반도체대학원

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Research Highlight [최시영 교수] 광물 구조를 모방해 원자보다 작은 강유전 도메인 구현 포스텍 반도체대학원 최시영 교수 연구팀은 자연 광물 구조에서 착안한 브라운밀러라이트(BM) 산화물을 활용해 기존 메모리 기술의 한계였던 강유전 도메인 크기를 ‘원자보다 작은’ 수준으로 구현하는 데 성공했다. 연구팀은 강유전 응답에 관여하는 층과 그렇지 않은 층이 진동적으로 분리되는 포논 디커플링(phonon decoupling) 현상에 주목하여, 초미세 영역에서만 강유전 도메인이 형성되는 원리를 규명했다. 이러한 물성을 바탕으로 강유전체 소자를 제작해 실제 구동 가능성을 입증했으며, 기존 대비 훨씬 높은 집적도와 저전력 동작이 가능한 차세대 메모리 기술로의 확장 가능성을 제시했다. 본 연구 성과는 재료과학 분야 최상위 학술지인 Nature Materials에 게재되었다.   DOI https://doi.org/10.1038/s41563-025-02233-7 용어 설명 BM (Brownmillerite) : 자연계 광물 구조에서 유래한 특수한 결정 구조의 산화물 포논 디커플링(phonon decoupling) : 동일 구조 내에서 원자 진동 모드들이 서로 간섭하지 않고 분리되어 나타나는 현상으로, 특정 층에서만 선택적으로 강유전 응답이 나타나도록 하는 데 중요한 역할을 함 관련 바로가기 포스텍 – 연구성과 바로가기 관련 기사: 전자신문, 아시아경제, 중앙이코노미뉴스, 이코노미사이언스, 이뉴스투데이, 베리타스알파, 교수신문

Research Highlight [김세영 교수] 단결정 나노와이어 기반 ECRAM의 다중모드 스위칭 및 뉴로모픽 기능 발견 포스텍 반도체대학원 김세영 교수 연구팀은 차세대 뉴로모픽 반도체 기술의 핵심 소자인 ECRAM(Electrochemical RAM) 분야에서 획기적인 성과를 제시했다. 기존 연구가 비정질 또는 다결정 소재에 머물렀던 것과 달리, 본 연구는 단결정 WO₃ 나노와이어를 활용해 세계 최초로 단일 소자에서 다중 모드 스위칭(Multi-mode switching)을 구현했다. 특히 게이트 전극을 통한 수직 스위칭뿐 아니라, 소스–드레인 방향의 수평 스위칭이라는 새로운 동작 모드를 추가로 발견하였고, 뉴런 활성화와 유사한 전도도 폭발(conductance burst) 현상도 확인해 뉴로모픽 소자로서의 가능성을 확립했다. 이는 고결정성 나노 구조가 ECRAM 동작 특성을 근본적으로 향상시킴을 입증한 것으로, 초저전력·고효율 연산이 필요한 차세대 AI 및 엣지 컴퓨팅 반도체 기술에 중요한 기여를 할 것으로 평가된다. 본 연구 성과는 재료과학 분야 권위지인 Small誌에 게재되었다. DOI https://doi.org/10.1002/smll.202504071 용어 설명 ECRAM (Electrochemical Random-Access Memory) : 뉴로모픽 컴퓨팅을 위한 아날로그 메모리 소자 단결정 WO₃ 나노와이어 : 육방정 결정 구조를 가진 고품질 나노물질로, 전기적 동작 특성이 매우 안정적임 포논 디커플링(phonon decoupling) : 동일 구조 내에서 원자 진동이 서로 간섭하지 않고 분리되어 나타나는 현상 관련 바로가기 포스텍 – 연구성과 바로가기 관련 기사: 동아사이언스, 헤럴드경제, 파이낸셜뉴스, 전자신문, YTN사이언스, KPI뉴스, 뉴데일리, 교수신문, 이코노미사이언스, 중앙이코노미뉴스

