JP2002223016A - Method for manufacturing quantum device - Google Patents
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Classifications
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- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
Abstract
Description
【０００１】[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関し、特に低温で処理す
るプラスチック基板等に配置されるものに関する。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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quantum device in which quantum dots are two-dimensionally arranged, and more particularly to a quantum device arranged on a plastic substrate or the like which is processed at a low temperature. The quantum dots arranged in the quantum device can be suitably used as a single-electron transistor, a doping diode, a doping transistor, a doping transistor array, and a semiconductor light emitting device.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art Devices utilizing the single-electron tunnel effect, such as single-electron transistors and single-electron memories, have attracted attention. For example, a single-electron transistor is a promising alternative to MOSFETs in response to ultra-small submicron requirements, which are currently reaching the limit of MOSFETs that are currently the mainstream of semiconductor transistors.
【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。[0003] In a fine particle surrounded by a thin insulating layer, electrons are supplied from an external electrode by a tunnel phenomenon. At this time,
Since the particles have a capacity C with respect to the outside, the electrostatic energy changes by e2 / 2C when electrons enter the particles. As a result, the second electron cannot tunnel to the fine particles.
【０００４】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] Therefore, in order to produce the above-mentioned device utilizing the single-electron tunneling effect, a quantum device consisting of minute metal particles whose energy becomes higher than the thermal excitation of electrons at room temperature (ΔE = about 25 mV) is required. It is essential to arrange the dots on the insulator. When e2 / 2C is small, it is essential to dispose quantum dots whose energy just above the Fermi level of the microdots is larger than the thermal excitation level of electrons. In this case, it is no longer a single electron,
Even in this case, the performance of the transistor can be realized. In addition.
Even if a quantum device can be realized, it is necessary to form a minute wiring because a tunnel phenomenon cannot be confirmed due to a parasitic capacitance of the wiring in a wide wiring as in the present case.
【０００５】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。Conventionally, low pressure CVD has been used as a single electron memory.
By depositing a-Si by crystallization at 750 ° C., a thin line (100 nm in width) of the ultra-thin 3.4 nm-thick polycrystalline Si film and a gate electrode (100 nm) are reduced to 15
Devices crossing each other via a 0 nm gate oxide film were prototyped (Applied Physics Vol. 63, No. 12, p. 1248.
(1994)). The device operates at room temperature and has the potential of being a fast, non-volatile memory that breaks the limits of conventional flash memory. Also, by electron beam lithography and triangular shadow evaporation technology,
Aluminum-based single electron transistors with 0 nm island electrodes have also been fabricated (Jpn. J. Appl. Phys. V).
ol. 35. (1996) pp. L1465-L146
7). This single-electron transistor has advantages that silicon-based devices do not have, such as periodic gate modulation in which the background current does not depend on the gate voltage.
【０００６】このような従来の技術としては、特開平１
１−４５９９０号公報のようなものがある。[0006] Such a conventional technique is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei.
For example, Japanese Patent Application Publication No. 1-45990 discloses.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例で
は、タンパク質を熱処理により除去しているため、使用
することができる基板としては耐熱性をもったものしか
使用することができず、Ｓｉ単結晶ウエハ上には作成で
きても、低融点ガラス基板やプラスチック基板上には作
成することが困難であった。However, in the above conventional example, since the protein is removed by heat treatment, only a substrate having heat resistance can be used as a substrate that can be used. Although it could be formed on a crystal wafer, it was difficult to form it on a low-melting glass substrate or plastic substrate.
【０００８】また、熱処理を施すことで均一なタンパク
質の除去が歩留まり良くできないという課題もあった。Further, there is another problem that uniform heat treatment cannot be performed to remove the protein uniformly at a high yield.
【０００９】また熱処理工程を要するので処理枚数にも
限界があり、さらに熱処理を施す装置が必要なことか
ら、製造過程における消費電力の観点からも環境に優し
い製造プロセスの実現には達成しているとはいえなかっ
た。Further, since a heat treatment step is required, the number of sheets to be processed is limited. Further, since an apparatus for performing heat treatment is required, an environmentally friendly manufacturing process has been achieved from the viewpoint of power consumption in the manufacturing process. I couldn't say.
【００１０】そこで、本発明の目的は、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低温プロセスにて提供すること
にある。Accordingly, an object of the present invention is to provide a quantum device which operates stably at room temperature and can be actually produced as a single-electron transistor or a single-electron memory by a low-temperature process.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の製造方法は、（ａ）水溶液の上に張られた
ＬＢ膜またはペプチド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
上記膜を、表面に絶縁層又は半導体層を有する基板に載
せ、上記基板をオゾンにさらすことによりタンパク質成
分を消失させる工程と、（ｃ）残置された金属部分を還
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である。In order to achieve the above object, the production method of the present invention comprises: (a) a step of adsorbing a metal protein complex to an LB film or a peptide film stretched on an aqueous solution; (B) placing the film on which the metal protein is adsorbed on a substrate having an insulating layer or a semiconductor layer on its surface, and exposing the substrate to ozone to eliminate protein components; and (c) remaining metal. A method for producing a quantum device, comprising a step of reducing a portion to obtain a metal atom aggregate.
【００１２】ここで、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かその
化合物や錯体がイオン化可能なものが良い。例えば、鉄
Ｆｅ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉ、亜鉛Ｚｎ、砒素Ａ
ｓ、アルミニウムＡ１、マンガンＭｎ、リンＰ、タング
ステンＷ、ゲルマニウムＧｅ、タングステンＷ、シリコ
ンＳｉ、金Ａｕ、銀Ａｇ、および白金Ｐｔ等が挙げられ
るが、金が望ましい。Here, the metal constituting the metal atom aggregate used for the quantum element is preferably one that can be ionized in an aqueous solution or that its compound or complex can be ionized. For example, iron Fe, cobalt Co, nickel Ni, zinc Zn, arsenic A
s, aluminum A1, manganese Mn, phosphorus P, tungsten W, germanium Ge, tungsten W, silicon Si, gold Au, silver Ag, platinum Pt, etc., but gold is desirable.
【００１３】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４ｎｍ以下で
あり、金属タンパク質複合体のピッチは６〜１４ｎｍで
あることが好ましい。The diameter of the metal atom aggregate used in the quantum device is preferably 7 nm or less, more preferably 4 nm or less, and the pitch of the metal protein complex is preferably 6 to 14 nm.
