ASMDL
배터리공학과 이한솔
ASMDL(Advanced Semiconductor Materials and Devices Laboratory) 연구실은 가천대학교 화공생명배터리공학부 소속으로, 차세대 반도체 소재와 이를 기반으로 한 에너지 및 전자 소자 개발에 중점을 두고 있습니다. 본 연구실은 유기 및 무기 반도체 소재의 합성, 박막 제조, 나노·마이크로 구조 제어, 그리고 소자 제작 및 특성 평가까지 전 과정을 아우르는 융합적 연구를 수행하고 있습니다. 주요 연구 분야로는 트랜지스터, 광검출기, 열전소자, 태양전지 등 다양한 에너지 변환 및 전자 소자 개발이 포함됩니다.
연구실은 소재의 분자 구조 설계와 박막의 나노구조 제어를 통해, 소자의 전기적·광학적 특성을 극대화하는 전략을 개발하고 있습니다. 예를 들어, 공액고분자 기반의 열전소자에서는 도핑 효율과 결정성, 나노구조 제어를 통해 열전 성능을 극대화하고, 태양전지 분야에서는 도너-억셉터 분자의 설계와 박막의 나노모폴로지 최적화를 통해 광전변환 효율과 내구성을 동시에 향상시키고 있습니다. 또한, 페로브스카이트, 그래핀 등 첨단 소재와의 하이브리드 구조 연구도 활발히 진행 중입니다.
반도체 박막의 나노 및 마이크로 구조가 소자의 성능과 신뢰성에 미치는 영향을 체계적으로 분석하며, 다양한 박막 제조 공정과 후처리 기술을 활용하여 박막의 구조와 물성을 정밀하게 제어합니다. 이를 통해 고성능·고신뢰성 소자 개발을 위한 설계 지침을 제시하고, 대면적 인쇄전자, 플렉서블 디바이스, 차세대 에너지 소자 등 다양한 산업 분야로의 확장 가능성을 모색하고 있습니다.
유기 반도체 기반 트랜지스터 및 광검출기 소자의 동작 물리와 응용 연구도 연구실의 핵심 분야입니다. 바이어스 스트레스 안정성, 수분 및 산소에 의한 트랩 생성 메커니즘, 도핑 및 계면 개질을 통한 성능 향상 전략 등을 심도 있게 연구하며, 웨어러블 센서, 스마트 농업, 환경 모니터링 등 실제 응용을 위한 소자 집적 및 시스템화 연구도 병행하고 있습니다.
이러한 연구 활동을 통해 ASMDL 연구실은 차세대 반도체 및 에너지 소자의 상용화와 실용화에 필요한 핵심 원천기술을 확보하고, 미래 지향적 응용 분야에 직접적으로 기여하고 있습니다. 소재의 구조-물성-소자 성능 간의 정밀한 상관관계 분석을 바탕으로, 고효율·고신뢰성 에너지 및 전자 소자 개발을 선도하고 있습니다.
Polymer Field-Effect Transistors
Conductive Polymers
Conducting Polymers
차세대 반도체 소재 및 에너지 변환 소자 개발
ASMDL 연구실은 차세대 반도체 소재와 이를 기반으로 한 에너지 변환 소자 개발에 중점을 두고 있습니다. 본 연구실에서는 유기 및 무기 반도체 소재의 합성, 구조 제어, 그리고 이들의 전기적·광학적 특성 분석을 통해 고성능 트랜지스터, 광검출기, 열전소자, 태양전지 등 다양한 응용 분야에 적합한 신소재를 개발하고 있습니다. 특히, 전도성 고분자, 페로브스카이트, 나노구조 소재 등 다양한 신소재를 활용하여 기존 소자의 한계를 극복하고, 에너지 효율 및 신뢰성을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다.
연구실은 소재의 분자 구조 설계부터 박막 제조, 소자 제작 및 특성 평가까지 전 과정을 아우르는 융합적 접근을 통해, 소재와 소자 간의 상관관계를 체계적으로 규명합니다. 예를 들어, 공액고분자 기반의 열전소자에서는 도핑 효율과 결정성, 나노구조 제어를 통해 열전 성능을 극대화하는 전략을 개발하고 있으며, 태양전지 분야에서는 도너-억셉터 분자의 설계와 박막의 나노모폴로지 최적화를 통해 광전변환 효율과 내구성을 동시에 향상시키고 있습니다.
