김지희 교수팀, 2차원 반도체 소자의 한계를 넘다: 새로운 금속전극 공정 기술의 탄생탐침 기반 전사로 유기 잔류물 배제…고감도 광전소자 제작 가능성 입증 물리학과 김지희 교수 연구팀은 잔류물 없는 나노미터급 고해상도 공정을 구현할 수 있는 ‘반데르발스 금속 마스크(van der Waals Metal Mask)’ 기술을 개발해 2차원 물질 기반 소자 제작의 혁신적인 접근법을 제시했다. 이 기술은 기존 공정의 한계를 뛰어넘어 다양한 2D 물질 소자의 정밀 제작과 신뢰성을 대폭 향상시킬 것으로 기대된다.기존 2차원 반도체 소자 제작 공정 과정에서 가장 문제로 꼽히는 표면 유기 잔류물(Organic residue) 문제를 완전히 해결하면서, 다양한 2차원 물질의 고해상도 공정을 구현하는 새로운 방식을 제안한 것이다. 연구팀은 금(Au)과 은(Ag)으로 구성된 금속 필름을 탐침(Tip)을 이용해 전사하는 탐침 기반 전사 기술(probe tip-assisted metal film transfer technique)을 개발해(그림1), 1-μm 이하의 정밀한 패턴 전사가 가능함을 입증했다(그림2). 이 기술은 기존 기술과 달리 유기 잔류물이 남지 않으며, 다양한 물리적, 전기적 소자 제작의 가능성을 열었다. 이번 연구 결과는 ‘Robust van der Waals Metal Mask for Residue-Free and All-Solid 2D Material Engineering(잔류물 없는 2D 물질 공정을 위한 강력한 반데르발스 금속 마스크)’이라는 제목으로 국제 학술지 『Advanced Functional Materials』 11월 12일자에 게재됐다.- 논문 링크: http://doi.org/10.1002/adfm.202407821 전이금속 디칼코게나이드(Transition Metal Dichacogenides)와 그래핀을 포함하는 2차원 물질은 높은 전기적 이동도와 강한 빛-물질 상호작용으로 광전소자 및 나노소자 개발에서 주목받고 있다. 그러나 기존 리소그래피 기반 공정에서 발생하는 유기 잔류물이 반도체 표면이나 반도체-금속 전극 계면에 남아 소자 특성 측정 결과에 큰 영향을 미친다. 또한, 고가의 장비 의존성은 연구와 응용을 제한하는 주요 장애물로 작용한다. 이에 따라, 잔류물 없이 간단하면서도 비용 측면에서 효율적인 고해상도 금속 전극 공정의 필요성이 대두됐다.이에, 연구팀은 금속 필름(Au/Ag)을 탐침 기반으로 전사해, 유기 화학물질을 사용하지 않고도 2차원 물질의 표면에서 나노미터급 정밀 전극을 가공할 수 있는 새로운 기술을 개발했다.탐침을 이용한 금속 필름 전사로 기존 리소그래피 공정에서 발생하는 유기 잔류물로부터 완전히 자유롭고, 1-μm 이하 고해상도 공정 구현 및 유연소자 제작에 용이한 이 기술은 WSe2, MoS2 등 다양한 2차원 물질에 적용 가능하며, 특히 고성능 광전소자 제작에 적합하다. 기존 리소그래피 대비 공정 단순성과 비용 효율성에서 우수하며, 유기 잔류물 없는 반도체-금속 계면 처리로 신뢰도 높은 소자 특성을 구현했으며, 스퍼터나 E-beam 증착법을 이용하는 기존 금속 전극 제작 방식에서 고질적으로 발생하는 2차원 반도체 물질의 표면 결함 문제도 최소화할 수 있다.이번 논문의 교신저자인 김지희 교수는 “반데르발스 금속 마스크를 활용한 탐침 기반 전사 기술을 제안한 이번 연구는 기존 리소그래피 공정을 대체할 수 있는 혁신적인 접근법이다. 유기 잔류물 문제를 완전히 배제하는 금속 전극 공정을 구현함으로써 2D 물질 연구와 소자 제작의 새로운 가능성을 열었다. 다양한 2D 광전소자뿐만 아니라 유연한 호기 센서, 광통신, 원격 감지, 비침습적 질병 진단 모니터링과 같은 첨단 산업 전반에 걸쳐 폭넓은 파급 효과를 가져올 것으로 기대된다”고 말했다. [Abstract]The van der Waals (vdW) contact, characterized by its bondless interactions, opens up exciting possibilities in cutting-edge mask technology. It enables incredibly close proximity to samples at the atomic level while facilitating non-destructive engineering. In this study, the concept of a vdW metal mask using the template striped ultra-flat Ag/Au film is introduced. The probe tip-assisted metal film transfer under an optical microscope is employed to showcase all-solid and residue-free engineering on 2D materials. The robust nature of the vdW metal mask allows for various treatments, including gas, liquid, solid, plasma, and light, making it a universal tool for fabricating 2D material-based devices and samples with sub-1 μm resolution, all without the need for lithography technologies. With the superiority in simple sample fabrication, ultra-clean surfaces, and robustness under harsh conditions, the technique is believed to flourish in the 2D material research field.* Reference- Author (Pusan National University): Ji-Hee Kim (Department of Physics) - Title of original paper: Robust van der Waals Metal Mask for Residue-Free and All-Solid 2D Material Engineering- Journal: Advanced Functional Materials- DOI: http://doi.org/10.1002/adfm.202407821

문영득, 정혜윤 대학원생(지도교수: 진형진)이 2024년 가을 한국물리학회에서 한국 물리학회 우수발표상을 수상하였습니다.

