유경식 연구실
반도체시스템공학과 유경식
유경식 연구실은 전기및전자공학부를 기반으로 첨단 광전자 및 실리콘 포토닉스 분야에서 세계적인 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 플라즈모닉, 나노광학, MEMS 기반 광소자, 실리콘 포토닉 집적회로, 광섬유-웨이브가이드 결합 등 다양한 광공학 핵심 기술을 융합하여 차세대 광정보 처리 및 센서, 통신, 양자 기술의 혁신을 이끌고 있습니다.
연구실의 대표 연구 분야는 플라즈모닉 핫 캐리어 소자, 금속-반도체 접합 기반 포토디텍터, 완벽 흡수체, 하이브리드 파장 가이드, 그리고 2차원 소재를 활용한 광전자 소자 개발입니다. 이러한 연구는 실리콘, 유기 반도체, 2D 소재 등 다양한 재료 플랫폼에서 이론적 모델링과 실험적 검증을 병행하여 소자의 성능 한계를 극복하고, 새로운 광-물질 상호작용 현상을 규명하는 데 중점을 두고 있습니다.
또한, MEMS 기술과 실리콘 포토닉스를 융합한 프로그래머블 광집적회로, 초저전력 광스위치, 재구성 가능한 마하-젠더 간섭계, 멀티캐스트 스위치, 유니터리 행렬 연산기 등 혁신적인 광신호 처리 플랫폼을 개발하고 있습니다. 이와 함께, 광섬유-웨이브가이드 결합, 아디아바틱 테이퍼, 그레이팅 커플러 등 고효율 광결합 기술을 통해 차세대 광통신 및 양자광학 시스템의 실용화 기반을 마련하고 있습니다.
연구실은 데이터센터 네트워크, 6G 이동통신, 양자광집적회로, 뉴로모픽 광컴퓨팅, 고감도 센서, 에너지 변환 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 국내외 산학연 협력, 대형 국책과제 수행, 특허 및 논문 발표, 국제 학술대회 발표 등 활발한 연구 활동을 통해 학문적·산업적 파급력을 높이고 있습니다.
이처럼 유경식 연구실은 광전자 및 실리콘 포토닉스 분야의 원천기술 확보와 실용화, 그리고 미래 광정보 사회를 선도할 융합형 인재 양성에 앞장서고 있습니다. 연구실은 창의적이고 도전적인 연구문화를 바탕으로, 차세대 광공학 기술의 글로벌 리더로 자리매김하고 있습니다.
MEMS-based Photonic Devices
Silicon Photonics
Schottky Barrier Photodetectors
광전자 및 플라즈모닉 소자 개발
유경식 연구실은 광전자 및 플라즈모닉 소자 개발에 중점을 두고 있습니다. 본 연구실은 금속-반도체 접합 구조, 플라즈모닉 나노입자, 하이브리드 파장 가이드 등 다양한 광전자 소자를 설계하고 제작합니다. 특히, 플라즈모닉 핫 캐리어를 활용한 광전도 증폭, 금속 나노구조를 이용한 완벽 흡수체, 그리고 광신호의 효율적 검출 및 변환을 위한 쇼트키 장벽 포토디텍터 등 첨단 광전자 소자 연구를 선도하고 있습니다.
이러한 연구는 실리콘 포토닉스, 유기 반도체, 2차원 소재 등 다양한 재료 플랫폼에서 이루어지며, 실험적 검증과 이론적 모델링을 병행하여 소자의 성능 한계를 극복하고 있습니다. 예를 들어, 실리콘 기반 쇼트키 장벽 포토디텍터의 외부 양자 효율을 극대화하거나, 플라즈모닉 핫 캐리어의 손실 메커니즘을 규명하여 광전 변환 효율을 높이는 연구가 대표적입니다. 또한, 나노구조 설계와 광-물질 상호작용의 정밀 제어를 통해 광신호의 파장, 편광, 위상 등 다양한 특성을 자유롭게 조절할 수 있는 소자 개발에도 집중하고 있습니다.
이러한 광전자 및 플라즈모닉 소자 연구는 차세대 광통신, 센서, 이미징, 에너지 변환 등 다양한 응용 분야에 적용될 수 있습니다. 연구실은 미래 지향적 광소자 기술의 원천을 확보하고, 실용화 가능한 고성능 광전자 소자 플랫폼을 구축하는 데 기여하고 있습니다.
