반도체, 디스플레이, 태양전지 등 첨단산업에 사용하는 물질의 기본 형태는 박막이다. 그리고 박막의 두께는 점차 얇아져 수 nm 이하가 되며 다수의 복층 박막구조를 형성하게 된다.
따라서, 이런 분야에서 초미세 박막공정을 제어하고 또한 새로운 박막물질을 개발하기 위해서는 ellipsometry란 광측정기술의 도입이 필수적이다. Ellipsometry는 1 nm보다 얇은 박막의 특성도 분석할 수 있는 특징을 가지고 있다.

본 연구실에서는 다양한 기능의 ellipsometer를 개발하고 또 그 응용분야에 대한 연구를 수행하고 있다. 또한 특정물질을 측정하기 위한 특화된 광측정기기도 자체 개발하고 있으며 이를 사업화로 연계시키고 있다.

• (1) Ellipsometer 개발연구

  • - 실시간 분광 ellipsometer 개발 및 응용연구: 박막성장을 실시간으로 분석제어함
  • - 미세초점 분광 ellipsometer 개발연구: 반도체 공정에서 미세영역의 특성분석
  • - 진공자외선 ellipsometer 개발연구: 진공자외선 영역의 광특성을 분석하는 장비로 반도체 공정에 필요한 high-k 물질 연구에 필요한 장비
  • - 이미징 ellipsometer 개발연구: 박막의 미세영역의 특성을 2차원 영상화하는 장비로 반도체 관련 물질에 있어 미세결함을 측정하는데 사용

• (2) Ellipsometry 응용연구

  • - 다양한 ellipsometry를 이용하여 반도체, 디스플레이 등 첨단산업 뿐만 아니라 표면 및 박막에 관련된 다양한 분야로의 적용을 연구하고 있다.
  

  본 연구실에서 자체 제작한 장비

  

  1 nm 이하의 두께를 인식하는 data

연구 주제: 1차원 혹은 2차원과 낮은 차원의 물리계나 나노 크기 물리계 안에 들어 있는 전자들의 성질을 수리적인 방법을 통해서 연구한다. 낮은 차원의 전자계의 가장 큰 특징 중의 하나는 상호작용에 의해 예상하지 못하는 양자 효과가 나타난다는 것이다. 이러한 새로운 양자 효과를 컴퓨터를 이용한 계산을 통해서 찾고 이해하는 것이 주요한 연구 주제이다.

• (1) 낮은 차원 물리계의 양자상전이

  전자들 사이의 상호작용에 의해 나타나는 특징은 절대온도 0도인 상태에서 일어나는 양자상전이이다.
  이러한 현상은 최근 실험을 통해 여러 계에서 나타나고 있다. 특히 광격자(optical lattice)계에서 일어나는 양자상전이는 외부에서 레이저를 이용하여 양자상전이를 조절할 수 있는 현상으로서, 양자컴퓨터로 발전할 가능성으로 인해 많은 관심이 집중되고 있다. 이러한 상전이 현상을 양자몬테칼로 방법 등을 이용하여 계산한다.

• (2) 텐서네트워크 상태 계산

  양자계를 우리가 사용하고 있는 컴퓨터와 같은 고전역학적인 계에서 구현하는 일은 양자역학을 이해하는 데 필수적인 가장 기본적인 문제이다. 양자역학계는 많은 상태들이 중첩되어 나타나므로 이를 표현하기 위해 필요한 고전적인 정보의 양은 폭발적으로 증가하여 현실적으로 이를 나타내는 것이 거의 불가능하다.
  이를 해결하려는 노력으로 최근에 텐서네트워크를 사용하여 양자정보를 표현하려는 방법이 제시되었다. 본 연구실에서는 이런 방법을 사용하여 전자계의 양자역학적인 상태를 컴퓨터에서 구현하여 그 성질을 계산한다.

