Stretchable Device Laboratory
반도체시스템공학과 구자훈
Stretchable Device Laboratory는 신축성 전자 및 광전자 소자의 개발과 응용을 선도하는 연구실입니다. 본 연구실은 기존의 경직된 실리콘 기반 전자소자가 가지는 한계를 극복하고, 인체와 같은 동적 표면에 밀착하여 사용할 수 있는 신축성 소자 기술을 중심으로 연구를 진행하고 있습니다. 이를 통해 스마트 의수족, 지능형 바이오메디컬 시스템, 변형 가능한 디스플레이, 피부 부착형 사용자 인터페이스 등 기존에 불가능했던 다양한 혁신적 응용 분야를 개척하고 있습니다.
연구실의 주요 연구 분야는 진공 증착 신축성 유전체, 본질적 신축성 전자소자, 신축성 광트랜지스터 어레이, 웨어러블 심전도(ECG) 모니터 등입니다. 특히, 본질적으로 신축성이 뛰어난 소재와 구조 설계를 통해, 반복적인 기계적 변형에도 우수한 성능과 내구성을 유지하는 소자를 개발하고 있습니다. 또한, 신축성 전극, 신호 증폭기, 색상 조절이 가능한 OLED 등 다양한 소자를 통합하여, 실시간 생체 신호 모니터링 및 시각화가 가능한 웨어러블 바이오메디컬 디바이스를 구현하고 있습니다.
나노소재의 합성 및 기능화, 프린팅 기반의 신축성 소자 제조 기술도 연구의 중요한 축을 이룹니다. 탄소나노튜브, 실리콘 나노와이어, 자가 치유 고분자 등 첨단 소재를 활용하여, 본질적으로 신축성이 뛰어난 나노복합체를 합성하고, 다양한 프린팅 및 자가 조립 기술을 적용하여 대면적, 고성능 신축성 소자를 제조하고 있습니다. 이러한 소재 및 공정 기술은 신축성 소자의 상용화와 대량 생산에 필수적입니다.
최근에는 머신러닝 알고리즘을 신축성 소자에 접목하여, 반복적인 변형에 따른 피로 누적 문제를 극복하고, 소자의 정확도와 효율성을 극대화하는 연구도 진행 중입니다. 이를 통해 다기능, 고효율의 신축성 시스템을 개발하여, 웨어러블 및 이식형 디바이스, 공중보건, 재활 등 다양한 분야에 혁신적인 솔루션을 제공하고 있습니다.
Stretchable Device Laboratory는 소재 개발, 소자 설계, 시스템 통합, 응용 연구까지 전 주기를 아우르는 융합적 연구를 통해, 차세대 신축성 전자 및 바이오메디컬 디바이스 분야의 글로벌 리더로 성장하고 있습니다. 앞으로도 인간 중심의 혁신 기술 개발을 통해, 미래 사회의 다양한 요구에 부응하는 연구를 지속적으로 이어갈 것입니다.
Stretchable Electronics
Flexible Light-Emitting Diodes
Conductive Nanocomposites
진공 증착 신축성 유전체 및 본질적 신축성 전자소자
본 연구실은 세계 최초로 진공 증착 방식의 신축성 유전체와 본질적으로 신축성을 지닌 전자소자를 개발하였습니다. 기존의 무기물 기반 소자와 견줄 만한 성능을 가지면서도, 유연하고 신축성 있는 특성을 통해 다양한 응용 분야에 적용할 수 있는 혁신적인 기술을 선보이고 있습니다. 이러한 기술은 기존의 실리콘 기반 경직된 전자소자가 가지는 한계를 극복하며, 차세대 웨어러블 및 바이오메디컬 기기의 핵심 기반이 되고 있습니다.
진공 증착 신축성 유전체는 고성능과 내구성을 동시에 확보할 수 있는 소재로, 신축성 전자소자의 전기적 특성과 기계적 특성을 모두 만족시킵니다. 이를 바탕으로 본질적으로 신축성이 뛰어난 트랜지스터, 신호 증폭기, 광소자 등 다양한 전자소자를 구현할 수 있습니다. 특히, 신축성 소자는 반복적인 변형에도 성능 저하가 적어, 실제 인체 부착형 기기나 동적 환경에서의 활용에 매우 적합합니다.
