발전기금
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- [연구] 김한기교수 연구팀, 차세대 페로브스카이트 태양전지 전용 저저항/고투과 ITO 투명 전극 소재/공정 기술 개발
- 차세대 대면적 고효율 페로브스카이트 태양전지 및 초고효율 탄뎀 솔라셀 구현을 위한 투명 전극 기술 확보 성균관대학교(총장 유지범) 신소재공학부 김한기 교수 연구팀은 차세대 대면적 고효율페로브스카이트 태양전지 상용화를 위한 전용 ITO 투명 전극 기술을 개발했다고 밝혔다. ※논문명: Advanced Energy Materials (Impact factor: 29.698) 12월 10일 게재 제목: Sn composition engineering toward the breakthrough of transparent front electrodes for efficient and stable perovskite solar cells. ※저자명: 김한기(교신저자), 석해준(제1저자) 기존연구의 문제점 및 한계성 극복: 기존 페로브스카이트 태양전지 연구는 전용 투명 전극없이 디스플레이나 기본 태양전지에 사용되는 Sn이 10 wt.% 도핑된 ITO 투명 전극만을 사용하여 진행하였기 때문에 최고효율달성에 한계가 있었다. 페로브스카이트 태양전지의 광활성층 및 버퍼층의 특성을 고려한 Sn 도판트 함량에 관한 연구는 이루어지지 않았기 때문에 현재 대부분의 연구가 디스플레이용 ITO 전극을 활용하여 연구를 진행해 오고 있다. 김한기 교수 연구팀의 페로브스카이트 태양전지 전용 ITO 투명 전극을 구현하기 위해 Co-sputtering 공정을 이용해 Sn 도판트 함량을 미세하게 조절하고 빛을 이용한 급속 열처리 기술을 도입하여 페로브스카이트 전용 ITO 투명 전극을 세계 최초로 구현하였다. CE-ITO (Composition Engineered ITO)로 명명한 페로브스카이트 태양전지 전용 투명 전극은 2.75 Ohm/sqaure의 낮은 면저항과 94%의 광투과도를 타나내어 전극 교체로만 페로브스카이트 태양전지 효율을 20.78% (일반적인 ITO 전극) 에서 23.35% (CE-ITO전그)로 대폭 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다. 뿐만 아니라 CE-ITO 전극에 제작된 페로브스카이트 태양전지는 일반적인 ITO에 제작된 페로브스카이트 태양전지에 비해 우수한 안정성을 나타내어 차세대 페로브스카이트 태양전지 상업화를 위한 핵심 기술을 확보하였다. 대부분의 연구팀은 페로브스카이트 광활성층 연구나 버퍼층 연구로 효율을 향상시키는데 김한기 교수 연구팀은 발상의 전환을 통해 투명전극을 특성을 대폭 향상시켜 페로브스카이트 태양전지의 효율을 향상시키는 기술을 개발하였다. 김한기 교수 연구팀이 개발한 CE-ITO 전극의 우수한 전기적/광학적 특성 및 안정성은 페로브스카이트 광활성층의 에너지밴드를 고려한 Sn (주석) 도판트의 정확한 함량 제어와 빛을 이용한 급속 열처리를 통해 이루어지는 결정화 기술에 기인하고 있다. 이는 적층 구조로 제작되는 페로브스카이트 태양전지의 계면 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 구성하는 그 위에 성막되는 층의 결정성 또한 개선시키는 효과를 보여주기 때문이라고 연구팀은 설명하고 있다. 이러한 연구 결과는 차세대 태양전지로 알려진 페로브스카이트 태양전지 연구 및 상용화를 위한 핵심 전극 기술로, 반투명 페로브스카이트 태양전지, 초고효율 덴덤 태양전지의 상용화를 앞당길 것으로 예상하고 있다. 뿐만 아니라 CE-ITO 기술은 차세대 우주용 초고효울 태양전지의 안정성을 확보할 수 있는 기술로 적용이 가능할것으로 예상하고 있다. CE-ITO 투명 전극 CE-ITO가 적용된 반투명 페로브스카이트 태양전지 저자멘트: 본 연구팀은 발상의 전환을 통해 광활성층 연구나 버퍼층 소재 연구가 아닌 모두가 연구하지 않는 ITO 투명 전극의 특성을 대폭 향상시켜 차세대 페로브스카이트 태양전지의 효율을 극대화 할수 있는 기술을 개발하였다. 본 연구진이 개발한 CE-ITO 기술은 페로브스카이트 태양전지 뿐만 아니라 무기 디스플레이, OLED, 스마트 윈도우, 터치패널, 바이오센서, 및 투명 전자 소자 기술에도 적용이 가능하기 때문에 차세대 광전소자 특성을 전극의 교체로 대폭 향상 시킬수 있는 핵심 기술을 제공할 수 있을 것으로 기대하고 있다. CE-ITO 기술은 김한기교수 실험실 스타트업 회사인 ㈜코코넛머터리얼즈(http://www.coconutmaterials.com)를 통해 연구용 TEG (test element group) 제품으로 양산을 준비하고 있으며 페로브스카이트 태양전지를 연구하는 대학/연구소/기업을 대상으로 공급될 전망이다. 사업지원 및 논문게재: 이 연구결과는 과학기술정보통신부 연구재료개발확산사업 및 경기도지역협력연구센터 (GRRC)의 지원으로 수행되었으며, 에너지 분야 국제학술지 Advanced Energy Materials (IF: 29.698)에 12월 10일에 게재되었다.
