한양대학교 나노소자공학연구실
재료화학공학과 박태주
한양대학교 나노소자공학연구실은 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 기반으로 한 분말 및 박막 소재, 차세대 반도체 소자, 에너지 저장 소재 등 다양한 첨단 융합 연구를 선도하고 있습니다. 본 연구실은 분말 원자층 코팅법을 세계적으로 독창적으로 개발하여, 반도체, 이차전지, 제약, 화장품 등 다양한 산업 분야에서 요구되는 고기능성 분말 소재의 표면 특성 제어 및 대량 생산 기술을 확보하였습니다. 특히, 기존 습식 공정의 한계를 극복한 친환경 건식 코팅법, 코어-쉘 구조 분말 합성, 대량 분말 코팅 장비 개발 등 산업 현장에 즉시 적용 가능한 실용적 기술을 지속적으로 발전시키고 있습니다.
연구실은 차세대 반도체 소자 및 2차원 전자기체(2DEG) 기반 논리 소자 개발에도 세계적인 경쟁력을 보유하고 있습니다. 세계 최초로 2차원 전자기체 채널을 적층한 3진법 논리 트랜지스터를 구현하여, AI 및 고성능 컴퓨팅 시대의 데이터 폭증 문제를 해결할 수 있는 혁신적 소자 구조를 제시하였습니다. 또한, 원자층 증착법을 활용한 초저전력·고속 동작 소자, 4F 스퀘어 VG(수직 게이트) 플랫폼, 3D D램, 뉴로모픽 시스템 등 첨단 메모리 및 연산 소자 연구를 활발히 수행하고 있습니다.
이와 더불어, 전고체 배터리용 고체 전해질, 이차전지용 활물질, CMP 슬러리, 방열 소재, 솔더볼 등 다양한 응용 분야에서 원자층 증착 기반의 표면 개질 및 기능성 코팅 기술을 개발하고 있습니다. 국내외 특허, 표지 논문, 우수논문상 등 다수의 연구성과를 통해 기술력을 인정받고 있으며, 현대자동차, 중소벤처기업부 등과의 산학연 협력 프로젝트를 통해 연구 결과의 산업적 확산과 양산화에도 앞장서고 있습니다.
연구실은 실험실 특화 창업 패키지, 딥테크팁스(R&D), 창업성장기술개발사업 등 다양한 정부 지원 과제와 함께, 알페스㈜ 등 스타트업 창업 및 기술 이전을 통해 연구성과의 사회적·경제적 가치를 극대화하고 있습니다. 앞으로도 반도체, 에너지, 바이오·헬스케어 등 미래 산업의 핵심 기반 기술을 지속적으로 개발하여, 글로벌 혁신을 선도하는 연구실로 성장해 나갈 것입니다.
Next-Generation Semiconductor Devices
Thermoelectric Materials
Atomic Layer Deposition
분말 원자층 코팅법 및 고기능성 분말 소재 개발
분말 원자층 코팅법(Atomic Layer Deposition, ALD)은 기존의 박막 증착 기술을 분말 형태의 소재에 적용하여, 나노미터 단위의 정밀한 두께 제어와 균일한 코팅을 실현하는 첨단 공정입니다. 이 기술은 반도체, 이차전지, 제약, 화장품 등 다양한 산업 분야에서 요구되는 분말 소재의 표면 특성을 혁신적으로 개선할 수 있습니다. 기존의 습식 코팅법은 액체를 이용한 전처리 및 후처리 과정이 복잡하고, 폐수 발생 및 환경 부담이 크며, 대량 생산 시 품질 균일성 확보가 어렵다는 한계가 있었습니다. 이에 비해 분말 원자층 코팅법은 기체 분자를 분말 표면에 흡착시켜 화학 반응을 유도함으로써, 환경 친화적이고 공정 신뢰성이 높은 코팅을 구현할 수 있습니다.
특히 이차전지용 활물질, CMP 슬러리, 방열 소재, 솔더볼, 제약 및 화장품 소재 등 다양한 응용 분야에서 분말 원자층 코팅법의 활용도가 높아지고 있습니다. 예를 들어, 이차전지의 활물질 분말에 나노미터급 기능성 코팅을 적용하면 배터리의 수명과 안정성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 또한, 반도체 패키징 공정에 사용되는 분말 소재의 특성 개선, 제약 및 화장품 분야에서의 기능성 분말 개발 등 다양한 산업적 수요에 대응할 수 있습니다. 최근에는 코어-쉘 구조의 분말 합성, 친환경 건식 코팅 공정 등 기술적 진화가 빠르게 이루어지고 있으며, 대량 생산을 위한 인라인 장비 개발 및 양산화 연구도 활발히 진행되고 있습니다.
