이 연구실은 차세대 인공지능 하드웨어를 구현하기 위한 뉴로모픽 반도체와 멤리스터 기반 인공시냅스 소자 개발에 집중하고 있다. 특히 SiGe 에피택셜 메모리, 금속기반 멤리스터, 저항변화 소자 등 비휘발성 메모리 소자를 활용하여 기존 폰노이만 구조의 한계를 극복하고, 연산과 저장의 병목을 줄이는 고효율 연산 플랫폼을 지향한다. 이러한 연구는 소자의 재현성, 스위칭 안정성, 저전력 동작, 대면적 집적 가능성을 동시에 확보하는 데 초점을 둔다. 연구 방법론 측면에서는 결정결함 공학, 박막 및 금속 전극 설계, 스위칭 채널 형성 제어, 소자-어레이-시스템 간 연계 최적화가 핵심이다. 논문과 과제를 통해 확인되는 바와 같이, 연구실은 engineered dislocation을 활용한 SiGe 메모리, 금속 접합 및 배선 공정을 이용한 고신뢰성 멤리스터, 그리고 시각 정보를 처리하는 메모리 기반 뉴로모픽 칩까지 폭넓게 다루고 있다. 또한 겹눈 구조를 모방한 시각 뉴로모픽 반도체처럼 센서와 연산 기능을 결합하는 지능형 소자 연구도 병행한다. 이러한 연구는 초저전력 AI 반도체, 엣지 인공지능, 자율형 감각 시스템, 차세대 인지 컴퓨팅 플랫폼으로 확장될 가능성이 크다. 특히 학습과 추론 목적에 따라 요구되는 소자 특성을 구분하고, 재료 수준에서 신뢰성과 에너지 효율을 개선하는 접근은 상용화 가능성을 높인다. 결과적으로 이 연구 주제는 반도체 재료, 소자 공정, 뉴로모픽 아키텍처를 하나로 연결하는 융합 연구의 중심축이라 할 수 있다.

이 연구실은 AI 반도체와 차세대 패키징 기술의 고집적화에 대응하기 위해 이종집적 반도체 패키지의 발열 해석, 방열 구조 설계, 신뢰성 진단 기술을 중점적으로 연구한다. 고성능 연산 칩이 2.5D 및 3D 구조로 집적될수록 열 축적과 열-기계적 응력 문제가 심화되므로, 패키지 차원의 정밀 진단과 최적화는 반도체 성능 유지와 수명 확보를 위한 필수 요소가 된다. 연구실은 단순한 열전달 해석을 넘어 실제 동작 환경에서의 전력밀도 변화와 재료 물성 변화를 함께 고려하는 통합 접근을 추구한다. 구체적으로는 발열 온도 측정 기반의 고정밀 시뮬레이터 개발, 정상상태 및 동적 열모델 구축, 열-기계 연계 물성 데이터베이스 축적, 측정기반 건전성 평가 기술이 핵심 연구 내용이다. 여기에 물리기반 인공지능을 접목하여 패키지 신뢰성을 예측하고, 구조 설계와 방열 성능을 동시에 최적화하는 플랫폼을 개발하고 있다. 관련 프로젝트들에서 반복적으로 나타나는 반도체 패키지 구조 설계, 방열소재 개발, 실리콘 브릿지 기반 열관리, 고방열 테스트 등의 키워드는 이 연구실이 소재-소자-패키지 전 주기를 포괄하고 있음을 보여준다. 이 연구의 파급효과는 고성능 AI 반도체의 상용화 경쟁력 확보에 직접 연결된다. 발열 문제는 연산 속도 저하, 수명 단축, 패키지 변형 및 접합 불량으로 이어질 수 있기 때문에, 정밀 진단과 예측 기술은 산업적 가치가 매우 높다. 연구실의 접근은 향후 고집적 서버용 AI 칩, 첨단 패키징, 저전력 고신뢰성 전자시스템 개발에 중요한 기반을 제공할 것으로 기대된다.

이 연구실은 반도체 재료와 박막 전사 기술을 바탕으로 유연 전자소자, 광전자 소자, 웨어러블 바이오센서로 이어지는 응용 연구를 활발히 수행하고 있다. 대표적으로 2차원 소재 기반 층 전사를 이용한 수직 적층형 풀컬러 마이크로 LED, 원격 에피택시 기반 박리형 화합물 반도체, 칩 없는 무선 전자피부 연구는 재료 혁신이 곧 새로운 디바이스 형식으로 이어질 수 있음을 보여준다. 이러한 방향성은 기존의 딱딱한 실리콘 중심 소자에서 벗어나, 사람과 환경에 밀착되는 전자 플랫폼으로 연구 영역을 확장한다. 기술적으로는 초박막 단결정 반도체 막의 제조와 전사, 유연 기판 위 집적, 표면탄성파 센서 설계, 광전 특성 제어, 자기·촉각 센서용 복합소재 개발 등이 핵심이다. 연구실이 수행 중인 스마트 의수 개발 과제에서는 촉각센서용 탄소나노복합소재, 초박막 자기센서, 형상가변 소재를 결합해 다기능 지능형 시스템을 구현하고자 한다. 또한 마이크로 LED와 전자피부 연구는 디스플레이, 통신, 생체신호 모니터링을 하나의 소재·소자 플랫폼 위에서 통합할 수 있는 가능성을 제시한다. 이러한 연구는 웨어러블 헬스케어, 차세대 디스플레이, 스마트 보철, 인간-기계 인터페이스 분야에서 높은 응용 잠재력을 가진다. 특히 칩 없는 무선 전자피부처럼 고감도와 저전력을 동시에 구현하는 접근은 지속적 생체 모니터링과 저비용 의료기기 개발에 적합하다. 결국 이 연구 주제는 반도체 신소재의 정교한 공정 제어를 통해 유연성, 고성능, 다기능성을 모두 만족하는 차세대 전자시스템을 실현하는 데 목적이 있다.