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- 작성일 2024-01-11
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- [학생실적] 포르투갈에서 온 과학자, K-뷰티의 두뇌가 되다 : 마르타 곤살베스 박사후연구원 인터뷰
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- 작성일 2023-10-04
- 조회수 1589
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- [학생실적] 원병묵 교수님 연구실 실험실창업탐색팀 국내 대표 우수팀으로 선정
- 성균관대 실험실창업탐색팀 국내 대표 우수팀으로 선정! 과학기술사업화진흥원이 지난 8월 29일 연세대 동문회관에서 주최한 '2023년 공공기술기반 시장연계 창업탐색 지원사업 실험실창업탐색팀 창업탐색교육 성과교류회'에서 성균관대 신소재공학부 엑스선영상분석팀이 국내 대표 우수팀으로 단독 선정되어 실험실 기술을 기반으로 개발한 비즈니스 모델을 소개하였다. 이번 성과교류회에서는 국내 및 해외 125개 도전팀 중에 우수팀 4팀을 선발하였으며 그 중 국내는 성균관대 창업탐색팀이 유일하다. 성균관대 신소재공학부 박사과정 문승욱 대표와 학부 4학년 전도현 학생, 기술 자문에 김예슬 연구교수, 기술 지도에 원병묵 교수가 참여하였다. 엑스선영상분석팀은 다목적 엑스선 영상 분석 패키지를 개발하여 정밀 재료 분석이 필요한 잠정 고객의 수요를 사전에 파악, 잠재 시장 개척을 위한 비즈니스 모델을 구축하였다. 창업탐색 지원사업은 2015년 시범사업을 착수해 현재까지 580개의 창업탐색팀을 지원했다. 올해는 전국 41개 대학에서 선발된 125개 예비 실험실창업탐색팀을 지원했다. 실험실창업탐색팀은 대학의 공공연구성과를 활용해 창업하고자 하는 대학(원)생, 박사 후 연구원 등으로 구성해 창업 아이템에 대한 잠재 고객 인터뷰를 통한 사업화 타당성을 검증하고, 아이템 최적화를 수행하고 있다. 원병묵 교수는 “실험실 기초 지식을 기반으로 시장연계 창업탐색에 도전한 모범적인 사례”로서 “조기 시장 선점을 위한 창업보육 과정에도 역량을 집중할 예정”이라고 밝혔다. 엑스선영상분석팀은 앞으로 6개월간 창업보육과정을 지원받을 예정이다. 김봉수 과학기술사업화진흥원장은 "실험실창업탐색팀이 잠재 고객을 대상으로 수요를 파악하고 이를 바탕으로 최적화하는 경험을 통해 창업을 구체화해 나갈 수 있도록 앞으로도 적극 지원하겠다"고 밝혔다. *관련 기사: 머니투데이 https://m.mt.co.kr/renew/view_amp.html?no=2023083009125938496 *문의: 원병묵 교수 (bmweon@skku.edu) 김예슬 연구교수 (yeseulkim@hotmail.com) 문승욱 대표 (jain3101@skku.edu)
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- 작성일 2023-09-14
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- [연구] 강주훈 교수 공동연구팀, 대면적 고성능 이차원 반도체 전자소자 개발
