전상훈 연구실은 강유전체 및 분극성 물질을 활용한 차세대 비휘발성 메모리 소자 연구를 핵심 축으로 수행하고 있다. 특히 하프니아 계열 강유전체, 반강유전체 터널 정션, 분극 가능한 산화물 저장층을 이용해 기존 메모리의 한계를 넘어서는 고집적·고신뢰성 소자를 구현하는 데 집중한다. 관련 특허와 과제에서는 3차원 구조 메모리, 3차원 비휘발성 메모리, 3차원 플래시 메모리의 동작 구조와 제조 방법이 반복적으로 제시되며, 이는 연구실이 메모리 소자의 구조 혁신과 공정 실현 가능성을 동시에 추구하고 있음을 보여준다. 이 연구의 기술적 특징은 단순한 소자 시연을 넘어, 실제 반도체 산업이 요구하는 집적도와 공정 호환성까지 고려한다는 점이다. 연구실은 수직 채널 구조, 워드라인·비트라인 배치, 강유전체층과 금속층의 적층 구조를 정교하게 설계하여 3D NAND 이후의 초고층 메모리 구조를 겨냥하고 있다. 또한 고이동도 채널 물질, 차세대 유전막, AI 기반 변동성 해석 플랫폼을 결합해 셀 스케일링 과정에서 발생하는 전기적 특성 저하와 공정 편차를 체계적으로 분석한다. 이러한 접근은 메모리 소자의 읽기/쓰기 특성, 내구성, 데이터 유지 특성, 전력 효율을 함께 최적화하는 데 중요한 기반이 된다. 궁극적으로 이 연구는 초고층 3D 메모리, 저전력 시스템반도체, 뉴로모픽 하드웨어 등 미래 컴퓨팅 플랫폼의 핵심 저장 기술로 이어질 가능성이 크다. 기존 전하 저장 기반 메모리 대비 더 빠른 속도와 낮은 전력 소모, 그리고 높은 집적도를 달성할 수 있는 강유전체 메모리는 차세대 반도체 산업에서 전략적 가치가 매우 높다. 전상훈 연구실의 연구는 재료-소자-공정-아키텍처를 연결하는 통합적 성격을 가지며, 학술적 성과뿐 아니라 특허와 산업 응용 측면에서도 높은 파급력을 갖는 분야로 평가된다.

연구실의 또 다른 주요 연구축은 자가정류 기능을 갖는 강유전체 터널 정션(FTJ)과 이를 활용한 뉴로모픽 컴퓨팅 소자 개발이다. 관련 국가과제에서는 고신뢰성, 다치 레벨, 3D 구조 구현이 가능한 하프니아 기반 FTJ 어레이 소자를 목표로 하고 있으며, 학회 발표에서도 뉴로모픽 컴퓨팅과 TCAM 응용을 위한 고성능 self-rectifying FTJ가 다루어졌다. 이는 연구실이 메모리와 연산을 분리하지 않는 차세대 인메모리 컴퓨팅 구조에 높은 관심을 가지고 있음을 의미한다. 이 분야에서 핵심은 강유전체의 분극 상태를 이용해 저항 상태를 다중으로 제어하고, 동시에 정류 특성을 부여해 크로스포인트 어레이에서의 sneak path 문제를 줄이는 것이다. 연구실은 금속-강유전체-유전체-금속 구조 최적화, 초박막 강유전체 형성, 자가 정류 기능층 설계, 전송 확률 계산 및 DFT 기반 물질 분석 등 소자 물리와 공정 기술을 함께 다룬다. 또한 다치 레벨 구현은 단순한 0과 1 저장을 넘어 아날로그적 가중치 표현을 가능하게 하므로, 시냅스 소자와 유사한 동작을 요구하는 뉴로모픽 시스템에 적합하다. 이는 저전력 인공지능 가속기, 패턴 매칭 하드웨어, 보안용 PUF/CAM 응용으로도 확장될 수 있다. 이 연구는 반도체 메모리 기술을 넘어 미래 AI 하드웨어의 기반을 마련한다는 점에서 의의가 크다. 소자 자체에 연산 친화적 특성을 부여하면 데이터 이동 병목을 줄이고, 에너지 효율을 크게 개선할 수 있다. 전상훈 연구실은 재료 설계, 소자 구조, 어레이 동작, 응용 회로 가능성을 하나의 흐름으로 연결하여 차세대 지능형 반도체 플랫폼을 설계하고 있다. 따라서 본 연구는 메모리 공학과 인공지능 하드웨어가 융합되는 대표적 반도체 연구 주제로 볼 수 있다.

