発光素子の製造方法において、 （ａ）水溶液の上に張られたＬＢ膜に金属タンパク質複
合体を吸着させる工程と、上記金属タンパク質を吸着さ
せた上記ＬＢ膜を、タンパク質の焼失温度以上の耐熱性
と、表面に活性層を有する絶縁基板表面に載せる工程
と、 （ｂ）上記絶縁基板が安定なガス中で熱処理してタンパ
ク質成分を焼失させる工程と、 （ｃ）還元雰囲気中で金属原子凝集体を還元する工程と
からなるマスク用量子ドット形成工程と、 （ｄ）上記マスク用量子ドットを介して上記活性層をプ
ラズマエッチングして活性層からなる量子ドットを形成
する工程を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造
方法。 - 【請求項４７】 上記金属タンパク質複合体がフェリチ
ンである請求項４６記載の半導体発光素子の製造方法。
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1998
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