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전자소자연구실

강원대학교 전기전자공학과

김시준 교수

Oxide Semiconductor

Ferroelectric Thin Films

Thin Film Transistors

전자소자연구실

전기전자공학과 김시준

전자소자연구실은 강원대학교 전기전자공학부 소속으로, 차세대 반도체 소자 및 융합 전자소자 기술 개발을 선도하는 연구실입니다. 본 연구실은 강유전체 HfO2 기반의 차세대 메모리 소자, 산화물 반도체 박막 트랜지스터, 인쇄 및 플렉서블 전자소자, 바이오센서 등 다양한 분야에서 세계적 수준의 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 기술을 활용한 초박막 강유전체 박막의 공정 최적화, 저온 공정 및 BEOL 호환성 확보, 머신러닝 기반 공정 분석 등 첨단 연구를 통해 DRAM, FRAM, 인메모리 컴퓨팅 등 차세대 메모리 응용에 필요한 핵심 기술을 개발하고 있습니다. 또한, IGZO, In-Ga-Zn-O 등 산화물 반도체를 이용한 박막 트랜지스터의 전기적 특성 향상, 플렉서블 및 인쇄전자 소자 개발, 대면적 특성 평가 등 실용화에 가까운 연구도 활발히 진행 중입니다. 바이오센서 분야에서는 FET 기반 DNA 바이오센서, 라벨프리 전기적 검출 시스템, 플렉서블 바이오센서 등 바이오-전자 융합 소자 연구를 통해 스마트 헬스케어, 질병 진단 등 다양한 실용적 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 저온 용액공정, 나노소재 응용, 다층 박막 구조 등 다양한 소재 및 공정 기술을 융합하여 고감도, 고신뢰성, 저비용 바이오센서 플랫폼을 개발하고 있습니다. 연구실은 국내외 주요 학술지 및 학회에서 다수의 표지 논문, 우수 논문상, 특허 출원 및 등록 등 탁월한 연구성과를 창출하고 있으며, 삼성전자, SK하이닉스, Tokyo Electron Korea 등 국내외 반도체 및 전자소자 기업과의 산학협력, 정부 및 연구재단 프로젝트 수행을 통해 실질적인 기술 이전과 산업적 파급효과를 실현하고 있습니다. 앞으로도 전자소자연구실은 반도체 소자, 융합 전자소자, 바이오센서 등 다양한 분야에서 창의적이고 혁신적인 연구를 지속하여, 차세대 정보기술 및 바이오헬스 산업 발전에 기여할 것입니다.