【００１４】本発明の製造方法は、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。この膜を固体基板に
転写し、基板をオゾンにさらすことによりタンパク質成
分を消失させると、金属タンパク質複合体は、金属もし
くは金属酸化物部分だけが、タンパク質のサイズのピッ
チで基板上に残る。その後、必要に応じて還元雰囲気中
で加熱しこれらを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。In the production method of the present invention, first, a metalloprotein complex is adsorbed on a denatured protein membrane, polypeptide membrane or LB membrane stretched on an aqueous solution. When this film is transferred to a solid substrate and the protein component is eliminated by exposing the substrate to ozone, the metal-protein complex has only the metal or metal oxide portion remaining on the substrate at a protein-sized pitch. Thereafter, if necessary, they are heated in a reducing atmosphere to reduce them. The metal oxide is reduced to a metal atom aggregate, which is two-dimensionally arranged on the substrate.
【００１５】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またはＤｐ
ｓ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。The metal-protein complex used in the quantum device of the present invention is preferably furitin or Dp.
s. However, the protein may be derived from a phage or virus.
【００１６】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、プラスチック基板でもよい。As a substrate used in the quantum device of the present invention, a silicon Si substrate has a wide range of application, but a glass substrate, a ceramic substrate, or a plastic substrate may be used.
【００１７】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。In the single-electron transistor of the present invention, the quantum dots are formed of a metal atom aggregate capable of enclosing a metal-protein complex, and are two-dimensionally formed on a substrate surface having an insulating layer at the pitch of the metal-protein complex. Placed in
A quantum well composed of the first quantum dot, an electrode part composed of at least three quantum dots around the quantum well, and a wiring part connecting the quantum dot other than the quantum well to the electrode part; And a control gate formed of the remaining fourth quantum dot, and a source and a drain formed of the second and third quantum dots, respectively.
【００１８】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。The metal, metalloprotein complex and substrate used in the metal atom aggregate of the single-electron transistor can be the same as those used in the quantum device.
【００１９】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４ｎ
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６〜１４ｎｍ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。The diameter of the metal atom aggregate used in the single electron transistor is 7 nm or less, preferably 4 nm.
m, which is usually an aggregate of thousands of atoms, depending on the metal atom. Therefore, the transition level of this aggregate closest to the Fermi level is higher than the thermal excitation level of electrons at room temperature. Further, the quantum well and the electrode portion are arranged at a distance of 6 to 14 nm at which a tunnel effect can occur. Therefore, in this single-electron transistor, a tunnel phenomenon can be confirmed at room temperature or a temperature of about liquid nitrogen.
【００２０】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。Further, a suitable method for manufacturing a quantum transistor according to the present invention includes, in addition to the steps of the above-described method for manufacturing a quantum element, further comprises setting the aperture of an electron beam of a scanning electron microscope to be equal to or less than the above pitch and containing a slight amount of a carbon compound. The method includes a step of scanning an electron beam between the metal atom aggregates in a vacuum and depositing carbon between the metal atom aggregates to form wiring. As a result, the quantum dots other than the quantum well and the source and drain are connected by the carbon beam. The carbon source may be a residual gas mainly composed of hydrocarbons mixed from a vacuum pump oil. According to this wiring method, fine wiring at nanometer intervals is possible, which is suitable for ultra-miniaturized devices such as single-electron transistors.
【００２１】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。In the diode of the present invention, the quantum dots are formed of a metal atom aggregate, and the donor impurity and the metal atom aggregate which can include the metal protein complex heterodimer can be included on at least the surface of the substrate having an insulating layer on the surface. An acceptor impurity arranged at a pitch of the metal-protein complex, and an n-type region formed by diffusing a donor impurity and an acceptor impurity into the substrate through the insulating layer;
The semiconductor device is characterized by having an n-type region portion and a pn junction portion, an electrode portion patterned in a predetermined shape, and a wiring portion connecting the n-type region portion and the p-type region portion to the electrode portion.
【００２２】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膜またはペプチド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上記膜を、基板
に載せる工程と、上記基板をオゾンにさらすことにより
タンパク質成分を消失させる工程と（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。Further, a suitable method for producing the diode of the present invention includes: (a) a step of producing a metal protein complex heterodimer containing a donor impurity and an acceptor impurity consisting of metal atom aggregates; A step of adsorbing the metal protein complex heterodimer to the LB film or the peptide film stretched thereon, (c) a step of placing the film adsorbing the metal protein complex heterodimer on a substrate, and applying the substrate to ozone. Exposing the donor component and the acceptor impurity on the substrate surface in a two-dimensional manner, comprising a step of exposing the protein component by exposing and a step (d) of reducing in a reducing atmosphere to obtain a metal atom aggregate. Arranging with
(E) a step of forming an n-type region, a p-type region and a pn junction by diffusing a donor impurity and an acceptor impurity into the substrate through the insulating layer by heat treatment;
(F) a step of patterning an electrode having a predetermined shape to form an electrode portion; and (g) further setting the aperture of the electron beam of the scanning electron microscope to be equal to or less than the above-mentioned pitch, in a vacuum containing a slight amount of a carbon compound. The electron beam is scanned between the n-type region and the p-type region and the electrode, and the electron beam is scanned between the n-type region and the electrode and the p-type region.
The method includes a step of depositing carbon between the shaped region and the electrode to form a wiring.
【００２３】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。In the transistor of the present invention, the quantum dots are made of a metal atom aggregate, the metal protein complex heterotrimer can be included, and the donor impurity or the metal atom aggregate made so as to have a pitch of the metal protein complex. An impurity group in which an acceptor impurity is arranged and which can form an npn structure composed of an acceptor impurity having both sides of a donor impurity or an impurity group which can form a pnp structure composed of a donor impurity having both sides of an acceptor impurity is formed on the substrate surface. An n-type region, a p-type region, and a pn junction formed by dispersing a donor impurity and an acceptor impurity through the insulating layer into the substrate, and an electrode portion patterned into a predetermined shape; having a wiring portion connecting the p-type region portion and the electrode portion To.
