본 연구실은 그래핀과 같은 2차원(2D) 소재의 합성, 특성 분석, 그리고 이를 기반으로 한 차세대 전자소자 개발에 중점을 두고 있습니다. 2D 소재는 원자 두께의 얇은 층 구조를 가지며, 기존의 실리콘 기반 반도체를 뛰어넘는 전기적, 기계적, 광학적 특성을 보유하고 있습니다. 특히, 그래핀, MoS2, WSe2 등 다양한 전이금속 칼코게나이드(TMD) 소재의 대면적 합성 및 고품질 제어 기술을 개발하여, 차세대 나노소자 및 대면적 디스플레이 응용에 적용하고 있습니다. 연구실에서는 화학기상증착(CVD)과 같은 첨단 합성법을 통해 대면적 그래핀 및 2D 소재의 균일한 성장과 이종접합 구조의 구현을 실현하고 있습니다. 또한, 2D 소재와 기판, 게이트 절연막 등 소자 내 다양한 계면의 공학적 제어를 통해 소자의 이동도, 신뢰성, 저전력 구동 특성을 극대화하고 있습니다. 이러한 계면공학은 고성능 트랜지스터, 논리소자, 메모리 소자 등 다양한 전자소자에 필수적인 요소로 자리 잡고 있습니다. 아울러, 본 연구실은 2D 소재의 대량생산 및 이종소재 집적을 위한 전이 및 도핑 기술, 고유전율(high-k) 절연막 적층, 유연기판 적용 등 산업적 확장성을 고려한 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 이를 통해 미래 정보 및 에너지 기술을 선도할 수 있는 고성능, 저전력, 신뢰성 높은 전자소자 개발에 기여하고 있습니다.

본 연구실은 인간의 뇌 신경망을 모방한 뉴로모픽 소자 및 컴퓨팅 아키텍처 개발에 선도적인 역할을 하고 있습니다. 뉴로모픽 소자는 기존의 폰 노이만 구조를 뛰어넘어, 메모리와 연산이 통합된 새로운 하드웨어 패러다임을 제시합니다. 이를 위해 2D 소재 기반의 멤리스터, 시냅스 소자, 인공 뉴런 소자 등을 개발하고, 이들을 집적하여 에너지 효율적이고 유연한 신경망 하드웨어를 구현하고 있습니다. 특히, 본 연구실은 인공 시냅스 소자에서의 저전력, 고신뢰성, 아날로그적 가변 특성 구현에 집중하고 있습니다. 유기-무기 하이브리드 구조, 이종접합, 나노클러스터 제어 등 다양한 소재 및 구조적 접근을 통해, 실제 뇌와 유사한 가중치 조절, 장기/단기 기억 특성, 오프라인 러닝 등 다양한 신경망 기능을 하드웨어적으로 실현하고 있습니다. 또한, 멤리스터 기반의 로직-인-메모리 회로, 리저버 컴퓨팅 등 차세대 인공지능 하드웨어 플랫폼 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 뉴로모픽 소자 및 시스템은 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷 등 미래 정보기술 분야에서 초저전력, 고속, 실시간 데이터 처리의 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 본 연구실은 소재-소자-시스템을 아우르는 융합 연구를 통해, 차세대 인공지능 하드웨어의 혁신을 이끌고 있습니다.

연구실은 인간 친화적 전자기기 구현을 위한 유연/신축성 전자소자 및 차세대 디스플레이 기술 개발에 주력하고 있습니다. 기존의 딱딱한 실리콘 기반 소자를 넘어, 플렉서블 및 스트레처블 소재와 소자 구조를 도입함으로써, 웨어러블, 롤러블, 투명 디스플레이 등 혁신적 응용이 가능해졌습니다. 본 연구실은 2D 소재 기반의 유연 트랜지스터, 신축성 디스플레이, 투명 전극 등 다양한 소자와 시스템을 개발하고 있습니다. 특히, 대면적 그래핀, MoS2 등 2D 소재의 유연기판 전이 및 집적 기술, 고신뢰성 접합 및 계면공학, 저온 공정 등 실용화에 필수적인 요소 기술을 확보하고 있습니다. 또한, 다중 적층 구조 및 레이저-나노소재 상호작용을 활용한 3D 디스플레이, 홀로그램, 광센서 등 미래형 디스플레이 기술 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 기술은 차세대 스마트폰, 웨어러블 기기, 의료기기 등 다양한 산업 분야로의 확장이 기대됩니다. 아울러, 본 연구실은 친환경 소재, 저에너지 공정, 바이오 융합 등 지속가능한 미래 전자기기 개발에도 앞장서고 있습니다. KAIST-Hansol 첨단소재·소자 연구센터, 3D 디스플레이 첨단소재발견센터 등 대형 융합 연구 프로젝트를 주도하며, 국내외 산학연 협력을 통한 기술 혁신과 산업화에 기여하고 있습니다.