• (3) 불규칙 퍼텐셜에 의한 국지화 문제

  상호작용하는 양자계에 불규칙한 퍼텐셜이 존재할 경우에 일어나는 국지화 상전이는 양자다체 문제 중 가장 어려운 문제로 남아 있다. 불규칙한 퍼텐셜로 인해 해석적인 접근은 거의 불가능하다.
  이를 컴퓨터 계산을 통해 구현하는 일도 현실적으로는 긴 계산 시간과 거대한 메모리 용량을 필요로 하여 매우 어려운 실정이다.
  또한 양자 입자계가 가지는 부호 문제로 단순한 샘플링 방법 또한 적용되기 어렵다. 이러한 난제들을 수치적으로 해결해 나가는 방법을 탐구한다.

광전자 소자는 빛과 물질의 상호작용을 이용하여 빛을 발생, 변조, 또는 검출하는 장치로서, 무기반도체 또는 유기화합물로 만든다. 광전자 소자의 대표적 예로는 발광 다이오드(light-emitting diode, LED)를 들 수 있다. 정보를 화면에 보여주는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD) 또한 광전자 소자라고 할 수 있다.

본 연구실에서는 LED와 같은 광전자 소자를 연구하며, 그 특성을 분석, 평가하여 특성 향상의 방향을 제시하고 있다. 또한 광전자 소자를 응용한 통신용 광섬유 링크(fiber-optic link)의 특성을 연구하여, 새로운 소자를 이용한 고속 데이터 링크를 제시하는데 중점을 두고 있다.
이를 위하여 다양한 측정, 분석 시스템을 갖추고 있으며, 활발한 산학협력을 진행하고 있다.

레이저는 1960년 처음 개발된 이후 우수한 특성으로 인해 산업, 군사, 의료, 학문 등 많은 분야에서 사용되어 왔는데 최근에는 산업 및 군사 분야에서 기존 기술의 한계를 뛰어넘기 위한 필수적인 기반 기술로서 그 필요성과 응용 분야는 점점 넓어지고 있습니다.
예를 들어 스마트폰 한 대를 만들기 위해서 20가지 이상의 레이저 공정 기술이 들어가 있고, 반도체 생산에 있어 가장 중요한 공정 중 하나는 레이저광을 이용한 리소그래피이며, 피부 미용, 안과 라식/라섹 수술 등 주위에서 익숙한 의료 분야에 레이저가 필수적으로 사용되고 있습니다.

본 첨단레이저 연구실에서는 여러 가지 종류의 고출력 첨단 레이저 시스템을 연구, 개발하고 있습니다. 주요 연구 분야는 고체 물질 기반 레이저, 광섬유 레이저, 하이브리드 레이저 등 첨단 레이저의 연구 개발, 레이저의 근본 현상 탐구 및 특성 향상, 그리고 수 W에서 >1 kW에 이르는 고출력, 고에너지 레이저빔을 낼 수 있는 레이저 시스템 개발입니다.
그와 더불어 비선형 광학 현상을 위한 파장 변환 가시광 및 UV 레이저에 대한 연구도 병행하고 있으며 향후 고출력 레이저빔과 물질과의 상호작용, 새로운 레이저 응용 분야 탐구에 대한 연구도 계획하고 있습니다.

본 연구실의 주요 연구 결과 및 보유 기술은 다음과 같습니다.

• High power solid state lasers

  • Resonator mode calculation including thermal lensing
  • >10 W @ 1064 nm using Nd:YAG & Nd:YVO4
  • >10 W & >10 mJ @ 1617 & 1645 nm Er:YAG lasers
  • >10 W @ 2100 nm Ho:YAG lasers
  • Fiber-laser-pumped solid state lasers (hybrid lasers)

• Wavelength conversion

  • Green laser (@532 nm) generation using second harmonic generation
  • Intra-cavity SHG technology
  • OPO technology

• High power fiber lasers (cooperation with KITECH)

