NGON Lab
반도체공학대학원-신소재공학과 조힘찬
NGON 연구실은 차세대 광전자 나노소재 및 소자 개발을 선도하는 연구실로, 금속 할라이드 페로브스카이트와 콜로이드 양자점 등 혁신적 발광체 소재를 기반으로 고효율, 고색순도, 고안정성의 차세대 디스플레이 및 광전자 소자 구현에 집중하고 있습니다. 연구실은 소재의 합성, 표면/계면 엔지니어링, 소자 집적화 등 전주기적 연구를 통해 소재-소자-시스템을 아우르는 융합적 연구를 수행하고 있습니다.
특히, 페로브스카이트 및 양자점 기반 발광체는 AR/VR, 초고해상도 디스플레이, 광통신, 이미징, 센싱 등 다양한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 하며, 연구실은 표면화학, 결함 패시베이션, 쉘 구조 최적화 등 다양한 전략을 통해 소재의 한계를 극복하고 있습니다. 또한, 환경 친화적 소재 개발을 위해 납 프리 페로브스카이트, 유로퓸 기반 나노결정 등 새로운 소재군을 적극적으로 탐색하고 있습니다.
연구실은 전통적인 폰노이만 구조의 한계를 극복하기 위한 광 뉴로모픽 소자, 인센서 컴퓨팅, 광양자 컴퓨팅 등 혁신적 소자 연구에도 앞장서고 있습니다. 빛과 전기 신호를 동시에 활용하는 차세대 소자는 인공지능, 빅데이터, 스마트 헬스케어 등 미래 산업의 핵심 기술로 부상하고 있으며, NGON 연구실은 소재-소자-시스템의 융합적 접근을 통해 글로벌 경쟁력을 확보하고 있습니다.
또한, 연구실은 나노소재의 합성 및 표면/계면 엔지니어링 기술을 바탕으로, 소재의 근본적 이해와 혁신적 합성법 개발에 힘쓰고 있습니다. 용융염 기반 콜로이드 합성, 리간드 교환, 결함 패시베이션 등 다양한 합성 및 엔지니어링 전략을 통해 고품질 나노소재를 구현하고, 이를 기반으로 차세대 디스플레이, 광센서, 양자정보 소자 등 다양한 응용 분야에 기여하고 있습니다.
NGON 연구실은 세계적 수준의 연구성과와 다수의 수상 경력을 바탕으로, 미래 광전자 및 디스플레이 산업의 혁신을 이끌고 있습니다. 소재 과학, 광전자공학, 인공지능, 양자정보 등 다양한 학문 분야와의 융합을 통해, 새로운 기술 패러다임을 제시하며 글로벌 리더로 도약하고 있습니다.
Nanomaterials Patterning
Quantum Dots
Perovskite Light-Emitting Diodes
차세대 발광체: 금속 할라이드 페로브스카이트와 콜로이드 양자점
NGON 연구실은 차세대 디스플레이와 광전자 소자를 위한 금속 할라이드 페로브스카이트(MHPs)와 콜로이드 양자점(QDs) 기반의 발광체 개발에 중점을 두고 있습니다. 금속 할라이드 페로브스카이트는 우수한 광양자 효율, 매우 좁은 발광 스펙트럼, 높은 전하 이동도, 저비용 공정성 등 다양한 장점을 지니고 있어 차세대 AR/VR 디스플레이 및 고색순도 디스플레이 구현에 필수적인 소재로 각광받고 있습니다. 하지만, 납(Pb) 독성, 낮은 안정성, 청색 LED의 효율 저하 등 상용화에 걸림돌이 되는 문제들이 존재합니다. 연구실은 표면화학 및 소자공학적 접근을 통해 이러한 문제를 극복하고자 하며, 궁극적으로는 '페로브스카이트 디스플레이'라는 새로운 패러다임을 제시하고자 합니다.
콜로이드 양자점은 II-VI(CdSe, ZnSe 등), III-V(InP, InAs, InSb 등) 반도체로 구성되어 있으며, 크기와 조성 제어를 통해 발광 파장 및 효율을 자유롭게 조절할 수 있습니다. 특히, 인듐 포스파이드(InP) 기반 양자점은 카드뮴 프리(Cd-free)로 환경 친화적이며, 상업적 디스플레이 및 조명 분야에서 주목받고 있습니다. 연구실은 양자점의 표면 및 계면 엔지니어링, 쉘 구조 최적화, 리간드 화학 제어 등을 통해 광안정성 및 소자 호환성을 극대화하고 있습니다.