- 강주훈 교수 공동연구팀, 대면적 고성능 이차원 반도체 전자소자 개발 - 생산성·성능 향상, 제품화 가능성 확인…실리콘 반도체 대안 기대 ▲ (왼쪽부터) 성균관대 신소재공학부 강주훈 교수, 연세대 조정호 교수, 성균관대 김지현 연구원, 연세대 권용현 연구원 대면적으로 제작 가능한 고성능 이차원 반도체 전자소자가 개발되어 고집적 한계에 직면한 실리콘 반도체 소자의 대안으로 주목받았다. 조정호 연세대학교 교수와 강주훈 성균관대학교 교수 공동연구팀(제1저자: 연세대 권용현 박사과정, 성균관대 김지현 박사과정)이 이온이 주입된 형태의 절연층을 활용한 고성능 대면적 이차원 반도체 전자소자 개발에 성공했다. 두께가 원자 단위인 이차원 반도체 소재*는 고집적도의 칩 생산이 가능하지만 이론 대비 성능이 낮고 대면적 제작이 쉽지 않아 제품화에 어려움이 있었다. * 이차원 반도체 소재: 이차원 소재는 두께가 원자 단위로 매우 얇은 소재로 물질의 구조가 두 가지 주요 차원으로만 제한되는 소재이다. 이러한 소재는 평면적인 특성을 가지며, 표면적이 매우 크고 이로 인해 독특한 물리적 및 전기적 특성을 갖게 된다. 연구팀은 전기적 특성이 우수하고 대면적 생산이 가능한 이차원 반도체 소재인 이황화몰리브덴(MoS2)에 이온이 주입된 절연층(sodium- embedded alumina, SEA)을 도입한 고성능 MoS2/SEA 반도체 전자소자를 개발하여 문제해결의 실마리를 찾았다. 또한, 고성능 MoS2를 용액공정으로 대량 합성하고 잉크형태로 제작 후, 반도체 산업에서 활용하는 슬롯 다이 코팅 기법*으로 절연층과 반도체층 모두 5인치 대면적 웨이퍼에 균일하게 코팅하는 공정도 개발하였다. * 슬롯 다이 코팅: 슬롯 다이 코팅은 반도체 웨이퍼 표면에 정확한 두께의 코팅을 형성하는 기술이다. 특수 장비를 사용하여 반도체 웨이퍼를 안정적으로 고정한 후 이동시키며, 동시에 코팅 재료를 슬롯(구멍)을 통해 웨이퍼 표면에 코팅하는 방식을 말한다. 연구팀이 이온이 주입된 절연층을 활용해 고성능 MoS2 트랜지스터 전자소자의 구동을 확인한 결과 최고 전하이동도*가 100 cm2 V-1 s-1 이상이었다. 이는 기존 용액공정 기반 MoS2 트랜지스터들의 전하이동도가 산화실리콘 기판에서 약 1~5 cm2 V-1 s-1임과 비교해 최고 100배 이상 향상된 결과이다. 또한, 높은 전하이동도의 원인을 밝히기 위해 전하수송 현상과 절연 소재의 일함수**를 분석한 결과, MoS2/SEA 반도체 전자소자에서 전하의 이상적인 이동을 관찰하였다. * 전하이동도 : 전자와 정동이 움직이는 빠르기를 의미한다. 전하이동도가 낮으면 전기적 신호 전달도 늦어진다. ** 일함수(work function): 재료 표면에서 전자가 이탈하기 위해 필요한 최소 에너지를 의미한다. 더불어, 연구팀은 MoS2/SEA 반도체 전자소자를 활용해 다양한 로직 회로를 구현하여 실제 전자 제품에 응용 가능성을 입증했다. ▲ 슬롯 다이 코팅 기법을 활용해 MoS2/SEA 트랜지스터를 대면적 웨이퍼에 제작하고 로직회로에 응용 조정호 교수는 “이번에 개발한 전자소자는 대면적에 코팅한 MoS2 트랜지스터 중 최고 성능을 달성하여 이차원 반도체 소재의 고성능 소자화 및 대면적화를 동시에 만족하는 방법을 제시하고, 이차원 반도체 소자의 실용화 가능성을 높였다”라고 연구의 의의를 밝혔다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업, 우수신진후속지원사업, 미래소재디스커버리사업, 우수연구자교류지원사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 6월 9일 게재되었다. ○ 관련 언론보도 - 대면적 제작 가능한 고성능 이차원 반도체 전자소자 개발 <조선비즈, 2023.07.24.> - 연세대-성균관대, 대면적 고성능 이차원 반도체 전자소자 개발 <뉴스1, 2023.07.24.> - “전기신호 전달 성능 100배↑” 대면적 ‘이차원 반도체’ 전자소자 개발 <헤럴드경제, 2023.07.24.> - 대면적 고성능 2차원 반도체 전자소자 개발…고집적 한계 실리콘 반도체 대안 <전자신문, 2023.07.24.> - 성균관대·연세대, 대면적 이차원 반도체 소재 개발 <신소재경제신문, 2023.07.24.> - 대면적 고성능 이차원 반도체 전자소자 개발 <이웃집과학자, 2023.07.24.> - 한국연구재단, 대면적 고성능 이차원 반도체 전자소자 소개 <충청뉴스, 2023.07.24.>