【００２４】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膜またはペプチド膜に、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
またはペプチド膜を、上記基板に載せる工程と、（ｄ）
上記基板をオゾンにさらすことによりタンパク質成分を
消失させる工程と（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。In addition, the manufacturing method suitable for the transistor of the present invention comprises: (a) a metal-protein complex heterostructure having an acceptor impurity or a donor impurity on both sides of a donor impurity and an acceptor impurity formed of a metal atom aggregate; (B) adsorbing the metal protein complex heterotrimer on the LB film or peptide film stretched on the aqueous solution, and (c) adsorbing the metal protein complex heterotrimer. Placing the LB film or peptide film on the substrate, and (d)
Exposing the substrate to ozone to remove the protein component; and (e) reducing the metal atom aggregates in a reducing atmosphere to form a donor impurity and an acceptor impurity on the substrate surface at a pitch of the metal protein complex. (F) a step of forming an n-type region, a p-type region, and a pn junction by diffusing a donor impurity and an acceptor impurity into the substrate through an insulating layer by heat treatment; and (g) forming a predetermined shape. (H) further, the aperture of the electron beam of the scanning electron microscope is set to the pitch or less, and the n-type region and the p-type are formed in a vacuum containing a carbon compound. Scanning the electron beam between the region and the electrode, depositing carbon between the n-type region and the electrode and between the p-type region and the electrode to form a wiring. And wherein the door.
【００２５】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。The metal, metal-protein complex, and substrate used for the metal atom aggregate of the diode and the transistor can be the same as those used for the quantum device. 7 nm or less,
Preferably it is 5 nm or less.
【００２６】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。In addition, the above-mentioned suitable method for producing a diode and a transistor is characterized in that two or three kinds of metal protein complexes having different metal species are combined and adsorbed on a substrate in the form of a heterodimer or a heterotrimer. And 1000 ° C. for diffusion of acceptor impurities.
The point that heating is performed at 1200 ° C. is different from the above-described method for manufacturing a single-electron transistor.
【００２７】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。The size of the obtained diode and transistor is about 10 nm × 30 nm, and an extremely high-speed operation can be expected.
【００２８】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
６〜１４ｎｍ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。In the transistor array of the present invention, the quantum dots are composed of metal atom aggregates, and the metal protein complex heterotrimer having at least one layer of apoprotein around the quantum dots can be included, and the pitch becomes the metal protein complex pitch. A donor impurity or an acceptor impurity composed of a metal atom aggregate is disposed as described above, and an impurity group capable of forming an npn structure composed of an acceptor impurity having a donor impurity on both sides or a pnp structure composed of a donor impurity having an acceptor impurity on both sides Is formed on the surface of the substrate, and an n-type region, a p-type region, and a pn junction formed by diffusing a donor impurity and an acceptor impurity into the substrate through the insulating layer, and patterned into a predetermined shape. Electrode portion, n-type region portion and p
A transistor comprising a wiring portion connecting the shaped region portion and the electrode portion, and the transistors are two-dimensionally arranged at intervals of an integral multiple of the pitch of 6 to 14 nm.
【００２９】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
パク質成分もオゾン処理により消失させる。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６〜１４ｎｍ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。An appropriate method for manufacturing the transistor array of the present invention is basically the same as the above-described method for manufacturing a transistor. However, the heterotrimer is adsorbed on the substrate in a state where the heterotrimer is surrounded by a large number of protein components containing no metal, for example, a large number of apoferritins. Both the protein component of the metal-protein complex and the protein component such as apoferritin are eliminated by ozone treatment. Eventually, the acceptor impurities and the donor impurities are arranged at the pitch of the protein component, and the set of impurities derived from one heterotrimer and the other set are spaced apart by an integer n times the size of the protein component from 6 to 14 nm. It becomes what was arranged by. n can be adjusted by the number of protein layers surrounding the heterotrimer.
【００３０】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。Further, in the transistor array of the present invention, since each transistor is arranged at a nanometer interval,
10 billion transistors / cm 2 can be integrated,
It can be expected to realize an amplifier with high amplification.
【００３１】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。Further, the method for forming a quantum dot of the present invention comprises:
A step of two-dimensionally arranging a mask quantum dot comprising a plurality of metal atom aggregates capable of encapsulating a metal protein complex on a substrate surface having an insulating layer on the surface thereof at a pitch of the metal protein complex; Forming a group of columnar structures on the surface of the substrate by plasma etching via quantum dots, and further including a step of insulating gaps between the columnar structures, and forming nanometer-sized quantum dots exhibiting a quantum effect. It is characterized by forming.
【００３２】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。A semiconductor light-emitting device according to the present invention is a semiconductor light-emitting device comprising a p-type and n-type semiconductor layer and an active layer on an insulating substrate, wherein the mask comprises a plurality of metal atom aggregates capable of including a metal protein complex. The quantum dots for use are two-dimensionally arranged on the surface of the active layer at the pitch of the metal-protein complex, and the quantum dots made of the active layer are formed by plasma etching through the quantum dots for mask.
【００３３】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。Further, a suitable method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to the present invention is different from the above-described method for manufacturing a quantum device only in that quantum dots are arranged on the surface of a light-emitting layer laminated on an insulating substrate. Forming a quantum dot composed of an active layer by plasma etching using the quantum dot as a mask.
【００３４】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。The metal of the metal atom aggregate, the metal-protein complex, and the substrate used in the semiconductor light emitting device may be the same as those used in the quantum device, and the metal may have the same diameter. It is 7 nm or less, preferably 5 nm or less.
【００３５】[0035]
【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。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the quantum device of the present invention and a device using the same will be described below with reference to the drawings.
【００３６】＜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、牛などの動物の脾臓や肝臓などの臓器
から取り出すことができる。また遺伝子工学を用いて均
一な試料を大腸菌に作製させるともできる。芯１の直径
は６ｎｍ程度であり、その鉄原子の総数は１０００〜３
０００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。<First Embodiment> This is an example of a method for manufacturing a quantum device of the present invention. A ferritin solution is prepared as a raw material. Furitin is composed of Fe2O3 as shown in FIG.
Is a metal-protein complex surrounded by a protein shell 2 and can be extracted from organs such as spleen and liver of animals such as horses and cows. In addition, a uniform sample can be prepared by E. coli using genetic engineering. The diameter of the core 1 is about 6 nm, and the total number of iron atoms is 1000 to 3
000. The shell 2 is a 24-mer of a protein having a molecular weight of about 20,000, and the outer diameter of the entire 24-mer is about 12 nm.
