반도체공학과

'2026 UNIST SEMI Research Day(반도체 연구성과 교류회)'가 21일(월)부터 22일(화)까지 공학관(102~104동) 1층 로비에서 열렸다. 반도체 연구실 14곳과 학부생·대학원생이 참여해 주요 연구 분야와 성과를 선보였다. ‘연구로 만나는 더 가까운 내일’을 슬로건으로 올해 처음 마련된 이번 행사는 UNIST 반도체 교육·연구성과를 공유하고, 구성원 누구나 다양한 연구를 탐색하며 교류할 수 있도록 기획됐다. 연구실 소개와 학생 연구성과 전시, 네트워킹을 한 공간에서 진행했다. ‘SEMI LAB SHOWCASE’에서는 14개 연구실이 소개 포스터를 통해 주요 연구 분야와 내용을 공개했다. 참가자들은 연구실별 포스터를 살펴보며 관심 있는 연구 주제와 연구실을 자유롭게 탐색했다. ‘Poster Session’에는 반도체공학과와 반도체특성화융합전공 학부생 연구 포스터 14편, 반도체 소재·부품 대학원생 연구 포스터 17편 등 총 31편이 전시됐다. 세 교육단위 학생들은 연구 과정과 결과를 설명하고, 행사장을 찾은 구성원들과 의견을 나눴다. 포스터 심사는 학부생과 대학원생 부문으로 나눠 진행했다. 연구 우수성과 창의성, 완성도, 발전 가능성, 전달력 등을 종합적으로 평가해 부문별 우수 연구성과를 선정했다. 구성원들이 직접 참여할 수 있는 프로그램도 운영했다. 행사장에 ‘Networking Zone’을 마련하고, ‘SE:MISSON’과 ‘My Research PICK’을 통해 연구실 소개와 연구 포스터를 둘러보도록 했다. 반도체를 모티브로 한 ‘나만의 키캡 만들기’와 푸드트럭도 마련해 행사에 재미를 더했다. 이번 행사는 학부와 대학원 연구성과를 함께 선보이고, 서로 다른 분야를 연구하는 학생들과 구성원들이 교류하는 기회가 됐다. 앞으로도 세 교육단위 간 협력을 바탕으로 반도체 분야 연구 교류를 확대할 계획이다. 김수현 반도체공학과장은 “이번 Research Day가 학생들과 구성원들이 다양한 반도체 연구를 가까이에서 접하고, 서로의 연구를 이해하며 새로운 관심과 가능성을 발견하는 계기가 되기를 바란다”며 “앞으로도 연구실과 전공 간 교류를 확대해 UNIST 반도체 분야를 대표하는 연구 교류의 장으로 자리 잡을 수 있도록 발전시켜 나가겠다”고 말했다. 이번 행사는 반도체공학과, 산업통상자원부가 지원하는 UNIST 반도체특성화대학원지원사업단, 교육부가 지원하는 UNIST 반도체특성화대학지원사업단이 함께 개최했다.

UNIST 수시모집 지원자가 개교 이래 처음으로 1만 명을 넘어섰다. 2027학년도 수시모집에서 역대 최고 경쟁률과 최다 지원자 수를 다시 한번 경신했다. 지난 10일 마감한 학부 신입생 수시모집에서 총 565명 모집에 1만 1211명이 지원해 19.84대 1의 경쟁률을 기록했다. 지원자는 지난해 7919명보다 41.6% 늘었다. 2022학년도 5359명과 비교하면 5년 만에 두 배 이상 증가했다. 삼성전자와 협력해 운영하는 계약학과인 반도체공학과에는 35명 모집에 3940명이 몰렸다. 경쟁률은 지난해 70.51대 1에서 올해 112.57대 1로 크게 뛰었다. 첨단 반도체 분야에 대한 높은 관심과 UNIST 산학협력 기반 교육과정에 대한 기대가 반영된 것으로 풀이된다. 올해 신설한 ‘그릿인재전형’은 10명 모집에 248명이 지원해 24.8대 1의 경쟁률을 보였다. 특정 분야에 끈기 있게 몰입하고, 창의적인 통찰력으로 서로 다른 분야를 연결하는 인재를 선발하는 전형이다. UNIST는 이를 통해 다양한 분야의 재능을 과학기술과 접목할 인재로 선발의 폭을 넓혔다. 일반전형은 380명 모집에 8975명이 지원해 지난해 19.96대 1보다 높은 23.62대 1을 기록했다. 고른기회전형은 40명 모집에 1099명이 지원해 27.48대 1의 경쟁률을 나타냈다. 학부입학팀은 학생 중심의 전형 설계와 그릿인재전형 신설, 전국 고교를 대상으로 한 적극적인 홍보가 지원 확대에 기여한 것으로 분석했다. 첨단·융합 교육과정에 대한 신뢰도 반영된 것으로 봤다. 박종래 총장은 “AI 시대 대학은 학생이 스스로 질문을 만들고 실패를 견디며 답을 찾아가는 힘을 키워주는 곳이 되어야 한다”며 “우수한 교육·연구 환경을 바탕으로 창의적 통찰력과 융합적 연결력을 갖춘 미래 인재를 육성하겠다”고 말했다.