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- 작성일 2023-07-27
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- [연구] 성균관대-삼성전기 소재분야 R&E 협력 프로그램 킥오프워크숍 성료 및 MOU 체결
- - 삼성전기와 2023년 6월부터 소재분야 R&E 협력 프로그램 시작 성균관대학교-삼성전기 소재분야 R&E 협력 프로그램 킥오프워크숍 MOU 체결식이 지난 6월 20일(화) 자연과학캠퍼스 삼성학술정보관 오디토리움에서 열렸다. 이날 행사에는 최재붕 자연과학캠퍼스 부총장, 신소재공학부 조형균 학부장, 김윤석 교수, 김명길 교수, 김미소 교수, 김선국 교수, 문준영 교수, 백정민 교수, 양철웅 교수 등이 참석하였으며, 삼성전기에서는 이시우 부사장, 최재열 부사장, 정해석 부사장 등이 참석하였다. 이날 행사는 성균관대학교-삼성전기 소재분야 R&E 협력 프로그램 킥오프워크숍 그리고 MOU 협약식 순으로 진행되었다. 우리 대학과 삼성전기는 양 기관의 소재분야 우수 연구인력의 공동 활용을 위해 소재분야 R&E 협력 프로그램을 운영하는데 합의하고 MOU를 체결하였다. 구체적으로는 1. 산학과제 운영을 통한 산학협력연구 수행 2. 삼성전기 임원 출신의 산학협력교수로의 임용 3. 삼성전기 임직원을 대상으로 한 학연산 협동 교육 실시 4. 산학 장학생 선발 및 지원 5. 최신 연구 동향에 대해 세미나 실시 등 다양한 프로그램을 공동으로 추진하기로 하였다.
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- 작성일 2023-06-28
- 조회수 8733
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- [교수동정] 신소재공학부 김윤석 교수, 이달의 과학기술인상 1월 수상자 선정
- 신소재공학부 김윤석 교수, 이달의 과학기술인상 1월 수상자 선정 - 차세대 반도체 소재인 하프늄옥사이드의 강유전성 발현 원인 규명 신소재공학부 김윤석 교수가 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 선정하는 ‘이달의 과학기술인상’ 1월 수상자로 선정되었다. ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다. 김윤석 교수는 차세대 반도체 소재인 하프늄옥사이드(HfO2)의 강유전성* 발현 원인을 밝히고, 이온빔을 이용해 HfO2의 강유전성을 높이는 기술을 개발하여 반도체 소자 기술 경쟁력을 강화한 공로를 높게 평가받아 이달의 과학기술인상으로 선정되었다. * 강유전성: 외부 전기장 등에 의해 물체의 일부가 양(+)극이나 음(-)극을 띠게 된 후 그 성질을 유지하는 성질. 각각의 분극 방향은 메모리에서 데이터를 저장하는 기본 구조인 ‘0’과 ‘1’에 대응될 수 있다. 강유전성이 큰 반도체 소재는 메모리에서 데이터를 저장하는 기본구조인 ‘0’과 ‘1’의 차이가 커져 저장된 데이터를 보다 정확하게 읽을 수 있다. HfO2는 수 nm의 얇은 막에서도 우수한 강유전성을 보여 메모리, 트랜지스터 등의 기존 산화물을 대체할 초고집적 차세대 반도체 소재로 꼽힌다. 