이 연구 주제는 2차원 물질을 매개로 한 원격에피택시(remote epitaxy)와 박막 분리 기술을 활용하여 차세대 반도체 이종집적 구조를 구현하는 데 초점을 둔다. 기존의 반도체 성장 공정은 기판 제약, 높은 비용, 재사용 한계, 그리고 서로 다른 물성의 소재를 집적할 때 발생하는 계면 문제로 인해 성능과 확장성에 제약이 있었다. 본 연구실은 이러한 한계를 극복하기 위해 그래핀과 같은 2차원 분리막을 이용하여 단결정 박막을 성장시키고, 이후 손상 없이 박리 및 전사할 수 있는 기술을 체계적으로 탐구하고 있다. 세부적으로는 원격에피택시의 성장 메커니즘, 박막 분리 거동, 계면에서의 원자 수준 상호작용을 실험과 계산을 결합해 규명하는 방향으로 연구가 전개된다. 프로젝트 정보에 나타난 것처럼 DFT 기반 제일원리 계산을 통해 성장·분리 메커니즘을 해석하고, 최적의 2차원 분리막과 공정 조건을 찾는 것이 중요한 축이다. 또한 Science Advances 논문에서 확인되듯 SiC 위 단결정 그래핀 형성과 III-N 막의 이종집적은 대면적·고품질 박막 제작 가능성을 보여주며, 이는 차세대 전력반도체, 광전자소자, 집적회로 플랫폼으로의 확장을 뒷받침한다. 이 연구의 파급효과는 단순한 박막 성장 기술을 넘어 반도체 제조 패러다임 전환에 있다. 동일한 모기판을 반복 활용할 수 있어 제조 비용 절감과 자원 효율 향상이 가능하며, 기존에는 통합이 어려웠던 와이드 밴드갭 반도체와 실리콘 기반 플랫폼 간의 융합도 촉진할 수 있다. 더 나아가 고성능 전력소자, 고주파 소자, 차세대 광전자소자, 미래 모빌리티용 시스템반도체 등 다양한 응용 분야에서 핵심 기반기술로 작동할 가능성이 크다.

이 연구 주제는 GaN, AlGaN, Ga2O3, (AlxGa1-x)2O3와 같은 와이드 밴드갭 반도체를 기반으로 고출력·고주파·고내환경성 소자를 구현하는 데 중점을 둔다. 와이드 밴드갭 반도체는 높은 항복전계, 우수한 열적 안정성, 빠른 스위칭 특성을 바탕으로 전력변환, RF 소자, 극한환경 전자소자에서 매우 중요한 소재군으로 평가된다. 연구실의 프로젝트와 연구 경력을 보면 질화갈륨 기판 제조, 산화갈륨 박막 성장, HEMT 구현, 내방사선 반도체 응용 등 반도체 물성과 소자 개발을 포괄적으로 다루고 있음을 알 수 있다. 특히 κ-(Al,Ga)2O3 박막의 고결정성 성장과 이를 활용한 high-electron mobility transistor 구현은 재료 성장과 소자 성능을 직접 연결하는 대표적 연구 축이다. 또한 자동분리 기술을 통한 GaN 기판 저가화 공정 개발은 결정 품질과 생산성의 균형을 동시에 겨냥하는 접근으로, 전력반도체 산업의 실질적 제조 경쟁력과도 밀접하게 연결된다. 베타전지 개발 과제에서는 AlGaN 및 산화물 반도체의 방사선 환경 내 안정성과 장수명 특성을 활용하려는 시도가 나타나며, 이는 에너지 변환과 특수 목적 전자소자 분야까지 연구 폭이 확장되어 있음을 보여준다. 이 분야 연구는 산업적 수요가 매우 크고, 국가 전략산업과의 연계성도 높다. 전기차, 신재생에너지 전력변환기, 항공우주, 국방, 통신 인프라 등에서 고효율 전력소자의 중요성이 계속 증가하고 있기 때문이다. 본 연구실은 소재 성장, 결정성 향상, 계면 및 결함 제어, 실제 소자 제작과 평가를 아우르는 연구를 수행함으로써, 기초 물성 이해에서 응용 소자 구현까지 이어지는 반도체공학적 경쟁력을 확보하고 있다.

이 연구 주제는 페로브스카이트 기반 태양전지의 효율과 안정성을 향상시키기 위한 소재·계면 설계에 집중한다. 특히 와이드 밴드갭 및 내로우 밴드갭 페로브스카이트 서브셀을 결합한 올-페로브스카이트 탠덤 태양전지는 단일 접합 한계를 넘는 차세대 고효율 태양전지로 주목받고 있다. 연구실의 최근 논문들은 입계 결함, 표면 및 벌크 결함, 할라이드 이동, 비복사 재결합 같은 핵심 문제를 정밀하게 제어하여 성능을 향상시키는 전략을 제시하고 있다. Advanced Energy Materials 논문에서는 KSCN 도입을 통해 와이드 밴드갭 페로브스카이트 입계에 무기 할라이드 장벽을 형성하고, 입자 크기를 키워 트랩 밀도를 줄이는 방법을 보고하였다. 이를 통해 개방전압과 충전계수 향상, 광유도 할라이드 분리 억제, 구동 안정성 개선을 달성하였다. 또한 InfoMat 논문에서는 LiTFSI를 이용해 내로우 밴드갭 페로브스카이트의 표면과 벌크 결함을 동시에 패시베이션하는 이중 기능 접근을 제시하였다. 여기서 TFSI-는 표면 할라이드 공공을 줄이고, Li+는 벌크 내 도펀트로 작동하여 전하 수송 및 수명 특성을 개선하며, 이러한 메커니즘은 DFT 계산으로도 뒷받침되었다. 이 연구는 단순히 높은 광전변환효율 달성에 그치지 않고, 상용화를 가로막는 안정성과 재현성 문제 해결에 기여한다는 점에서 의미가 크다. 실제로 보고된 27% 이상의 탠덤 효율은 차세대 태양광 기술의 경쟁력을 잘 보여준다. 향후에는 우주·극한환경용 에너지 소자, 경량·유연 태양전지, 반도체 기반 광전변환 플랫폼 등으로 응용이 확대될 수 있으며, 소재과학과 반도체 소자공학을 연결하는 중요한 융합 연구 영역으로 자리잡고 있다.