이 연구 주제는 차세대 전자소자에 적용할 수 있는 이차원 반도체 박막을 고품질로 합성하고, 웨이퍼급 단결정 성장 기술을 확립하는 데 초점을 둔다. 연구실은 전이금속 칼코겐화물과 육방정계 질화붕소 같은 반데르발스 물질의 박막 성장 메커니즘을 정밀하게 이해하고, 결정립계와 결함을 최소화한 균일 박막을 구현하는 방향으로 연구를 전개한다. 이는 기존 다결정 박막에서 발생하는 전하 산란, 트랩 형성, 소자 특성 저하 문제를 근본적으로 줄이기 위한 핵심 기반 기술이다. 특히 화학기상증착(CVD)을 중심으로 액상 금 표면, 원자 계단 구조, 자가 정렬된 결정립 성장 등 특이한 성장 플랫폼을 활용하여 단결정 단층 박막 형성을 유도한다. 연구실의 대표 성과는 웨이퍼 스케일 단결정 hBN 성장과 다양한 전이금속 칼코겐화물 단층의 에피택셜 성장으로 요약될 수 있으며, 이를 통해 박막의 구조적 정합성과 대면적 균일성을 동시에 확보하고자 한다. 이러한 접근은 단순한 소재 제조를 넘어, 성장 표면의 원자 구조와 흡착 에너지 비등방성이 실제 결정 방향성과 필름 품질에 어떤 영향을 주는지까지 규명하는 연구로 확장된다. 이러한 단결정 이차원 박막 성장 기술은 차세대 반도체, 광전자, 센서, 저전력 소자 분야에서 매우 중요한 의미를 갖는다. 고품질 박막이 확보되면 소재 본연의 전기적·광학적 성질을 안정적으로 구현할 수 있고, 이종접합 및 적층 구조 제작의 재현성도 향상된다. 궁극적으로 연구실은 실험적 성장기술과 구조 분석, 이론 계산을 결합하여 미래 전자소자용 이차원 소재 플랫폼을 구축하고, 실험실 수준을 넘어 산업 적용 가능한 대면적 합성 기술로 연결하는 것을 목표로 한다.

이 연구 주제는 이차원 반도체 기반 나노소자의 성능을 결정하는 유전체 형성 및 계면 안정화 기술에 집중한다. 이차원 소재는 원자층 수준의 두께와 표면 민감성 때문에 기존 반도체 공정에서 사용되던 유전체 증착 방식이 그대로 적용되기 어렵고, 계면 트랩과 전하 산란으로 인해 소자 특성이 급격히 저하될 수 있다. 연구실은 이러한 한계를 해결하기 위해 고품질 게이트 유전막 형성, 계면 결함 저감, 반데르발스 적층구조 최적화 기술을 체계적으로 연구한다. 주요 방법론으로는 증착 초기 핵생성 제어, 표면 개질, 유전체와 채널 사이의 전자구조 조절, 열처리 기반 계면 안정화 등이 포함된다. 연구실이 수행 중인 과제에서도 높은 계면 트랩 밀도, 유전율 저하, 누설 전류, 전하 이동도 감소와 같은 문제를 해결하여 고성능·저전력 2D 나노소자를 구현하는 것이 핵심 목표로 제시된다. 이는 단순히 재료를 증착하는 수준이 아니라, 계면에서 일어나는 전하 포획과 결함 형성 메커니즘을 이해하고 소자 수준의 전기적 특성과 연결해 해석하는 연구이다. 이러한 연구는 향후 초저전력 트랜지스터, 유연 전자소자, 집적회로, 센서 플랫폼의 성능 향상에 직접적으로 기여할 수 있다. 특히 이차원 반도체는 채널 두께를 극단적으로 줄일 수 있어 차세대 미세공정에 유리하지만, 계면 품질 확보 없이는 실제 응용이 어렵다. 따라서 본 연구는 소재 합성과 소자 공정 사이를 연결하는 핵심 가교 역할을 하며, 미래 반도체 소자의 신뢰성과 대량 생산 가능성을 동시에 높이는 방향으로 발전하고 있다.

이 연구 주제는 이차원 반도체 내부의 공공, 도핑, 원자쌍 결함 등을 정밀하게 제어하여 전자적·자기적 기능을 확장하는 데 목적이 있다. 일반적으로 결함은 소자의 성능을 떨어뜨리는 요소로 간주되지만, 연구실은 이를 오히려 새로운 물성 발현의 수단으로 활용한다. 특히 바나듐 도핑 WSe2 단층에서 셀레늄 공공과의 결합이 강자성 질서를 강화한다는 연구는, 원자 수준 결함 설계를 통해 스핀트로닉스 응용 가능성을 높일 수 있음을 보여준다. 연구 과정에서는 투과전자현미경(TEM), 자기력현미경(MFM), 온도 의존 자기저항 측정, 밀도범함수이론(DFT) 계산 등 다양한 분석 기법이 결합된다. 이를 통해 결함의 구조적 배치와 전자 전달, 스핀 정렬, 밴드구조 변화 간의 상관관계를 다각도로 규명한다. 단층 물질은 모든 원자가 사실상 표면에 노출되어 있기 때문에, 아주 작은 결함 변화도 자기적 응답과 전하 수송에 큰 영향을 줄 수 있으며, 연구실은 이러한 민감성을 정밀 제어 가능한 기능으로 전환하는 전략을 추구한다. 결함 공학은 향후 희석 자기 반도체, 자기 메모리, 양자 기능소자, 초소형 센서 개발에 중요한 기반이 된다. 특히 실리콘 이후의 반도체 기술에서 전하뿐 아니라 스핀 자유도까지 활용하는 방향이 주목받고 있는 만큼, 이차원 소재의 결함 유도 자기성은 매우 매력적인 연구 분야이다. 연구실은 결함을 최소화하는 기술과 결함을 의도적으로 설계하는 기술을 함께 발전시켜, 고성능 전자소자와 기능성 스핀소자 모두를 아우르는 차세대 소재 플랫폼을 구축하고자 한다.