하지만 아직까지 HfO2의 강유전성 발현 원인이 밝혀지지 않았으며, HfO2의 강유전성 증대를 위해 반복적인 전기장 인가 같은 복잡한 공정이 필요해 실제 전자소자의 초고집적화 실현에 어려움이 있었다. 김윤석 교수는 강유전성 발현 정도는 산화물 재료 결정구조의 산소 공공* 과 밀접한 관계가 있음에 착안하여, 이온빔**으로 산소결함을 정량적으로 조절하여 HfO2의 강유전성을 향상시키는 방법을 고안하였다. * 산소공공: 산화물 재료의 결정구조에서 산소 원자가 빠져 비어있는 자리 ** 이온빔 : 전기장이나 자기장으로 전하를 띤 원자(이온)의 방향을 정렬해 만든 흐름 연구팀은 가볍고 미세 제어가 가능한 헬륨이온빔을 HfO2 기반 강유전체에 조사해 산소 공공을 형성함으로써 기존의 복잡한 공정과 후처리 과정 없이 이온빔 조사밀도 조절만으로 강유전성을 강화하였다. 원자힘현미경으로 HfO2 기반 강유전체를 관찰한 결과 기존 대비 200% 이상 강유전성이 증가하였음을 확인하였다. 더불어 주사투과전자현미경을 이용하여 강유전성 증가 원인이 산소결함 밀도와 연계된 결정구조 변화에서 기인한다는 원리를 규명하였다. 이온빔이라는 하나의 변수만으로 강유전성을 향상시키는 기술은 현재 반도체 공정에 패러다임 변화 없이 적용 가능한 장점이 있다. 관련 연구성과는 국제학술지 사이언스(Science)지에 2022년 5월 게재됐다. 김윤석 교수는 “이번 연구는 하프늄옥사이드의 강유전성 발현 원인을 밝혀 강유전소재의 고성능화를 구현했다는데 의의가 있다”라며 “이번 연구를 통해 강유전성을 활용한 고효율 반도체 소자의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다.
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- 작성일 2023-01-05
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- [연구] The 1st Advanced materials for carbon neutrality in SKKU-KIST collaboration research 제1회 국제워크샵 개최
- The 1st Advanced materials for carbon neutrality in SKKU-KIST collaboration research 제1회 국제워크샵 개최 지난 9월 29일 – 30일 양일간 ‘The 1st Advanced materials for carbon neutrality in SKKU-KIST collaboration research’을 주제로 강릉 KIST 연수원에서 국제워크샵을 개최했다. 이번 국제워크샵은 지난 3월 설립된 한국과학기술연구원과 우리대학간 연구 협력 프로그램인 KIST-SKKU 탄소중립 공동연구센터 설립을 기념하고 에너지 및 탄소중립 분야에서의 공동 연구협력 성과 발표 및 향후 융합연구 협력체계를 논의하고자 마련되었다. 워크샵에서는 박남규 SIEST 원장(SKKU), 정광덕 Ctx 사업단장(KIST)과 Zhong Lin Wang 교수(조지아텍), Seung-Woo Lee 교수(조지아텍), Mark C. Hersam 교수(노스웨스턴대학) , Bo Hou 교수(카디프대학), Katie H. Lim 박사(Los Alamos연구소), Sergei V. Kalinin 교수(테네시대학) 등 국내외 8분의 초청연사들의 발표와 함께 센터 소속 6분의 발표와 질의응답으로 진행되었다.
