일반기술

낮은 저항 계수를 갖는 망간 질화물의 제조방법

10 K 미만의 극저온에서 저온저항(cryogenic resistor)으로 많이 사용하는 망간인 (manganin)은 구리(84 %), 망간(12 %), 니켈(4 %)로 구성된 합금으로 정밀 측정용 저항으로 가장 많이 사용되고 있다. 망간인의 경우에 저항 변화의 폭이 10 ℃ 정도 간격에서 약 20 ppm/K 정도로 우수하다. 이밖에도 니켈과 크롬으로 구성된 합금 재료들이 많이 개발되었고 선재나 박막으로의 가공이 용이하다. 그러나 이러한 금속 합금들은 박막 소자로 만들 경우에 두 가지 본질적인 문제점을 갖고 있는데, 하나는 표면에 산화막이 쉽게 형성되어 표면 저항이 급격히 증가한다는 점이고, 또 하나는 결정 구조의 급격한 차이로 인한 구조적인 스트레인 (structural strain) 때문에 박막의 접착도 (adhesion)가 약하다는 점이다. 이에 낮은 저항 계수를 가지며 구조적인 뒤틀림도 적은 공기 중에서도 안정한 물질의 개발을 위해, 이성분 질화물인 Mn2N을 반응물로 사용하여 퍼롭스카이트 (perovskite) 구조를 갖고 기존의 금속 합금 재료와는 다른 공기 중에서도 안정한 낮은 저항 계수를 갖는 질화물 재료인 CuNMn3를 제조하게 되었다. 본 기술은 Mn2N, Cu의 혼합물을 진공에서 밀봉된 석영관 안에서 열처리하여 CuNMn3로 표시되는 퍼롭스카이트 입방계 구조의 질화물을 제조하고자 힐 때, 특히 이성분 화합물인 Mn2N을 반응물로 사용하여 제조시 불순물상의 형성을 억제하고, 원하는 낮은 저항 계수 (46 ppm/K)를 가지는 새로운 개념의 망간 질화물을 효과적으로 얻을 수 있는 방법에 관한 것이다.본 기술의 장점으로는 이성분 화합물인 Mn2N을 반응물로 사용하여 불순물상의 형성을 억제하고 원하는 낮은 저항 계수 (46 ppm/K)를 가지는 망간, 구리로 구성된 질화물을 개발하였다는 것이다. 또한 개발한 CuNMn3 물질은 종래의 망간인이나 다른 합금계 물질과는 전혀 다른 퍼롭스카이트 입방 구조를 갖는 새로운 재료로서, 열적으로 안정할 뿐만 아니라 산화에 강한 질화물로 구성되어 있다는 장점을 가지고 있다. 적용분야로는 구조적으로는 스트레인이 적어서 Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)와 같은 강유전체 산화물과 박막 혼성소자 개발을 하는데 매우 유리하다. 이 밖에도 박막 저항을 만들 경우 산화에 의한 저항의 증가를 막을 수 있기 때문에 금속 배선으로서도 응용이 가능하다. 정밀 측정이 요구되는 장비에 들어가는 저온 저항이나 박막 저항을 만드는데 사용될 수 있으며, 현재의 망간인으로 만든 소자를 대체할 수 있을 정도의 시장성을 갖고 있다.