JPS6319853A - モノリシツク回路素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

〔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
６図に示すＭＯ３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影領域
、１３はｐ影領域、１４はｎ影領域、１５は５ｉ０２膜
、１６．１７は電極であり、これら２つの電極１６．１
７間でｐ−ｎ接合（ｐ影領域１３−ｎ影領域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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のＭ　ＯＳ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２５６にビ・スト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。

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。

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。

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。

〔問題点を解決するための手段〕

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３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。

〔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。

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、例えばフラボトキシ
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
りにおいては、フラボトキシン１とチトクロームＣ２の
レドックス電位が第２図世）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、例えば上記チトクロームＣ分子２の
両側に上記フラボトキシン分子１を接着接合し、それぞ
れに電ｔ１４ｃ、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￥ｉ４ｅ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■２に加えて電極４ｅに対し
て電極４ｄに負電圧■１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）のす、ｃの状態となる
。そして、ａ、ｂの状態では電極４Ｃ６４で間に電流は
流れず、Ｃの状態では流れる。従って、電極４ｃ、４６
間に電圧■２を印加した状態で、電ｉ４ｄ、４ｅ間の電
圧Ｖ、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
合体を複数個ここては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（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、４
ｉ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。

即ち、第７図において、７６は絶縁特性を持つ基板、７
７はＡｇ、Ａｕ、ＡＩなどの金属製電照で、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Ｌ　Ｂ　　（ｔ、ａｎｇｍｕｉｒ−
Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）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＜ＬＢ法
等により作成されたフラボトキシンからなる第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。

即ち、第８図において、８６は絶縁特性を持つ基板、８
７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ト
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。８
９は同じ＜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＜ＬＢ法等により作成されたフラボトキ
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Ｔｒ
ｙ、Ｔｒｚ、抵抗素子Ｒ，，Ｒ２（Ｒ，はＤ＋、Ｄｚか
らなり、Ｒ２はり、＋、Ｄ。

からなる）、コンデンサ素子Ｃ２を用い、これらの間を
第１図（ａ）、　（ｂｌ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
ｌ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ｔｊ！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千トクロ
ームＣ，フラボトキシンを用いたが、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８１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。

〔発明の効果〕

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。

【図面の簡単な説明】

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＋ａｌ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（ｂｌはそのレドックス電位状態を示
す図、第３図（ａｌ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（ｂｌ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
ＭＯ３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、第イ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はフラボトキシン分子、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、Ｔｒｌ、Ｔｒｔはスイッチ
素子、ＣＩはコンデンサ素子である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （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。
3. （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。
4. （４）上記アミノ酸誘導体は、アミノ酸のＨをＦあるい
   はＣＨ＿３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。
5. （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。
6. （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。
7. （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。