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- 작성일 2022-10-07
- 조회수 9937
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- [연구] 신소재공학과 최재영 교수 및 연구팀, 열에너지 저장을 위한 Ultrahigh-Porosity MgO Microparticles 개발
- 신소재공학과 최재영 교수 및 아주대학교 류학기 교수 연구팀, 열에너지 저장을 위한 Ultrahigh-Porosity MgO Microparticles 개발 성균관대학교 신소재 공학과 최재영 교수 및 아주대학교 첨단신소재 공학과 류학기 교수 연구팀은 열 에너지 저장을 위한 우수한 저장 효율 및 구조적 안정성을 갖는 Ultrahigh-Porosity MgO Microparticles을 개발하였다. 최재영 교수는 현재 C&C Materials 공동대표를 역임 중이다. 본 연구 결과는 재료공학분야의 세계적인 학술지인 Advanced Materials에 "Ultrahigh-Porosity MgO Microparticles for Heat-Energy Storage"을 게재하였다. 전세계적으로 탄소중립을 이루기 위한 신재생 에너지 보급 확대 움직임과 함께, 버려지는 열에너지를 회수해 활용가능한 에너지로 변환하는 연구가 초미의 관심사로 떠오르고 있다. 그 중에서도 필연적으로 발생하는 산업 폐열을 화학적 에너지로 저장하는 연구가 주목받고 있으며, 열에너지 저장 효율을 향상시키기 위한 소재 개발의 필요성은 증가하고 있다. 그림. Ultrahigh-Porosity MgO Microparticles의 모식도 및 구조 이미지 이에 연구팀은 폐열의 저장 용도로 주목받고 있는 산화마그네슘(MgO)에 초다공성 구조를 도입하여 우수한 열에너지 저장 성능을 갖는 소재를 개발하였다. 본 연구로 개발된 초다공성 MgO는 상용 MgO 대비 4배 높은 표면적을 갖기 때문에 열에너지 저장 과정에서 부피 팽창 문제가 발생하지 않아 구조적 안정성이 향상되었으며, 열 저장률이 상용 MgO 대비 7.2배 개선되었다. 본 연구를 통해 개발한 초다공성 MgO는 산업 폐열을 화학적 에너지로 저장하는데 있어 핵심적인 소재로서의 역할을 할 것으로 기대되며, 본 연구팀은 향후 새로운 물질의 합성 및 기존 물질의 구조적 제어를 통해 다양한 응용 분야에서 나노 재료의 한계점을 해결하는 후속 연구를 진행할 계획이다. 기초연구지원사업(중견연구), 기초연구실 지원으로 수행된 이번 연구는 재료과학(Materials science) 분야 상위 3% 이내의 세계적인 학술지인 “Advanced Materials (IF =32.086)”에 2022년 7월 게재되었다. ※ 논문명: Ultrahigh-Porosity MgO Microparticles for Heat-Energy Storage ※ 저자명: 김영호1, Dong Xue1, 채수동1, Ghulam Asghar, 최성웅, 김범준#, 최재영#, 류학기# ※ 관련링크: https://doi.org/10.1002/adma.202204775 1 : 주저자 # : 교신저자
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- 작성일 2022-09-19
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- [연구] 신소재공학부 하마드코티바 교수 연구 그룹 '마그네슘 기반 소재의 연성-취성 특성의 이해와 인공지능의 활용' 발표
- Mg 기반 소재의 연성-취성 행동(ductile-brittle behavior)을 이해하고 특징(특성)하는 인공지능 6월 11일, 신소재공학부의 Kotiba Hamad 교수가 이끄는 연구팀은 Clarivate’s Journal Citation Reports’ (JCR) 따른 금속공학 부문에서 1위에 해당하는 " Magnesium and Alloys (IF =11.8)"에 " Brittle and ductile characteristics of intermetallic compounds in magnesium alloys: A large-scale screening guided by machine learning"을 발표했다. 이 연구는 재료 발견 및 설계 분야에서 AI 기술의 적용 가능성과 잠재력을 조사하기 위해, 연구팀이 수행한 작업 중 하나이다. 본 연구의 결과는 AI의 기술인 머신러닝을 통해 마그네슘 기반 합금에서 형성되는 금속간 화합물의 연성-취성(brittle-ductile) 특성이 안정적이고 정확하며 빠르게 예측된다는 것을 보여주었다. 머신러닝 결과는 아래 그림과 같이 밀도범함수 이론(density functional theory)을 이용한 이론적 계산에 통해 검증되었다. 이러한 결과는 구조적 적용을 위한 고성능 마그네슘 합금의 설계를 용이하게 할 수 있다. 