인공지능(AI), 6G, 반도체를 둘러싼 기술 경쟁이 국제표준 경쟁으로 번지고 있다. 표준을 선점한 기술이 시장을 주도하는 시대다. UNIST가 연구자의 표준특허(Standard Essential Patent·SEP) 역량을 키우기 위한 첫 교육과정을 열고, 연구성과를 국제표준과 특허 전략으로 연결하는 작업에 나섰다. UNIST 산학협력단은 23일(화) 산학협력관 1층 마켓홀에서 한국특허전략개발원(KISTA) 표준특허센터와 함께 ‘표준특허 인식확산 교육’을 개최했다. 이날 교육에는 교원, 연구원, 학생, 기술이전전담조직(TLO) 관계자, 연구지원 실무자 등 150여 명이 참석했다. 이번 교육은 연구자들이 연구 초기 단계부터 국제표준을 고려해 연구개발 방향과 특허 전략을 세울 수 있도록 돕기 위해 마련됐다. ▲교육에서는 표준특허 개념 ▲기술 분야별 사례 ▲글로벌 기업의 표준특허 동향 ▲표준특허 확보 전략과 사업화 방안 등이 다뤄졌다. 교육에는 원자력 분야 연구자들도 함께했다. 기후에너지환경부 '차세대 원자력 원천기술 창출형 IP-R&D 인력양성' 과제에 참여하는 연구자 20여 명도 교육에 참석해 국제표준을 고려한 연구개발과 표준특허 전략에 대한 이해를 함께 넓혔다. 참여 열기는 예상을 웃돌았다. UNIST는 현장 수용 인원을 넘는 신청자들을 위해 추가 교육장을 마련하고, 이원 중계 방식으로 교육을 운영했다. 현장 참석이 어려운 일부 구성원은 온라인으로 교육에 참여했다. 이번 교육은 국내 표준특허 지원 전문기관인 KISTA 표준특허센터와 UNIST가 공동으로 마련한 첫 표준특허 교육이라는 점에서도 의미가 있다. 연구자와 기술사업화 실무자가 함께 참여해 연구개발부터 특허 확보, 기술이전까지 표준특허 창출·활용의 전 주기를 공유했다. 김영식 산학협력단장은 “표준특허는 기술 경쟁력과 글로벌 산업 경쟁력을 좌우하는 핵심 지식재산”이라며 “이번 교육을 계기로 연구자들이 연구 초기 단계부터 국제표준을 고려한 연구개발을 추진할 수 있도록 지원을 확대하겠다”고 했다. 이어 “UNIST의 우수 연구성과가 표준특허 창출로 결실을 맺을 수 있는 기반을 지속적으로 다져가겠다”고 밝혔다. UNIST는 이번 교육을 시작으로 연구자와 기술사업화 실무자를 대상으로 한 표준특허 교육을 확대하고, KISTA와 표준특허 전략지원 사업, 표준특허 인프라 구축 사업 등 협력 프로그램을 추진할 예정이다.

