정윤장 연구실
화공생명공학과 정윤장
정윤장 연구실은 화공생명공학과를 기반으로 첨단 박막 증착 기술과 나노소재 공학을 융합하여, 차세대 반도체, 에너지, 바이오 전자소자 개발을 선도하고 있습니다. 본 연구실은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 및 다양한 박막 증착 공정을 활용하여, 원자 단위의 정밀한 두께 제어와 우수한 결정성을 갖는 박막 소재를 개발하고 있습니다. 이러한 기술은 고유전율 산화물, 금속, 복합 박막 등 다양한 전자소자 핵심 소재의 성능을 극대화하는 데 필수적입니다.
특히, 양자점, 양자 박막, 이종접합 구조 등 양자 소재의 합성과 특성 분석을 통해, 차세대 반도체 및 스핀트로닉스 소자에 적용 가능한 혁신적 전자소재를 연구합니다. 박막-양자점 복합소재 기반의 적외선 반도체 소자, 고성능 저전력 스핀트로닉스 소자 등 실용적 응용을 위한 연구도 활발히 진행되고 있습니다. 양자 소재의 계면 공학, 결정성 제어, 전하 및 스핀 이동 특성 향상 등 다양한 측면에서 융합적 연구를 수행하며, 실제 소자 제작 및 성능 평가까지 아우르고 있습니다.
또한, 에너지 저장 및 변환 소자, 바이오 연료전지 등 다양한 응용을 위한 나노구조 소재 개발에도 주력하고 있습니다. 고성능 리튬-황 배터리용 초고밀도 나노입자 코팅, 텍스타일 기반 유연 전극, 바이오 연료전지용 효소-나노입자 하이브리드 전극 등 혁신적 소재 및 소자 구조를 제안하고 있습니다. 이러한 연구는 웨어러블 전자기기, 스마트 텍스타일, 친환경 에너지 변환 및 저장 시스템 등 미래 지향적 응용 분야에 직접적으로 기여하고 있습니다.
연구실은 박막 증착 및 나노소재 공정의 근본적인 성장 메커니즘, 계면 반응, 결정 방향성 제어, 도핑 및 복합화 등 다양한 공정 혁신을 통해 소재의 전기적, 기계적, 화학적 특성을 극대화하고 있습니다. 이를 바탕으로 반도체 산업의 미세화 및 고집적화, 에너지 소자의 고성능화, 바이오 전자소자의 실용화 등 다양한 산업적 요구에 부응하고 있습니다.
정윤장 연구실은 미래 첨단 소재 및 소자 개발의 기반을 마련하고, 산업적 파급효과를 극대화하는 것을 목표로, 학제 간 융합연구와 실용화 연구를 지속적으로 추진하고 있습니다. 이를 통해 국내외 반도체, 에너지, 바이오 전자소자 분야의 혁신을 이끌고 있습니다.
Wigner Crystals
Fractional Quantum Hall Effect
Atomic Layer Deposition
박막 증착 및 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 기술
박막 증착 및 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 기술은 차세대 반도체, 에너지 소자, 그리고 다양한 나노소재 개발에 필수적인 핵심 공정입니다. 본 연구실에서는 ALD를 비롯한 다양한 박막 증착 기술을 활용하여, 원자 단위의 정밀한 두께 제어와 균일한 박막 형성을 실현하고 있습니다. 이를 통해 기존의 한계를 극복하고, 새로운 기능성 소재 및 소자 개발에 기여하고 있습니다.
특히, 고유전율(High-k) 산화물 박막, 금속 박막, 그리고 복합 박막의 성장 메커니즘을 심도 있게 연구하며, 박막의 결정성, 계면 특성, 전기적·기계적 특성 향상을 위한 공정 최적화에 집중하고 있습니다. 예를 들어, SrTiO3, TiO2 등 다양한 산화물 박막의 저온 결정화, 결정 방향성 제어, 도핑 공정 등을 통해 차세대 DRAM, 고성능 커패시터, 신뢰성 높은 반도체 소자 구현에 필요한 핵심 기술을 확보하고 있습니다.
