1. 다양한 자극을 감지하는 유연 전자피부 (Stretchable and Multimodal All Graphene Electronic Skin)

본 연구팀은 그래핀을 이용해 투명 하면서도 피부에 밀착이 가능한 다기능 전자 피부 (e-skin) 매트릭스를 개발 하였다. E-skin은 화학적 기상 증착법 (CVD)을 통해 제조된 그래핀을 전극으로 사용하고, 화학적으로 박리된 산화 그래핀을 습도 센서, 환원된 산화 그래핀을 온도 센서로 사용하여 제작 하였다. 기존의 복잡한 제작과정의 연구들과 달리 간단한 적층 방식과 스프레이 코팅 방식을 사용하여 제작 과정을 간소화 하였고, 각각의 센서가 해당되는 자극에만 반응할 수 있는 구조를 통해 다양한 자극에 독립적으로 감응할 수 있도록 제작 하였다. 또한, 매트릭스 방식의 소자를 통해 정확한 자극의 위치를 특정할 수 있다. 이번 연구결과는 기존의 복잡한 방식을 이용하지 않는 손쉬운 제작 방식과 적층 방식을 통해 높은 확장성을 가지는 e-skin을 제안하고, 다양한 형태의 그래핀 활용을 보여줌으로써 산업적 측면에서의 그래핀 사용을 가속화할 것으로 기대된다. 본 연구 결과는 공정의 간편함과 성능을 인정받아 재료과학 분야 권위지 Advanced Materials (IF 18.960) 2016년 4월호에 게재되었다.

원문 주소 : http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201505739/full

2. 반데르 발스 이종접합 구조를 이용한 저전압 구동용 이온젤 기반 스위칭 소자 (Low-Voltage Complementary Electronics from Ion-Gel-Gated Vertical Van der Waals Heterostructures)

본 연구팀은 이차원 그래핀 소재와 전이금속 디칼코게나이드의 이종 접합을 통해 형성된 쇼트키 장벽을 높은 전하용량을 가지는 이온젤 (ion gel)을 이용해 제어하는 수직형 쇼트키 장벽 트랜지스터를 개발 하였다. 그래핀을 소스 전극 소재로, 극박막의 다층 MoS2를 반도체 소재로, 이온젤을 게이트 절연 소재로 사용해 소자를 구성 하였다. 이온젤 게이팅에 의해 그래핀-MoS2 계면에서 형성된 쇼트키 장벽을 2 V 미안의 낮은 전압에서 0.43 eV까지 변화 시켰으며, 이를 통해 점멸비, 전류 밀도 등에서 기존의 실리콘 산화물 기반의 소자 구동에 비해 우수한 소자를 구현하였다. 수직형 소자 구조를 응용해 이차원 p형 소재인 WSe2를 이용한 트랜지스터를 제작 하였고, n형 소자와의 연결을 통해 고성능 CMOS 인버터를 구현하였다. 본 연구 결과는 그 우수성을 인정받아 재료과학 분야 권위지 Advanced Materials (IF 18.960) 2016년 5월호에 게재되었다.

원문 주소 : http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201506450/full

3. 하부 도핑을 이용한 수직형 유기 쇼트키 장벽 트랜지스터 (An Organic Vertical Field-Effect Transistor with Underside-Doped Graphene Electrodes)

본 연구팀은 수직형 유기 쇼트키 장벽 (Schottky barrier) 트랜지스터의 소스 전극으로 사용되는 그래핀의 하부 도핑을 통해, 쇼트키 장벽의 변화를 극대화 하는 새로운 기술을 제안 하였다. 단일 원자층 그래핀 전극에 기존의 방식이 아닌, 전사 과정 중에 하부 도핑 방식을 이용 하였으며, 이를 통해 그래핀의 표면 특성에 변화를 주지 않는 도핑을 유도하였다. 페르미 준위가 제어된 그래핀에 p형과 n형의 유기 반도체 소재를 적층 시켜 수직형 쇼트키 장벽 트랜지스터를 제작 하였으며, 그래핀의 도핑 종류와 정도에 따른 소자 성능의 변화를 체계적으로 분석하였다. 또한 하부 도핑 방식을 통해 제작된 유기 p형 및 n형 트랜지스터 소자의 연결을 통해 고성능 CMOS 인버터를 구현하였다. 해당 연구는 그 우수성을 인정받아 재료과학 분야 권위지 Advanced Materials (IF 18.960) 2016년 6월호에 게재되었다.