Oxide Semiconductor
Ferroelectric Thin Films
Thin Film Transistors
강유전체 HfO2 기반 차세대 메모리 소자 연구
전자소자연구실은 강유전체 HfO2(Hafnium Oxide) 기반의 차세대 메모리 소자 개발에 중점을 두고 있습니다. 최근 반도체 산업에서 요구되는 저전력, 고신뢰성, 고집적 메모리 소자 구현을 위해 HfO2와 ZrO2의 조성비 조절, 산화제(예: H2O2, O3) 선택, 어닐링 공정 최적화 등 다양한 공정 변수를 체계적으로 연구하고 있습니다. 이를 통해 3nm 이하의 초박막 강유전체 박막을 구현하고, BEOL(Back-End-Of-Line) 공정과의 호환성을 확보하여 실제 반도체 제조 공정에 적용 가능한 기술을 개발하고 있습니다. 특히, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 기술을 활용하여 박막의 두께와 조성을 정밀하게 제어하고, 전기적 특성 및 내구성 향상을 위한 전극 재료(예: TiN, W)와의 계면 공학 연구도 활발히 진행 중입니다. 최근에는 머신러닝 기반의 공정 최적화, 저온 공정(300~400℃ 이하)에서의 결정화 및 강유전 특성 향상, 극저온 환경에서의 소자 특성 평가 등 첨단 연구가 이루어지고 있습니다. 이러한 연구는 DRAM, FRAM, 인메모리 컴퓨팅 등 다양한 차세대 메모리 응용 분야에 직접적으로 기여하고 있으며, 국내외 주요 학술지 및 학회에서 다수의 표지 논문, 우수 논문상, 특허 출원 및 등록 등 탁월한 성과를 창출하고 있습니다.
박막 트랜지스터 및 인쇄/플렉서블 전자소자 기술
본 연구실은 산화물 반도체 기반 박막 트랜지스터(Thin-Film Transistor, TFT)와 인쇄 및 플렉서블 전자소자 개발에도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. IGZO, In-Zn-O, In-Ga-Zn-O 등 다양한 산화물 반도체를 활용하여 저온 공정, 용액공정, 플렉서블 기판 적용 등 차세대 디스플레이 및 웨어러블 전자기기에 적합한 소자 기술을 개발하고 있습니다. 특히, 박막 트랜지스터의 전기적 안정성, 신뢰성, 저전력 구동 특성 향상을 위한 패시베이션, 도핑, 계면 제어 등 다양한 소재 및 공정 연구가 이루어지고 있습니다. 또한, 인쇄전자 및 플렉서블 전자소자 분야에서는 유연한 기판 위에 직접 소자를 형성하는 기술, 바이오센서와 연계된 FET 기반 DNA 바이오센서 개발, 대면적 웨이퍼 스케일 특성 평가 등 실용화에 가까운 연구를 진행하고 있습니다. 이러한 기술은 차세대 디스플레이, 웨어러블 헬스케어, IoT 센서 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 연구실은 관련 특허 다수 보유, 국내외 기업(삼성전자, SK하이닉스, Tokyo Electron Korea 등)과의 산학협력, 정부 및 연구재단 프로젝트 수행을 통해 실질적인 기술 이전과 산업적 파급효과를 창출하고 있습니다.
바이오센서 및 융합 소자 응용 연구
전자소자연구실은 박막 트랜지스터 및 강유전체 소자 기술을 기반으로 한 바이오센서 및 융합 소자 응용 연구도 활발히 수행하고 있습니다. FET 기반 DNA 바이오센서, 라벨프리 전기적 검출 시스템, 플렉서블 바이오센서 등 차세대 바이오헬스 및 의료융합 분야에 적용 가능한 소자 개발에 집중하고 있습니다. 저온 용액공정 및 다층 산화물 박막 구조를 활용하여 고감도, 고신뢰성, 저비용 바이오센서 플랫폼을 구현하고 있습니다. 특히, 인체 친화적이고 유연한 바이오센서 개발을 위해 플렉서블 기판, 인쇄전자 기술, 나노소재 응용 등 다양한 융합기술을 접목하고 있습니다. 이러한 연구는 바이오마커 검출, 질병 진단, 스마트 헬스케어 기기 등 다양한 실용적 응용 분야로 확장되고 있습니다. 연구실은 바이오센서 분야에서의 다수의 특허, 국내외 학술 발표, 산학협력 프로젝트 등을 통해 바이오-전자 융합 분야의 선도적 연구그룹으로 자리매김하고 있습니다.
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Investigation of chlorine-induced damage in oxide semiconductor transistors
J. W. Na, S. Lee, H. Min, G. Jang, M Song, I. S. Lee, J.-H. Yang, M. J. Kim, K.-B. Chung, S. J. Kim*
ACS Applied Electronic Materials, 2025
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Enhanced electrical stability in IGZO TFTs through passivation effects of PTFE in the back-channel layer
J. W. Na, K. Moon, I. S. Lee, K. Park, H. S. Kim, S. J. Kim, H. J. Kim
Applied Physics Letters, 2025
3
Impact of tetrakis(ethylmethylamino)-based precursor and oxygen source selection on atomic layer deposition of ferroelectric HfXZr1-XO2 thin films
J.-H. Kim, S. Song, D. M. Narayan, D. N. Le, T. T. H. Chu, M. Lee, G. Park, S. Lee, J. Kang, J. Spiegelman, M. Benham, S. J. Kim, R. Choi, J. Kim
Applied Surface Science, 2025
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Exicon (엑시콘), Industry-academic project.
2023년 04월 ~ 2025년 03월
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[BK21] National Research Foundation (NRF) of Korea (한국연구재단), 바이오헬스특화 BIT의료융합 교육연구단.
2020년 09월 ~ 2025년 02월
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POLARIS (혁신융합대학 사업단), 메모리반도체용 웨이퍼 테스트를 위한 평가 시스템 개발.
2024년 08월 ~ 2024년 12월