*본 연구 성과 보도자료는 포항공과대학교 주관으로 작성되었습니다.(바로가기) UNIST 반도체소재부품대학원 김병조 교수와 POSTECH 기계공학과·반도체대학원 안지환 교수 공동 연구팀은 반도체 소자의 성능을 높일 새로운 공정 기술을 개발했다. 스마트폰, 노트북, 슈퍼컴퓨터까지 모든 전자기기에는 데이터를 잠시 저장하는 작은 공간이 필요하다. DRAM과 같은 메모리 반도체 소자가 이러한 역할을 담당하는데, 반도체 소자가 점점 작아지고 더욱 얇은 막으로 제작되다 보니 전기가 새거나 안정성이 떨어지는 문제가 있었다. DRAM 속 커패시터라는 작은 부품은 데이터를 담는 전기 그릇과 같다. 이 그릇이 전기를 잘 저장하려면 전기를 효율적으로 담을 수 있는 ‘고유전막’ 벽이 필요하다. 그 중에서도 ‘알루미늄이 도핑된 산화 티타늄(Al-doped TiO₂, ATO)’은 유전율이 높고, 전류의 누설도 막아줄 수 있는 소재이다. 하지만, 기존 ‘원자층 증착(ALD, Atomic Layer Deposition)’ 공정으로 제작할 경우, 도핑된 알루미늄으로 인해 격자 구조의 정렬이 저하되고 산소 결함이 생기면서 소재가 불안정해지고 전류가 새는 문제가 발생했다. [연구그림] 차세대 원자층 공정 모식도 연구팀은 ‘포스트 도핑 플라즈마(Post-Doping Plasma, 이하 PDP) 공정’을 새롭게 도입했다. 원자층 증착된 산화 티타늄 유전막 위에 산화 알루미늄 원자층을 한 층 증착한 뒤, 표면에 아르곤(Ar)과 산소(O₂) 플라즈마(번개처럼 기체가 전기적으로 활성화되어 이온 등 활성종으로 존재하는 상태)를 노출시켰다. 그러자 플라즈마 이온의 운동 에너지가 박막 표면에 전달되어 알루미늄 원자가 유전막 내부로 퍼지고 흐트러졌던 격자 구조의 재정렬을 유발하는 동시에 산소가 부족한 자리도 채워졌다. 마치 전자를 담는 그릇의 벽이 단단하고 매끄럽게 정렬됨과 같은 효과가 일어난 것이다. 실험 결과, 이 공정을 거친 DRAM 커패시터는 전기를 저장하는 능력인 유전율이 약 30% 높아지고, 전류가 새는 양(누설전류)은 최대 40배 가까이 줄었다. 이어, 연구팀은 시뮬레이션을 통해 플라즈마 속 아르곤 이온이 유전막 표면에 에너지를 전달하여 알루미늄 원자가 격자 구조 내 제자리를 찾아가 결정 구조를 재정렬하는 원리까지 밝혀냈다. 이는 단순히 소자의 성능을 높이는 것을 넘어, 원자 수준에서 소재의 움직임과 구조를 이해하고 이를 실제 반도체 제작 공정에서 구현했다는 점에서 큰 학술적/실용적 의미가 있다. POSTECH 안지환 교수는 “이번에 개발한 원자층 공정 기술은 DRAM뿐 아니라 차세대 전자 소자와 에너지 저장 장치에도 폭넓게 활용할 수 있다”라며, “세계적인 반도체 경쟁에서 한국의 기술력을 강화하는 기반이 될 것”이라고 강조했다. UNIST 김병조 교수는 “플라즈마와 물질이 상호작용하는 원리를 원자 수준에서 밝혀낸 것 자체가 의미가 크다”라며, “이번 성과는 글로벌 반도체 경쟁 속에서 우리나라 공정 기술의 경쟁력을 높이는 계기가 될 것”이라고 전했다. 한편, 이번 연구는 극한 제조 분야 최우수 국제 학술지인 International Journal of Extreme Manufacturing에 게재됐으며, 삼성전자, 교육부 대학중점연구소, 산업통상자원부 산업혁신인재성장지원사업, 한국과학기술정보연구원 국가슈퍼컴퓨팅센터 및 UNIST 슈퍼컴퓨팅센터의 지원을 받아 수행됐다.