정혜윤 대학원생(지도교수: 진형진)이 제26회 ICABU 학회에서 우수발표상을 수상하였습니다.

이재광 교수팀, 고체전해질 전도도 향상 비밀 풀어 산화물 기반 고체전해질 이온전도도 최적화 메커니즘 원자 수준 규명【왼쪽부터 황재진 대학원생, 이재광 교수】물리학과 이재광 교수 연구팀은 동신대·성균관대와의 협력연구를 통해 고체전해질내 산소공공의 특정배열과 그에 따른 격자팽창및 리튬 이온전도도 향상 메커니즘을 원자 수준에서 규명했다. 대부분 리튬 베터리 전해질은 액체이다. 리튬 이온의 전도도가 액체에서 크기 때문다. 하지만 액체는 온도에 취약하다. 열에 의해 예기치 못한 다양한 화학반응들이 쉽게 수반되어 불안정하다. 이에 최근들어 액체 전해질에 비해 안정한, 고체 전해질이 새롭게 대두되고 있다. 고체 전해질은 안정하지만 리튬이온들이 격자들 사이 좁은공간을 지나가야 하기에 전도도가 매우 낮다. 이를 해결하기 위해 신물질 탐색과 함께 다양한 방법들이 보고되어왔다. LaTiO3의 경우, LaO 층과 TiO2층이 교대로 적층되어 있는 층상의 perovskite 산화물이다. La이 Li으로 치환되면 LaO층은, Li이 많은 Li-rich 층과 Li이 상대적으로 적은 Li-poor 층이 교대로 존재하게 된다. 이번 연구에서 이재광 교수팀은 LaTiO3내 Li-rich층과 인접한 TiO2층에서 산소 공공이 2차원 층상 배열을 이루며 형성 될수 있음을 전자구조 계산과 분자 동역학 시뮬레이션을 통해 밝혀냈다. 특히 산소 공공의 층상 배열에 따라 Li-rich층의 폭이 넓어지고, 이를 통해 리튬이온 전도도가 1000배 이상 증가될수 있음을 이론적으로 예측하였다 [그림]. 【산소공공 특정배열과 구조변화 및 리튬 이온전도도 최적화 메커니즘 규명】 연구팀은 고온 열처리를 통해 산소공공이 실제로 특정 방향으로 배열되어 형성됨을 원자수준에서 이미징 하였다. 또한 Li-rich층의 폭이 실제로 0.5? 이상 증가되고, Li-poor층이 좁아지는 lattice distortion이 실제로 수반됨을 측정하였다. 이에 따라 Li-rich 층을 따라 리튬 이온 전도도가 급격하게 증가됨을 실험적으로도 측정하였다. 이재광 교수는 “이번 연구는 전이금속 산화물 기반 고체전해질에서 산소 공공 배열 제어에 의한 리튬 이온 전도도 향상의 메커니즘을 원자수준에서 밝혀낸 연구로, 향후 산화물 기반 고체 전해질 최적화에 핵심자료가 될 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 논문은 부산대 물리학과 황재진 석박통합 대학원생이 제1저자, 이재광 교수와 동신대 심재현 교수, 성균관대 김영민 교수가 공동교신저자로 수행해, ‘Oxygen vacancy-induced directional ordering of Li-ion pathways for enhanced ion conducting solid electrolytes’이라는 제목으로 2022년 기준 JCR 3.78% IF 22.0인 국제학술지 ACS Energy Letters』10월 ..일에 게재됐다. 논문: https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acsenergylett.4c02078 해당 연구는 과기부 나노 및 소재기술개발 사업의 지원을 받았다.

2024년 부산시 과학기술 유공자 선정…3개 분야 13명(부산=뉴스1) 손연우 기자 = 부산시가 부산 과학기술 발전에 이바지한 유공자들에게 26일 시상한다.시상은 △과학기술도시 조성 혁신리더 유공 △부산과학기술혁신상 △부산 연구개발 우수성과 유공 등 총 3가지 분야에서 이뤄진다. 과학기술도시 조성 혁신리더 유공은 지역의 과학기술 발전 및 확산에 이바지한 유공자에게 주는 상이다.올해는 로봇 활용 도시 부산 이미지 제고에 기여한 한국기초과학지원연구원 부산센터와 청소년 과학기술 교육에 이바지한 한국로봇융합연구원 부산센터 등 2개 기관이 감사패를 받는다. 또, 2차전지 연구개발·전문인력 양성에 이바지한 김점수 동아대 교수에겐 표창장이 수여된다. 부산과학기술혁신상은 과학기술로 산업혁신에 기여하는 연구자에게 연구개발비를 지원하는 상이다.친환경 접착 기술을 개발한 아셈스가 대상과 연구개발지원금 3000만 원을, 세계 최초 해양 로봇 방제 장비를 개발한 코아이가 최우수상과 연구개발지원금 1000만 원을 받는다. 각 수상자에겐 표창장·감사패, 연구개발지원금과 함께 우수 성과발표회 참석 기회가 제공된다. 시는 부산시청 도시철도 이동 통로에 수상작의 우수성과 내용을 담은 포스터를 전시할 예정이다.