이러한 발광체 연구는 고효율, 고안정성, 고색순도의 차세대 디스플레이 구현뿐만 아니라, 광통신, 이미징, 센싱 등 다양한 광전자 응용 분야로 확장되고 있습니다. NGON 연구실은 소재 합성부터 소자 구현, 그리고 상용화까지 전주기적 연구를 수행하며, 미래 디스플레이 및 광전자 산업의 혁신을 선도하고 있습니다.
혁신적 광전자 소자 및 광양자 컴퓨팅
NGON 연구실은 전통적인 폰노이만 구조의 한계를 극복하고, 초고속·저전력 이미지 데이터 처리 및 인공지능 응용을 위한 혁신적 광전자 소자 개발에 앞장서고 있습니다. 특히, 광 뉴로모픽(in-sensor computing) 소자는 빛과 전기 신호를 동시에 활용하여 소자 내에서 연산, 저장, 온칩 학습을 구현함으로써, 고정확도 이미지 추론과 실시간 데이터 처리가 가능합니다. 이러한 소자에는 콜로이드 양자점과 페로브스카이트 나노결정이 광감지층으로 활용되어, 우수한 광흡수 및 전하 이동 특성을 극대화합니다.
또한, 연구실은 광양자 컴퓨팅을 위한 단일 광자 방출체 및 관련 나노소재 개발에도 집중하고 있습니다. 기존 초전도 기반 양자컴퓨터가 극저온 환경 등 실용적 한계에 직면한 반면, 광 기반 양자컴퓨팅은 III-V 양자점과 페로브스카이트 나노결정의 특성을 활용하여 상온에서 동작 가능한 단일광자 방출체, 보손 샘플링, 얽힘 스와핑 등 다양한 양자 소자 응용을 실현하고 있습니다. 연구실은 소재 합성, 광특성 제어, 소자 집적화 등 다각도의 연구를 통해 차세대 양자정보처리 기술의 핵심을 마련하고 있습니다.
이러한 혁신적 광전자 소자 및 양자컴퓨팅 연구는 인공지능, 빅데이터, 스마트 헬스케어, 차세대 통신 등 다양한 미래 산업에 적용될 수 있으며, NGON 연구실은 소재-소자-시스템을 아우르는 융합적 접근으로 글로벌 경쟁력을 확보하고 있습니다.
나노소재 합성 및 표면/계면 엔지니어링
NGON 연구실은 차세대 광전자 소자 개발을 위한 나노소재의 합성 및 표면/계면 엔지니어링 기술을 선도적으로 연구하고 있습니다. 연구실은 금속 할라이드 페로브스카이트, 콜로이드 양자점, 매직사이즈 클러스터 등 다양한 무기 나노소재를 새로운 합성법(예: 용융염 기반 콜로이드 합성, 표면 리간드 교환 등)을 통해 제작하며, 소재의 조성, 구조, 표면 리간드 제어를 통해 광/전기적 특성과 안정성을 극대화합니다.
특히, 표면 및 계면 결함이 광전자 소자의 효율과 수명에 미치는 영향을 정밀하게 분석하고, 결함 패시베이션, 계면 결함 엔지니어링, 쉘 구조 최적화 등 다양한 전략을 적용하여 고품질 발광층 및 소자 구현에 성공하고 있습니다. 또한, 환경 친화적 소재 개발을 위해 납 프리(lead-free) 페로브스카이트, 유로퓸 기반 나노결정 등 새로운 소재군을 적극적으로 탐색하고 있습니다.
이러한 나노소재 합성 및 표면/계면 엔지니어링 연구는 차세대 디스플레이, 광센서, 양자정보 소자 등 다양한 응용 분야에 핵심적인 역할을 하며, NGON 연구실은 소재의 근본적 이해와 혁신적 합성법 개발을 통해 글로벌 연구를 선도하고 있습니다.
1
High-Efficiency Quantum Dot Permeable Electrode Light-Emitting Triodes for Visible Light Communications and on-Device Data Encryption
Seungmin
Advanced Materials, 1970
2
Photocleavable Ligand-Induced Direct Photolithography of InP-Based Quantum Dots
Jaehwan
ACS Energy Letters, 1970
3
Revealing the Role of Organic Ligands in Deep-Blue-Emitting Colloidal Europium Bromide Perovskite Nanocrystals
Jaeyeong, Seongbeom
ACS Nano, 1970