반도체공학과가 여름방학 동안 지역 청소년들의 진로 설계에 앞장섰다. 전국 단위 전공 체험 프로그램과 지역 과학 축제를 연이어 열며, 연구실 기술을 청소년의 꿈과 연결했다. 2023년 삼성전자 계약학과로 신설된 이후, 받은 교육적 투자와 사회적 관심을 미래 세대와 나누는 책무를 다하기 위함이다. 그 시작은 지난 8월 14일부터 16일까지 사흘간 펼쳐진 ‘반하다(반도체 하루동안 닿다)’ 프로그램이었다. 반도체 분야에 비전을 품은 전국의 고등학생 75명을 UNIST 캠퍼스로 초청해 학과가 직접 기획하고 운영한 진로 탐색의 장이었다. '반하다' 프로그램에 참여한 청소년들이 실험복을 입고 포토공정 실험을 체험하고 있다. 참가 학생들은 올 초 삼성전자에서 UNIST로 부임한 박한흠 교수가 진행한 특강 ‘반도체란 무엇인가?’를 통해 기초를 다졌다. 이어 재학생 멘토에게 학과 생활을 들으며 각자 미래를 그렸다. 실험복을 입고 포토공정 실험을 체험했고, 첨단 장비가 가득한 연구실도 둘러봤다. 조별 Q&A 시간에는 궁금증을 해소하며 진로에 대한 그림을 완성했다. 전국 14개 고교에서 모인 총 75명의 학생과 11명의 재학생 멘토, 교수·직원이 함께했다. 행사에 참여한 청소년들은 “실험과 투어를 통해 막연했던 진로에 명확한 방향을 찾았다”고 말했다. 캠퍼스 진로 프로그램은 울산 시민 대상 행사로 무대를 넓혔다. 13일 태화강 국가정원에서 열린 ‘2025 울산 청소년활동페스타’에서 학과는 체험 부스를 운영했다. 반도체공학과 재학생들이 울산 청소년활동페스타에서 시민 대상으로 체험 부스를 운영했다. ‘빛을 켜는 과학, 세상을 바꾸는 반도체’를 주제로 열린 부스에는 초·중·고 학생부터 시민까지 발길이 이어졌다. 참가자들은 플라즈마 볼의 전류에 손을 대보고, 머리카락보다 얇은 회로가 새겨진 웨이퍼를 직접 관찰했다. OX 퀴즈, 영상 상영, 굿즈 증정 이벤트까지 더해져, 첨단 과학은 딱딱한 이론이 아닌 일상 속 즐거움으로 다가왔다. 반도체공학과는 이번 여름, 전국 단위 영재 교육과 지역 과학 대중화라는 두 목표를 달성했다. 진로 체험을 통해 전공 매력을 알리고, 청소년에게 탐색 기회를 제공하려는 의지의 결과다. 멘토로 참여한 신진우 학생은 “삼성계약학과 학생으로서 받은 교육 기회를 지역사회와 후배들에게 환원할 수 있어 뜻깊었다”며, “진로를 고민하는 후배들에게 도움이 되기를 바란다”고 전했다. 윤태식 반도체공학과장은 “우수한 교육 인프라와 경험을 사회와 나누는 것은 계약학과의 소명”이라며, “이번 프로그램이 다음 세대에게 실질적인 진로 방향을 제시하는 나침반이 되기를 바란다”고 밝혔다.

