Hanwool Yeon Research Lab

신소재공학부 연한울

연한울 연구실은 차세대 반도체 소자와 시스템을 위한 혁신적인 신소재 및 공정 기술 개발에 주력하고 있습니다. 특히, 스마트 메탈라이제이션(SMART Metallization) 기술을 기반으로 한 자유형상 및 유연성이 뛰어난 뉴로모픽 엣지 컴퓨팅 시스템 구현을 목표로 하고 있습니다. 이를 통해 기존 모바일 및 휴대용 엣지 디바이스를 넘어서는 새로운 형태의 지능형 하드웨어를 실현하고자 합니다. 본 연구실은 반도체 소자 내 금속 접점 형성, 소자 간 신뢰성 높은 금속 연결, 그리고 고성능 뉴로모픽 소자 및 이종 집적 인공 감각 신경 시스템 개발에 중점을 두고 있습니다. 이러한 연구는 소재 과학, 미세 공정, 집적회로 설계 등 다양한 분야의 융합적 접근을 통해 이루어지며, 미래 지능형 시스템의 핵심 기반 기술을 제공하고 있습니다. 또한, 유연 전자피부 및 스트레인 센서와 같은 차세대 센서 플랫폼 개발에도 앞장서고 있습니다. 초박막 반도체와 혁신적인 소재 공정을 활용하여, 칩리스 무선 전자피부, 고감도 스트레인 센서, 장기간 신뢰성 있는 생체 신호 측정이 가능한 센서 시스템을 연구하고 있습니다. 이러한 기술은 웨어러블 헬스케어, 스마트 로보틱스, 재활 및 의수 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있습니다. 뉴로모픽 메모리 및 이종 집적 패키지 기술 역시 연구의 중요한 축을 이루고 있습니다. 멤리스터 기반 인공 시냅스 소자, 3차원 적층형 이종 집적 칩, 광전자 소자 어레이 등 첨단 하드웨어 기술을 개발하여, 대규모 병렬 데이터 처리와 에너지 효율을 동시에 달성하고 있습니다. AI 반도체 패키지의 발열 모델링, 방열 아키텍처, 신뢰성 진단 등 패키지 전반에 걸친 연구도 활발히 진행 중입니다. 이처럼 연한울 연구실은 신소재공학을 기반으로 반도체, 인공지능, 바이오센서, 패키지 등 다양한 분야를 아우르는 융합 연구를 통해, 미래형 지능형 시스템과 인간-기계 인터페이스 기술의 발전을 선도하고 있습니다.

대표 연구 분야

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스마트 메탈라이제이션(SMART Metallization) 기반 차세대 반도체 소자

스마트 메탈라이제이션은 기존의 금속 배선 기술을 혁신적으로 개선하여, 반도체 소자의 성능과 신뢰성을 극대화하는 첨단 소재 및 공정 전략입니다. 본 연구실에서는 자유로운 형태와 유연성을 갖춘 뉴로모픽 엣지 컴퓨팅 시스템을 실현하기 위해, 다양한 반도체 소자에 적용 가능한 스마트 메탈라이제이션 기술을 개발하고 있습니다. 이를 통해 소자, 어레이, 집적 등 하드웨어의 모든 단계에서 발생하는 핵심적인 문제들을 해결하고자 합니다. 스마트 메탈라이제이션 기술은 반도체 표면에 다양한 금속 접점을 형성하고, 소자 간의 신뢰성 높은 금속 연결을 구현하는 데 중점을 둡니다. 이러한 기술은 고성능 뉴로모픽 소자, 유연한 시냅스/센서 어레이, 그리고 이종 집적 인공 감각 신경 시스템의 구현을 가능하게 합니다. 특히, 인공지능 기반 엣지 컴퓨팅 환경에서 요구되는 높은 데이터 처리 속도와 에너지 효율을 동시에 달성할 수 있도록 설계되었습니다. 본 연구실의 스마트 메탈라이제이션 연구는 반도체 소재 과학, 미세 공정, 집적회로 설계 등 다양한 분야의 융합적 접근을 통해 이루어집니다. 이를 통해 차세대 반도체 소자의 신뢰성, 성능, 확장성을 모두 만족시키는 혁신적인 기술을 선도하고 있으며, 미래의 지능형 시스템 구현에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.