이러한 연구는 반도체 산업의 미세화 및 고집적화 요구에 부응할 뿐만 아니라, 박막 기반 양자 소재, 에너지 저장·변환 소자, 신축성 전자소자 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 박막 증착 기술의 혁신을 통해 미래 첨단 소재 및 소자 개발의 기반을 마련하고, 산업적 파급효과를 극대화하는 것을 목표로 하고 있습니다.
양자 소재 및 복합 전자소재 개발
본 연구실은 박막 및 원자층 증착 기술을 바탕으로 한 양자 소재와 복합 전자소재 개발에 집중하고 있습니다. 양자점, 양자 박막, 그리고 이종접합 구조 등 다양한 양자 소재의 합성과 특성 분석을 통해, 차세대 반도체 및 스핀트로닉스 소자에 적용 가능한 혁신적 전자소재를 연구합니다. 최근에는 박막-양자점 복합소재를 활용한 적외선 영역 지능형 반도체 소자, 고성능 저전력 스핀트로닉스 소자 등 실용적 응용을 위한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다.
양자 소재는 전자, 광자, 스핀 등 다양한 자유도를 정밀하게 제어할 수 있어, 기존 소재로는 구현이 어려웠던 새로운 물리적 현상과 소자 특성을 실현할 수 있습니다. 본 연구실에서는 양자점 박막 복합소재의 계면 공학, 결정성 제어, 전하 및 스핀 이동 특성 향상 등 다양한 측면에서 연구를 진행하며, 실제 소자 제작 및 성능 평가까지 아우르는 융합적 연구를 수행합니다.
이러한 연구는 미래 반도체 기술의 한계를 극복하고, 인공지능, 사물인터넷, 에너지 하베스팅 등 다양한 첨단 분야에서 요구되는 고성능, 저전력, 다기능 전자소자 개발에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다. 또한, 양자 소재의 대면적화, 집적화, 신뢰성 향상 등 실용화에 필요한 기술적 난제 해결에도 적극적으로 도전하고 있습니다.
에너지 및 바이오 전자소자용 나노구조 소재
정윤장 연구실은 에너지 저장 및 변환 소자, 바이오 연료전지 등 다양한 응용을 위한 나노구조 소재 개발에도 주력하고 있습니다. 예를 들어, 고성능 리튬-황(Li-S) 배터리용 초고밀도 나노입자 코팅, 텍스타일 기반 유연 전극, 바이오 연료전지용 효소-나노입자 하이브리드 전극 등 혁신적 소재 및 소자 구조를 제안하고 있습니다.
특히, 나노입자, 금속-엘라스토머 나노상, 다공성 열전소재 등 다양한 나노구조체의 합성, 계면 공학, 전기화학적 특성 향상에 관한 연구를 수행합니다. 이러한 소재들은 높은 에너지 밀도, 우수한 기계적 유연성, 환경 내구성, 장기 안정성 등 차세대 에너지 및 바이오 소자에 필수적인 특성을 갖추고 있습니다. 또한, 효소-나노입자 계면 조립, 전자 이동 증진 매개체 개발 등 바이오 전자소자 성능 극대화를 위한 새로운 접근법도 적극적으로 도입하고 있습니다.
이러한 연구는 웨어러블 전자기기, 스마트 텍스타일, 친환경 에너지 변환 및 저장 시스템 등 미래 지향적 응용 분야에 직접적으로 기여하며, 나노소재 기반 융합기술의 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다.
1
Thin films as practical quantum materials: A status quo and beyond
정윤장
APL MATERIALS, 202412
2
Dry carbothermal reaction-enabled ultra-dense nanoparticle coatings for high-performance Li-S batteries
정윤장
CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, 202411
3
Low temperature crystallization of atomic-layer-deposited SrTiO3 films with an extremely low equivalent oxide thickness of sub-0.4 nm
정윤장
APPLIED SURFACE SCIENCE, 202408
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고성능 저전력 스핀트로닉스 반도체 소자용 박막 양자 소재의 화학 기상 증착 공정 개발
2
차세대반도체 박막-양자점 복합 전자소재의 원자층 적층 기술 개발
