Joo Lab(전자소자 연구실)은 숙명여자대학교 신소재물리학전공에 소속된 연구실로, 2차원 반데르발스(2D van der Waals) 소재 및 나노전자소자 분야에서 세계적인 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 다양한 2차원 소재(그래핀, MoS2, WSe2, BP, ReS2 등)를 기반으로 한 전자 소자의 전하 수송, 접촉 저항, 층간 저항, 표면 트랩, 저주파 잡음 특성 등 핵심 물리 현상을 심층적으로 탐구합니다.
특히, 다층 2차원 소재에서의 채널 마이그레이션, 접촉 구조(탑/바텀/더블사이드) 변화에 따른 전하 분포 및 이동 특성, 그리고 접촉 저항이 소자 성능에 미치는 영향에 대해 이론적·실험적으로 규명하고 있습니다. 수직 더블사이드 접촉 구조를 도입하여 전하 주입 효율을 극대화하고, 저전력·고성능 트랜지스터, 신경모사 소자, 멀티밸류 로직 소자 등 차세대 전자소자 응용에 필수적인 기반 기술을 확보하고 있습니다.
또한, 2차원 소재 기반 이종접합 구조 및 신경모사·양자 소자 응용 연구도 활발히 진행 중입니다. 그래핀/MoS2, BP/ReS2 등 이종접합을 활용한 쿨롱 드래그 트랜지스터, 양자 터널링 소자, 랜덤 텔레그래프 노이즈 분석, 전기적으로 조절 가능한 자기적 플럭추에이션 등 혁신적 소자 동작 원리를 규명하여, 인공지능 하드웨어, 확률 비트 기반 로직, 고감도 센서 등 첨단 응용 분야로의 확장을 선도하고 있습니다.
연구실은 머신러닝 기반 저주파 잡음 데이터 분석, 표면 개질 및 나노입자 도핑을 통한 소재 특성 제어, 고온·저온 환경에서의 전하 산란 메커니즘 규명 등 다양한 융합적 연구를 수행하고 있습니다. 이를 통해 2차원 소재 기반 신개념 소자의 상용화 가능성을 높이고, 미래 정보전자기술의 패러다임 전환을 이끌고 있습니다.
Joo Lab은 국내외 산학연 협력, 다수의 특허 및 논문, 그리고 다양한 국책·산업체 연구과제를 수행하며, 차세대 반도체 및 전자소자 분야에서 창의적이고 혁신적인 연구를 지속적으로 추진하고 있습니다. 학생 및 연구원들은 세계적 수준의 연구 인프라와 실험 장비를 바탕으로, 미래 정보전자기술을 선도할 인재로 성장하고 있습니다.
우리 연구실은 2차원 반데르발스(2D van der Waals) 다층 소재에서의 전하 수송 메커니즘과 접촉 저항의 영향을 심도 있게 연구하고 있습니다. 특히 WSe2, ReS2, MoS2, BP(흑린) 등 다양한 2차원 소재를 활용하여, 층간 저항, 채널 마이그레이션, 접촉 구조(탑/바텀/더블사이드) 변화에 따른 전하 분포 및 이동 특성을 실험적·이론적으로 규명합니다. 이러한 연구는 전자 소자에서의 성능 저하 원인 중 하나인 접촉 저항의 근본적 이해와 최적화에 초점을 맞추고 있습니다.
최근에는 수직 더블사이드 접촉 구조를 도입하여, 기존의 탑/바텀 접촉 대비 현저히 향상된 전하 주입 효율과 낮은 접촉 저항을 달성하였으며, 이를 통해 2차원 다층 소재 기반 트랜지스터의 전류 밀도 및 이동도 향상, 그리고 전자 소자의 신뢰성 증진에 기여하고 있습니다. 또한, 접촉 저항이 채널 두께 및 전기적 바이어스 조건에 따라 어떻게 변하는지, 그리고 이로 인해 전하 운반 경로가 어떻게 재배치되는지에 대한 정밀 분석을 수행하고 있습니다.
이러한 연구는 차세대 저전력·고성능 반도체 소자, 신경모사 소자, 멀티밸류 로직 소자 등 다양한 응용 분야에 필수적인 기반 기술을 제공합니다. 더불어, 접촉 저항과 표면 트랩 밀도, 저주파 잡음 특성 등 소자 신뢰성에 영향을 미치는 요소들을 체계적으로 해석함으로써, 미래 전자소자의 설계 및 제조 공정 최적화에 중요한 인사이트를 제시하고 있습니다.
2차원 소재 기반 이종접합 및 신경모사·양자 소자 응용
본 연구실은 2차원 소재를 활용한 이종접합 구조 및 신경모사, 양자 소자 응용 연구에 집중하고 있습니다. 그래핀, MoS2, WSe2, BP, ReS2 등 다양한 2차원 소재를 조합하여, 쿨롱 드래그 트랜지스터, 양자 터널링 소자, 멀티밸류 로직 트랜지스터, 신경모사 소자 등 혁신적 소자 플랫폼을 개발하고 있습니다. 특히, 그래핀/MoS2 이종접합을 통한 쿨롱 드래그 현상, BP/ReS2 이종접합에서의 랜덤 텔레그래프 노이즈 및 터널링 특성, 그리고 ambipolar 특성을 활용한 논리 게이트 구현 등 다양한 신개념 소자 동작 원리를 규명하였습니다.
이러한 연구는 전통적인 실리콘 기반 소자에서 구현이 어려운 새로운 전자적 특성(예: 음의 미분 저항, 양자 터널링, 전기적으로 조절 가능한 자기적 플럭추에이션 등)을 실현함으로써, 차세대 인공지능 하드웨어, 신경모사 컴퓨팅, 확률 비트(probability bits) 기반 로직, 고감도 센서 등 첨단 응용 분야로의 확장을 가능하게 합니다. 또한, 전기적 바이어스 및 접촉 구조 변화에 따른 이종접합 계면의 전하 이동 및 잡음 특성 분석을 통해, 소자 신뢰성 및 성능 향상에 기여하고 있습니다.
더불어, 머신러닝 기반 저주파 잡음 데이터 분석, 표면 개질 및 나노입자 도핑을 통한 소재 특성 제어, 고온·저온 환경에서의 전하 산란 메커니즘 규명 등 다양한 융합적 접근을 시도하고 있습니다. 이를 통해 2차원 소재 기반 신개념 소자의 상용화 가능성을 높이고, 미래 정보전자기술의 패러다임 전환을 선도하고 있습니다.
