김의태 교수

차세대 전자 및 광전자 소자 구현을 위해 2차원 반데르발스 나노소재의 물리적 특성을 활용하고, MOS 구조 내 계면 특성을 정밀하게 제어하여 소자 성능을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다. 핵심 기술로 MOCVD 기반 수직 나노시트 이종접합 공정을 개발하여 원자층 수준에서 계면을 형성하고, 나노로드 도핑과 표면 조절 기법을 통해 전하 분리 특성을 정밀 제어합니다. 이 과정에서 도핑 농도와 표면 처리 조건을 체계적으로 최적화하여 계면 트랩 밀도를 감소시키고 소자 안정성을 향상시켰습니다. 이러한 기술은 고성능 전자소자, 광전자 소자, 뉴로모픽 컴퓨팅(신경 모방) 소자 개발에 적용되고 있습니다. 경상국립대학교와의 공동연구를 통해 비정질 탄화수소 박막 적층 기술을 개발하였으며, 이를 2차원 반도체 소자에 적용하여 전하이동도를 50% 이상 향상시키는 성과를 달성했습니다. 해당 연구 결과는 학술지 'Small'에 발표되었습니다.

반도체 미세화가 한계에 도달하면서 기존 SiO2 절연막을 대체할 수 있는 고유전(High-k) 절연 소재 개발이 필수적인 과제로 부상하고 있습니다. 이를 해결하기 위해 고유전 비정질 불소화 탄소 게이트 유전층을 개발하고, TiN 전극 박막 공정 기술을 MIS 소자 구조에 적용하는 연구를 진행하고 있습니다. 개발된 불소화 탄소 유전막은 유전율 10 이상의 특성을 확인하였으며, 이는 차세대 반도체 게이트 절연막과 고성능 커패시터 응용에 적용되는 수준입니다. 박막의 두께 균일성과 절연 특성을 정밀하게 제어하기 위해 증착 조건과 후속 열처리 공정을 최적화하였습니다. 이 과정에서 확보한 원천 기술을 바탕으로 관련 특허를 다수 보유하고 있으며, 미세화된 반도체 소자의 게이트 절연 특성 개선에 지속적으로 활용되고 있습니다.

태양광을 이용한 수소 생산 효율을 극대화하기 위해 광전기화학 소자의 광흡수 및 전하 분리 효율을 높이는 나노재료 연구를 수행하고 있습니다. 핵심 기술로 전이금속 칼코제나이드(TMD) 및 산화물 나노구조 기반 광촉매를 개발하고, 나노로드 도핑 기술을 적용하여 전하 이동 특성을 제어합니다. 이러한 기술은 광전기화학 물 분해(PEC-WS) 시스템과 수소 에너지 생산용 광양극 개발에 활용되고 있습니다. MoS2와 TiO2를 결합한 이종접합 구조를 구현하였으며, 이를 통해 순수 TiO2 대비 3배 높은 광전류를 구현하는 성과를 달성했습니다. 나노구조의 형태와 결정성을 조절하여 광흡수 파장 대역을 확장하고 전하 재결합을 억제하는 방향으로 후속 연구를 진행하고 있습니다.