신무환 연구실
IT융합공학과 신무환
신무환 연구실은 IT융합공학과를 기반으로 첨단 나노소재, 금속-유기 골격체(MOFs), 에너지 저장/변환 소자, 그리고 레이저 기반 반도체 공정 기술을 융합적으로 연구하는 선도적 연구실입니다. 본 연구실은 차세대 에너지 저장장치(리튬-공기 배터리, 전고체 배터리, 슈퍼커패시터 등)와 고성능 반도체 소자(RRAM, 뉴로모픽 소자 등)의 핵심 소재 및 공정 기술 개발에 중점을 두고 있습니다.
특히, 금속-유기 골격체(MOFs)와 나노소재를 활용한 전극 및 전해질 소재의 합성, 구조 제어, 표면 기능화 기술을 통해 기존 소재의 한계를 극복하고, 에너지 밀도, 수명, 안정성 등에서 혁신적인 성능 향상을 달성하고 있습니다. MOF 유래 탄소/금속 산화물 복합체, 전기방사 나노섬유, 이온성 액체 등 다양한 소재를 융합하여 차세대 배터리와 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다.
또한, 레이저 어닐링, 레이저 광열처리, 선택적 어닐링 등 첨단 레이저 기반 공정기술을 개발하여, 반도체 박막, MOF 박막, 나노소재의 성장 및 특성 제어에 적용하고 있습니다. 이러한 공정 기술은 플렉서블 전자소자, 고집적 반도체 소자, 신개념 메모리 소자 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있습니다. 특히, 레이저를 이용한 MOF 박막의 직접 성장 및 활성화 기술은 세계적으로도 주목받는 연구 성과입니다.
연구실은 다수의 국내외 특허, 논문, 산학협력 프로젝트를 통해 산업계와의 긴밀한 협력을 이어가고 있으며, 에너지·반도체·소재 분야의 융합적 혁신을 선도하고 있습니다. 다양한 연구 장비와 실험 인프라를 바탕으로, 대학원생 및 연구원들이 창의적이고 도전적인 연구를 수행할 수 있는 환경을 제공하고 있습니다.
이러한 연구 활동을 통해 신무환 연구실은 미래 에너지 및 반도체 산업의 핵심 기술을 창출하고, 지속가능한 사회와 첨단 IT 융합기술 발전에 기여하고 있습니다.
High-Nickel Cathode Materials
Resistive Random Access Memory (RRAM)
Metal-Organic Frameworks (MOFs)
금속-유기 골격체(MOFs) 및 나노소재 기반 에너지 저장/변환 소자
신무환 연구실은 금속-유기 골격체(MOFs)와 다양한 나노소재를 활용한 차세대 에너지 저장 및 변환 소자 개발에 주력하고 있습니다. MOF는 금속 이온과 유기 리간드가 결합하여 형성되는 다공성 구조체로, 높은 표면적과 조성의 다양성, 구조적 유연성을 바탕으로 에너지 저장소자(리튬-공기 배터리, 슈퍼커패시터 등) 및 촉매 분야에서 큰 주목을 받고 있습니다. 연구실에서는 MOF를 기반으로 한 전극 소재의 합성, 구조 제어, 표면 기능화 기술을 개발하여, 기존 소재 대비 우수한 전기화학적 성능과 내구성을 확보하고자 합니다.
특히, MOF 유래 탄소/금속 산화물 복합체, 전기방사 나노섬유, 이온성 액체 등 다양한 나노소재를 융합하여 고성능 리튬-공기 배터리, 리튬이온 배터리, 전고체 배터리, 슈퍼커패시터 등 차세대 에너지 저장장치의 핵심 전극 및 전해질 소재를 개발하고 있습니다. 최근에는 MOF 기반의 코팅층을 활용하여 고니켈계 양극재의 구조적 안정성과 리튬 이온의 확산 특성을 향상시키는 연구도 활발히 진행 중입니다.
이러한 연구는 에너지 밀도, 수명, 안전성 등에서 기존 상용화된 배터리 소재의 한계를 극복하고, 전기차, 에너지 저장 시스템, 차세대 전자기기 등 다양한 응용 분야에 적용될 수 있는 혁신적인 소재 및 소자 기술을 창출하는 데 기여하고 있습니다.
레이저 공정 및 반도체 소자 기술
본 연구실은 레이저를 활용한 나노/마이크로 공정 기술과 이를 기반으로 한 차세대 반도체 소자 개발에 집중하고 있습니다. 레이저 어닐링, 레이저 광열처리, 선택적 어닐링 등 다양한 레이저 기반 공정기술을 통해 반도체 박막, 금속-유기 골격체 박막, 나노소재의 성장 및 특성 제어를 수행합니다. 이러한 공정은 기존 열처리 방식에 비해 공정 시간이 짧고, 국부적·정밀한 에너지 전달이 가능하여 플렉서블 전자소자, 고집적 반도체 소자, 신개념 메모리 소자(RRAM 등) 개발에 매우 유리합니다.
특히, 연구실은 레이저를 이용한 금속-유기 골격체(MOF) 박막의 직접 성장 및 활성화 기술을 세계적으로 선도하고 있습니다. 이를 통해 RRAM(저항변화 메모리), 뉴로모픽 소자 등 차세대 메모리 소자에 MOF 기반 소재를 적용하는 연구를 활발히 진행 중입니다. 또한, 레이저 어닐링을 통한 반도체 계면 및 박막의 결정성, 결함, 도핑 특성 제어, 초박막 실리콘 접합 형성, 선택적 산화막 어닐링 등 다양한 반도체 공정 혁신 기술을 개발하고 있습니다.
이러한 레이저 공정 및 반도체 소자 연구는 고성능, 저전력, 고신뢰성의 차세대 메모리 및 센서 소자 개발에 핵심적인 역할을 하며, 반도체 산업의 미세화·고집적화 트렌드에 대응하는 첨단 기술 기반을 제공하고 있습니다.
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The Role of Al Atoms in Resistive Switching for Al/ZnO/Pt Resistive Random Access Memory(RRAM) Device
Seung Woo Han, Chul Jin Park, Moo Whan Shin*
Surfaces and Interfaces, 2022
2
Low-viscosity quaternary ammonium-based ionic liquid electrolytes for lithium air batteries
Hyunjee Yoon, Seoyoon Shin, Sooyeol Park, Moo Whan Shin*
Journal of Molecular Liquids, 2022
3
Template-assisted synthesis of single-atom catalysts supported on highly crystalline vanadium pentoxide for stable oxygen evolution
Chul Min Youn+, Seoyoon Shin+, Kihyun Shin+, ... Moo Whan Shin*, Graeme Henkelman*, Ki Ro Yoon*
Chem Catalysis, 2022
1
[RCMS](주)코스텍시스/xEV 전력 반도체 전류 센싱용 저항 0.2mΩ의 초소형 금속 션트 저항 개발(1/2)
2
(통합Ezbaro)레이저 광열공정을 통한 전극 표면에서의 금속-유기 골격체 박막 직접성장 기술 연구 및 이를 적용한 차세대 플렉서블 유기 저항 변화 메모리 소자 개발(3/3)
3
[RCMS]㈜에코프로비엠/니켈 함량 94% 이상의 초고용량 니켈계 양극소재 제조기술 개발(4/4)