이러한 분말 원자층 코팅 기술은 국내외 특허와 논문, 산업 협력 프로젝트를 통해 그 우수성이 입증되고 있습니다. 알페스㈜와 같은 산학연 협력체계를 기반으로, 대량 분말 코팅 장비 개발, 전고체전지용 원자층 코팅 공정의 양산화, 실험실 특화 창업 패키지 등 다양한 연구개발 과제가 추진되고 있습니다. 앞으로도 분말 원자층 코팅법은 차세대 반도체, 에너지 저장, 바이오·헬스케어 등 미래 산업의 핵심 기반 기술로 자리매김할 전망입니다.
차세대 반도체 소자 및 2차원 전자기체 기반 논리 소자
본 연구실은 차세대 반도체 소자 및 2차원 전자기체(2DEG) 기반 논리 소자 개발에 선도적인 역할을 하고 있습니다. 최근 박태주 교수 연구팀은 세계 최초로 2차원 전자기체 채널을 적층한 3진법 논리 트랜지스터를 개발하여, 인공지능(AI) 및 고성능 컴퓨팅 분야에서 폭증하는 데이터 처리 요구에 대응할 수 있는 혁신적 소자 구조를 제시하였습니다. 기존의 2진법 트랜지스터는 0과 1의 두 가지 상태만을 표현할 수 있었으나, 3진법 트랜지스터는 0, 1, 2의 세 가지 상태를 구현함으로써 동일 면적 내에 더 많은 정보를 처리할 수 있습니다. 이는 반도체 집적도 향상, 소비 전력 절감, 공정 부담 완화 등 다양한 장점을 제공합니다.
이러한 2DEG 기반 소자는 원자층 증착법(ALD)을 활용하여 산화물 이종접합 계면에 고농도의 전자기체 채널을 형성하는 것이 핵심입니다. ALD 공정의 표면 화학 반응을 정밀하게 제어함으로써, 5나노미터 이하의 초박막 산화물 계면에서 2차원 전자기체가 생성됩니다. 이 기술은 기존 반도체 양산 공정과의 호환성이 뛰어나며, 초저전력·고속 동작이 가능한 차세대 논리 소자, 메모리 소자, 센서 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 또한, 4F 스퀘어 VG(수직 게이트) 플랫폼, 3D D램, 뉴로모픽 시스템 등 첨단 메모리 및 연산 소자 개발에도 적극적으로 적용되고 있습니다.
연구실은 다수의 국내외 특허와 표지 논문, 우수논문상 등 다양한 연구성과를 통해 기술력을 인정받고 있습니다. 3차원 모놀리식 상보형 트랜지스터, 전고체 배터리용 고체 전해질, 초고유전 박막, 영역 선택적 원자층 증착 등 반도체 공정 및 소자 분야의 혁신적 원천기술을 지속적으로 개발하고 있습니다. 앞으로도 AI, 빅데이터, 차세대 메모리, 에너지 소자 등 미래 산업의 핵심 인프라를 선도하는 연구를 이어갈 계획입니다.
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High performance soft magnetic composites with optimized Fe3O4 coating layer using rotary reactor-based sputtering
Yongheum Choi, Yujin Kim, Saena Min, Dohun Kwon, Min-Woo Lee, Hwi-Jun Kim, Tae Joo Park, Young Min Park*
Materials & Design, 2025
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Ternary Logic Transistors Using Multi-Stacked Two-Dimensional Electron Gas Channels in Ultrathin Oxide Heterostructures
Advanced Science, 2024
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Electronic Threshold Switching of As-SiO2 Selector: Charged Oxygen Vacancy Model
Hye Rim Kim, Tae Jun Seok, Tae Jung Ha, Jeong Hwan Song, Kyun Seong Dae, Sang Gil Lee, Hyun Seung Choi, Su Yong Park, Byung Joon Choi, Jae Hyuck Jang, Soo Gil Kim, Tae Joo Park
, 1970
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전고체전지용 원자층 코팅 공정의 양산화 연구개발