본 연구실은 그래핀, 이차원 전이금속 칼코게나이드(TMDs, 예: MoS2, MoSe2, WS2, WSe2), 육방정질 붕소나이트(h-BN) 등 다양한 2차원 소재의 합성 및 특성 제어에 중점을 두고 있습니다. 대면적, 고품질의 2차원 소재를 저비용으로 대량 생산하기 위해 화학기상증착법(CVD), 금속유기화학기상증착(MOCVD), 레이저 어닐링, 액상 박리, 원자층 증착(ALD) 등 다양한 합성법을 개발하고 있습니다. 특히, 그래핀 및 TMDCs의 대면적 합성, 도핑, 결함 제어, 계면공학 등 소재의 근본적 한계를 극복하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 2차원 소재는 전자소자, 광전자소자, 센서, 에너지 소자 등 다양한 분야에 응용되고 있습니다. 예를 들어, 그래핀 및 TMDCs 기반의 트랜지스터, 메모리, 광검출기, 신경모방 소자 등 차세대 정보처리 및 저장 소자에 적용되고 있으며, 플렉서블/스트레처블 디스플레이, 웨어러블 디바이스, 바이오센서 등 실생활과 밀접한 분야로의 확장도 이루어지고 있습니다. 또한, 소재의 계면 특성 및 이종접합 구조를 활용한 새로운 기능성 소자 개발에도 주력하고 있습니다. 연구실은 KAIST 그래핀/2D 소재 연구센터(GRC) 및 다양한 산학연 협력 네트워크를 통해 국내외 최고 수준의 연구 인프라를 구축하고 있습니다. 이를 바탕으로 세계적 수준의 2차원 소재 합성 및 응용 기술을 선도하며, 국가 경쟁력 제고와 미래 산업 창출에 기여하고 있습니다.

본 연구실은 인간 두뇌의 신경망을 모방한 뉴로모픽 하드웨어 시스템 구현을 위한 핵심 소자 및 집적회로 기술을 연구합니다. 2차원 소재 기반의 멤리스터, 시냅스 소자, 인공 뉴런 소자 등 다양한 신경모방 소자를 개발하고, 이를 활용한 하드웨어 기반 인공지능(Neuromorphic Computing) 플랫폼을 구축하고 있습니다. 특히, 아날로그 방식의 멀티스테이트 저항변화, 저전력 구동, 고신뢰성, 집적화 용이성 등 실질적인 하드웨어 구현에 필요한 특성을 확보하기 위해 소재-소자-회로-시스템 전주기 융합 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 뉴로모픽 소자는 기존 폰 노이만 구조의 한계를 극복하고, 초저전력·고속·고집적 인공지능 연산을 실현할 수 있는 차세대 정보처리 기술로 주목받고 있습니다. 연구실에서는 2차원 소재 기반 멤리스터 어레이, 인공 시냅스 및 뉴런 소자, 로직-메모리 융합 집적회로, 물리적 난수생성 및 보안 소자, 리저버 컴퓨팅 등 다양한 응용 연구를 진행하고 있습니다. 또한, 실제 MNIST 손글씨 인식, 이미지 분류, 보안 인증 등 시스템 레벨의 실증 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 연구실은 KAIST-한솔 첨단소재·부품 혁신연구센터, 디스플레이 미래소재 연구센터(CAMD³) 등과 연계하여, 차세대 메모리/로직/뉴로모픽 집적회로의 소재-공정-소자-시스템 통합 연구를 선도하고 있습니다. 이를 통해 미래 인공지능, 빅데이터, IoT, 자율주행, 바이오/의료 등 다양한 분야에서 혁신적인 하드웨어 솔루션을 제시하고 있습니다.