강유전체의 불안정한 구조로 여겨졌던 도메인 벽이 오히려 가장 안정적인 상태일 수 있다는 분석이 나왔다. 도메인 벽의 유무에 따라 0과 1의 정보를 저장하는 고밀도 반도체 메모리 소자 개발에 길이 열렸다. UNIST 반도체소재부품대학원 이준희 교수(에너지화학공학과 겸직)팀은 강유전체에서 ‘대전된 도메인 벽’이 가장 에너지가 낮은 상태로 여겨지는 벌크 영역보다 더 안정적으로 존재할 수 있다는 사실을 양자역학 기반 계산을 통해 입증했다고 22일 밝혔다. 강유전체는 외부에서 전기장을 가해 물질 내부의 분극 방향을 바꿀 수 있는 차세대 반도체 소재다. 이 소재 내부에는 서로 다른 분극 방향이 만나는 경계면인 도메인 벽이 형성되는데, 형성에 필요한 에너지가 높고, 일단 생겨도 쉽게 사라져 불안정하다고 알려져 있었다. 이 교수팀은 산화하프늄(HfO₂) 강유전체의 특정 결정 방향에서 형성되는 대전된 도메인 벽(charged domain wall)이 오히려 벌크 영역보다 낮은 총 에너지 상태를 가질 수 있다는 사실을 이론적으로 확인했다. [연구그림] [011] 방향 도메인 벽에서 도핑 비율에 따른 분극 분포 변화 고체물리학 상식에 반하는 이 같은 현상은 ‘음의 구배 에너지’라는 특이한 물리적 성질 덕분이다. 분극 방향이 급격히 바뀌는 도메인 벽에서는 보통 구배 에너지가 양의 값을 가져 벽 형성을 방해한다. 하지만 산화하프늄의 경우, 특정 진동 모드에서 이 에너지가 음수로 바뀌며 도메인 벽이 형성되기 쉬운 조건이 만들어졌다. 이처럼 음의 구배 에너지가 대전으로 인해 생긴 정전기 에너지를 일부 상쇄하고, 나머지 에너지는 도핑을 통해 보상하면, 전체적으로는 벌크보다 더 안정적인 도메인 벽이 형성될 수 있다는 결론이다. 이준희 교수는 “강유전체내 대전된 도메인 벽이 에너지적으로 안정화될 수 있는 조건을 이론적으로 규명한 연구” 라며 “도메인 벽의 유무를 각각 0과 1의 정보로 저장하는 고밀도 메모리 소자 개발에 단서”가 될 것이라고 말했다. 이번 연구는 UNIST의 파완 쿠마르(Pawan Kumar) 연구원과 딥티 굽타(Dipti Gupta) 연구원이 각각 제1저자와 공동저자로 참여했다. 연구 결과는 물리학 분야 최고 권위 학술지인 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 4월 22일자로 출판됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단, 산업통상자원부 한국산업기술진흥원의 지원을 받아 이뤄졌다.

M램 반도체의 전력소모와 발열을 잡을 신개념 메모리 소자가 개발됐다. UNIST(총장 박종래) 신소재공학과 유정우 교수팀은 저전력으로 메모리에 데이터를 저장할 수 있는 M램(자성메모리) 소자 구조를 제안하고 이를 실험적으로 입증해내 국제학술지 네이처 커뮤니케이션에 지난 10일 게재했다. M램은 낸드플래시와 D램의 장점을 고루 갖춘 차세대 메모리다. 낸드플래쉬처럼 전원을 꺼도 데이터가 날아가지 않는 비휘발성을 지니며 D램 수준으로 속도가 빠르다. 안전성과 빠른 데이터 읽기, 쓰기가 필요한 분야에서는 일부 상용화됐다. 이 M램은 메모리에 데이터를 쓰고 지울 때 전류를 사용한다. 메모리 소자를 구성하는 두 개 자성층의 자화 방향이 서로 평행일 때는 저항값이 작고 반평행 상태일 때는 저항값이 높아져, 각각의 평행 반평행 상태에 따라 0과 1의 데이터로 저장하는 방식이다. 자성층 자화 방향을 바꾸는 데는 문턱전류 이상의 전류를 흘려야하며 이때 발생하는 전력 소모와 발열이 문제였다. [연구그림] 신개념 비휘발성 스핀 메모리 소자의 작동 원리 개념도 반면 연구팀이 개발한 메모리 소자는 전압 펄스만으로 메모리에 정보를 쓸 수 있다. 이 소자는 그래핀이 자성절연체인 이트륨 철 가넷과 강유전체인 PVDF-TrFE 사이에 끼어 있는 구조인데, 전압 펄스를 가하면 그래핀에 흐르는 전류 방향이 바뀐다. 이 방향에 따라 0과 1을 저장한다. 개발된 메모리 소자에는 역에델스타인 효과, 강자성공명 현상 등과 같은 물리 이론이 적용됐다. 자성절연체의 강자성공명으로 그래핀에 주입된 스핀전류가 역에델스타인 효과에 의해 전하전류로 변환되는 원리다. 전류 방향은 강유전체에 전압펄스를 줘서 바꿀 수 있다. 전압펄스가 강유전체의 극성을 바꾸면 그래핀의 페르미 준위가 이동하기 때문이다. 페르미 준위에 따라 그래핀에 흐르는 전류 방향이 바뀌게 된다. 유정우 교수는 “발열과 에너지 소모를 획기적으로 줄이고 기하급수적으로 늘어나는 AI 반도체 소자의 전력 소모 문제를 해결할 수 있는 단초를 제공한 연구”라고 설명했다. 이번 연구에는 UNIST 신소재공학과 최종현 박사가 제1저자로 참여했으며 UNIST 신소재공학과 출신 박정민 박사(KAIST 소속)와 연세대학교 김경환 교수와 KIAS 소속 김충현 박사 등이 참여했다. 연구수행은 한국연구재단 차세대지능형반도체기술개발사업과 나노 및 소재 기술개발사업 및 기초연구사업 등의 지원을 받아 이뤄졌다.

