[发明专利]分子器件、成像器件、光传感器以及电子设备

说明书

相关申请的引用

本申请包含与2009年4月16日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-099642中所披露的有关的主题，将其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及分子器件、成像器件、光传感器以及电子设备。更具体地，本发明涉及一种使用电子转移蛋白质(例如锌取代的细胞色素c)的分子器件以及使用这样的分子器件的成像器件、光传感器和电子设备。

背景技术

开发出了具有更高清晰度和更高灵敏度的成像器件，并且为了再生高清晰度图像已减小了像素尺寸。然而，对于在相关技术中的CCD和CMOS传感器，像素尺寸的减小降低了可以积累在每个像素中的电荷的量，因此，降低了灵敏度。因此，存在减小像素尺寸与维持灵敏度之间的平衡。这表明CCD和CMOS传感器技术的发展迟早将到达最高限度。主要原因包括CCD和CMOS传感器由一个光子仅产生一个电子(一个电荷)并且难以将像素尺寸减小至几平方微米以下的程度。

另一方面，作为半导体器件的替代物，蛋白质是很有前景的功能器件。人们认为半导体器件的小型化限于几十纳米的尺寸，但是蛋白质在更小的尺寸(即1～10nm)下提供复杂功能。作为使用蛋白质的光电变换器，发明人已经提出了一种包括具有固定在金电极上的锌取代的细胞色素c(具有取代血红素的中心金属(即铁)的锌的马心细胞色素c)的蛋白质固定电极的光电变换器并且已经报道了蛋白质固定电极提供光电流(参见日本未审查专利申请公开第2007-220445号(专利文献1))。因为锌取代的细胞色素c具有约2nm的尺寸，所以可以用于光电变换器中以形成极小的像素。

还提出了一种包括具有光电转换功能并且由支持在电极上的诸如细菌视紫红质(bacteriorhodopsin)的光敏染料蛋白质的取向膜形成的光敏单元的彩色图像光敏器件(参见日本未审查专利申请公开第3-237769号(专利文献2)和第3-252530号(专利文献3))。该光敏器件包括具有对不同波长敏感的光敏染料蛋白质的多组光敏单元。

此外，最近发明人已经在理论和实验上阐明了在光激发的锌取代的细胞色素c内的分子内电子转移的机制并且已经基于该机制提出了一种分子器件(参见Tokita，Y.；Shimura，J.；Nakajima，H.；Goto，Y.；Watanabe，Y.，J.Am.Chem.Soc.，2008，130，5302-5310(非专利文献1)和日本未审查专利申请公开第2009-21501号(专利文献4))。

发明内容

然而，在专利文献1～4中提出的光电变换器、彩色图像光敏器件以及分子器件具有这样的问题，即，因为在这些器件中使用的蛋白质，诸如锌取代的细胞色素c和细菌视紫红质在活体外是不稳定的，所以它们缺乏长期稳定性。

因此，期望提供一种使用蛋白质的成像器件和光传感器，其包括极小的像素，因为可以由一个光子产生多个电子而具有高清晰度和高灵敏度，并且可以长期稳定地使用。

还期望提供一种使用蛋白质的分子器件，其适合用于成像器件和光传感器中，具有光放大功能，并且可以在长期稳定地使用。

还期望提供一种包括这样的分子器件的电子设备。

根据发明人的研究，使用具有光电转换功能的电子转移蛋白质的分子器件，例如在非专利文献1和专利文献4中所提出的锌取代的细胞色素c，可以由一个光子产生多个电子；换句话说，其具有大于100％的量子产额。这意味着分子器件具有光放大功能。即，如在非专利文献1和专利文件4中所公开的，作为从一分子轨道至对于该分子轨道使电子传送速率kET最大化的另一分子轨道跃迁的结果，在锌取代的细胞色素c中发生电子转移。在这种情况下，取决于分子轨道的组合，kET为约10¹⁰～10¹¹sec^-1。另一方面，从低能量分子轨道至高能量分子轨道激发光的电子移动至低能量分子轨道的速率为约10⁸ sec^-1。这表明一个光子的入射允许10²～10³(10¹⁰～10¹¹/10⁸)个电子转移。换句话说，该分子器件提供了10²～10³的光学增益。

此外，因为使用分子转移蛋白质，所以可以将分子器件制造得极小，即，至1～10nm的尺寸。因此，可以使用具有光放大功能的分子器件作为用作成像器件的像素的光电变换器以实现具有高清晰度和高灵敏度的成像器件。这同样适用于光传感器。