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Future Semiconductor

동국대학교 전자전기공학부

신재철 교수

Nanostructured Materials

Supercapacitors

Quantum Cascade Lasers

Future Semiconductor

전자전기공학부 신재철

미래반도체소자 연구실은 차세대 반도체 기술의 한계를 극복하고, 미래 사회를 선도할 혁신적인 소자 및 소재 개발에 앞장서고 있습니다. 본 연구실은 III-V 화합물반도체를 기반으로 한 고성능 광전소자와 나노구조 전자소자 제작에 중점을 두고 있으며, 소재 성장, 소자 설계, 공정, 특성 평가 등 반도체 소자 개발의 전 과정을 포괄적으로 연구하고 있습니다. 특히, 실리콘 기반 전계효과 트랜지스터의 소형화 한계와 이에 따른 성능 저하 문제를 해결하기 위해, 저차원 소재와 III-V 화합물반도체의 이종접합구조를 활용한 터널링 트랜지스터 등 미래형 소자 개발에 주력하고 있습니다. 이러한 연구는 초저전력, 고집적, 고신뢰성 반도체 소자 구현을 목표로 하며, 국제 반도체 기술 로드맵에서 제시하는 Subthreshold Swing(SS) 60 mV/dec 이하의 극복 등 세계적 기술 트렌드에 부합하는 혁신적 접근을 시도하고 있습니다. 또한, 근적외선 대역 단일광자검출기와 같은 양자기술 응용 소자 개발에도 적극적으로 참여하고 있습니다. InGaAs 기반 Avalanche Photodetector(APD) 등 첨단 III-V 화합물반도체 소자를 활용하여, 양자통신, 양자암호, 양자계측 등 다양한 분야에서 요구되는 핵심 부품의 국산화 및 실용화에 기여하고 있습니다. 이러한 연구는 국가 전략기술 확보와 미래 산업 경쟁력 강화에 중요한 역할을 하고 있습니다. 연구실은 정부 및 대기업(삼성, SK 하이닉스 등)과의 협력, 민관공동투자반도체고급인력양성사업 등 다양한 산학연 연계를 통해 실용화 및 산업적 파급효과를 극대화하고 있습니다. 학생 및 연구원들은 소재 성장, 소자 설계, 공정, 측정 등 전주기적 경험을 쌓으며, 실제 산업 현장에서 요구되는 융합형 전문 역량을 갖출 수 있도록 실무 중심의 교육과 연구를 병행하고 있습니다. 이처럼 미래반도체소자 연구실은 첨단 반도체 소재 및 소자 기술의 선도적 연구와 더불어, 차세대 반도체 산업을 이끌어갈 융합형 고급 인재 양성에도 최선을 다하고 있습니다. 앞으로도 혁신적인 연구와 산학협력을 통해 미래 정보통신, 양자기술, 에너지, 국방 등 다양한 분야에서 새로운 가치를 창출해 나갈 것입니다.