포스텍 반도체대학원 이장식 교수 연구팀은 차세대 ‘강유전 메모리’의 핵심 소재로 주목받는 하프니아(Hafnia) 기반 소자에서 반복 구동 시 성능이 저하되는 ‘피로 현상’의 근본 원인을 규명했다. 연구팀은 전기적 구동을 거듭할수록 소자 중심부에 +2 전하 상태의 산소 공공이 축적되며 강유전 특성이 약화된다는 사실을 밝혀냈고, 고전압 펄스를 인가하면 이 결함이 다시 중성 상태로 전환되어 초기 특성이 회복된다는 메커니즘을 제시했다. 이 연구는 고집적 반도체 메모리의 내구성과 신뢰성을 높일 핵심 기술로 평가되며, 향후 초고속·저전력 메모리 개발에 중요한 역할을 할 전망이다. 해당 연구는 전자소자 분야 권위 학술지인 IEEE Journal of the Electron Devices Society에 게재되어 기술적·학술적 우수성을 인정받았다. DOI: https://ieeexplore.ieee.org/document/11053969 산소 공공(Oxygen Vacancy): 결정 구조에서 산소가 빠져 존재하는 결함 상태→ 전하 상태에 따라 전기·강유전 특성에 큰 영향을 주는 요소 포스텍 – 연구성과 관련 기사 바로가기: 동아사이언스, 전자신문, 포항MBC, KPI뉴스, 뉴데일리, 지디넷코리아, 교수신문, 이코노미사이언스

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POSTECH 최수석 교수팀, 픽셀형 Local 멀티 스피커 기능의 다채널 사운드 통합 OLED 구현] 전자전기공학과/반도체대학원 최수석 교수, 반도체대학원 박사과정 홍인표 씨 연구팀이 OLED 디스플레이의 각 픽셀마다 서로 다른 소리를 동시에 낼 수 있는 여러개의 스피커 기능의 '픽셀 기반 로컬 사운드(Pixel-based Local Sound)' 기술을 실제 노트북이나 스마트 패트 크기 13인치급 OLED 디스플레이 화면에서 구현하는 기술을 개발했다. 이번 연구는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 온라인판에 게재됐다. 디스플레이 기술은 고화질의 OLED로의 전환과 높은 해상도, QD 등이 고색감등의 영상 화질적 수준을 높이는데 많은 기술적 혁신이 이루어져 왔다. 그러나, 이러한 기술적 혁신의 완성도 수준이 높아지고, 중국 등의 디스플레이 경쟁국과의 치열한 화질개선 경쟁과 함께 초격차된 디스플레이 기술 돌파 연구 및 지금까지의 영상 화질 기술에 추가로 디스플레이 사용 시 사용자가 느끼는 사실감과 몰입도의 극대화를 높일수 있는 기술적 혁신이 필요한 상황이다. 이러한 측면에서, 디스플레이 사용 시 인간의 여러 시각·청각·촉각 등 다중감각과 센서형 기술을 디스플레이와 호환되게 통합하는 기술에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이를 위해 단순히 영상을 보여주는 기능을 넘어 소리와 촉감 등 여러 감각을 함께 전달하는 ‘몰입형 인터페이스’로 진화하고 있다. 특히, 현재 디스플레이 사용 시 사용자가 느끼는 몰입감은 영상정보와 청각의 사운드 소리가 완벽하게 어우러지면 사용자의 몰입감의 90% 수준을 결정하며, 크게 디스플레이 사용 몰입감이 높아진다. 이러한 이유로, 현재는 디스플레이의 셋트형 제품을 사용시 사운드바 혹은 다채널 멀티 스피커 등의 별도의 물리적 스피커를 같이 사용하고 있다. 그러나, 별도의 물리스피커의 경우 스피커가 가지는 물리적 부피로 스피커 구성의 공간을 필요로 하며, 자동차 실내등과 같이 좁은 공간에 여러 개의 스피커를 요구하는 경우 더욱 문제가 되고 있으며, 올해 최근 보도에 따르면 자동차 전장화시 디스플레이와 별도의 여러 개의 스피커를 구성하고 있는 상태이다. 이에 따라 OLED 같은 고화질의 얇고 유연한 디스플레이의 화질과 폼팩터 특성과 호환되어 사용자의 몰입감을 극대화 할 수 있는 사운드 기능을 결합하는 디스플레이 연구와 개발이 관심을 받고 있다. 