  • > kW cw & qcw high power Yb fiber lasers at ~1 um
  • > 100 W cw high power Er, Yb fiber lasers at ~1.5 um
  • > 100 W cw high power Tm fiber lasers at ~2.0 um
  • > 10 W cw high power Ho fiber lasers at ~2.1 um
  • Laser power stabilization technique (Domestic patent)

• Generation of optical vortex laser beam and adaptable laser beam

  • Laser beam shaping technology (Domestic and international patent)
  • High power LG mode beam generation (International patent)
  • High power optical vortex beam generation

나노시스템에서의 물리적 현상

나노물질의 물리적 특성 및 나노영역에서의 유체가 보이는 특이성을 원자현미경(AFM)을 사용하여 연구하고 있다.

• 1. Nanomechanics: 운동마찰발생기작 연구 및 superlubricity의 필요조건을 연구함.
• 2. Nanorheology: 나노영역에서의 유체(nano-confined fluids) 특성을 연구하여 나노수송시스템에 대한 이해를 도모함.

궁극적으로, 나노구조체의 물리적(역학적/전기적/광학적) 특성에 대한 이해를 통하여 나노시스템의 최적 물리적 제어수단을 탐구한다.

차세대 나노소자 연구실은 반도체 기반의 차세대 공정기술을 바탕으로 전자소자기반의 센서, 디스플레이, 웨어러블, LED연구와 이를 바탕으로 한 응용 연구를 진행하고 있습니다. 또한, 차세대 나노물질 합성 및 성장, 마이크로/나노 반도체 공정 (Fab), 광-구조-전기적 측정 및 분석기술을 결합하여 기초연구, 산업응용 연구에 관련된 핵심원천 기술 연구 및 관련 분야 석/박사 우수인력양성을 목표로 합니다.

연구실 1

연구실 2

차세대 반도체소자 연구실(Advanced Semiconductor Devices Laboratory, ASDL)은 새로운 재료와 소자 구조를 탐색하여 기존 소자의 한계를 극복한 광전자 및 전자 반도체 소자 개발을 목표로 하고 있습니다. 통신, 컴퓨팅, 센싱 분야에서 첨단 반도체 소자를 제공함으로써 근본적인 기술 문제를 해결하고, 산업에 적용하여 우리의 보다 나은 삶에 기여하고자 합니다. 저희 팀에서 함께 연구를 하면 반도체 소자 연구에 필수적인 시뮬레이션, 제작, 측정 및 평가분석의 모든 과정 경험을 통해 반도체 분야의 전문적인 인재로 거듭날 수 있습니다.

차세대 디스플레이 소재로 주목받는 양자점을 이용하여 발광 다이오드 소자를 제작하고 구조를 최적화하여 디스플레이 소자 성능의 향상을 추구하고 있다. 양자점 박막의 패터닝 및 디스플레이 픽셀 구현, 전하의 불균형 해소, 친환경 양자점 기반의 발광 소자 및 포토디텍터 등을 개발하고, 반도체 공정에서 활용되는 원자층증착법을 활용하여 기존과는 다른 접근을 통해 디스플레이 소자를 제작한다. 해당 연구를 통해 반도체 공정 전반과 디스플레이 소자에 대한 경력을 기르고 반도체/디스플레이 분야의 핵심 인재로 진출할 수 있다.

이미지 센서는 카메라에서 빛 신호를 전기 신호로 변환해 주는 반도체 칩으로, 사진 촬영을 목적으로 핸드폰과 같은 모바일 기기에 널리 쓰이고 있다. 이에 그치지 않고, AI 및 이미지 처리 기술의 발전으로 효율적 정보의 획득을 위한 목적으로 그 쓰임을 더욱더 넓혀 가고 있다. 본 연구실에서는 ‘Technology aware pixel design’ 이라는 기치 아래, 신 기술에 기반하여 더욱 효율적 정보 획득을 가능하게 하는 다양한 이미지 센서를 연구하고있다.