원문 주소 : http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201505378/full

4. 광학적 색 선택도를 가진 유기염료-그래핀 하이브르드 광 검출 소자 (Organic Dye Graphene Hybrid Structures with Spectral Color Selectivity)

본 연구팀은 그래핀과 유기 염료 분자로 이루어진 하이브리드 구조체의 광학적 특성을 이용하여, 특정 파장에 민감하게 반응하는 광검출 소자를 개발 하였다. 그래핀 표면에 적, 녹, 청색을 선택적으로 흡수하는 로다민 기반의 유기 염료를 딥코팅 방식으로 코팅 하였으며, 그래핀-염료 하이브리드 구조체는 염료의 종류에 따라 가시광 영역의 특정 파장의 빛을 선택적으로 검출 하였다. 개발된 광검출 소자의 광 감응 특성은 그래핀과 염료 사이에 형성된 극성 모멘트 차이와 물리적 거리에 영향을 받음을 입증 하였다. 그래핀-유기 염료라는 간단하지만 독창적인 하이브리드 구조체는 그래핀 뿐만 아니라 다양한 이차원 나노소재에 적용될 수 있을 것으로 예상되고, 잠재적으로 미래의 광전자 소자 분야의 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이를 인정받아 재료과학 분야 권위지 Advanced Functional Materials (IF 11.382) 2016년 7월호에 게재되었다.

원문 주소 : http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201601200/full

5. 마찰전기 나노발전소자를 위한 은 나노와이어 구조체 (Mechanically Robust Silver Nanowires Network for Triboelectric Nanogenerators)

연구팀은 차세대 투명전극 소재로 각광을 받고 있는 은 나노와이어 (silver nanowire) 전극 소재를 이용한 휘어지고 늘어나는 마찰전기 나노발전소자를 개발 하였다. 자외선에 경화되는 SU-8과 열에 경화되는 PDMS 고분자를 이용한 구조체를 활용해, 우수한 전도성과 기계적 강도를 가지는 투명전극을 개발 하였다. 또한 은 나노와이어 농도 조절을 통해 발전소자의 각 접촉면에 유도되는 전하밀도 양을 체계적으로 제어 하였다. 본 연구를 통해, 유연하고 신축성 있는 투명한 차세대 마찰전기 나노발전소자를 개발할 수 있을 것으로 전망된다. 기존의 경화성 소재와 은 나노와이어를 응용하는 새로운 방식을 개발한 것을 인정받아 재료과학 분야 권위지 Advanced Functional Materials (IF 11.382) 2016년 9월호에 게재되었다.

원문 주소 : http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adfm.201603199/full 

6. 이황화몰리브덴 기반 비휘발성 광전자 메모리 소자 (Multibit MoS2 Photoelectronic Memory with Ultrahigh Sensitivity)

본 연구팀은 우수한 전기적, 광학적 특성을 가지는 단일 원자층 이황화몰리브데늄 (MoS2) 트랜지스터에 금 나노입자와 수 나노미터 두께의 고분자 절연체를 도입함으로써, 터널링을 통해 전하의 트랩을 유도하는 나노 플로팅게이트 (nano-floating-gate) 트랜지스터 메모리 소자를 개발하였다. 해당 소자는 기존의 전계효과 뿐만 아니라 광학적인 자극에 의해서도 전하를 수집 및 방출하여 메모리 효과를 보였으며, 빛의 세기에 따라 4개 이상의 안정된 저장 상태를 구현할 수 있었다. 본 연구에서 MoS2 채널에 입사된 빛을 이용한 신호 저장 방식은 향후 광원 만을 이용한 전자 회로, 안정적인 정보 저장 기술의 확보 및 양자 정보 처리 기술 등에 응용될 수 있어 그 활용 가치가 뛰어나다고 볼 수 있다. 해당 연구는 그 우수성을 인정받아 재료과학 분야 권위지 Advanced Materials (IF 18.960) 2016년 11월호에 게재되었다.

원문 주소 : http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201603571/full

7. 압전 퍼텐셜을 통한 프로그래밍이 가능한 다중레벨 메모리 소자 (Piezopotential-Programmed Multilevel Nonvolatile Memory As Triggered by Mechanical Stimuli)

본 연구팀은 이온젤 기반 전계효과 트랜지스터 (FET)와 압전 나노발전소자 (NG)를 결합해 압전 퍼텐셜을 입력 신호로 사용하는 다중 레벨 비휘발성 메모리 소자를 개발 하였다. 기존 FET에서 게이트 전극에 가해지는 전압을 NG에서 생성된 압전 퍼텐셜로 대체함으로써, 외부에서 가해지는 물리적 변형에 따른 메모리 정보 저장을 수행 하였으며 NG의 상부 전극의 접지를 통해 저장된 정보의 삭제를 수행 하였다. 또한, NG에 가해진 외부 변형 정도의 제어를 통해 다중레벨 정보 저장을 구현 하였다. 본 연구를 통해 개발된 메모리 소자는 저장 상태와 삭제 상태의 전류 차이가 103배, 4개 이상의 다중 레벨, 100회 이상의 안정적 구동 성능을 보였다. 본 연구 성과는 전자 피부나 휴먼-로봇 인터페이스에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 이번 연구결과는 센싱 방식의 참신함과 우수한 성능을 인정받아 나노재료 분야 권위지 ACS Nano (IF 13.334) 2016년 12월호에 게재되었다.

원문 주소 : http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b05895