이러한 디스플레이 혁신화 연구는 최근 디스플레이를 선도하는 국내 기업들을 중심으로 진행되고 있으며, 이러한 사례로 모바일 월드 콘그래스 MWC 2024 등에서 구부러지는 OLED를 스피커에 감아 벤딩하는 기술이나, TV OLED 등에 스피커의 익사이터를 체결하여 OLED 스피커 기술 등을 개발해 오고 있다. 그러나, 스피커의 소리를 내는 부품들은 동작 시 사운드 진동이 발생하면서 여러 개의 스피커를 구성할 경우 스피커 사운드 간 서로 방해하면서 정밀하게 음향을 제어하기 어려웠고, 여러 개의 멀티 스피커가 동작 시 발생하는 스피커 음향 진동을 영상 픽셀과 같이 제어하는 것이 어려웠고, 스피커 진동 발생원인 익사이터 부피와 두께가 커져 얇고 유연한 OLED의 폼팩터와의 조화성이 부족한 상황이다. 궁극적으로 멀티 스피커의 기능을 합치고 제어하는 기술은 결국 외부에 따로 여러 개의 스피커를 별도로 사용하는 방식이 여전히 필요한 상황이다. 연구팀은 디스플레이 프레임 내부에 얇은 ‘피에조 엑사이터(piezo exciter)’라는 초소형 부품을 픽셀 배치와 같이 여러 화면 위치에 다중으로 정밀하게 배치했다. 피에조 엑사이터는 전기 신호를 진동으로 바꾸어 소리를 내는 장치로, 일반 스피커처럼 별도의 공간을 차지하지 않으면서도 얇은 디스플레이 안에서 소리를 낼 수 있어 기존의 두께가 큰 익사이터 대비 OLED 와 같은 박형 폼팩터에서 우수한 것이 특징이다. 연구팀은 이를 통해 디스플레이의 각 픽셀이 마치 개별 스피커처럼 작동하면서 픽셀 단위로 각각 다른 소리를 내는 픽셀형의 로컬 사운드 (Local Sound) 기술을 구현했다. 이 과정에서 기존의 여러 스피커 구성 시 OLED의 전체 떨림과 스피커 간 진동 간섭의 기술적 한계를 완벽하게 해결하여, 여러 스피커 간 간섭이 없는 독립적인 사운드 크로스톡 프리 (Sound Crosstalk-free) 멀티 스피커 기능이 구현된 OLED를 최초로 개발하는데 성공하였다. 이 기술의 가장 큰 장점은 디스플레이의 서로 다른 위치에서 여러 소리를 동시에 낼 수 있다는 점이다. 예를 들어 차량 내에서는 운전석에 앉은 사람은 내비게이션 안내를 듣고, 조수석에 있는 사람은 음악을 즐기는 식으로, 한 화면에서 서로 다른 소리를 들을 수 있다. 또한 여러 개의 스피커를 하나의 OLED 디스플레이 화면에서 동작하게 함으로써, OLED를 사용한 유연하고 박형의 특성을 스마트폰이나 가상현실 기기에서도 사용자의 머리 움직임이나 손가락 위치에 따라 공간감 있는 소리를 제공할 수 있어, 더욱 생생한 몰입감을 느낄 수 있다. 더욱 주목할 점은, POSTECH 연구팀은 기술은 실제로 노트북 혹은 스마트 패드에 사용되는 크기인 13인치 OLED 패널을 통해서 실제 OLED 디스플레이 화면 동작 상황에서 원하는 화면 위치에서 별도로 다른 사운드 스피커가 동작하도록 만들어 실험까지 마친 상태라 상용화 가능성도 매우 높다고 할 수 있다. 얇고 가벼운 OLED 디스플레이의 장점은 그대로 살리면서도, 고음질 스피커를 따로 달 필요 없이 화면 자체에서 고급 음향을 들려줄 수 있다는 점도 주목할 만하다. 최수석 교수는 “디스플레이가 단순히 영상만 보여주는 것이 아니라, 시각과 청각을 모두 아우르는 인터페이스로 진화할 가능성을 보여주었다”라며 OLED 디스플레이 사용 몰입감 증가와 함께 “스마트폰, 자동차, 노트북 등 다양한 전자기기에서 얇고 가벼운 디자인을 유지하면서 고음질 사운드를 구현해 차세대 디바이스의 핵심 기술이 될 것”이라고 강조했다. 한편, 이번 연구는 산업통상자원부 전자부품 기술혁신사업, POSTECH 반도체 대학원 지원 사업 프로그램의 지원을 받아 수행됐다. DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202414691   출처: 포스텍-연구소식  Eurekalert!, Tech Xplore, Bioengineer.org

