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최양규 교수, 10초 내 물에 녹는 보안용 메모리 소자 개발
우리 대학 전기및전자공학부 최양규 교수 연구팀이 물에 녹여 빠르게 폐기할 수 있는 보안용 메모리 소자를 개발했다.
연구팀이 개발한 보안용 비휘발성 저항변화메모리(Resistive Random Access Memory : RRAM)는 물에 쉽게 녹는 종이비누(Solid Sodium Glycerine : SSG) 위에 잉크젯 인쇄 기법을 통해 제작하는 방식이다. 소량의 물로 약 10초 이내에 용해시켜 저장된 정보를 파기시킬 수 있다.
배학열 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 네이처 자매지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 12월 6일자 온라인 판에 게재됐다. (논문명 : Physically transient memory on a rapidly dissoluble paper for security application)
과거에는 저장된 정보를 안정적으로 오랫동안 유지하는 능력이 비휘발성 메모리 소자의 성능을 가늠하는 주요 지표였다. 하지만 최근 사물인터넷 시대로 접어들며 언제 어디서든 정보를 쉽게 공유할 수 있게 돼 정보 저장 뿐 아니라 정보 유출을 원천적으로 차단할 수 있는 보안용 반도체 개발이 요구되고 있다.
이를 위해 용해 가능한 메모리 소자, 종이 기판을 이용해 불에 태우는 보안용 소자 등이 개발되고 있다. 그러나 기존의 용해 가능한 소자는 파기에 시간이 매우 오래 걸리고 불에 태우는 기술은 점화 장치와 고온의 열이 필요하다는 한계가 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 물에 매우 빠르게 반응해 녹는 SSG 기판 위에 메모리 소자를 제작해 용해 시간을 수 초 내로 줄이는데 성공했다.
이 메모리 소자는 알칼리 금속 원소인 소듐(Sodium)과 글리세린(Glycerine)을 주성분으로 하고 친수성기를 가져 소량의 물에 반응해 분해된다.
용해 가능한 전자소자는 열과 수분에 취약할 수 있어 공정 조건이 매우 중요하다. 연구팀은 이 과정을 잉크젯 인쇄 기법을 통해 최적화된 점성과 열처리 조건으로 금속 전극을 상온 및 상압에서 증착했다.
또한 메모리 소자의 특성을 결정하는 저항변화층(Resistive Switching Layer)인 산화하프늄(HfO2)도 우수한 메모리 특성을 얻도록 150도 이하의 저온에서 증착했다. 이를 통해 평상시 습도에서는 안정적이면서도 소량의 물에서만 반응하는 소자를 제작했다.
연구팀은 휘어지는 종이비누 형태의 SSG 기판을 이용하고, 잉크젯 인쇄기법을 이용해 ‘금속-절연막-금속’ 구조의 2단자 저항 변화메모리를 제작하기 때문에 다른 보안용 소자보다 비용 절감 효과가 매우 크다고 밝혔다.
1저자인 배학열 박사과정은 “이 기술은 저항변화메모리 소자를 이용해 기존 실리콘 기판 기반의 기술 대비 10분의 1 수준의 저비용으로 제작 가능하다”며 “소량의 물로 빠르게 폐기할 수 있어 향후 보안용 소자로 응용 가능할 것이다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부 한국연구재단과 나노종합기술원의 지원을 통해 수행됐고, 배학열 박사과정은 한국연구재단의 글로벌박사펠로우십에 선정돼 지원을 받고 있다.
□ 그림 설명
그림1. 메모리 소자가 물에 용해되는 과정
그림2. 최양규 교수팀이 개발한 보안용 메모리 소자
그림3. 보안용 메모리 소자 모식도
2016.12.22 조회수 10417 -
이건재, 최성율 교수, 고체 상분리 현상에 의한 그래핀 생성원리 발견
우리 대학 신소재공학과 이건재 교수와 전기및전자공학부 최성율 교수 연구팀이 초단시간의 레이저를 조사해 단결정 탄화규소(SiC)의 고체 상분리 현상을 발견하고 이를 활용한 그래핀 생성원리를 밝혔다.