UNIST가 IEEE, EDS, 한국반도체디스플레이기술학회와 함께 차세대 반도체 기술 발전을 위해 국내외 전문가들과 머리를 맞댔다. 반도체 소재·부품 대학원이 주관한 The 22nd Non-Volatile Memory Technology Symposium(이하 ‘NVMTS 2024’) 국제학회가 20일(일)부터 23일(수)까지 부산 파라다이스 호텔에서 개최됐다. 이번 행사에는 국내외 전문가들이 모여 새로운 반도체 기술의 미래를 모색했다. 10월 20일부터 나흘간 'NVMTS 2024' 학회가 열렸다. l 사진: 반도체 소재ㆍ부품 대학원 학회에는 250여 명의 국내외 석학과 삼성전자, SK하이닉스, 미국 마이크론 등 주요 기업 전문가로 구성된 국제 연사 35명이 참석했다. 이들은 Flash, MRAM, PCRAM, RRAM, FeRAM 등 차세대 반도체 소자에 대한 발표를 진행했다. 더 빠르고 효율적인 메모리를 개발하기 위한 새로운 공정과 시스템 응용 방안을 제시했다. ‘NVMTS 2024’ 학회 참가자들은 기업 부스에서 최신 반도체 기술을 직접 체험했다. 관련 전공 학생들의 연구 결과를 소개하는 ‘포스터 세션’도 열렸다. 미래를 이끌 인재들이 아이디어를 공유하며 열띤 토론을 펼쳤다. 정홍식 교수가 'NVMTS 2024'에서 환영사를 전하고 있다. l 사진: 반도체 소재·부품 대학원 정홍식 반도체 소재·부품 대학원 교수는 환영사에서 메모리 산업이 직면한 기술적 한계를 강조했다. 그는 “오늘날 메모리 산업에서 반도체 성능이 일정 기간마다 두 배로 향상된다는 무어의 법칙이 한계에 이르렀다”며 “이번 학회는 학계와 업계의 최첨단 연구를 바탕으로 새로운 비휘발성 메모리 기술로 이러한 과제를 극복할 기회”라고 말했다.

UNIST와 SK하이닉스가 손잡고 차세대 반도체 기술 개발에 나섰다. 23일(화), 반도체 소재·부품 대학원은 해동홀에서 'UNIST-SK하이닉스 신소재 기반 반도체 연구센터 Cluster 산학 연구 Kick-off Workshop’을 개최했다. SK하이닉스는 Cluster 과제 수행을 위해 3년간 총 13억 2천만 원을 지원할 예정이다. 워크숍은 SK하이닉스 클러스터 산학과제 추진 배경 설명으로 시작했다. 이어 세부 과제 소개와 과제별 심화 미팅이 진행됐다. Cluster 산학 연구는 세계적인 역량과 인프라를 갖춘 거점 대학/연구자를 선정한다. 연구기관 특성과 강점 분야를 중심으로 한 '거점 기술센터'에서 특화된 연구를 수행하게 된다. UNIST-SK하이닉스 신소재 기반 반도체 연구센터는 UNIST 반도체 소재·부품 대학원의 강점을 활용해 차세대 반도체 소재와 공정 연구에 집중할 계획이다. 김성엽 공과대학장은 "이번 워크숍은 UNIST의 세계적인 반도체 연구 역량을 입증하는 중요한 기회였다"며 "차세대 반도체 관련 산학 연구와 인재 양성을 동시에 이루어낼 것"이라고 강조했다. 그는 또한 "이번 협력이 대학과 기업뿐만 아니라 우리나라 반도체 산업 발전에 크게 기여할 것"이라고 덧붙였다. 김춘환 SK하이닉스 부사장은 “앞으로 두 기관은 차세대 반도체를 위한 공정 기술 및 소재 개발, 산학 기술 교류회, 핵심 인재 양성에 주력할 예정”이라고 밝혔다.