[POSTECH·美IBM 연구팀, 차세대 인공지능 메모리 소자의 숨겨진 작동 원리 규명] AI(인공지능)가 점점 더 똑똑해지는 시대, 이 기술을 더 빠르고 효율적으로 만들 지름길이 POSTECH 연구진에 의해 밝혀졌다. 신소재공학과·반도체공학과·반도체대학 김세영 교수, 곽현정 박사 연구팀이 미국 IBM TJ Watson 연구소 오키 구나완(Oki Gunawan) 박사와 함께 차세대 인공지능 핵심 기술로 주목받는 전기화학 메모리 소자(이하 ECRAM*1 ) 작동 원리를 세계 최초로 규명하는 데 성공했다. 이번 연구는 과학 국제 학술지 중 하나인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다. AI가 발전하면서 데이터 처리량도 기하급수적으로 늘어나고 있다. 하지만 현재 컴퓨터는 데이터를 저장하는 ‘메모리’와 연산을 수행하는 ‘프로세서’가 분리되어 있어, 두 장치 간 데이터 전송에 많은 시간과 에너지가 필요하다. 이를 해결하기 위해 등장한 개념이 ‘인-메모리 컴퓨팅(In-Memory Computing)’이다. ‘인-메모리 컴퓨팅’ 기술은 말 그대로 메모리 내에서 연산이 가능해 데이터 이동 없이 빠르고 효율적인 작업이 가능하다. ECRAM는 이를 구현할 핵심 기술 중 하나다. ECRAM은 이온의 움직임을 통해 정보를 저장·처리하는데 마치 아날로그 방식처럼 연속적인 값을 저장할 수 있다. 그러나 복잡한 구조와 고저항성 산화물 소재로 인해 작동 원리를 명확히 이해하기 어려웠고, 이는 상용화의 큰 걸림돌로 남아 있었다. 연구팀은 텅스텐 산화물을 사용하여 이 ECRAM를 ‘다중 단자 구조’로 제작하고, 극저온(–223℃, 50K)부터 상온(300K)까지 다양한 온도에서 내부의 전자 움직임을 관찰할 수 있는 ‘평행 쌍극자 홀 측정 기술*2 ’을 적용했다. 그 결과, 연구팀은 ECRAM 내부 산소 결함이 약 0.1eV의 얕은 도너 준위를 형성하며, 전자가 쉽게 이동할 수 있는 일종의 ‘지름길’을 만든다는 사실을 세계 최초로 관찰했다. ECRAM이 정보를 저장하고 전달할 때 단순히 전자의 양이 늘어나는 것뿐 아니라 전자들이 자유롭게 이동할 수 있는 환경 자체가 형성되었다. 이 메커니즘이 극저온에서도 유지된다는 점은 ECRAM의 안정성과 내구성을 입증하는 중요한 발견이다. 김세영 교수는 “이번 연구는 ECRAM 작동 원리를 다양한 온도에서 실험적으로 규명했다는 데 의미가 있다”라며, “이 기술이 상용화되면 스마트폰, 태블릿, 노트북 같은 기기에서 AI가 더 빠르게 실행되고, 배터리 사용 시간도 더 길어지는 효과를 기대할 수 있을 것”이라는 말을 전했다. 한편, 이 연구는 산업통상자원부 주관 민관공동투자반도체고급인력양성사업의 고집적 스토리지 클래스 메모리 및 딥러닝 가속기 구현을 위한 CMOS 공정 호환 고성능 ECRAM 개발 및 티키타카 알고리즘과 고성능 시냅스 소자의 co-optimization을 통한 뉴로모픽/인메모리 연산 칩 구현기술 개발과제의 지원을 받아 수행되었다. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-58004-0 1. ECRAM(Electrochemical Random-Access Memory): 전기화학적 랜덤 액세스 메모리로, 채널 내 이온 농도에 따라 컨덕티비티가 변화하며, 이를 아날로그 메모리 상태로 표현한다. 소스, 드레인, 게이트 3단자 구조로 되어 있어, 게이트에 전압을 인가하여 이온 이동을 제어하고, 소스와 드레인을 통해 채널 컨덕티비티를 읽는다. 2. 