이는 컴퓨터의 능력의 증가로 인해 인공지능의 하위 범주인 머신러닝이 기존 실험이나 심지어 물리 기반 모델링 및 시뮬레이션보다 훨씬 빠른 데이터 기반 모델을 구축하는 능력으로 재료 발견 및 설계 분야에서 크게 활용되고 있다고 말했다. 현재의 연구 그룹인 Kotiba Hamad (Professor), Russlan Jaafreh (PhD candidate), 강유성 (Graduate collaborator/Currently working in ‘Computer Systems and Intelligence Laboratory’), Santiago Pereznieto (Masters Student)는 재료 과학과 공학 분야에서 AI의 능력을 활용하고 있으며, 이 주제에 관한 여러 논문을 ACS Applied materials & interfaces, Journal of Materiomics와 같은 고급 학술지에 발표했다. 관련된 링크: - Russlan Jaafreh, Yoo Seong Kang, Kotiba Hamad, Journal of Magnesium and Alloys 2022, DOI: doi.org/10.1016/j.jma.2022.05.006. - Russlan Jaafreh, Yoo Seong Kang, and Kotiba Hamad, ACS Applied Materials & Interfaces 2021 13 (48), 57204-57213, DOI: doi.org/10.1021/acsami.1c17378 - Professor Kotiba’s Website: kotibahamad995.wixsite.com/aem-skku
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- 작성일 2022-08-16
- 조회수 7296
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- [연구] 신소재공학부 김윤석 교수 이온빔 활용 차세대 반도체 소재 고성능화 최초 구현해 사이언스지에 발표
- 김윤석(신소재공학과), 김영민(에너지과학과) 교수, 이온빔 활용 차세대 반도체 소재 고성능화 최초 구현해 사이언스지에 발표 - 반도체 소자의 초고집적화를 위한 응용 가능성 열어- [사진]김윤석 교수 신소재공학과 김윤석 교수 및 에너지과학과 김영민 교수 연구팀[공동교신저자 허진성 박사(삼성전자 종합기술원), Sergei Kalinin 박사(미국 오크리지 국립연구소)이 차세대 반도체 소재로 주목받고 있는 하프늄옥사이드(HfO2)에 ‘이온빔’을 이용해서 강유전성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 세계 최초로 구현했다. 과기정통부 개인기초연구사업(중견연구, 기본연구) 등의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 국제학술지인 사이언스(Science)에 5월 13일 게재되었다. 강유전성이란 외부 자기장 등에 의해 물체의 일부가 양(+)극이나 음(-)극을 띠게 된 후 그 성질을 유지하게 되는 성질을 말하며, 강유전성이 크면 메모리에서 데이터를 저장하는 기본구조인 ‘0’과 ‘1’의 차이가 커져 저장된 데이터를 보다 정확하게 읽을 수 있게 된다. 이러한 강유전성을 지니는 물질을 사용할 경우, 나노미터의 매우 얇은 막 상태에서도 우수한 강유전성을 통해 반도체 소자의 집적도를 높일 수 있다는 아이디어가 이미 40여 년 전에 제안되었으나, 최근 새로 도입된 소재인 하프늄옥사이드에서도 강유전성 증대를 위한 후처리과정이 추가로 필요하고 여러 공정 조건들이 강유전성에 큰 영향을 미치는 등 실제 적용에는 공정상 큰 한계점이 있어 실제로 구현되지는 못했었다. 이에 연구팀은 후처리과정이나 복잡한 공정최적화 과정 없이, ‘이온빔’이라는 하나의 변수만으로 하프늄옥사이드의 강유전성을 손쉽게 조절하고 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 제시하였다. 강유전성의 발현 정도는 산소 공공(산화물 재료의 결정구조에서 산소 원자가 빠져 비어있는 자리)과 밀접한 관계가 있다고 알려져 왔으며, 연구팀은 이에 착안하여 이온빔을 이용한 산소 공공의 정량적 조절을 통해 강유전성을 향상시키는 방법을 고안하였다. 연구팀은 이온빔을 적용한 결과, 강유전성의 증가 원인이 산소결함 밀도와 연계된 결정구조 변화에서 기인한다는 원리를 밝혀냈으며, 이온빔을 적용하지 않을 때보다 강유전성을 200% 이상 증가시킬 수 있었다. 김윤석 교수는 “이번 연구를 통해 강유전성을 활용한 고효율 반도체 소자의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”며 “현재의 방법론적 연구 결과를 토대로 실제 반도체 산업에 적용하기 위해서는 최적 조건 탐색 등 후속 연구가 지속적으로 필요하다”고 말했다.
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- 작성일 2022-05-30
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