기존에 활용되고 있는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 기반의 그래핀 합성법이 상당시간의 고온 공정을 필요로 하는 것과 달리 새로운 레이저 열처리법은 상온환경에서 단시간의 공정으로 그래핀을 합성할 수 있어 향후 그래핀 활용의 폭을 넓힐 수 있을 전망이다.
연구진은 단결정 탄화규소 소재 표면에 나노초(10억분의 1초) 단위의 극히 짧은 시간 동안 레이저를 쪼여 표면을 순간적으로 녹였다가 다시 응고시켰다. 그러자 탄화규소 표면이 두께 2.5나노미터의 탄소(C) 초박막층과 그 아래 두께 5나노미터의 규소(Si, 실리콘)층으로 분리되는 상분리 현상이 나타났다. 여기에 레이저를 다시 쪼이자 안쪽 실리콘층은 증발하고, 탄소층은 그래핀이 됨을 확인했다.
특히 탄화규소와 같은 이종원소 화합물과 레이저의 상호작용에 대한 연구는 아주 짧은 시간에 일어나는 복잡한 상전이 현상으로 지금까지 그 규명이 쉽지 않았다. 그러나 연구진은 레이저에 의해 순간적으로 유도된 탄소 및 실리콘의 초박막층을 고해상도 전자현미경으로 촬영하고, 실리콘과 같은 반도체 물질이 고체와 액체 상태일 때 나타나는 광학 반사율이 다르다는 점에 착안해 탄화규소의 고체 상분리 현상을 성공적으로 규명해낼 수 있었다.
연구에 활용된 레이저 열처리기술은 AMOLED(능동형 유기발광다이오드) 등 상용 디스플레이 생산공정에 널리 활용되고 있는 방법으로, CVD 공정과 달리 레이저로 소재 표면만 순간적으로 가열하기 때문에 열에 약한 플라스틱 기판 등에도 활용이 가능하여, 향후 플렉시블 전자 분야로 응용의 폭을 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.
이 교수는 "이번 연구 결과를 통해 레이저 기술이 그래핀과 같은 2차원 나노소재에 보다 폭넓게 응용될 수 있을 것이다”고 말했다.
최 교수는 "앞으로 다양한 고체 화합물과 레이저의 상호작용을 규명해 이들의 상분리 현상을 활용하면 새로운 나노소재 개발을 기대할 수 있을 것이다”고 말했다.
이번 연구결과는 자연과학 및 응용과학 분야 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 최신호에 게재됐다.
□ 그림 설명
그림1. 단결정 탄화규소의 용융을 통한 상분리 현상의 원리를 밝혀내는 분자동역학 시뮬레이션의 모식도
그림2. 레이저에 의해 순간적으로 유도된 단결정 탄화규소의 용융 및 응고 현상을 증명하는 실시간 시간 분해능 반사율 (In-situ time-resolved reflectance) 측정 스펙트럼
그림3. 레이저가 조사된 탄화규소 표면의 전체적인 전자현미경 사진(a) 및 이로 의한 탄소와 실리콘으로의 상분리 현상을 촬영한 고해상도 전자현미경 사진(b)
2016.12.05 조회수 11872 -
최경철 교수, 직물위에 유기발광다이오드(OLED) 형성 기술 개발
〈 학술지에 게재된 표지논문 〉
옷처럼 편하게 입으면서도 디스플레이 기능을 수행할 수 있는 OLED 기술이 개발됐다.
우리 대학 전기및전자공학부 최경철 교수 연구팀이 직물 기판 위에 유기발광다이오드(OLED)를 형성해 웨어러블 디스플레이를 실현할 수 있는 원천기술을 개발했다.
연구팀의 직물 OLED는 다층 박막봉지 기술(Thin-film Encapsulation)을 적용한 상태에서도 유연함을 잃지 않았고 1천 시간 이상의 동작 수명을 유지했다.
㈜코오롱글로텍과 공동으로 진행된 이번 연구는 나노전자 기술 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 일렉트로닉 머티리얼즈(Advanced Electronic Materials)’ 11월 16일 표지논문으로 선정됐다.