유연 전자피부 및 스트레인 센서 기술

유연 전자피부(e-skin)와 스트레인 센서는 인간의 피부와 유사한 기계적 특성을 가지면서도, 다양한 생체 신호를 정밀하게 감지할 수 있는 차세대 센서 플랫폼입니다. 본 연구실에서는 초박막 반도체와 혁신적인 소재 공정을 활용하여, 칩리스 무선 전자피부, 고감도 스트레인 센서, 그리고 다양한 환경 및 생체 신호를 장기간 안정적으로 측정할 수 있는 센서 시스템을 개발하고 있습니다. 특히, 표면 탄성파 기반의 전자피부는 기존의 집적회로 칩을 사용하지 않고도, 낮은 전력 소모와 높은 감도를 동시에 달성할 수 있습니다. 이를 통해 맥박, 자외선, 땀 내 이온 농도 등 다양한 생체 신호를 실시간으로 모니터링할 수 있으며, 장기간 착용에도 신뢰성 있는 데이터 수집이 가능합니다. 또한, 땀구멍 구조에서 영감을 받은 천공형 전자피부는 땀의 축적을 효과적으로 억제하여, 센서와 피부 간의 밀착성을 유지하고, 장기적인 건강 모니터링에 적합합니다. 이러한 유연 전자피부 및 스트레인 센서 기술은 웨어러블 헬스케어, 재활 및 의수, 스마트 로보틱스 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있습니다. 본 연구실은 소재 설계, 소자 공정, 시스템 통합에 이르는 전주기적 연구를 통해, 미래형 스마트 헬스케어 및 인간-기계 인터페이스 기술의 발전을 선도하고 있습니다.

뉴로모픽 메모리 및 이종 집적 패키지 기술

뉴로모픽 메모리와 이종 집적 패키지 기술은 인공지능 및 엣지 컴퓨팅 시대에 필수적인 하드웨어 혁신을 이끌고 있습니다. 본 연구실은 멤리스터 기반의 인공 시냅스 소자, 3차원 적층형 이종 집적 칩, 그리고 광전자 소자 어레이를 활용한 고효율 데이터 처리 시스템을 연구하고 있습니다. 이러한 기술은 대규모 병렬 데이터 처리와 에너지 효율을 동시에 달성할 수 있도록 설계되었습니다. 특히, 멤리스터와 같은 저항변화 메모리 소자는 기존의 CMOS 한계를 극복하고, 뇌를 모방한 신경망 연산을 하드웨어적으로 구현할 수 있는 핵심 요소입니다. 본 연구실은 합금화된 전도 채널, 에피택셜 메모리, 산화물 기반 저항변화 소자 등 다양한 소재 및 구조를 도입하여, 스위칭 균일성과 신뢰성을 극대화한 뉴로모픽 메모리 어레이를 개발하고 있습니다. 또한, 광전자 소자와의 집적을 통해 센서-메모리-프로세서 간의 데이터 대역폭을 극대화하고, 실시간 분류 및 노이즈 환경에서의 성능 향상도 실현하고 있습니다. 이종 집적 패키지 기술은 다양한 기능성 칩을 수직으로 적층하여, 공간 효율성과 확장성을 동시에 확보할 수 있습니다. 본 연구실은 AI 반도체 패키지의 발열 모델링 및 방열 아키텍처, 신뢰성 진단 등 패키지 전반에 걸친 연구를 수행하고 있으며, 차세대 엣지 컴퓨팅 및 인공지능 하드웨어의 상용화에 기여하고 있습니다.

주요 논문

발행물 전체보기

Recent Advances and Future Prospects for Memristive Materials, Devices, and Systems

Yeon, H.[Yeon, Hanwool], Song, M.-K.[Song, Min-Kyu], Kang, J.-H.[Kang, Ji-Hoon], Zhang, X.[Zhang, Xinyuan], Ji, W.[Ji, Wonjae], Ascoli, A.[Ascoli, Alon], Messaris, I.[Messaris, Ioann, Demirkol, A.S.[Demirkol, Ahm, Dong, B.[Dong, Bowei], Aggarwal, S.[Aggarwal, Samar, Wan, W.[Wan, Weier], Hong, S.-M.[Hong, Seok-Man], Cardwell, S.G.[Cardwell, Sum, Boybat, I.[Boybat, Irem], Seo, J.-S.[Seo, Jae-Sun], Lee, J.-S.[Lee, Jang-Sik], Lanza, M.[Lanza, Mario], Onen, M.[Onen, Murat], Li, J.[Li, Ju], Yildiz, B.[Yildiz, Bilge], del, Alamo J.A.[del Alamo, J, Kim, S.[Kim, Seyoung], Choi, S.[Choi, Shinhyun], Milano, G.[Milano, Gianluca], Ricciardi, C.[Ricciardi, Car, Alff, L.[Alff, Lambert], Chai, Y.[Chai, Yang], Wang, Z.[Wang, Zhongrui], Bhaskaran, H.[Bhaskaran, Har, Hersam, M.C.[Hersam, Mark C., Strukov, D.[Strukov, Dmitri], Wong, H.P.[Wong, H.-S. Phili, Valov, I.[Valov, Ilia], Gao, B.[Gao, Bin], Wu, H.[Wu, Huaqiang], Tetzlaff, R.[Tetzlaff, Ronal, Sebastian, A.[Sebastian, Abu, Lu, W.[Lu, Wei], Chua, L.[Chua, Leon], Yang, J.J.[Yang, J. Joshua], Kim, J.[Kim, Jeehwan]