평행 쌍극자 홀 측정 기술(Parallel Dipole Line Hall System, PDL Hall 시스템): 두 개의 원통형 쌍극자 자석으로 구성된 홀 측정 시스템으로, 하나의 자석을 회전시키면 다른 하나가 자동으로 회전하게 되고, 두 개의 자기장을 중첩함으로써 강한 자기장을 생성시킬 수 있는 시스템이다.   출처: 포스텍 연구성과 관련 기사 바로가기: 조선비즈, 동아사이언스, YTN사이언스, 영남일보, 경북매일, 뉴데일리, 교수신문, 이코노미사이언스

[POSTECH·스위스 공동 연구팀, AI 결합한 피부 부착형 센서로 일상 속 정밀 모니터링 실현] 세계보건기구(WHO)에 따르면 '중풍'으로도 불리는 뇌졸중은 전 세계 사망원인 2위에 해당하는 치명적인 질환이다. 치료 후에도 심각한 후유증과 높은 재발률로 환자들은 일상생활에 큰 어려움을 겪는다. POSTECH · 스위스 재활센터 공동 연구팀이 뇌졸중 후유증 관리의 새로운 해결책을 찾았다. 전자전기공학과/반도체대학원 정윤영 교수, 박사과정 송용훈 씨, 윤인열 연구원(現 삼성전자) 연구팀은 스위스 루체른 연구소(Lake Lucerne Institute, LLUI), 세레네오 연구센터(cereneo Center for Interdisciplinary Research, CEFIR)와의 공동 연구를 통해 뇌졸중 후유증을 실시간 모니터링하고 정량적으로 평가할 수 있는 피부 부착형 센서 시스템을 개발했다. 이번 연구는 디지털 헬스케어 분야의 저명 국제 학술지인 ‘npj 디지털 메디슨(npj Digital Medicine)’에 최근 게재됐다. 뇌졸중은 뇌혈관이 막히거나 터지면서 발생하는 심각한 질환으로, 생명을 위협할 뿐 아니라 음식물을 제대로 삼키지 못하는 ‘연하곤란*1 ’이나 발음이 불분명해지는 ‘구음장애*2 ’ 등의 후유증을 남긴다. 기존 뇌졸중 후유증 평가는 병원에서 의료진이 직접 검사하는 방식으로 이는 환자의 일상 속 변화를 지속적으로 추적하기 어려운 한계가 있다. 연구팀이 개발한 ‘유연 피부 부착형 목 진동 센서(Soft Skin-Attachable Throat Vibration Sensor, STVS)’는 목 피부에 밀착되어 주변 소음의 영향을 전혀 받지 않고, 말하기, 삼키기, 기침 등의 뇌졸중 후유증과 관련된 신호를 일상 생활에서 정밀하게 감지한다. 특히, ‘구불구불한(serpentine) 구조’를 적용해 센서가 피부에 자연스럽게 밀착되어 움직임에 대응할 수 있는 유연성과 내구성, 부착성을 극대화했다. 그 덕분에 걷거나 뛰는 등의 활동 중에서도 센서가 안정적으로 부착되어 지속적인 데이터 측정이 가능하다. 실험 결과, 이 센서는 기존 웨어러블 센서에 비해 ‘신호 대 잡음 비(Signal to Noise Ratio, SNR)*3 ’가 3배 이상 향상되는 등 수집하는 데이터의 감도를 크게 높일 수 있었다. 또한, 연구팀은 인공지능(AI) 기반의 ‘앙상블(ensemble) 분류 모델’을 개발하여 센서에서 수집된 데이터가 자동으로 분석되도록 했다. 삼키기, 기침, 말하기, 헛기침 등의 뇌졸중과 관련된 여러 동작들이 전문 의료진의 도움 없이 정확하게 측정, 구별되고 이를 바탕으로 수준 높은 의료 평가를 진행할 수 있게 된 것이다. 실제 임상 환경에서의 효과도 검증됐다. 스위스 뇌졸중 재활센터에서 한국어, 영어, 프랑스어, 독일어, 스페인어의 다섯 가지 언어를 사용하는 여러 참가자들을 대상으로 한 실험에서 96% 이상의 높은 활동 분류 정확도를 보였으며, 일상적인 움직임 속에서도 안정적인 성능을 유지해 실생활 적용 가능성을 입증했다. 