플라스틱 기판을 기반으로 한 유연 디스플레이는 플라스틱 기판이 얇을수록 뛰어난 유연성을 보인다. 하지만 얇게 만들수록 쉽게 찢어지는 문제가 발생하고 내구성이 약해지게 된다.
반면 직물은 씨실과 날실로 이뤄진 구조로 전체 직물은 두껍지만 여러 가닥의 수 마이크로미터 두께의 섬유들이 엮여있어 매우 유연하면서도 뛰어난 내구성을 갖는다. 연구팀은 이 점에 주목해 직물 OLED 형성 기술을 연구했다.
일반 옷감에 쓰이는 직물은 표면이 거칠고 온도 상승에 따라 부피가 팽창하는 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion)가 커 열 증착 과정을 거치는 OLED 소자 형성 과정에서 문제가 발생한다.
연구팀이 개발한 평탄화 공정은 이러한 문제를 해결했다. 직물의 유연한 성질을 잃지 않으면서도 유리 기판과 같이 평평한 형태의 직물을 구현했다. 또한 이 평탄화된 직물은 동일 두께의 플라스틱 기판보다 더 유연했다.
연구팀은 평탄화 된 직물 위에 진공 열 증착 공정으로 OLED를 형성했고 OLED를 보호하기 위해 수분과 산소의 침투를 막는 다층 박막봉지 기술을 적용했다.
다층 박막봉지 기술이 적용된 직물 OLED는 1천 시간 이상의 동작 수명과 3천 500시간 이상의 유휴 수명을 갖는 것으로 확인됐다. 결과적으로 플라스틱보다 유연하면서 소자의 신뢰성까지 보장할 수 있는 디스플레이 소자를 구현했다.
연구팀은 이번 연구 결과가 산업적으로 플라스틱 OLED에서 진보된 패브릭 기판의 OLED 기술을 제시할 것이라고 예상했다.
최 교수는 “플라스틱보다 유연하면서 뛰어난 신뢰성을 보인 직물 OLED는 옷처럼 편한 웨어러블 디스플레이를 구현할 수 있을 것이다”며 “작년 실 한 올마다 OLED를 구축했던 성과에 이어 보다 실현 가능한 기술을 개발했다는 데 의미가 있다”고 말했다.
김우현 박사와 권선일 박사과정이 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 산업통상자원부의 산업기술혁신사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 제작된 직물 기판 위에 형성된 OLED 구동 사진
그림2. 직물 위에 형성된 OLED 구조
그림3. 단면 SEM 사진
2016.11.22 조회수 11523 -
웨어러블 컴퓨터 KAIST에 다 모였다 … 2016 웨어러블 컴퓨터 경진대회
우리 대학은 오는 17일(목), 18일(금) 이틀간 본교 KI빌딩에서 입는 컴퓨터 경진대회인‘2016 웨어러블 컴퓨터 경진대회’를 개최한다.
12주년을 맞이한 ‘웨어러블 컴퓨터 경진대회’는 대학생들이 창의적 아이디어와 최신 기술을 접목해 공상과학영화나 만화 속에서 볼 수 있는 웨어러블 컴퓨터를 직접 제작해 선보이는 대회다.
전국 대학에서 총 108개 팀이 참여했으며, 서류심사·발표심사·본선대회 총 3번에 걸친 심사 과정을 거쳐 최종 우승 팀에게 미래창조과학부 장관상과 함께 500만원의 상금이 수여된다.
‘웨어러블 컴퓨터’는 사용자가 이동 중에도 자유자재로 컴퓨터를 사용하기 위해 신체와 의복 일부분에 착용할 수 있도록 제작된 기기로, 최근에는 스마트 폰과 연동되어 인터넷 기반의 다양한 서비스 제공이 가능한 제품이 주목을 받고 있다.
이날 출품된 작품 중에서 ‘아기의 수면상태 측정 인형과 엄마 손목밴드’로 대회에 참가한 원유진(숙명여대 고래고래팀)학생은 “수면 인형은 아기의 수면 상태를 실시간으로 측정하고, 아기의 뒤척임을 파악하여 잠에서 깨기 전 집안일을 하고 있는 엄마의 스마트 밴드에 진동과 라이팅으로 알림을 준다. 이로써 엄마는 마음 편히 집안일을 할 수 있다.”라고 개발 배경을 설명했다.