ACS Nano, 2023

Vertical full-colour micro-LEDs via 2D materials-based layer transfer

Yeon, H[Yeon, Hanwool], Shin, J[Shin, Jiho], Kim, H[Kim, Hyunseok], Sundaram, S[Sundaram, Suresh, Jeong, J[Jeong, Junseok], Park, BI[Park, Bo-In], Chang, CS[Chang, Celesta S.], Choi, J[Choi, Joonghoon], Kim, T[Kim, Taemin], Saravanapavanantham, M[Sarav, Lu, KY[Lu, Kuangye], Kim, S[Kim, Sungkyu], Suh, JM[Suh, Jun Min], Kim, KS[Kim, Ki Seok], Song, MK[Song, Min-Kyu], Liu, YP[Liu, Yunpeng], Qiao, K[Qiao, Kuan], Kim, JH[Kim, Jae Hwan], Kim, Y[Kim, Yeongin], Kang, JH[Kang, Ji-Hoon], Kim, J[Kim, Jekyung], Lee, D[Lee, Doeon], Lee, J[Lee, Jaeyong], Kim, JS[Kim, Justin S.], Lee, HE[Lee, Han Eol], Kum, HS[Kum, Hyun S.], Bae, SH[Bae, Sang-Hoon], Bulovic, V[Bulovic, Vladimir, Yu, KJ[Yu, Ki Jun], Lee, K[Lee, Kyusang], Chung, K[Chung, Kwanghun], Hong, YJ[Hong, Young Joon], Ougazzaden, A[Ougazzaden, Ab, Kim, J[Kim, Jeehwan]

NATURE, 2023

Chip-less wireless electronic skins by remote epitaxial freestanding compound semiconductors

Yeon, Hanwool[Yeon, Hanwool], Kim, Yeongin[Kim, Yeongin], Suh, Jun Min[Suh, Jun Min], Shin, Jiho[Shin, Jiho], Liu, Yunpeng[Liu, Yunpeng], Qiao, Kuan[Qiao, Kuan], Kum, Hyun S.[Kum, Hyun S.], Kim, Chansoo[Kim, Chansoo], Lee, Han Eol[Lee, Han Eol], Choi, Chanyeol[Choi, Chanyeo, Kim, Hyunseok[Kim, Hyunseok], Lee, Doyoon[Lee, Doyoon], Lee, Jaeyong[Lee, Jaeyong], Kang, Ji-Hoon[Kang, Ji-Hoon], Park, Bo-In[Park, Bo-In], Kang, Sungsu[Kang, Sungsu], Kim, Jihoon[Kim, Jihoon], Kim, Sungkyu[Kim, Sungkyu], Perozek, Joshua A.[Perozek,, Wang, Kejia[Wang, Kejia], Park, Yongmo[Park, Yongmo], Kishen, Kumar[Kishen, Kumar], Kong, Lingping[Kong, Lingpin, Palacios, Tomas[Palacios, T, Park, Jungwon[Park, Jungwon], Park, Min-Chul[Park, Min-Chu, Kim, Hyung-jun[Kim, Hyung-ju, Lee, Yun Seog[Lee, Yun Seog], Lee, Kyusang[Lee, Kyusang], Bae, Sang-Hoon[Bae, Sang-Hoo, Kong, Wei[Kong, Wei], Han, Jiyeon[Han, Jiyeon], Kim, Jeehwan[Kim, Jeehwan]

Science, 2022

완료된 프로젝트

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콜로이드 구조체 복제를 통한 마이크로 로보틱스 시스템 구현

광주과학기술원

2024년 04월 ~ 2024년 12월

금속기반 멤리스터의 스위칭 채널 성형(成形)을 통한 고(高)신뢰성, 고(高)에너지효율 뉴로모픽 시냅스 어레이 개발

한국연구재단

2024년 03월 ~ 2025년 02월

슈퍼비전 AI를 위한 겹눈 모방 뉴로모픽 반도체

(재)연구개발특구진흥재단

2023년 04월 ~ 2023년 12월