【００３７】図２（Ａ）に示すように、テフロン（登録
商標）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５００μｍ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
を密閉された空間に置き、酸素雰囲気中または酸素を流
入，流出させながらＵＶランプを照射してオゾンを発生
させて吸着した膜のタンパク質および有機質部分を消失
させる。（図２（Ｅ））。As shown in FIG. 2A, a buffer solution is stored in a water tank 3 made of Teflon (registered trademark), and ferritin 4 is contained in the solution.
And a PBLH film (polypeptide film) 5 was stretched on the liquid surface. The pH was adjusted to about 6 with a suitable acid, such as hydrochloric acid. Since the PBLH film 5 has a positive charge while the ferritin 4 has a negative charge, as the pH rises, the ferritin 4 adheres to the PBLH film 5 to form a two-dimensional crystal (FIG. 2B). ). Subsequently, a two-dimensional crystal is attached to the surface of the substrate 6 by floating a silicon substrate 6 having a thickness of about 500 μm, whose surface is thickly oxidized, on the water surface (FIG. 2).
(C)) and taken out of the water tank 3 (FIG. 2 (D)). This is placed in a closed space, and a UV lamp is irradiated in an oxygen atmosphere or while oxygen is flowing in and out to generate ozone, and the adsorbed protein and organic portions of the membrane are eliminated. (FIG. 2E).
【００３８】この図２（Ｅ）の工程を実現するための装
置を図３に示す。図３において、３１はオゾンの発生を
加速、制御するための紫外線ランプであり、密閉容器３
２の内部に配置されている。３２はオゾン処理部３４を
構成するための密閉容器であり、減圧、加圧状態に耐え
うるステンレス合金製のチャンバーで構成されている。FIG. 3 shows an apparatus for realizing the step of FIG. In FIG. 3, reference numeral 31 denotes an ultraviolet lamp for accelerating and controlling the generation of ozone.
2 are arranged inside. Reference numeral 32 denotes a closed container for constituting the ozone processing unit 34, which is formed of a stainless steel chamber that can withstand reduced pressure and increased pressure.
【００３９】この密閉容器３２にはタンパク質膜の除去
過程をモニターできるのぞき窓が配置され、こののぞき
窓からタンパク質の除去の状態をモニターしながらタン
パク質の除去工程を進める。タンパク質の除去過程をモ
ニターするには、表面プラズモンを測定する方法やＦＴ
ＩＲを測定することにより行う。また、このようにモニ
ターしながら除去工程を行うこともできるが、除去工程
に要する時間をあらかじめロッド毎に決めておけば、フ
ィードバックをかけることなく処理でき、その場合に
は、のぞき窓は必ずしも必要ではない。A viewing window for monitoring the process of removing the protein film is disposed in the closed container 32. The protein removing step proceeds while monitoring the state of protein removal from the viewing window. In order to monitor the protein removal process, methods such as measuring surface plasmon and FT
This is done by measuring the IR. In addition, the removal process can be performed while monitoring in this way, but if the time required for the removal process is determined in advance for each rod, processing can be performed without feedback, and in that case, a viewing window is not necessarily required. is not.
【００４０】３５は、オゾン雰囲気を作り出す原料ガス
である酸素を含むガスを供給するガス供給装置であり、
導入ガスの流量制御、流出防止弁の機能を備えている。Reference numeral 35 denotes a gas supply device for supplying a gas containing oxygen as a raw material gas for producing an ozone atmosphere.
It has the functions of controlling the flow rate of the introduced gas and preventing outflow.
【００４１】３６は排気装置であり、密閉容器３２内の
オゾン雰囲気にて除去されたタンパク質を排気するため
のものである。３３は加熱試料台であり、基板温度を制
御するものである。なお、この図３では、オゾン発生を
紫外線ランプ３１により行っているが、この部分は高電
圧を印加することによりオゾンを発生させるようにする
こともできる。Reference numeral 36 denotes an exhaust device for exhausting the proteins removed in the ozone atmosphere in the closed container 32. Reference numeral 33 denotes a heated sample stage for controlling the substrate temperature. Although the ozone is generated by the ultraviolet lamp 31 in FIG. 3, it is also possible to generate ozone by applying a high voltage to this portion.
【００４２】また、このオゾン処理のは大気圧で行って
も良いし、減圧下で行っても良い。The ozone treatment may be performed at atmospheric pressure or under reduced pressure.
【００４３】またこの装置ではオゾンは密閉容器３３の
中で発生させているが、容器外で発生させたオゾンを流
し込むような構成でも良い。In this apparatus, ozone is generated in the closed container 33. However, a configuration in which ozone generated outside the container is poured may be used.
【００４４】タンパク質の除去工程に必要なオゾン濃度
としては１０ｇ／Ｎｍ3以上が必要であり、好ましく
は、２０〜２５ｇ／Ｎｍ３のオゾン濃度で処理をすれば
良い。The ozone concentration required for the protein removal step is required to be 10 g / Nm 3 or more, and preferably, the treatment may be performed at an ozone concentration of 20 to 25 g / Nm 3 .
【００４５】また、オゾン処理部３４は供給ガスが常に
一定料供給されつつ除去されたタンパク質とともに排気
され、そのガスの流量は１５０〜２５０ｍｌ／ｍｉｎが
望ましい。本実施例では２００ｍｌ／ｍｉｎで行った。The ozone treatment section 34 is evacuated together with the removed protein while the supply gas is constantly supplied at a constant rate, and the flow rate of the gas is desirably 150 to 250 ml / min. In this embodiment, the test was performed at 200 ml / min.
【００４６】密閉容器３２内のオゾン処理雰囲気として
は、０．９〜１．１×１０5気圧で処理できるが、加圧
のほうが望ましい。As the ozone treatment atmosphere in the sealed container 32, the treatment can be performed at 0.9 to 1.1 × 10 5 atm, but pressurization is more desirable.
【００４７】基板温度としては、１００〜１５０℃に加
熱するのが望ましい。The substrate is preferably heated to a temperature of 100 to 150 ° C.