‘동시 자막을 제공하는 스마트 글래스(충남대 취향존중팀)’는 청각 장애인들이 영화 감상과 같은 문화생활을 즐기기 어려운 점에 착안, 어플리케이션을 통해 저장한 영화 자막을 스마트 글래스에 출력하여 불편 함 없이 영화 관람을 가능하게 해 주는 기기이다. 청각 장애인 뿐 아니라 해외 연극, 뮤지컬 등 동시 자막이 필요한 분야에서 일반인들도 활용 가능하다.
이밖에 ▲전문의들이 직접 기획한 허리디스크 예방과 치료를 위한 자세교정 허리밴드(계명대학교 Cyber팀) ▲길 고양이 중성화 사업을 돕기 위한 개체 수 파악용 목걸이(충남대학교 아침햇살팀) ▲바쁜 현대인을 위한 손을 사용하지 않고 양치질 할 수 있는 자동 칫솔(세종대학교 치 편한 세상팀) ▲언제 어디서든 음악을 연주하고 작곡 할 수 있도록 팔목 밴드와 벨트로 만든 악기(서울대학교 Gorany팀) 등 창의적이면서 실용적인 제품이 출품됐다.
행사의 상세정보는 홈페이지(http://www.ufcom.org)를 통해 확인할 수 있다.
대회 위원장인 유회준 KAIST 전기및전자공학부 교수는 “웨어러블 컴퓨터에 대한 산업계 관심이 갈수록 커지고 있다”며“머지않아 웨어러블 컴퓨터가 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI, Artificial Intelligent) 등으로 스며들어 자연스럽게 사용될 수 있는 IT세상이 곧 열릴 것”이라고 말했다.
2016.11.16 조회수 7153 -
신승원 교수 연구팀, SDN World Congress에서 베스트 소프트웨어 정의 네트워킹 솔루션 쇼케이스 선정
〈 신 승 원 교수 〉
전기 및 전자공학부 신승원 교수 연구팀이 주도하는 소프트웨어 정의 네트워킹 보안 프로젝트인 델타(DELTA)가 지난 10월 10일 부터 16일 사이에 네덜란드 헤이그에서 열린 유럽 최대 네트워크 컨퍼런스 (SDN 월드 콩그레스)SDN World Congress 2016 에서 베스트 소프트웨어 정의 네트워킹 솔루션 쇼케이스로 선정됐다.
이 프로젝트는 신승원 교수 연구팀의 이승수 박사과정, 윤창훈 박사과정이 주도하고 있으며 영국의 퀸즈 대학과 협력해 진행하고 있다. 국내 소프트웨어 정의 네트워킹 전문 벤처기업인 아토리서치에서 실제 테스트와 검증을 담당하고 있다.
델타 프로젝트는 소프트웨어 정의 네트워킹의 주요 구성요소인 컨트롤 플레인 및 데이터 플레인 그리고 이 두개 구성요소를 잇는 컨트롤 채널에 각각 에이전트들을 설치하고 이를 관제하는 에이전트 매니저를 통해 소프트웨어 정의 네트워크에서 발생할 수 있는 보안 취약점을 자동으로 찾아내는 도구이다.
주요 타깃은 소프트웨어 정의 네트워크에서 표준으로 사용되고 있는 오픈플로 프로토콜과 해당 프로토콜을 사용하는 컨트롤러라고 불리우는 네트워크 운영체제, 그리고 오픈플로 프로토콜을 사용하는 네트워크 스위치 장비들에 대한 공격이다.
위와 같이 에이전트 매니저를 통해 각 소프트웨어 정의 네트워킹의 주요 구성요소들을 자동으로 검증 테스트를 해주는 델타 도구를 통해 소프트웨어 정의 네트워킹을 활용한 다양한 오픈소스 프로젝트들 및 상용 제품들의 취약점을 자동으로 찾아낼 수 있어, 특히 보안이 요구되는 곳에서 많은 수요가 있을 것으로 기대하고 있다.
