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2-1. 2D/저차원 소재 기반 소프트 기능소자 기술 개발

| 연구참여자

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이름 :안종현
소속 :연세대학교
전화 :02-2123-2776
이메일 :ahnj@yonsei.ac.kr
홈페이지 :http://graphene.yonsei.ac.kr
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이름 :한창수
소속 :고려대학교
전화 :02-3290-3354
이메일 :cshan@korea.ac.kr
홈페이지 :http://n3l.korea.ac.kr
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이름 :정희태
소속 :KAIST
전화 :042-350-3931
이메일 :heetae@kaist.ac.kr
홈페이지 :http://ooem.kaist.ac.kr
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이름 :최성율
소속 :한국과학기술원
전화 :042-350-7427
이메일 :sungyool.choi@kaist.ac.kr
홈페이지 :http://mndl.kaist.ac.kr
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이름 :정현종
소속 :건국대학교
전화 :02-450-0535
이메일 :hjchung@konkuk.ac.kr
홈페이지 :

| 연구목표

저차원 소재 기반 소프트 소자들의 단위소자 수준의 특성 연구에서 더 나아가 소자 집적을 최적화할 수 있는 집적회로 기술 구현을 통해 소프트 시냅스 집적소자, 투명 소프트 고이동도 TFT 어레이, 생체신호 감지용 웨어러블 소프트 센서, 웨어러블 햅틱 엑츄에이터 모듈 및 유연소자용 나노 패턴을 소프트 플랫폼 상에 구축할 수 있는 개발 기술 확보

| 연구내용

Topic 1. 저차원/초박막 기반 소프트 멤리스터를 이용한 신경세포 모방 시냅스 집적 소자 개발

- 점진적 스위칭 특성을 지닌 소프트 멤리스터 기반 시냅스 소자 개발
- 소프트 멤리스터 기반 시냅스 어레이 구현 최적화
- 소프트 시냅스 어레이의 성능/신뢰성 개선 및 유연성 극대화 설계 기술 개발


[소프트 멤리스터 어레이 사진 및 시냅스 소자 구성도]

Topic 2. 유연 디스플레이 구동용 2D/저차원 소재 기반 투명 소프트 TFT 어레이 기술

- 2D/저차원 소재 고유물성 및 접합 제어를 통한 고이동도 소프트 TFT 개발
- 투명 소프트 TFT 어레이/집적을 위한 최적의 투명소자 구조 개발
- TFT 어레이/픽셀 집적 및 구동 시연


[2차원 반도체인 WS2의 두께에 따른 물성의 변화]

Topic 3. 2차원 소재를 이용한 웨어러블 고성능, 고투명, 고유연 전자소자 개발

- 2차원 소재 기반 소자 집적 공정 개발 및 안정적인 stress-free 전사 기술 개발
- 2차원 소재 기반 이종접합 소자 개발, 2차원 소재간 계면 특성 분석 및 최적화된 소자 설계
- 생체신호 감지용 고투명, 고유연, 고감도 웨어러블 유연 전자 소자 개발


[직접화된 이차원 소자 전사 방법 모식도]



[생체신호 감지용 이차원 소재 기반 유연소자 모식도]

Topic 4. 그래핀 기반 3차원 헤테로 구조체에 기반한 고성능 이온성 액츄에이터의 개발

- 니켈로센 촉매를 이용한 그래핀 기반 3차원 헤테로 나노구조체의 합성
- 전도성 고분자/헤테로 나노구조체 기반의 전기적/전기화학적 성능이 우수한 전극 개발
- 헤테로 나노구조체에 기반한 고성능 이온성 액츄에이터의 개발 및 성능평가


[(a) 그래핀 기반 3차원 헤테로 나노구조체의 모식도 및 (b) 이의 SEM image]



[3차원 헤테로 나노구조체 기반 이온성 액추에이터의 (a) 굽힘 성능 평가 및 (b) 작동힘 성능 평가]

Topic 5. 나노임프린트 공정을 이용한 대면적 초정밀 소프트 패터닝 공정 및 소자화 기술 개발

- 나노임프린트 공정을 이용한 대면적 50 nm 이하의 나노구조물 패터닝 기술 개발
- 2차원 소프트 나노소재의 소프트 기판상 패턴 구현
- 소프트 소자 구조 설계 및 다중물리 해석


[나노임프린트를 이용한 초미세 패터닝 및 소프트 나노소자 제작 공정도]

| 기대효과

- 멤리스터 기반 소프트 시냅스 어레이를 개발함으로써 저전력, 지능형 소프트 프로세스 구현을 위한 원천 기술 제공
- 2D/저차원 유연소재 기반의 고성능 소프트 투명 트랜지스터 어레이를 개발함으로써 플렉서블 디스플레이가 대응된 고화질 VR 등의 응용에 필요한 기반기술을 확보하고, 이에 대한 원천기술 및 지적 재산권을 선점
- 2차원 소재의 얇은 두께는 피부 굴곡 위에서 안정적으로 동작할 수 있는 인체부착형 다기능 센서 구현을 가능케 하며, 이를 통해 헬스케어 산업 분야에의 활용, 웨어러블 전자소자 기술 선점 및 원천특허 확보 등을 기대할 수 있음
- 신개념 헤테로 탄소 소재 합성 및 이에 기반한 전극 제작 기술을 개발함으로써 고성능 소프트 햅틱 액츄에이터의 제작을 위한 원천기술 확보.
- 나노소재의 패터닝을 통한 유연/신축화 공정 개발은 센서, 디스플레이, 태양전지 등의 전자소자에도 응용 가능한 핵심 소재/공정 기술이며, 전자패치형 헬스 모니터링 시스템 상용화를 위한 원천 기술도 제공
- 직접 패터닝 방식을 통해 유연기판에 초미세 패턴을 대면적으로 전사하는 방식 및 대면적의 하드 기판에서 사전 제작 후 유연기판에 삽인된 형태로 초미세 3차원 나노패턴을 전사하는 방식을 제안함으로써 향후 고성능 유연소자제작에 매우 유용할 것으로 기대됨

| 대표연구실적

1. B. C. Jang, H. Seong, S. K. Kim, J. Y. Kim, B. J. Koo, J. Choi, S. Y. Yang, S. G. Im, S.-Y. Choi, ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 12951.
2. H.-C. Kim, H. Kim, J.-U. Lee, H.-B. Lee, D.-H. Choi, J.-H. Lee, W. H. Lee, S. H. Jhang, B. H. Park, H. Cheong, S.-W. Lee, and H.-J. Chung, ACS Nano 2015, 9, 6854.
3. M. Park, Y. J. Park, X. Chen, Y-K. Park, M-S. Kim, J-H. Ahn, Adv. Mater. 2016, 28, 2556.
4. I. K. Oh, J. Kim, M. Kotal, KR 10-2016-0091602 (07-19-2016)
5. W. Jung, D. Kim, M. Lee, S. Kim, J. H. Kim, C. S. Han, Adv. Mater. 2014, 26, 6394.
6. W.-B. Jung, H. S. Jeong, H. ?J. Jeon, Y. H. Kim, J. Y. Hwang, J. ?H. Kim, H. ?T. Jung, Adv. Mater. 2015, 27, 6760.