정윤영 교수는 “웨어러블 센서와 AI 기술의 융합으로 뇌졸중 후유증을 일상에서 모니터링할 수 있는 새로운 패러다임을 제시했다”라며, “다양한 언어와 환경에서도 높은 정확도와 안정성을 입증한 이 기술은 향후 여러 신경계 질환의 진단과 맞춤형 치료에도 크게 기여할 것”이라는 말을 전했다. 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 한국연구재단의 시스템반도체융합전문인력육성사업과 BRIDGE 연구사업, 정보통신기획평가원의 인공지능대학원 사업, BK21 사업의 지원으로 수행됐다. DOI: https://doi.org/10.1038/s41746-024-01417-w 1. 연하곤란 : 음식물이나 액체를 삼키기 어려운 상태로, 신경근 기능 이상이나 근육 약화로 인해 발생한다. 2. 구음장애 : 발음을 정확히 하지 못하는 상태로, 신경 손상이나 근육 조절 이상으로 인해 발생한다. 3. 신호 대 잡음비 : 원하는 신호와 잡음의 비율로, 값이 높을수록 신호가 더 선명하게 감지됨을 나타낸다.   출처: 포스텍 - 연구성과 관련 기사 바로가기: 조선비즈, 동아사이언스, 문화일보, 세계일보, 연합뉴스TV, 헤럴드경제, 경북도민일보, 뉴데일리, 이코노미사이언스, 교수신문  

[POSTECH·UNIST, 정밀한 환경 변화 감지가 가능한 차세대 3차원 반도체 센서 개발] 신소재공학과·IT융합공학과·반도체대학원 정성준 교수, IT융합공학과 조영민 박사(現 한국화학연구원) 연구팀이 UNIST(울산과학기술원) 고현협 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 압력과 온도를 동시에 감지하는 3차원 반도체 소자 기반의 다기능 센서 어레이를 개발했다. 이번 연구는 과학 분야의 국제 학술지 중 하나인 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 온라인판에 최근 게재됐다. 전자 피부가 실제 사람 피부처럼 정교한 감각 기능을 발휘하려면 압력과 온도를 동시에 독립적으로 측정할 수 있어야 한다. 기존의 반도체 기반 센서는 반도체 소자 특성상 온도변화에 따라 측정된 자극의 값이 달라지는 근본적인 문제가 있었다. 그로 인해 실온이 아닌 환경에서는 압력과 온도를 정확하게 구별해 측정하기 어려웠다. 이번 연구에서 POSTECH과 UNIST 연구팀은 두 개의 반도체 소자를 적층한 3차원 구조로 이를 해결했다. 아래층 소자는 온도의 변화에 따라 전기적 특성이 달라지는 원리를 활용해 온도를 감지하고, 위층에는 압력에 따라 저항이 달라지는 압력 감지 시트를 결합해 압력을 측정하도록 설계했다. 이 복합 구조는 온도와 압력을 동시에 감지할 뿐 아니라, 온도 데이터를 이용해 온도의 영향을 보정함으로써 주변 환경의 온도에 상관없이 정확한 압력 측정을 가능하게 했다. 연구팀은 이를 바탕으로 대면적 3차원 센서 어레이를 구현했으며, 2차원 공간에서 압력과 온도를 동시에, 그리고 정확하게 감지하는 데 성공했다. 특히, 온도변화에 따라 성능이 달라지는 반도체 센서의 근본적 한계를 극복하고, 다양한 온도에서도 가해진 압력을 정확하게 측정하는 뛰어난 성능을 입증했다. 이 기술은 산업적으로도 활용 가능성이 매우 높다. 센서를 로봇팔에 부착하여 물체를 들어 올리는 실험에서 연구팀은 3차원 다기능 센서가 정확히 측정한 물체 온도와 압력을 바탕으로, 일정한 힘을 가해 안정적으로 물건을 들어 올릴 수 있음을 확인했다. 정성준 교수는 “이번 3차원 반도체 기반 센서 연구를 통해 여러 지점에서의 온도와 압력을 동시에 측정할 수 있는 기술을 증명하였다”라며, “이를 바탕으로 온도와 압력 감지 기능을 갖춘 인공 피부 또는 다양한 온도의 환경에서 정밀한 작업을 수행하는 로봇팔 등의 개발이 가능해질 것”이라는 기대를 전했다. 한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 중견연구사업과 나노소재기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.ads4516   출처: 포스텍 – 연구 소식 관련 기사 바로가기