한편 델타 프로젝트는 현재 세계 최대 소프트웨어 정의 네트워킹 표준 단체인 오픈 네트워킹 파운데이션의 보안 프로젝트로 등록되어 있다. 이번 SDN World Congress 2016에 베스트 소프트웨어 정의 네트워킹 솔루션 쇼케이스로 선정되면서 델타 프로젝트의 필요성 및 중요성을 입증했다. 최근 오픈 네트워킹 파운데이션도 델타의 베스트 소프트웨어 정의 네트워킹 솔루션 쇼케이스 선정을 대대적으로 발표했다.
신승원 교수는 “소프트웨어 정의 네트워킹 관련 기술이 최근 매우 많이 등장하고 있는데, 아직 국내 주도로 진행되는 프로젝트가 거의 없다시피 하고 있다. 이에 본 수상은 국내 소프트웨어 정의 네트워킹 보안 기술을 세계적으로 인정받은 것으로, 한국이 소프트웨어 정의 네트워킹 보안 기술을 리드해 나갈 수 있는 가능성을 보인 것이라 할 수 있다” 고 말했다.
□ 그림 설명
그림1. 델타 프로젝트의 주요 구성요소인 에이전트 매니저와 에이전트들
2016.10.21 조회수 5784 -
최정우, 조병진, 김상욱 교수, 3차원 그래핀 기반 평판 스피커 개발
우리 대학 전기 및 전자공학부 최정우, 조병진 교수, 신소재공학과 김상욱 교수 공동 연구팀이 3차원 그래핀 에어로젤을 이용해 전기 에너지로부터 박막의 진동 없이 소리를 발생시킬 수 있는 초박형 열음향 스피커를 개발했다.
이번 연구 결과는 나노 분야 학술지 ‘에이씨에스 에이엠아이(ACS AMI : ACS advanced Materials & Interfaces)’ 8월 17일자 온라인 판에 게재됐고 9월 9일자 IEEE 스펙트럼을 통해 외신에 소개됐다.
이번 연구는 김충선 박사과정, 이경은 박사과정, 기계공학과 이정민 박사가 공동 저자로 참여했다.
열음향 스피커란 얇은 도체에 교류 전기 신호를 인가함으로써 발생되는 열의 파동을 통해 공기의 진동을 발생시키는 원리로 소리를 낼 수 있는 스피커이다. 기존의 다이내믹 스피커와 다르게 매우 얇고 유연하게 만들 수 있다.
또한 박막의 진동 없이 소리를 발생시킬 수 있고 모든 방향으로 동일한 위상의 소리가 발생되기 때문에 어떠한 구조물에 붙이더라도 감쇄 없이 소리를 발생시킬 수 있는 장점이 있다.
열음향 스피커는 열을 발생시키는 도체의 열용량이 작을수록 효율이 높아져 그래핀 등의 얇은 박막이 스피커 구현의 적합한 재료로 여겨진다.
그러나 매우 얇은 나노 박막들을 지지하기 위한 기판에 의한 열 손실은 열음향 스피커의 효율을 감소시키는 문제점으로 지적됐다.
연구팀은 수 나노미터의 그래핀으로 이루어진 삼차원 그래핀 에어로젤 구조를 열음향 스피커에 적용시켜 그래핀의 열용량은 유지하면서 기판으로의 열 손실은 최소화된 삼차원 그래핀 열음향 스피커를 제안했다.
김상욱 교수 연구팀에서 개발한 이 삼차원 그래핀 구조는 산화 그래핀 용액을 동결 건조하고 열처리해 환원 및 도핑하는 간단한 과정을 통해 얻어질 수 있어 대량 생산이 가능하고 원하는 모양대로 가공이 가능하다.
최정우, 조병진 교수 공동 연구팀은 삼차원 그래핀이 최적의 효율로 소리를 발생시키기 위한 조건 및 구조를 이론적, 실험적으로 규명했다. 그리고 이를 사용해 어레이 형태의 스피커를 제작했고 현재까지 보고된 이차원 및 삼차원 열음향 스피커에 비해 향상된 음압 레벨을 보임을 입증했다.
