오누리 연구실은 합성된 나노재료를 실제 소자 성능으로 연결하는 광전자 응용 연구를 중점적으로 추진하고 있다. 대표적으로 양자점 발광다이오드(QD-LED), 광검출기, 전계효과 트랜지스터, 빛 반응형 디스플레이와 같은 소자에서 나노결정의 광흡수·전하생성·전하수송·전기발광 특성을 통합적으로 분석한다. 이를 통해 단순한 소재 개발을 넘어, 나노재료가 어떤 구조와 조성에서 최적의 소자 기능을 보이는지 규명하는 응용 중심의 연구 체계를 갖추고 있다. 연구실의 논문과 발표 실적을 보면, 이중 헤테로접합 나노로드를 활용한 빛 응답형 LED, InP 기반 QD-LED, InAs 양자점 적외선 검출기, Zn3As2 기반 p형 트랜지스터 등 매우 다양한 소자 플랫폼을 다루고 있음을 확인할 수 있다. 특히 하나의 소자에서 광전류 생성과 전기발광을 동시에 구현하는 다기능 광전자 구조, 또는 p형 콜로이드 나노결정을 이용한 트랜지스터 구현은 차세대 인터랙티브 디스플레이와 센서 융합 기술의 가능성을 보여준다. 연구실은 소자 구조 설계와 재료의 전자구조 제어를 함께 고려하여 기능 통합형 광전자 시스템을 지향한다. 이러한 연구는 AR/VR, 마이크로디스플레이, 웨어러블 전자소자, 단파장 적외선 센서 등 미래 산업과 밀접하게 연결된다. 용액공정 기반 나노소재를 이용하면 저비용 대면적 제조와 유연기판 적용이 가능하므로, 기존 진공공정 중심 소자의 한계를 보완할 수 있다. 따라서 본 연구실의 광전자소자 연구는 차세대 디스플레이와 센싱 기술의 재료-공정-소자 통합 해법을 제시하는 데 큰 의의를 가진다.

오누리 연구실은 콜로이드 기반 반도체 양자점과 나노결정의 정밀 합성을 핵심 축으로 연구를 수행한다. 특히 III-V족 및 II-V족 계열의 친환경 또는 저독성 반도체 나노재료를 대상으로, 전구체 반응성·화학양론·성장 온도·리간드 환경을 정교하게 제어하여 높은 결정성과 균일한 크기 분포를 갖는 나노결정을 구현하는 데 집중하고 있다. 이는 기존 카드뮴계 양자점을 대체할 수 있는 차세대 발광·광검출 소재를 확보하기 위한 기반 기술로서 의미가 크다. 이 연구실의 대표적인 방향은 InP 양자점, InAs 양자점, Zn3As2 나노결정 등 프닉타이드 계열 나노소재의 합성 전략 확장에 있다. 새로운 비소 및 인 전구체를 설계하거나 공환원 반응을 활용하여 합성이 까다로운 p형 또는 적외선 응답 나노결정을 재현성 있게 제조하고, 반응 초기 단계의 중간체와 형성 메커니즘을 규명함으로써 소재 라이브러리를 넓히고 있다. 또한 합성된 나노결정을 전계효과 트랜지스터나 광전자소자의 활성층으로 연결할 수 있도록 표면 안정성과 조성 정확도를 함께 확보하는 접근을 취한다. 이러한 연구는 단순히 새로운 나노입자를 만드는 데 그치지 않고, 차세대 디스플레이·적외선 센서·광전자 집적소자에 필요한 소재 플랫폼을 제공한다는 점에서 중요하다. 특히 p형 콜로이드 나노결정과 중금속 프리 양자점의 확보는 소자의 친환경성, 공정 호환성, 대면적 제조 가능성을 동시에 높일 수 있다. 앞으로도 본 연구실은 합성 화학과 소자 물성을 연결하는 재료 설계를 통해 기능성 반도체 나노소재의 범위를 지속적으로 확장할 것으로 기대된다.