프로그래머블 및 MEMS 기반 실리콘 포토닉 집적회로
본 연구실은 MEMS(미세전자기계시스템) 기술과 실리콘 포토닉스를 융합한 프로그래머블 광집적회로 개발에 앞장서고 있습니다. MEMS 기반의 가변 광 결합기, 위상 변환기, 마하-젠더 간섭계(MZI), 링 공진기 등 다양한 광소자들을 집적하여, 초저전력·초고속·대규모 광신호 처리 및 광스위칭이 가능한 플랫폼을 구현하고 있습니다.
특히, 전기적·기계적 방식으로 광 결합 효율과 위상을 정밀하게 제어할 수 있는 MEMS 광소자는 기존의 열적, 전기광학적 방식에 비해 에너지 소모가 극히 적고, 집적도가 높으며, 대규모 네트워크 구성에 적합합니다. 연구실은 재구성 가능한 광회로, 프로그래머블 포토닉 어레이, 멀티캐스트 스위치, 유니터리 행렬 연산기 등 다양한 구조를 실리콘 포토닉스 플랫폼 위에 구현하여, 광신호 처리의 유연성과 확장성을 극대화하고 있습니다.
이러한 기술은 데이터센터 네트워크, 차세대 통신(6G), 양자광학, 뉴로모픽 광컴퓨팅 등 다양한 첨단 분야에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다. 연구실은 MEMS 기반 실리콘 포토닉 집적회로의 설계, 제작, 측정 및 시스템 응용까지 전 주기를 아우르는 연구를 수행하며, 국내외 학계 및 산업계와의 협력을 통해 실용화 및 상용화에도 적극적으로 기여하고 있습니다.
광섬유-웨이브가이드 결합 및 고효율 광결합 기술
유경식 연구실은 광섬유와 집적 광회로(웨이브가이드) 간의 효율적인 광결합 기술 개발에도 주력하고 있습니다. 아디아바틱 테이퍼 구조, 그레이팅 커플러, 화학식각 기반 광섬유 테이퍼 등 다양한 결합 방식을 연구하여, 넓은 대역폭, 낮은 삽입손실, 높은 정렬 허용오차를 달성하고 있습니다.
특히, 습식식각 및 레이저 광열 효과를 이용한 광섬유 테이퍼 제작, 각도 연마된 실리카 웨이브가이드 블록을 활용한 평면 결합, 젤라틴 코팅을 이용한 광섬유형 센서 등 실용적이고 대량생산이 가능한 결합 구조를 개발하고 있습니다. 이러한 기술은 양자광학, 센서, 데이터센터, 의료용 광시스템 등 다양한 분야에서 핵심적인 입출력 인터페이스로 활용됩니다.
연구실은 결합 구조의 이론적 해석, 수치 시뮬레이션, 실험적 검증을 통해 최적의 결합 효율과 신뢰성을 확보하고 있습니다. 또한, 결합 구조의 소형화, 집적화, 대량생산 공정 개발을 통해 차세대 광집적회로의 상용화 기반을 마련하고 있습니다.
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Simultaneous Harvesting of Bipolar Plasmonic Hot Carriers for Boosting Photoconductivity in Ag Nanoprism-Coupled Lateral Si p-n Junction
Park, Jeong Young, Yu, Kyoungsik, Lee, Hyunhwa, Jin, Yeonghoon, Park, Yujin, Roh, Yujin, Park, Jihyang, Lee, Moonsang
ADVANCED SCIENCE, 202506
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Reversibly deformable submicron disks enabling electrical modulation of visible spectrum response
Choi, Kyung Cheol, Yu, Kyoungsik, Jin, Yeonghoon, Lee, Min Ho, Lee, Sung-Min, Jeong, Dong Jun
APL PHOTONICS, 202505
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Impact of the Resonant Cavity Order on the Performance of the PTB7-Th Polymer and Nonfullerene Acceptor Blend Near-Infrared Organic Photodiodes
Yoo, Seunghyup, Yu, Kyoungsik, Ji, Jeoungmin, Sharma, Ramakant, Kim, Tae Jung, Seok, Jongeun, Shin, Hyunmin, Esteban, Carmela Michelle, Lee, Woochan, Choi, Dongho, Oh, Sanghee
ACS APPLIED POLYMER MATERIALS, 202502
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한-오스트리아(비엔나) 연구협력 네트워크 조성
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ETRI-KAIST 양자대학원 협력 프로그램 운영
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(통합EZ)HAETAE: 뉴로모픽 광학 전이학습 AI 엔진을 위한 이종집적 다중소재 광집적회로 칩렛(2024년도)