【００４８】タンパク質及びＰＢＬＨ膜はオゾンと反応
して消失し、図２（Ｆ）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、ＳＥＭに
よる酸化物８の配置の観察により、タンパク質の消失
は、ＡＦＭ分析によって測定された鉄酸化物８の高さが
５．５ｎｍ程度で一定であることと、ＦＴＩＲの分析か
らタンパク質由来の信号がなくなることから確認され
た。The protein and the PBLH film react with ozone and disappear, and as shown in the sectional view of FIG. 2 (F), Fe 2 O 3 or another iron oxide 8 is formed on the substrate 6 via the silicon oxide thin film 7. It was arranged two-dimensionally.
The two-dimensional arrangement of the iron oxides 8 is based on the observation of the arrangement of the oxides 8 by SEM, and the disappearance of the protein is due to the height of the iron oxides 8 measured by AFM analysis being about 5.5 nm. And that the signal derived from protein disappeared from the FTIR analysis.
【００４９】オゾン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。FIG. 4 shows a SEM photograph (100,000 magnification) of a two-dimensional crystal of iron oxide obtained by the ozone treatment.
【００５０】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。この還元処理は金の場合
には不要である。In FIG. 4, a large number of white dots are iron oxides, and surrounding black portions are proteins and silicon remaining. The two-dimensional crystal is heat-treated again in hydrogen at 800 to 500 ° C. for 60 minutes to form a quantum device in which a large number of iron atom aggregates are two-dimensionally arranged on the oxide film on the surface of the silicon substrate 6. Was. This reduction process is unnecessary for gold.
【００５１】凝集体の直径は、約６ｎｍ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。The diameter of the aggregates is about 6 nm, equal to that of the core of iron oxide in ferritin, and the pitch between the aggregates is about 12 nm, equal to one side of the ferritin protein shell. As shown in the plan view of FIG. 5, one of the aggregates M is a quantum well Q, at least three quantum dots around the quantum well Q are electrodes, and the second and third quantum dots facing each other via the quantum well are drains D. A single electron transistor can be obtained by using the source G, the source S, and the remaining fourth quantum dots as the gate G, and using other aggregates M for the wiring.
【００５２】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微小凝集体であるから、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
１２ｎｍ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。The quantum well Q of this single electron transistor is
Since it is a micro-aggregate of 1,000 to 3,000 atoms, the transition level closest to the Fermi level of this quantum well is higher than the thermal excitation level of electrons at room temperature. Further, the quantum well Q and the drain D and the source S are arranged at a distance of 12 nm at which a tunnel effect can occur. Therefore, in this single-electron transistor, a tunnel phenomenon can be confirmed at room temperature or a practical temperature.
【００５３】＜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。<Second Embodiment> This is an example of the method for wiring quantum devices obtained in the first embodiment. The quantum device of the first embodiment is placed in a chamber of a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), the inside of the chamber is evacuated to about 10 @ -6 Pa, and the beam diameter is set to 5 mm.
Scanning was performed between the drain D, the source S, or the gate G and one or more other iron atom aggregates M1 to M3 by focusing on about nm. As a result, a wiring made of a carbon wire having a width of 20 nm is obtained between the drain, source, and gate and each of the above-mentioned iron atom aggregates M1 to M3, and M1, M2, M3
Was formed.
【００５４】＜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。<Third Embodiment> This is an example of the diode of the present invention. A column packed with polystyrene beads having an average particle size of 100 μm and having ammonium groups NH 4 + bonded to the surface was prepared. Aluminum oxide was placed at the position of the core of apoferritin, and the obtained metal apoferritin complex was passed through the column and adsorbed to polystyrene beads. Subsequently, phosphoric acid was added to the position of another apoferritin core, and the obtained metal apoferritin complex was passed through the same column to be adsorbed on polystyrene beads. And
In the column, these two kinds of metal apoferritin complexes were disulfide-bonded between sulfurs of cysteine residues of the protein to produce a heterodimer as shown in FIG. The heterodimer was poured out of the column and placed in the same water tank as in the first embodiment.
【００５５】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と同一の条件でオゾン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
１０ｎｍ×２０ｎｍであった。A two-dimensional crystal is attached to a silicon substrate under the same conditions as in Embodiment 1 except that the heterodimer is replaced with ferritin of Embodiment 1, the protein is burned off, and the reduction to a metal atom aggregate is carried out. went. An aluminum atom aggregate and a phosphorus atom aggregate were arranged on a silicon substrate at a distance of 12 nm from each other. By subjecting this to ozone treatment under the same conditions as in Embodiment 1, aluminum atom aggregates and phosphorus atom aggregates are arranged on the silicon substrate, and are further heat-treated at a high temperature to diffuse into the silicon substrate immediately below. The p-type semiconductor 9 and the n-type semiconductor 10 were completed. Next, while masking the p-type semiconductor 9 and the n-type semiconductor 10 by a photolithography technique or an electron beam lithography technique, an Al film is formed into a pattern in a predetermined shape to form an electrode portion. A diode is formed by forming a carbon wiring in the same manner as described above (FIG. 7). The size of this diode was 10 nm × 20 nm.
【００５６】＜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。<Fourth Embodiment> This is an example of the transistor of the present invention. A heterodimer was produced in the column in the same procedure as in the third embodiment. An aluminum oxide was placed in another third apoferritin core, and the resulting metal apoferritin complex was passed through the same column and adsorbed to polystyrene beads. And in the column,
A heterodimer was formed by disulfide-bonding the heterodimer and the third metal apoferritin complex between the sulfur atoms of the cysteine residues of the protein. The heterotrimer was poured out of the column and placed in the same water tank as that of the first embodiment.
【００５７】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、タンパク質をオゾ
ン処理により消失させ、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、１０、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１
０ｎｍ×３０ｎｍとなる。A two-dimensional crystal is attached to a silicon substrate under the same conditions as in Embodiment 1 except that the heterotrimer is replaced with ferritin of Embodiment 1, proteins are eliminated by ozone treatment, and the metal atom aggregates are removed. Was reduced. The aluminum atom aggregate and the phosphorus atom aggregate were arranged at a distance of 12 nm between the centers on the silicon substrate. This is further heat-treated under the same conditions as in Embodiment 2 so that the aluminum atom aggregates and the phosphorus atom aggregates diffuse into the silicon substrate immediately below each, and the p, n, p-type semiconductors (9, 10, 11) ) Can be. As in Embodiment 3, a transistor can be formed by forming an electrode portion and a carbon wiring (FIG. 8). The size of this transistor is 1
It becomes 0 nm × 30 nm.