오누리 연구실은 양자점의 성능을 좌우하는 표면 결함과 계면 상태를 원자 수준에서 제어하는 표면 공학 연구를 활발히 수행하고 있다. 콜로이드 반도체 나노결정은 표면 원자 비율이 매우 높기 때문에, 미세한 결함이나 불완전 결합이 곧바로 비복사 재결합과 발광 효율 저하로 이어진다. 연구실은 이러한 문제를 해결하기 위해 금속 할라이드, 금속 카복실레이트, 다양한 기능성 리간드 등을 이용해 표면 트랩을 제거하고 전하 재결합 경로를 최적화하는 전략을 발전시켜 왔다. 특히 InP 양자점에서 쉘 구조 없이도 높은 발광 효율을 달성하기 위한 연구는 연구실의 중요한 성과 중 하나이다. 아연계와 갈륨계 리간드를 동시에 활용하여 In과 P 원자의 미배위 문제를 완화하고, 표면 산화와 in-gap trap state를 줄임으로써 90% 이상의 고발광 효율을 구현하는 접근은 기존의 두꺼운 쉘 의존적 설계를 넘어서는 새로운 패러다임을 제시한다. 이와 함께 InAs, InP, 페로브스카이트 나노결정 등 다양한 소재계에서 리간드 교환과 표면 금속 이온 도입이 광학적·전기적 특성에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고 있다. 이 연구는 고색순도 디스플레이, 고효율 QD-LED, 적외선 광검출기와 같은 응용 분야로 직접 연결된다. 표면과 계면을 정밀하게 다루면 발광 효율뿐 아니라 전하 수송, 장기 안정성, 소자 구동 전압까지 함께 개선할 수 있기 때문이다. 향후 본 연구실의 표면 상태 제어 기술은 친환경 양자점 기반 광전자소자의 상용화 가능성을 높이는 핵심 기반 기술로 작용할 것이다.

오누리 연구실은 양자점을 실제 디스플레이와 집적소자에 적용하기 위한 패터닝 및 구조화 공정 연구도 적극적으로 수행하고 있다. 고성능 양자점 소재가 개발되더라도, 이를 미세 픽셀 단위로 정밀하게 배열하고 후속 공정에서 안정성을 유지하지 못하면 실용화가 어렵다. 연구실은 이 문제를 해결하기 위해 리간드 가교결합, 광유도 중합, 클릭 화학 등 화학적 공정 전략을 활용하여 양자점 고체의 내용매성, 가공성, 미세 패터닝 정밀도를 향상시키는 기술을 개발하고 있다. 특히 이황화 결합을 갖는 리포산 기반 리간드의 고리 열림 중합을 이용해 양자점 간 가교를 유도하는 연구는, 광조사만으로 패턴 형성과 기계적 안정성 부여를 동시에 가능하게 했다는 점에서 주목된다. 이 방식은 수 마이크로미터 수준의 미세 패턴 구현, 고해상도 픽셀 배열, 스트레처블 복합체 제작, 자가치유 및 재활용 가능성까지 제시하며 기존의 일회성 패터닝 기술을 넘어서는 확장성을 보여준다. 또한 디스플레이용 발광층뿐 아니라 실리콘 기반 집적 플랫폼과의 호환성도 높여 차세대 마이크로디스플레이 제조 공정에 적합하다. 이 연구의 장점은 성능 향상과 지속가능성을 동시에 추구한다는 점이다. 가역적 중합과 회수 가능한 재료 시스템은 폐기물 저감과 공정 효율 향상에 기여하며, 유연·신축 소자 구현을 통해 웨어러블 전자기기와 차세대 인터페이스 기술로의 응용 가능성도 넓힌다. 앞으로 본 연구실의 패터닝 기술은 초고해상도 디스플레이, 온실리콘 광전자소자, 친환경 제조 플랫폼의 핵심 공정 기술로 발전할 잠재력이 크다.