본 연구실은 반도체 물리와 나노소재 기술을 바탕으로 차세대 인공지능 하드웨어 구현을 위한 뉴로모픽 소자 및 어레이 개발에 주력하고 있습니다. 뉴로모픽 소자는 인간 뇌의 시냅스 구조와 신호처리 방식을 모방하여, 기존의 디지털 컴퓨팅 한계를 극복하고 에너지 효율적이며 병렬처리가 가능한 인공지능 시스템을 구현하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 연구실에서는 플래시 메모리 구조, 양자점, 금 나노입자, 백금 플로팅 게이트 등 다양한 소재와 구조를 활용하여 시냅스 소자의 전기적 특성, 메모리 윈도우, 반복성, 내구성 등을 체계적으로 분석하고 있습니다. 특히, 메쉬 타입 백금 플로팅 게이트와 금 나노입자를 적용한 플로팅 게이트 소자, 양자점 기반 플래시 메모리 소자 등 다양한 형태의 뉴로모픽 소자를 제작하여, 시냅스 가중치의 다단계 조절, 프로그램/이레이즈 동작의 우수성, 반복적 신호처리에 대한 내구성 등을 실험적으로 검증하였습니다. 이 과정에서 정전용량-전압, 전류-전압 특성 측정, 터널 산화막 및 컨트롤 산화막의 최적화 등 다양한 반도체 공정 및 측정 기법을 활용하고 있습니다. 이러한 연구는 인공지능 칩, 엣지 컴퓨팅, 차세대 메모리 등 다양한 응용 분야에 적용될 수 있으며, 실제로 인공지능 칩 적용을 위한 뉴로모픽 소자 및 어레이 핵심기술 개발 프로젝트를 수행하고 있습니다. 앞으로도 더욱 다양한 소재와 구조를 탐색하여, 고성능·저전력·고신뢰성의 뉴로모픽 소자 및 어레이 개발을 선도할 계획입니다.

연구실은 반도체 및 MEMS 공정을 기반으로 한 임피던스 및 정전용량 바이오센서 개발에도 활발히 참여하고 있습니다. 이 바이오센서는 세포의 성장, 약물 반응, 세포 상태 변화 등을 실시간으로 비파괴적으로 모니터링할 수 있는 첨단 기술로, 바이오·의료 분야에서의 활용도가 매우 높습니다. NIH/3T3 세포, HeLa 암세포 등 다양한 세포를 대상으로 한 실험을 통해, 센서의 패턴 크기, 전극 간격, 주파수 대역에 따른 정전용량 및 임피던스 변화 특성을 체계적으로 분석하고 있습니다. 특히, 다중 웰 어레이 바이오센서, 3차원 세포 배양 바이오센서, 온도/임피던스 통합 센서 등 다양한 구조의 바이오센서를 개발하여, 세포 성장 및 약물 반응의 정밀한 실시간 모니터링을 실현하였습니다. 이 과정에서 ECIS(Electric Cell-substrate Impedance Sensing) 시스템, 정전용량-전압 측정, 이미지 분석 등 다양한 측정 및 분석 기법을 적용하고, 센서의 민감도, 재현성, 데이터 균일성 등을 높이기 위한 최적화 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 연구는 신약 개발, 세포 치료제 평가, 암 진단, 조직공학 등 다양한 바이오·의료 분야에 응용될 수 있으며, 실제로 3차원 세포 배양 바이오센서 및 셀 특성 측정 장치 관련 특허도 보유하고 있습니다. 앞으로도 바이오센서의 고도화와 함께, 인공지능 및 데이터 분석 기술과의 융합을 통해 정밀의료 및 바이오헬스케어 분야의 혁신을 주도할 계획입니다.

본 연구실은 실리콘, 실리사이드, 금속 산화물 등 다양한 나노소재와 반도체 공정을 활용하여 열전소자 및 에너지 변환 소자 개발에도 집중하고 있습니다. 열전소자는 온도차를 전기 에너지로 변환하는 장치로, 친환경 에너지 하베스팅, 웨어러블 디바이스, 마이크로 발전기 등 다양한 분야에서 각광받고 있습니다. 연구실에서는 실리콘 나노와이어, 실리사이드/실리콘 다층 구조, Ni/Ge 멀티레이어 등 다양한 구조를 설계·제작하여, Seebeck 계수, 전기전도도, 열전도도, 파워팩터 등 열전 특성을 체계적으로 분석하고 있습니다. 특히, 나노구조화 및 이종계면 형성을 통해 열전도도를 효과적으로 저감하고, 전기적 특성은 유지 또는 향상시키는 전략을 적용하고 있습니다. 이를 위해 원자 진동 모델, 그린 함수 방법, 전자·포논 수송 이론 등 이론적·수치적 해석과 실험적 측정을 병행하여, 열전소자의 성능을 극대화하는 최적화 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 도핑 농도, 표면 거칠기, 나노구조의 크기 및 배열 등 다양한 변수에 따른 열전 특성 변화를 심도 있게 탐구하고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 에너지 변환 소자, 친환경 발전 시스템, 마이크로·나노 전자기기 등 다양한 응용 분야에 적용될 수 있습니다. 앞으로도 새로운 나노소재와 구조를 도입하여, 고효율·저비용의 열전소자 개발과 실용화를 목표로 연구를 지속할 계획입니다.