【００５８】＜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。<Fifth Embodiment> This is an example of the transistor array of the present invention. A heterotrimer was produced in the column in the same manner as in the fourth embodiment. After passing a large amount of apoferritin through the same column and adsorbing it to polystyrene beads, the heterotrimer and apoferritin are disulfide-bonded with the sulfur of the cysteine residue of the protein to form a heterotrimer of a large number as shown in FIG. It was further enclosed with Apofelitin.
【００５９】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、タンパク質をオゾン処理により消失させ、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（図１０）。A two-dimensional crystal was attached to a silicon substrate under the same conditions as in Embodiment 1 except that the heterotrimer surrounded by apoferritin was replaced with ferritin of Embodiment 1, and proteins were eliminated by ozone treatment. Then, reduction to a metal atom aggregate was performed. Aluminum atom aggregates and phosphorus atom aggregates were two-dimensionally arranged on the silicon substrate at a distance of 12 nm between the centers. This is further heat-treated under the same conditions as in Embodiment 1 so that the aluminum atom aggregates and the phosphorus atom aggregates are arranged on the silicon substrate, and further heat-treated at a high temperature to diffuse into the silicon substrate immediately below. Thus, n, p-type semiconductors (9, 10, 11) were obtained. These semiconductors function as a transistor array, each having a size of 10 nm.
× 30 nm (FIG. 10).
【００６０】＜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。<Sixth Embodiment> This is an example of the semiconductor light emitting device of the present invention, which will be described with reference to FIG. The single crystal sapphire substrate 101 cleaned by organic cleaning and heat treatment is mounted on a susceptor placed in a reaction chamber of a MOCVD apparatus.
【００６１】（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。(Formation of Buffer Layer on Sapphire Substrate)
Next, while flowing hydrogen gas into the reaction chamber at normal pressure, the temperature was reduced to 1%.
The sapphire substrate is subjected to gas phase etching at 100 ° C. Next, the temperature is lowered to 400 ° C., and a hydrogen gas, an ammonia gas, and a trimethylaluminum gas are supplied at a predetermined ratio to form the buffer layer 102 made of AlN.
【００６２】（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。(N doped silicon on buffer layer)
Formation of Type GaN Layer) The sapphire substrate 1 is maintained at a temperature of 1150 ° C., and hydrogen gas, ammonia gas, trimethylgallium gas and silane gas are supplied at a predetermined ratio to form an n-type GaN layer 103 doped with silicon. .
【００６３】（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。(Formation of n-type AlGaN cladding layer) The sapphire substrate 1 was maintained at a temperature of 1150 ° C.
Ammonia gas, trimethylgallium gas, trimethylaluminum gas, and silane gas are supplied at a predetermined ratio to form an n-type AlGaN cladding layer 104 doped with silicon.
【００６４】（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。(Forming a light-emitting layer InGaN layer on an n-type GaN layer) The sapphire substrate 1 is maintained at a temperature of 800 ° C., and hydrogen gas, ammonia gas, trimethylgallium gas and trimethylindium gas are supplied at a predetermined ratio. In
The GaN layer 105 is formed.
【００６５】（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。これをオゾン処理してタンパク質部分や
ＰＢＬＨ膜を消失させ、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。(A two-dimensional crystal film is attached on the InGaN layer)
The substrate having the InGaN layer as the uppermost layer is described in Embodiment 1.
As in the case of the silicon substrate, the substrate is floated on a water tank on which two-dimensional crystals are formed, a two-dimensional crystal film is attached to the surface of the substrate, and the substrate is taken out of the water tank. This is treated with ozone to remove the protein portion and the PBLH film, and iron oxides 106 are regularly scattered on the InGaN layer 105 at predetermined intervals.
【００６６】（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。(Formation of Quantum Dots in InGaN Layer) Electron cyclotron resonance absorption (ECR) plasma etching is performed on the substrate on which the iron oxide dots are regularly scattered. The conditions are as follows: SF6 is introduced as a plasma gas, the pressure is set to about 10 <-2> Pa, a microwave is applied thereto, and plasma is generated by electron cyclotron resonance absorption to perform plasma etching. At this time, the substrate temperature is kept low to avoid chemical etching. This temperature is desirably -50 ° C or less. However, since the temperature of the substrate is affected by the cooling efficiency of the substrate and the plasma state due to the vacuum vessel, etc., the optimum temperature due to the individual effects is determined, and the temperature of the substrate is precisely controlled. There is a need. By this plasma etching, the dots of iron oxide serve as a mask, and a columnar structure having a diameter of several nm is regularly formed. By filling the space between the columnar structures with an insulator such as an oxide, quantum dots are formed.
【００６７】（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。(Formation of p-type AlGaN layer on quantum dots) The sapphire substrate 101 is heated to 1050 ° C., and hydrogen gas, ammonia gas, trimethylgallium gas, trimethylaluminum and cyclopentadienyl magnesium are supplied at a predetermined ratio. Magnesium doped p
A type AlGaN cladding layer 107 is formed.
【００６８】（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。(Forming a p-type GaN layer on a p-type AlGaN layer) The sapphire substrate 101 is heated to 1050 ° C., and hydrogen gas, ammonia gas, trimethylgallium gas and cyclopentadienyl magnesium are supplied at a predetermined ratio.
P-type GaN contact layer 10 doped with magnesium
8 is formed.
【００６９】（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。(Formation of Electrodes) In a bath maintained at a high degree of vacuum, a Ni layer is vapor-deposited on the upper surface of the sample, and the Ni layer is formed into a predetermined shape pattern by photolithography. The electrode section 109 is formed. On the other hand,
The sample is etched from the p-type GaN side to form an n-type GaN
The layer is exposed, and an Al layer is deposited on a part of the exposed n-type GaN to form an n-type GaN electrode portion 110.
【００７０】（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）。(Element Separation) The wafer formed as described above is cut into a predetermined size, and the above-mentioned respective electrode portions are joined to the lead members 111 and 112 of the lead frame to form light emitting elements (FIG. 12).