이러한 연구는 에너지 하베스팅, 웨어러블 전자기기, 스마트 센서 등 미래 지향적 응용 분야에 직접적으로 기여할 수 있습니다. 또한, 소재의 구조-물성-소자 성능 간의 정밀한 상관관계 분석을 통해, 차세대 반도체 및 에너지 소자의 상용화와 실용화에 필요한 핵심 원천기술을 확보하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.
반도체 박막의 나노·마이크로 구조 제어 및 물성 연구
본 연구실은 반도체 박막의 나노 및 마이크로 구조가 소자의 광학적·전기적 특성에 미치는 영향을 심층적으로 연구합니다. 박막의 결정성, 계면 구조, 나노섬유 및 나노입자 분포 등 미세구조는 전하 이동, 광흡수, 열전달 등 소자 성능의 핵심 요소로 작용합니다. 연구실에서는 다양한 박막 제조 공정(스핀코팅, 증착, 인쇄 등)과 후처리(열처리, 도핑, 표면 개질 등)를 통해 박막의 구조를 정밀하게 제어하고, 이로 인한 물성 변화를 체계적으로 분석합니다.
특히, 유기 반도체 박막의 경우, 분자간 상호작용과 결정화 과정이 전하 이동도, 광전변환 효율, 열전 성능 등에 직접적인 영향을 미치므로, 박막 내 나노구조 형성 메커니즘을 규명하고 최적화하는 연구를 수행합니다. 또한, 그래핀 등 2차원 소재와의 하이브리드 구조, 페로브스카이트 박막의 표면 안정화, 전극 계면 개질 등 다양한 소재 및 구조적 접근을 통해 소자의 신뢰성과 내구성을 향상시키고 있습니다.
이러한 연구는 반도체 소재의 근본적인 물리·화학적 특성 이해를 바탕으로, 고성능·고신뢰성 소자 개발을 위한 설계 지침을 제시합니다. 나아가, 박막 구조 제어 기술은 대면적 인쇄전자, 플렉서블 디바이스, 차세대 에너지 소자 등 다양한 산업 분야로의 확장 가능성을 지니고 있습니다.
유기 반도체 기반 트랜지스터 및 광검출기 소자 물리와 응용
ASMDL 연구실은 유기 반도체를 기반으로 한 트랜지스터(OFET) 및 광검출기(OPD) 소자의 동작 원리와 성능 향상에 관한 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 유기 반도체는 기계적 유연성, 저비용 공정, 대면적 제조가 가능하다는 장점이 있으나, 전하 이동도와 소자 안정성 측면에서 극복해야 할 과제가 존재합니다. 연구실에서는 공액고분자, 도너-억셉터 분자, 페로브스카이트 등 다양한 유기 소재의 분자 구조와 박막 구조를 제어하여, 고이동도 및 고안정성 트랜지스터를 개발하고 있습니다.
특히, 트랜지스터의 바이어스 스트레스 안정성, 수분 및 산소에 의한 트랩 생성 메커니즘, 도핑 및 계면 개질을 통한 성능 향상 전략 등을 심도 있게 연구합니다. 광검출기 분야에서는 페로브스카이트 양자점, 고분자-나노복합체 등 첨단 소재를 활용하여, 고감도·고속 응답 특성을 갖는 소자를 개발하고, 광전변환 메커니즘을 규명합니다. 또한, 웨어러블 센서, 스마트 농업, 환경 모니터링 등 실제 응용을 위한 소자 집적 및 시스템화 연구도 병행하고 있습니다.
이러한 연구는 유기 반도체 소자의 근본적인 동작 물리 이해와 더불어, 차세대 플렉서블·웨어러블 전자기기, 스마트 센서 네트워크 등 다양한 응용 분야로의 확장성을 확보하는 데 중요한 역할을 합니다.
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ChemSusChem, 2016, 9, 445
ChemSusChem, 2016
2
J. Mater. Chem. C, 2016, 4, 10610
J. Mater. Chem. C, 2016
3
ACS Energy Lett., 2019, 4, 1401
ACS Energy Lett., 2019
1
곁사슬 열분해를 통한 공액고분자 박막의 고효율 도핑공정 및 고성능 유기 열전소재 개발