이러한 연구는 향후 스마트 의류, 인공피부, 생체 신호 모니터링, 차세대 로봇 인터페이스 등 다양한 분야로의 확장이 기대됩니다. 본 연구실은 소재 개발에서부터 소자 설계, 시스템 통합까지 전 주기를 아우르는 연구를 통해 신축성 전자소자의 상용화와 실용화를 선도하고 있습니다.
본질적 신축성 광트랜지스터 어레이 및 웨어러블 바이오메디컬 디바이스
본 연구실은 본질적으로 신축성이 뛰어난 광트랜지스터 어레이를 세계 최초로 개발하였으며, 기계적 변형에도 불구하고 소자의 집적도를 유지할 수 있는 혁신적인 구조를 제안하였습니다. 이러한 기술은 기존의 신축성 소자에서 흔히 발생하는 성능 저하 문제를 극복하며, 고해상도 및 고집적도의 광센서 어레이를 구현할 수 있게 하였습니다. 이를 통해 인공피부, 스마트 센서, 차세대 인터페이스 등 다양한 응용 분야에서 새로운 가능성을 열고 있습니다.
특히, 웨어러블 심전도(ECG) 모니터와 같은 바이오메디컬 디바이스 개발에도 집중하고 있습니다. 신축성 전극, 신호 증폭기, 색상 조절이 가능한 유기 발광 다이오드(OLED) 등을 통합하여, 실시간으로 생체 신호를 시각화할 수 있는 시스템을 구현하였습니다. 이러한 디바이스는 인체에 밀착되어 장시간 착용이 가능하며, 실시간 건강 모니터링 및 진단에 활용될 수 있습니다.
이와 같은 연구는 의료, 헬스케어, 스포츠, 재활 등 다양한 분야에서 혁신적인 솔루션을 제공할 수 있습니다. 본 연구실은 신축성 소자의 소재, 구조, 시스템 통합 기술을 바탕으로, 인간 중심의 차세대 바이오메디컬 디바이스 개발을 선도하고 있습니다.
나노소재 합성 및 기능화, 프린팅 기반 신축성 소자 제조
본 연구실은 신축성 전자소자 개발을 위한 나노소재의 합성 및 기능화, 그리고 프린팅 기반의 소자 제조 기술에 대한 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 나노소재와 고분자, 엘라스토머를 조합하여 본질적으로 신축성이 뛰어난 나노복합체를 합성하고, 전기적 특성에 따라 탄소나노튜브를 분리하는 등 소재의 정밀 제어 기술을 확보하고 있습니다. 또한, 금속 보조 무전해 에칭(Metal-assisted Electroless Etching) 방법을 활용한 수직 정렬 실리콘 나노와이어 합성, 자가 치유 기능을 갖춘 고분자 소재 개발 등 다양한 혁신적 소재 연구를 수행하고 있습니다.
이와 더불어, 0차원, 1차원, 2차원 나노소재의 고밀도·고선택적 자가 조립 기술, 다양한 용매 내에서의 나노입자 운동 및 엔트로피적 상호작용 연구, 그리고 유연/신축성 기판 위에 다양한 프린팅 기법을 적용하는 연구도 병행하고 있습니다. 이러한 기술들은 대면적, 저비용, 고효율의 신축성 전자소자 대량 생산에 필수적입니다.
이러한 소재 및 공정 기술의 발전은 신축성 전자소자의 성능과 내구성, 그리고 상용화 가능성을 크게 높이고 있습니다. 본 연구실은 소재 합성에서부터 소자 제조, 시스템 통합까지의 전 과정을 아우르는 융합 연구를 통해, 차세대 신축성 전자소자 분야의 글로벌 리더로 자리매김하고 있습니다.
1
Vacuum-deposited stretchable dielectric, and intrinsically-stretchable electronics with performance metrics comparable to inorganic devices.
Nature Electronics, 1970
2
Intrinsically-stretchable phototransistor arrays, without sacrificing device density by mechanical deformation.
Nature Nanotechnology, 1970
3
Development of wearable electrocardiogram(ECG) monitor based on electrodes, signal amplifier, and color-tunable organic light-emitting diodes with stretchable form factors, to visualize retrieved ECG signals in real-time via color changes.
ACS Nano, 1970
1
본질적 유연한 전자소자를 위한 소재 및 공정 개발 Development of materials and fabrication techniques for intrinsically soft electronics(4차년도)
2
본질적 유연한 전자소자를 위한 소재 및 공정 개발 Development of materials and fabrication techniques for intrinsically soft electronics(3차년도)