【００７１】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。Conventionally, quantum dots have been formed in the light-emitting layer based on the self-forming ability of InGaN quantum dots in the light-emitting layer. According to the present invention, using two-dimensionally arranged quantum dots made of iron oxide encapsulated in ferritin as a mask, by plasma etching,
Since quantum dots having a nanostructure with a uniform size can be formed, a light-emitting element capable of improving internal quantum efficiency and improving blue emission efficiency can be manufactured.
【００７２】[0072]
【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。According to the quantum device of the present invention, a single-electron transistor which operates stably at normal temperature is provided because minute metal atom aggregates are arranged at minute intervals and fine wiring can be performed by the wiring method of the present invention. , Single-electron memories, diodes, transistors and semiconductor light-emitting devices can be expected.
【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FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the structure of ferritin according to the present invention.
【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FIG. 2 is a schematic view illustrating a method for manufacturing a quantum device according to the present invention.
【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FIG. 3 is a schematic sectional view showing a quantum device on a silicon substrate according to the present invention.
【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FIG. 4 is a 100,000 × microscope (SEM) photograph showing a quantum device on a silicon substrate according to the present invention.
【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FIG. 5 is a schematic plan view showing a single-electron transistor formed by a quantum device on a silicon substrate according to the present invention.
【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FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a heterodimer of a metalloprotein complex according to the present invention.
【図７】本発明に係るダイオードの構造を示す模式断面
図FIG. 7 is a schematic sectional view showing the structure of a diode according to the present invention.
【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FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of a transistor according to the present invention.
【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FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a heterotrimer surrounded by apoferritin according to the present invention.
【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FIG. 10 is a schematic plan view showing a transistor array according to the present invention.
【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FIG. 11 is a schematic sectional view showing the structure of a semiconductor light emitting device according to the present invention.
【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FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a method for joining a lead frame member of a semiconductor light emitting device according to the present invention.
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 ３１ ＵＶランプ ３２ 密閉容器 ３３ 加熱試料台 ３４ オゾン処理 ３５ ガス供給処置 ３６ ガス排出装置 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 Reference Signs List 1 core 2 protein shell 3 water tank 4 ferritin 5 polypeptide film 6 silicon substrate 7 silicon oxide thin film 8 iron oxide 9,11 p-type semiconductor 1 10 n-type semiconductor 31 UV lamp 32 sealed container 33 heating sample table 34 ozone treatment 35 gas Supply treatment 36 Gas exhaust device 101 Sapphire substrate 102 Buffer layer 103 N-type contact layer 104 N-type cladding layer 105 Light emitting layer 106 Iron oxide 107 P-type cladding layer 108 p-type contact layer 109 p-type electrode unit 110 n-type electrode unit 111 , 112 Lead member
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 29/91 Ｇ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 33/00 H01L 29/91 G
Claims (12)
はペプチド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膜を、表面
に絶縁層又は半導体層を有する基板に載せ、上記基板を
オゾンにさらすことによりタンパク質成分を消失させる
工程と、 （ｃ）残置された金属部分を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。(1) a step of adsorbing a metal-protein complex on an LB film or a peptide film stretched on an aqueous solution; and (b) a step of adsorbing the metal protein-adsorbed film on an insulating layer or a surface thereof. A quantum step, comprising: placing the substrate on a substrate having a semiconductor layer and exposing the substrate to ozone to eliminate the protein component; and (c) reducing the remaining metal portion to obtain a metal atom aggregate. Device manufacturing method.
温度を１００〜１５０℃で行うことを特徴とする請求項
１記載の量子素子の製造方法。2. The method for manufacturing a quantum device according to claim 1, wherein the temperature of the substrate when performing the process of exposing ozone is 100 to 150 ° C.
流量を１５０〜２５０ｍｌ／ｍｉｎで行うことを特徴と
する請求項１記載の量子素子の製造方法。3. The method for manufacturing a quantum device according to claim 1, wherein the flow rate of the gas when performing the process of exposing ozone is performed at 150 to 250 ml / min.
雰囲気の圧力を０．９〜１．１×１０5Ｐａで行うこと
を特徴とする請求項１記載の量子素子の製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the pressure of the ozone atmosphere at the time of performing the treatment of exposing ozone is 0.9 to 1.1 × 10 5 Pa.
Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｓ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｐ、Ｗ、Ｇｅ，Ｓｉ、
Ａｕ，Ａｇ及びＰｔ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請求項１に記載の量子素子の
製造方法。5. The metal of the metalloprotein is Fe, Co,
Ni, Zn, As, Al, Mn, P, W, Ge, Si,
2. The method for manufacturing a quantum device according to claim 1, comprising at least one metal selected from the group consisting of Au, Ag and Pt.
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膜またはペプチド膜に
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膜を、表面
に絶縁層を有する基板表面に載せる工程と、 （ｃ）上記基板をオゾンにさらすことによりタンパク質
成分を消失させる工程と、 （ｄ）残置された金属部分を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。6. A method for manufacturing a single-electron transistor having quantum dots made of fine metal particles, wherein a transition level closest to the Fermi level is higher than a thermal excitation level of electrons at room temperature, wherein: A step of adsorbing the metal protein complex on the LB film or the peptide film stretched thereon; and (b) a step of placing the film adsorbing the metal protein on a substrate surface having an insulating layer on the surface; A) a step of exposing the substrate to ozone to eliminate protein components; and (d) a step of reducing the remaining metal portion to obtain a metal atom aggregate. Forming a quantum dot composed of a metal atom aggregate obtained in the step (e). A method of manufacturing a single-electron transistor, comprising: scanning an electron beam between the metal atom aggregates in a vacuum containing a carbon compound to deposit carbon between the metal atom aggregates to form wiring. .
またはDpsである請求項２記載の単電子トランジスタの
製造方法。7. The method according to claim 2, wherein the metal protein complex is ferritin or Dps.