Nanostructured Materials
Supercapacitors
Quantum Cascade Lasers
III-V 화합물반도체 기반 고성능 광전소자 및 나노구조 전자소자 제작
우리 연구실은 III-V 화합물반도체를 기반으로 한 고성능 광전소자 및 나노구조 전자소자 제작에 중점을 두고 있습니다. III-V 화합물반도체는 뛰어난 전기적, 광학적 특성을 지니고 있어 차세대 전자 및 광전자 소자의 핵심 소재로 각광받고 있습니다. 본 연구실에서는 이러한 소재의 성장, 구조 설계, 소자 제작 및 특성 평가 등 전 과정을 포괄적으로 연구하고 있습니다. 특히, 금속-유기 화학 기상 증착(MOCVD)과 같은 첨단 에피성장 기술을 활용하여 고품질의 III-V 반도체 박막 및 나노구조를 성장시키고, 이를 기반으로 다양한 광전소자(적외선 검출기, 레이저, 단일광자검출기 등)와 전자소자(트랜지스터, 나노와이어 소자 등)를 개발하고 있습니다. 또한, 클린룸 환경에서의 정밀한 소자 공정 및 전기적·광학적 특성 평가를 통해 소자의 성능을 극대화하고, 실리콘 기반 집적회로와의 이종 집적 기술도 적극적으로 연구하고 있습니다. 이러한 연구는 미래 정보통신, 국방, 양자기술, 에너지 등 다양한 산업 분야에서 요구되는 고성능, 저전력, 고신뢰성 소자 개발에 기여하고 있습니다. 더불어, 학생 및 연구원들이 소재 성장부터 소자 설계, 공정, 측정까지 전주기적 경험을 쌓을 수 있도록 융합형 인재 양성에도 힘쓰고 있습니다.
저차원 소재 기반 터널링 트랜지스터 및 미래형 반도체 소자 원천기술 개발
본 연구실은 저차원 소재(1D, 2D 나노구조체 등)를 활용한 터널링 트랜지스터와 같은 미래형 반도체 소자 개발에 주력하고 있습니다. 기존 실리콘 기반 전계효과 트랜지스터(FET)의 소형화가 한계에 도달함에 따라, 새로운 동작 원리와 소재를 적용한 차세대 소자 연구가 필수적으로 대두되고 있습니다. 특히, 터널링 트랜지스터는 기존 트랜지스터의 물리적 한계인 Subthreshold Swing(SS) 60 mV/dec 이하를 극복할 수 있는 유망한 구조로, 초저전력 동작이 가능하다는 장점이 있습니다. 연구실에서는 저차원 소재와 III-V 화합물반도체의 이종접합구조를 설계하고, 전산모사 및 에피성장, 소자공정, 특성평가 등 전 과정을 통합적으로 수행합니다. 화학기상증착장치(CVD)를 이용한 저차원 소재 합성, 고품위 에피구조 성장, 나노공정 기술 개발, 그리고 전기적·광학적 특성 분석을 통해 독자적인 원천기술을 확보하고 있습니다. 또한, 민관공동투자반도체고급인력양성사업 등 정부 및 대기업과의 협력을 통해 실용화 및 산업적 파급효과를 극대화하고 있습니다. 이러한 연구는 초저전력, 고집적, 고신뢰성 반도체 소자 개발을 통해 미래 정보통신, 인공지능, 사물인터넷, 양자컴퓨팅 등 첨단 산업의 핵심 인프라를 구축하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 더불어, 학생들이 실제 산업 현장에서 요구되는 융합형 전문 역량을 갖출 수 있도록 실무 중심의 교육과 연구를 병행하고 있습니다.
근적외선 대역 단일광자검출기 및 양자기술용 핵심소자 개발
우리 연구실은 근적외선(NIR) 대역에서 동작하는 단일광자검출기(Single Photon Detector) 및 양자기술 응용을 위한 핵심 소자 개발에도 집중하고 있습니다. 단일광자검출기는 양자통신, 양자암호, 양자계측 등 첨단 양자기술 분야에서 필수적인 부품으로, 높은 감도와 신뢰성을 요구합니다. 특히, InGaAs 기반 Avalanche Photodetector(APD)와 같은 III-V 화합물반도체 소자를 활용하여 1000~1650 nm 파장대역에서 동작하는 고성능 단일광자검출기 개발을 목표로 하고 있습니다. 이 연구는 구조설계, 에피성장, 단위공정 기술(도핑확산, 표면연마, 무반사 코팅, 누설전류 방지막, 오믹접합 등), 그리고 Geiger 모드 특성평가 등 다양한 고난이도 요소기술이 유기적으로 결합되어야만 성공할 수 있습니다. 본 연구실은 이러한 요소기술을 체계적으로 확보하고, 국방부 미래도전연구사업 등 국가 전략과제와 연계하여 국산화 및 실용화에 앞장서고 있습니다. 이러한 단일광자검출기 및 양자소자 연구는 미래 양자정보통신, 국방, 보안, 정밀계측 등 다양한 분야에서 혁신적인 기술 발전을 이끌고 있습니다. 또한, 학생 및 연구원들이 양자소자 설계, 제작, 평가 등 전 과정을 경험할 수 있도록 교육 및 연구 환경을 조성하고 있습니다.
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Wet-Transferred MoS2 on Passivated InP: A Van der Waals Heterostructure for Advanced Optoelectronic Applications
Dong Hwi Choi, Jae Hyeop Lee, Min Su Kim, Jaeseo Park, Jun Oh Kim, Teli Aviraj Mahadev, Beknalkar Sonali Ajay, Hong Hyuk Kim, Jae Cheol Shin*
Phys. Status Solidi RRL, 2025
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Terahertz biomedical imaging using a terahertz emitter based on InAs nanowires
Dong Woo Park, Young Bin Ji, Ilgyu Choi, Jeongwoo Hwang, Jae Cheol Shin, Jin Chul Cho, Eui Su Lee, Seung Jae Oh, Siyun Noh, Jaehyeok Shin, Jin Soo Kim
Nanoscale, 2025
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Development of Electrochemical Water Splitting with Highly Active Nanostructured NiFe Layered Double Hydroxide Catalysts: A Comprehensive Review
Aviraj M. Teli, Sagar M. Mane, Sonali A. Beknalkar, Rajneesh Kumar Mishra, Wookhee Jeon, Jae Cheol Shin*
Catalysts, 2025
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민관공동투자반도체고급인력양성사업 신규과제 선정
2023년 04월 ~ 1970년
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단일광자검출기 핵심 기술 확보 및 국산화를 위한 연구 신규과제 선정
2023년 03월 ~ 1970년
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InGaAs 기반의 Avalanche Photodiode Detector 핵심기술개발사업 선정
2022년 04월 ~ 1970년