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研究代表者： 山下一郎（松下電器先端技術研究所 主幹研究員）
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課 題 名： バイオのナノテクノロジーを用いたナノ集積プロセス
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タンパク質を利用した、新しい半導体デバイスのナノ機能構造作製手法の開発
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自己組織化、タンパク超分子、バイオミネラリゼーション、半導体メモリ、半導体プロセス、バイオナノプロセス、ウエットナノテクノロジー
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バイオ分子を用いることで、ナノエレクトロニクスを始めとする分野で求められている、簡単にナノ機能構造を作製する手法を実現しました。この手法は4つの要素技術からなり、これらを同時並行的に開発することで実現が可能となりました。
1）遺伝子工学で作製したかご状タンパク超分子等の内部空間で直径7nm、4.5nmの化合物半導体など15種類のナノ粒子合成に成功した。チューブ状タンパク質の内部空間ナノワイヤ合成に成功しました。
2）かご状タンパク質（フェリチン）の外周に、遺伝子的に炭素材料に特異的に吸着するペプチドを配置することで、基板上に直接2次元結晶を作製できるようなりました。（芝チームとの共同研究）
3）タンパク質の選択除去とナノ粒子改質、熱処理、オゾン処理により、ナノ粒子を内包するフェリチン2次元結晶からタンパク質だけを完全に選択的に除去する技術を完成させました。
4）タンパク質により作製され、2次元配列化されたナノ粒子配列を利用したフローティングゲートメモリを作製し動作確認を行い、世界で初めてタンパク質を半導体プロセスに導入することに成功しました。
リソグラフィー技術に基づく微細化限界を、人工タンパク質の自己組織化とバイオミネラリゼーションにより経済的に打破する手法を、世界で初めて提案し実証しました。これにより微細化による半導体デバイスの更なる性能向上が可能となり、IT社会のさらなる充実や、ユビキタス社会への進化が進められ、また安全安心な社会を支える情報ネットワークの構築の加速も考えられます。また、バイオ分子を用いることで、新しい機能の発現・創発も可能となります。すなわちBeyond-CMOS, More-than-Mooreへつながる技術が構築できました。本研究で得られた知見は、全く新しいナノの世界での「ものづくり」の手法切り拓くものであり、また得られた構造は、これまでに無い機能を持つ可能性を持っています。今後、この研究成果を基に新しい学際領域、融合産業が生み出されるものと期待されます。
1. T. Matsui, N. Matsukawa, K. Iwahori, K. Sano, K. Shiba and I. Yamashita. Langmuir 23(4), 1615-1618 (2007).
2. A. Miura, Y. Uraoka, T. Fuyuki, S. Kumagai, S. Yoshii, N. Matsukawa and I. Yamashita. Surface Science, 601 L81-L85 (2007).
3. K. Yamada, S. Yoshii, S. Kumagai, I. Fujiwara, K. Nishio, M. Okuda, N. Matsukawa and I. Yamashita. Jpn. J. Appl. Phys., 45(5A), 4259-4264 (2006).
4. A. Miura, T. Hikono, T. Matsumura, H. Yano, T. Hatayama, Y. Uraoka, T. Fuyuki, S. Yoshii and I. Yamashita. Jpn. J. Appl. Phys. 45, (1), L1-L3 (2006).
5. T. Hikono, Y. Uraoka, T. Fuyuki, S. Yoshii, I. Yamashita and M. Takeguchi. Surface Science, Issue 13, 600 2817-2822 (2006).
6. K. Iwahori and I. Yamashita. Recent Res. Devel. Bioeng., 7, 41-68 (2005).
7. S. Yoshii, K. Yamada, N. Matsukawa and I. Yamashita. Jpn. J. Appl. Phys., 44(3), 1518-1523 (2005).
