助成番号

５－２

１９０８９０研 究 成 果 報 告 書

研究テーマ
（和文）

高い温度安定を示す高性能抵抗素子の開発

研究テーマ
（英文）

Development of precision resistors exhibiting high temperature stability

研究期間

２０１９年 ～ ２０２１ 年
（漢字）

畑野 敬史

（カタカナ）

ハタノ タカフミ（英文）Takafumi Hatano

所属機関・職名

名古屋大学・准教授

研究代表者
氏
名

名古屋大学

（漢字）

共同研究者
（１名をこえる場合は、別紙追加用紙へ）

研究機関名

氏
名

（カタカナ）（英文）所属機関・職名
概要 （600 字～800 字程度にまとめてください。）
昨今、IoT 技術の汎用化や、宇宙航空分野などの極限環境における電子機器の利用拡大により、低温から高温に至る広範な温度域において精密な電気測定を行うことが求められている。この要求に応えるには、広い温度域で電気抵抗が変化しない抵抗素子が必要となる。しかし、現在広く用いられている Mn-Cu-Ni合金ベースの抵抗素子では、小さな抵抗変化が実現されるのは室温付近の狭い温度域のみである。このため、エレクトロニクス分野においては、Mn-Cu-Ni 合金ベースの素子に代わる、次世代の抵抗素子が希求されている。これを実現すべく、代表者は逆ペロブスカイト型マンガン窒化物 Mn3CuN に注目した。本材料
は-120℃～+120℃の広い温度域において、電気抵抗の温度変化が比較的小さいことが知られており、代表者は Mn3CuN の薄膜作製を世界に先駆けて実現している。この技術を駆使し（１）従来型の精密抵抗素子
では実現しえない広い温度域（-100℃～100℃）において、抵抗の温度変化が小さい Mn3CuN 薄膜を、産業応用に適したアモルファス基板上に実現することを目指し、研究を行った。また（２）Mn3CuN 薄膜の微細加工に取り組み、電気抵抗率の高い(140 kΩ以上)の抵抗素子を実現することにも取り組んだ。薄膜作製はマグネトロンスパッタ法で行った。そして、薄膜試料の抵抗温度係数α (電気抵抗 R の温度に対する安定性を示す指標で、(1/R)(dR/dT)で定義される)が広い温度範囲でなるべく小さくなるよう、ターゲット組成、成長温度、アニール条件、基板依存性などを探索した。その結果、Mn3CuN バルク多結晶体の性能を凌駕するα（-90℃～+120℃において-100 ppm/K < α < 0 ppm/K）を示す薄膜をアモルファス SiO2 基板上に作製することに成功した。続いて、単結晶基板上に作製した薄膜を用い、本材料の微細加工耐性を調査した。結果、熱的ダメージに留意すれば、通常のフォトリソグラフィ法によって本試料が微細加工可能であることが分かった。さらに、薄膜を幅 30 µm のメアンダ構造に加工することで、実測抵抗値が 180 kΩ (-100℃～+120℃)を超える抵抗素子を作製することができた。

- 1 -発表文献 （この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
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英文抄録 （100 語～200 語程度にまとめてください。）
Recently, IoT technology and airclaft/space industries are expanding the use of electronic devices
in extreme environments including very high/low temperatures. This requires a next-generation
resistor element, which does not show the temperature dependence over a wide temperature range.
To address this issue, we focused on the anti-perovskite manganese nitride of Mn3CuN, which shows
relatively small temperature dependence of resistivity from -120deg.C to +120deg.C. By using thethin film growth technique, we conducted the experimental researches attempting on following twopurposes. (1) To realize Mn3CuN thin films on amorphous substrates, which are suitable for industrialapplications, with keeping small temperature changes in the resistance from -100deg.C to 100deg.C.
(2) The microfabrication of Mn3CuN toward the high resistance resistors exceeding 140 kΩ.
Thin film fabrication was performed by magnetron sputtering. The target composition and annealing
conditions were searched so as to realize a small temperature coefficient of resistance α (an index
indicating the stability of the resistance R against the temperature T, defined as (1/R)(dR/dT))in the wide temperature range. As a result, we have realized Mn3CuN films on amorphous SiO2 substrates
showing -100ppm/K < α < 0ppm/K within the temperature range of -90 deg.C to +120 deg.C, which exceeds
Mn3CuN bulk polycrystalline materials.
Next, we investigated the microfabrication of Mn3CuN films grown on the single crystalline
substrates. By preventing thermal damage, the microfabrication of Mn3CuN was successfully realized.
With our final condition, we have realized a meander-patterned resistor device with R > 180 kΩ
from -100deg.C to +120deg.C.

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