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膜またはペプチド膜に
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膜またはペプチド膜を、表面に絶縁層を有す
る上記基板に載せ、上記基板をオゾンにさらすことによ
りタンパク質成分を消失させる工程と、 （ｄ）残置された金属化合物部分を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。8. A method for producing a diode having a pn junction formed from quantum dots on a substrate surface having an insulating layer on the surface thereof, comprising: (a) a metal protein complex containing a donor impurity composed of a metal atom aggregate and an acceptor impurity; (B) adsorbing the metal-protein complex heterodimer on an LB film or a peptide film stretched on an aqueous solution; and (c) adsorbing the metal-protein complex heterodimer. Placing the LB film or the peptide film on the substrate having an insulating layer on the surface, and exposing the substrate to ozone to eliminate the protein component; and (d) removing the remaining metal compound portion in a reducing atmosphere. Reducing the metal atom aggregate to obtain the metal atom aggregate. Disposing a pure substance and an acceptor impurity on the surface of the substrate; and (e) diffusing a donor impurity and an acceptor impurity into the substrate through the insulating layer by heat treatment to cause an n-type region, a p-type region, and a pn junction. Forming an electrode portion by patterning an electrode having a predetermined shape; and (f) further setting the aperture of the electron beam of the scanning electron microscope to be equal to or less than the above pitch and containing a slight amount of a carbon compound. A process in which an electron beam is scanned between an n-type region and a p-type region and an electrode in a vacuum, and carbon is deposited between the n-type region and an electrode and between the p-type region and an electrode to form a wiring. A method for manufacturing a diode, comprising:
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膜またはペプチド膜に
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
着させた上記膜を、上記基板に載せる工程と、 （ｄ）上記基板をオゾンにさらすことによりタンパク質
成分を消失させる工程と、 （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。9. A method for manufacturing a transistor having an npn or pnp junction formed from quantum dots on a substrate surface having an insulating layer on the surface thereof, comprising: (a) placing a donor atom and an acceptor impurity consisting of metal atom aggregates on both sides of the transistor; Preparing a metal-protein complex heterotrimer holding the acceptor impurity or the donor impurity; and (b) forming the metal-protein complex heterotrimer on an LB film or a peptide film stretched on an aqueous solution. (C) placing the membrane adsorbing the metal-protein complex heterotrimer on the substrate; and (d) exposing the substrate to ozone to eliminate protein components. (E) reducing the metal atom aggregates in a reducing atmosphere. Arranging donor impurities and acceptor impurities on the substrate surface at a united pitch; and (f) diffusing the donor impurities and the acceptor impurities into the substrate through the insulating layer by heat treatment to form an n-type region and a p-type region. (G) patterning an electrode of a predetermined shape to form an electrode portion; and (h) further restricting the electron beam aperture of the scanning electron microscope to the pitch or less. An electron beam is scanned between the n-type region and the p-type region and the electrode in a vacuum containing a slight amount of a carbon compound, and between the n-type region and the electrode and between the p-type region and the electrode. A method for manufacturing a transistor, comprising a step of depositing carbon to form a wiring.
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６〜１４ｎｍ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。10. A transistor array in which transistors having an npn or pnp structure formed from quantum dots on the surface of a semiconductor substrate having an insulating layer on the surface are two-dimensionally arranged, wherein the quantum dots are formed from metal atom aggregates. Around which a metal protein complex heterotrimer having at least one apoprotein can be included, and a donor impurity or an acceptor impurity composed of a metal atom aggregate is arranged so as to be a pitch of the metal protein complex. And an impurity group capable of forming an npn structure composed of an acceptor impurity having a donor impurity on both sides or a pnp composed of a donor impurity having an acceptor impurity on both sides.
An impurity group capable of forming a structure is disposed on the substrate surface, and the n-type region portion, the p-type region portion, and the pn junction portion formed by diffusing the donor impurity and the acceptor impurity into the substrate through the insulating layer; A transistor comprising an electrode portion patterned in a predetermined shape, an n-type region portion and a wiring portion connecting the p-type region portion and the electrode portion, wherein the transistor is formed at intervals of an integral multiple of the pitch of 6 to 14 nm. A transistor array characterized by being dimensionally arranged.
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膜またはペプチド膜に
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膜を、、表面に
絶縁層を有する基板に載せる工程と、 （ｅ）上記基板をオゾンにさらすことによりタンパク質
成分を消失させる工程と、 （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。11. A method of manufacturing a transistor array in which transistors having npn or pnp junctions formed from quantum dots on the surface of a semiconductor substrate having an insulating layer on the surface are two-dimensionally arranged. Producing a metal-protein complex heterotrimer holding the acceptor impurity or the donor impurity on both sides of the donor impurity and the acceptor impurity composed of the aggregate; (b) surrounding the metal-protein complex heterotrimer (C) adsorbing the metal protein complex heterotrimer having the apoprotein bound to an LB film or a peptide film stretched on an aqueous solution, ) Metalloprotein complex heterotra with the above apoprotein Placing the film adsorbed on the substrate on a substrate having an insulating layer on its surface; (e) exposing the substrate to ozone to eliminate protein components; and (f) metal atoms in a reducing atmosphere. Disposing the donor impurity and the acceptor impurity on the substrate surface at the pitch of the metal protein complex, which comprises the step of reducing the aggregate; and (g) heat treatment to remove the donor impurity and the acceptor impurity through the insulating layer. Forming an n-type region, a p-type region, and a pn junction by diffusing into the substrate; (h) forming an electrode by patterning an electrode having a predetermined shape; The aperture of the electron beam of the scanning electron microscope is set to be equal to or less than the pitch, and the gap between the n-type region and the p-type region and the electrode in a vacuum containing a slight amount of a carbon compound. To scan the electron beam, method for producing a transistor array, characterized in that it allowed the deposition of carbon between n-type region portion between the electrode portion and the p-type region portion and the electrode portion comprises the step of the wiring.
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膜またはペプチド膜に
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膜を、表面に活性層を有する
絶縁基板表面に載せる工程と、 （ｂ）上記基板をオゾンにさらすことによりタンパク質
成分を消失させる工程と、 （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。12. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device having p-type and n-type semiconductor layers and an active layer on an insulating substrate, comprising: (a) a metal protein complex formed on an LB film or a peptide film stretched on an aqueous solution; Adsorbing, and placing the film adsorbing the metal protein on an insulating substrate surface having an active layer on its surface; and (b) exposing the substrate to ozone to eliminate protein components. (C) a step of forming a quantum dot for a mask, comprising the step of reducing metal atom aggregates in a reducing atmosphere; and (d) a step of plasma-etching the active layer through the quantum dot for a mask to form a quantum layer comprising the active layer. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising a step of forming dots.
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