차세대 반도체로 주목받고 있는 2차원 반도체는 불과 단일 원자층 수준의 두께로 인해 단위 부피 당 광특성이 매우 우수하고 유연하기까지 하다. 이러한 특성을 활용하면, 첨단 유연 소자(flexible device), 나노광소자, 태양전지 등 다양한 분야에 응용이 가능하다. 2차원 반도체의 주요 반도체광학 특성 중 전자-정공이 쌍을 이루는 엑시톤(exiton)이 있다. 이들의 생성 및 재결합 과정을 이용하여 발광소자 및 광응용소자를 구현할 수 있는데, 이 과정에서 극성 엑시톤인 트라이온(trion)의 생성 및 정밀 제어는 소자에 많은 기능성을 제공한다. POSTECH(포항공과대학교) 물리학과 박경덕 교수·통합과정 강민구 씨, 기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료연구단 부연구단장 및 UNIST 화학과 서영덕 교수, 충북대 물리학과 이현석 교수 공동연구팀은 금 나노와이어 기반의 탐침증강 공진분광 시스템을 자체 개발하여 엑시톤과 트라이온의 상호변환을 능동제어하고 실시간 발광특성 분석이 가능하게 하였다. 이를 통하여 그동안 알려지지 않았던 트라이온의 생성원리를 규명하는데 성공했다. 금속과 반도체를 결합하면 새로운 광학적 · 전기적 특성을 가진 다기능 이종접합소자를 개발할 수 있다. 연구팀은 금 나노와이어에 2차원 반도체인 이셀레늄화 몰리브덴(MoSe2)단일층을 결합해 복합 구조를 만들고, 탐침증강현미경과 결합하여 탐침증강 공진분광 시스템을 구축했다. 잘 디자인된 금 나노와이어 구조에 빛을 쏘이면 플라즈몬의 표면 정상파를 구현할 수 있다. 연구진은 이를 이용해 2차원 반도체의 엑시톤으로부터 트라이온으로의 변환을 유도하려고 하였는데, 실제로는 전하의 다중극 모드도 큰 영향을 준다는 것을 이번 실험을 통하여 규명할 수 있었다. 탐침증강 공진분광 시스템은 광 회절한계를 뛰어넘는 약 10 nm의 공간분해능으로 반도체 입자들에 대한 나노광특성의 실시간 분석을 가능하게 한다. 이러한 시스템을 이용하여 트라이온의 생성 원리를 규명하고, 엑시톤-트라이온 상호변환의 가역적 능동제어를 가능하게 하였다. 또한, 나노 크기의 영역에 빛을 집속할 수 있는 안테나 역할의 금 탐침은 에너지가 높은 열전자를 자체 생성하게 되는데, 이렇게 생성된 전자들이 2차원 반도체로 주입되어 보다 능동적으로 트라이온 생성을 조절할 수 있었다. 이렇듯 연구진은 단순 고정밀 측정장비의 개발이 아니라 측정과 더불어 물질의 상태까지 초고분해능으로 실시간 능동제어할 수 있는 새로운 ‘나노 능동제어 플랫폼’을 제시하였다. 이번 연구의 제1 저자인 강민구 씨는 “엑시톤과 트라이온을 제어하는 데 성공했을 뿐 아니라 이 입자들이 플라즈몬, 열전자와 어떻게 상호작용하는지의 원리를 규명했다”며, “태양전지, 광전 집적회로 등 엑시톤과 트라이온을 활용하는 분야의 연구자들에게 새로운 돌파구를 제시할 수 있을 것이다”라는 말을 전했다. 한편, 본 연구는 충북대 물리학과 김수진 씨, POSTECH 물리학과 통합과정 주희태, 구연정, 이형우 씨 등이 참여했다. 국제 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 최근 게재된 이 연구는 한국연구재단과 과학기술정보통신부, 한국전자통신연구원, 삼성미래기술육성사업, 과학기술사업화진흥원, 한국화학연구원, UNIST, 기초과학연구원(IBS) 등의 지원으로 수행됐다. (이 보도자료는 POSTECH에서 제공하였습니다.)