POSTECH·벨기에IMEC·서강대, 페로브스카이트 기반 광소자로 기존 센서 한계 극복 최근 반도체공학과·전자전기공학과·반도체대학원 이지원 교수팀이 벨기에 반도체 연구기관인 IMEC(아이맥), 서강대 김성진 교수 연구팀과 함께 차세대 이미징 기술을 선도할 3D 이미지 센서를 개발했다. 이번 연구는 나노기술 분야 국제 학술지인 ‘ACS 나노(ACS Nano)’ 온라인판에 게재됐다. 자율주행차, 로봇, AR·VR 기기 등이 원활하게 작동하려면 주변 환경과 사물을 정확하게 인식해야 한다. 이를 가능하게 하는 핵심 기술이 바로 ‘3D 이미지 센서’다. 그러나 기존 실리콘 기반 센서는 여러 개의 센서를 겹쳐 사용해야 해 비용과 시간이 많이 들며, 반응 속도와 해상도에서도 한계를 보여왔다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 ‘페로브스카이트(Perovskite)’라는 신소재를 활용했다. 이 소재는 빛을 효율적으로 흡수하고 전기를 빠르게 전달하는 특성이 있어 선명한 이미지를 빠르게 구현할 수 있다. 연구팀은 이를 빛을 흡수하는 얇은 필름 형태의 광소자로 활용해 ‘박막 포토다이오드(TFPD*1)’ 기술을 개발하고, 기존 실리콘 센서와 결합해 2D와 3D 이미지를 동시에 처리하는 혁신적인 센서를 구현했다. 특히, 연구팀은 ‘간접 비행시간 측정(i-ToF*2)’ 기술을 도입해 기존 센서보다 훨3 빠르고 정확하게 물체의 깊이 정보를 얻을 수 있도록 했다. 실험 결과, 이 센서는 센서가 빛을 전기 신호로 변환하는 효율을 나타내는 ‘외부 양자 효율(EQE*3)이 매우 높아 더 밝고 선명한 이미지와 영상을 제공하는 것으로 확인됐다. 이번 연구는 실생활에서도 큰 변화를 불러올 것으로 기대된다. 자율주행차는 보행자와 장애물을 더욱 정확하게 감지해 교통사고 위험을 낮출 수 있으며, 로봇은 정밀한 동작이 가능해져 가사와 의료, 산업 현장에서 활용도가 높아질 것이다. 또한, AR·VR 기기의 화질이 개선되어 사람들에게 더 생생하고 몰입감 있는 가상현실 경험을 제공할 것으로 기대된다. 이지원 교수는 “이번 연구는 실리콘 기반 CMOS 이미지 센서 기술과 페로브스카이트 광다이오드의 우수한 광전자 특성을 결합한 첫 사례로, 차세대 이미징 기술의 중요한 진전을 이뤘다”라며 이번 연구의 의의를 밝혔다. 한편, 이 연구는 2023년도 산업통상자원부 및 한국산업기술평가관리원 지원사업 ‘민관공동투자반도체고급인력양성사업’의 지원을 받아 수행됐다. DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.4c13136 1. TFPD: Thin-Film Photodiode 2. i-ToF(indirect time of flight) : 방사한 광 신호와 물체에 반사된 신호의 위상 변화(phase shift)를 측정하여 신호가 이동한 시간을 간접적으로 계산하는 거리 측정 기술. 3. EQE(External Quantum Efficiency): 포토다이오드에 조사된 광자의 개수에 대한 생성된 전자의 개수의 비율로 포토다이오드의 효율성을 나타내는 지표. 출처: 포스텍-연구 소식 관련 기사 바로가기

[재료연, 황현상 교수, 차세대 비휘발성 메모리 소자 기술 개발]   관련 기사 바로가기: 중앙일보,동아사이언스,뉴시스,헤럴드경제,전자신문,이데일리,국민일보