2차원 소재는 원자 두께의 얇은 층으로 이루어진 물질로, 그래핀, 이황화몰리브덴(MoS2), 육방정질 붕소질화물(h-BN) 등 다양한 종류가 있습니다. 이러한 2차원 소재는 기존의 벌크 소재와는 차별화된 전기적, 광학적, 기계적 특성을 지니고 있어 차세대 전자소자, 센서, 에너지 소자 등 다양한 분야에서 혁신적인 응용이 기대되고 있습니다. 본 연구실은 2차원 소재의 합성, 특성 분석, 그리고 이를 기반으로 한 소자 제작 및 응용에 대한 연구를 선도적으로 수행하고 있습니다. 특히, 대면적 그래핀 및 2차원 소재의 화학기상증착(CVD) 합성 기술 개발에 집중하고 있으며, 이 과정에서 발생하는 소재의 결함 제어, 도핑, 계면 엔지니어링 등 핵심 기술을 확보하고 있습니다. 또한, 2차원 소재와 다양한 기판 및 유전체와의 계면 특성 개선을 통해 소자의 이동도, 신뢰성, 동작 전압 등 성능을 극대화하는 연구를 진행하고 있습니다. 이를 위해 기능화된 그래핀 단일층을 초박막 시드층으로 활용하거나, 다양한 기판으로의 전사 기술을 개발하여 유연한 전자소자 구현에도 앞장서고 있습니다. 이러한 연구를 바탕으로, 본 연구실은 고성능 트랜지스터, 논리소자, 메모리 소자 등 차세대 전자소자 개발에 기여하고 있습니다. 또한, 2차원 소재 기반의 이종접합 구조, 수직 터널링 소자, 밴드 정렬 제어 등 첨단 소자 구조를 도입하여 집적회로, 신경모방 소자 등 미래 정보기술의 핵심을 이루는 연구를 지속적으로 확장하고 있습니다.

유연하고 신축성 있는 전자소자 및 디스플레이는 차세대 웨어러블 기기, 스마트 헬스케어, 차세대 디스플레이 등 다양한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 본 연구실은 2차원 소재의 뛰어난 기계적 유연성과 전기적 특성을 활용하여, 기존의 실리콘 기반 소자가 가지지 못하는 유연성, 투명성, 신축성을 갖춘 전자소자 및 디스플레이 개발에 집중하고 있습니다. 특히, 그래핀 및 MoS2 등 2차원 소재를 기반으로 한 유연 트랜지스터, 신축성 디스플레이, 투명 전극, 플렉서블 메모리 소자 등 다양한 소자를 개발하고 있습니다. 이를 위해 소재의 대면적 합성, 고품질 전사, 계면 안정화, 신뢰성 향상 등 다양한 공정 기술을 연구하고 있으며, 실제 산업적 대량생산에 적합한 저온 공정, 대면적 전사, 고신뢰성 패키징 기술 등도 함께 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 스마트폰, 웨어러블 디바이스, 전자피부, 스마트 의류, 3D 디스플레이 등 미래형 전자기기의 상용화에 중요한 기반이 됩니다. 본 연구실은 KAIST 내외의 다양한 연구그룹과 협력하여, 소재-공정-소자-시스템을 아우르는 융합연구를 통해 인간 친화형 전자기술의 혁신을 이끌고 있습니다.

뉴로모픽 소자는 인간 뇌의 신경망 구조와 유사한 동작을 모방하는 차세대 정보처리 소자로, 인공지능, 빅데이터, 엣지 컴퓨팅 등 다양한 분야에서 주목받고 있습니다. 본 연구실은 2차원 소재 기반의 인공 시냅스, 멤리스터, 뉴런 소자 등 뉴로모픽 하드웨어 개발에 앞장서고 있습니다. 특히, 클러스터형 전도 필라멘트 제어, 이종접합 구조, 저전력 동작, 고신뢰성 시냅스 어레이 등 다양한 구조와 소재를 활용하여, 기존 실리콘 기반 소자가 가지는 한계를 극복하고 있습니다. 또한, 실제 뉴로모픽 시스템 구현을 위한 집적회로 설계, 로직-인-메모리 구조, 리저버 컴퓨팅 등 첨단 컴퓨팅 아키텍처 연구도 병행하고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 효율적이고, 대규모 병렬처리가 가능한 차세대 인공지능 하드웨어 개발에 중요한 역할을 하며, 실제 의료 영상 진단, 패턴 인식, 자율주행 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 본 연구실은 세계적 수준의 뉴로모픽 소자 및 시스템 연구를 통해 미래 정보사회에 기여하고 있습니다.