본 연구실의 연구는 아래와 같은 기초와 응용의 융합연구에 기반하여 연구 진행함. Sn 산화물 반도체의 p형/가역적 도핑 구현 및 이종접합 전자소자 응용: 본 세부연구에서는 p-type Sn 기반 산화물 박막 후보군을 전산재료과학 공동연구를 통해 파악하고, 이를 바탕으로 박막 내의 홀 전도를 극대화 할 수 있는 방안을 마련하고자 함. 또한, 외부 자극(전기, 빛)에 의해서 박막 내 가역적 도핑 방법 및 격자 제어를 공동 연구를 통해서 파악하고, 이를 바탕으로 산화물 반도체 박막 내 전하 종류 및 전하 밀도를 자유롭게 변화시킬 수 있는 기술을 개발하고자 함. 이와 같이 개발된 산화물 반도체 도핑 기술을 이용한 다양한 이종접합 구조를 이용하여, 전하 수득이 극대화된 저전력/초민감성 소자 및 소자 구동 중 가역적으로 실시간 프로그래밍이 가능한 다기능 산화물 반도체 소자를 구현하고자 함. 원자 레벨 구조 이미징을 통한 p형/가역적 도핑 기작 심층적 이해: 본 세부연구에서는 주사투과전자현미경(STEM) 기반 원자 구조 이미징을 이용해 p형 산화물 반도체의 격자 구조뿐만 아니라, 주입된 p형 도펀트의 원자 구조를 분석하고자 함. 또한, 도핑 전/후에 따른 물질의 구조 분석 이외에, 실시간으로 외부 자극(온도, 전기장)을 인가할 수 있는 샘플 홀더를 이용하여 가역적 도핑에 따른 도펀트/격자 구조와 도펀트의 거동에 대한 동역학적 정보를 실시간으로 확인하고자 함. 펨토초 분광법 기반 전하 동역학 이해 및 이종접합 광소자 응용: 본 세부연구에서는 Sn 산화물 합성을 하는 손준우 교수 연구팀과 긴밀한 공동 연구를 통해 전자동역학 특성을 측정하고 주요한 메커니즘을 규명하고자 함. 또한, Sn 산화물 pn접합을 기반한 광소자 특성을 이해하기 위해 공초점 현미경에 자외선 펨토초 레이저 광원을 결합한 시스템을 활용하여 광전류 생성 메커니즘을 체계적으로 분석하고자 함. 전산재료과학을 통한 p형/가역적 도펀트 안정성 및 확산 거동 예측: 본 세부연구에서는 제일원리계산을 통하여 Sn2+ 기반의 산화물 반도체의 결함 구조를 분석하고, 모체의 밴드구조를 유지 및 향상시킬 수 있는 p-type 도펀트의 탐색을 통해 고성능의 전기적 특성을 구현할 수 있는 방안을 마련하고자 함. 또한, 실험 분석팀과의 협업을 통해 결함의 구조적 특성을 밝히고 기계학습을 활용한 분자동역학 시뮬레이션을 통해 결함의 이동특성을 밝혀 가역적 결함 제어를 위한 기초 지식을 확립하고자 함. 나아가, 소자를 제작 및 분석하는 공동 연구팀과의 협업을 통해 차세대 광전소자를 개발할 수 있는 방법을 모색하고자 함.