전상훈 연구실은 반도체 메모리 분야뿐 아니라 유연전자 및 신축성 센서 분야에서도 세계적 수준의 연구 성과를 보여주었다. Nature Nanotechnology와 Advanced Materials에 발표된 대표 논문들은 은 나노입자와 탄성 섬유 복합재를 이용한 고신축 전기회로, 마이크로피라미드 구조와 전도성 엘라스토머 복합체를 활용한 고감도 압력 센서를 제시한다. 이러한 성과는 단순한 재료 개발을 넘어, 기계적 변형이 큰 환경에서도 안정적으로 동작하는 차세대 웨어러블 전자 시스템의 핵심 기반 기술을 제공한다. 연구실은 용액 공정, 복합재 설계, 미세구조 패터닝, 유연 전극 형성 등 다양한 방법론을 통해 센서의 민감도와 신축성, 반복 내구성을 동시에 확보하고자 한다. 최근 과제와 학회 발표에서는 전자피부용 멀티모달 센서, 직물 기반 압력 센서, 온도 검출용 신축성 전도성 패브릭 등으로 연구가 확장되고 있다. 특히 압력, 온도, 촉각 자극을 통합적으로 감지하는 센서는 인간-기계 인터페이스, 웨어러블 헬스케어, 로봇 피부, 재활 보조장치 등에서 매우 중요하다. 연구실의 접근은 재료의 유연성뿐 아니라 전기적 신호 품질과 실사용 환경 적합성을 함께 고려한다는 점에서 차별성이 있다. 이 연구는 차세대 반도체 기술이 단단한 칩 내부를 넘어 인체와 환경에 밀착되는 방향으로 발전하고 있음을 보여준다. 유연·신축 전자소자는 기존 실리콘 기반 전자기기의 형태적 한계를 극복하고, 생체 적합적 인터페이스 구현에 핵심 역할을 한다. 전상훈 연구실은 반도체 공정 기술과 기능성 소재 공학을 융합하여, 고성능이면서도 기계적으로 순응적인 전자소자를 개발하고 있다. 이는 웨어러블 의료, 소프트 로보틱스, 스마트 디스플레이와 같은 미래 응용 분야로 이어질 잠재력이 매우 크다.

연구실은 산화물 반도체 기반 광센서와 박막 트랜지스터 소자에서도 중요한 연구 이력을 보유하고 있다. Nature Materials 논문에서는 산화물 반도체 포토센서 어레이에서 지속 광전도 문제를 제거하기 위한 게이트형 3단자 소자 아키텍처를 제안하였다. 이는 디스플레이, 이미징, 광검출 시스템에서 장시간 잔류 신호로 인한 성능 저하를 해결하는 데 중요한 기여를 한 연구다. 또한 디스플레이 워크숍과 SID 발표를 통해 비정질 산화물 TFT의 진전과 응용 가능성을 지속적으로 탐구해 왔다. 최근에는 이러한 소자 연구가 저온 공정 기반의 기능성 박막 소재 개발로 확장되고 있다. 연구과제에서 제시된 상경계(MPB) 압전/초전 박막, i-CVD 기반 기공 제어 유전체, 마이크로파 유도가열 공정 등은 CMOS 공정 접합성을 유지하면서도 새로운 감지·구동 기능을 부여하기 위한 기술들이다. 특히 300℃ 이하 저온에서 고성능 박막을 형성하는 것은 후공정 적층, 3차원 집적, 이종 집적 소자 제작에 매우 유리하다. 이는 기존 실리콘 공정 라인과의 호환성을 유지하면서 차세대 센서 및 뉴로모픽 소자를 통합할 수 있는 실용적 접근이다. 이러한 연구는 소재 물성, 계면 공학, 박막 결정화, 소자 구조 최적화가 긴밀하게 연결된 종합 반도체 공학의 성격을 가진다. 산화물 반도체 광센서와 저온 기능성 박막 기술은 디스플레이, 이미지 센서, 전자피부, 집적형 촉각 시스템, 의료용 소자 등 매우 넓은 응용 영역을 갖는다. 전상훈 연구실은 고성능 소자를 구현하는 동시에 제조 공정의 현실성과 산업 적용 가능성을 고려함으로써, 차세대 반도체 및 센서 플랫폼의 실현 가능성을 높이고 있다.