제 1저자인 김충선 박사과정은 "이번 연구를 통해 대량 생산이 가능한 삼차원 그래핀 에어로젤로 손쉽게 제작이 가능한 열음향 스피커를 개발했다"며 "교내의 다양한 주제로 연구중인 그룹들이 가지고 있는 기술의 융합이 성과를 내는 데 큰 도움이 됐다"고 말했다.
이번 연구는 삼성미래기술 육성센터 및 한국연구재단 창의연구지원사업 다차원 나노조립제어 창의연구단의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 16개의 삼차원 그래핀 에어로젤로 구성된 어레이 열음향 스피커
그림2. 제작 과정 및 삼차원 그래핀 에어로젤의 특성
2016.09.30 조회수 9352 -
최양규 교수, 5단 나노선 통한 D램-플래시 융‧복합메모리 개발
우리 대학 전기 및 전자공학부 최양규 교수와 이병현 박사과정이 나노선의 5단 수직 적층 기술을 통해 D램과 플래시 메모리 동작이 동시에 가능한 융합메모리 반도체 소자를 개발했다.
이번 연구 결과는 나노 분야 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 8월 31일자 온라인 판에 게재됐다.
메모리 반도체는 정보화 기술 사회의 핵심 기기로서 국내 반도체 산업의 주력 제품이다. 메모리 반도체 분야는 크게 D램과 플래시 메모리로 양분되는데 이는 각 메모리가 가진 고유 특성 때문이다.
D램은 빠른 동작속도를 자랑하지만 휘발성 메모리이기 때문에 안정적 정보 저장을 위해 전력이 많이 소모된다. 반면 플래시 메모리는 D램에 비해 느린 동작속도가 문제점으로 지적된다.
연구팀은 D램과 플래시 메모리 기능이 하나의 트랜지스터 안에서 동시에 동작하는 전면-게이트 실리콘 나노선 구조 기반의 융합 메모리 소자를 제안했다.
그러나 이 구조는 트랜지스터의 소형화에 따른 나노선 면적 감소로 인해 동작 전류도 같이 감소됐고 이는 메모리 소자 성능의 저하로 이어졌다.
문제 해결을 위해 연구팀은 전면-게이트 실리콘 나노선을 수직으로 5단까지 쌓았다. 이러한 5단 수직 집적 실리콘 나노선 채널을 보유한 융합 메모리소자는 단일 나노선 기반의 메모리 소자와 대비해 5배의 향상된 성능을 보였다.
이 연구를 통해 시스템 레벨에서 칩 사이즈의 소형화 및 전력 효율의 개선, 패키징 공정 단순화를 통한 제작비용 절감 등이 가능하다. 시스템 안에서 칩 간의 간섭효과를 줄여줌으로써 시스템 전체 속도 향상에도 기여가 가능해 융합 메모리의 실효성이 높아질 것으로 기대된다.
또한 수직 집적 나노선 구조는 말 그대로 위쪽으로 채널이 쌓여있기 때문에 단일 구조와 달리 면적이 증가되지 않아 집적도 향상에도 기여할 수 있다.
이러한 수직 집적은 지난 해 최양규 교수 연구팀에서 개발된 일괄 플라즈마 건식 식각 공정을 통해 이뤄졌다. 이병현 연구원은 이 기술을 통해 작년 비 메모리 반도체 소자 개발에 성공했고, 이번 연구를 통해 고성능 융합 메모리 소자를 개발했다.
최양규 교수는 “이번 연구를 통한 메모리 반도체의 제작 공정과 성능의 개선 및 높은 실효성이 기대된다”며 “궁극적으로는 메모리 반도체의 소형화를 계속 이어나갈 것으로 예상한다”고 말했다.
이병현 연구원은 “나노종합기술원의 강민호 박사를 포함한 관련 엔지니어들의 적극적 기술 지원이 큰 도움이 됐다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어사업 스마트IT융합시스템 연구단과 미래유망융합파이오니아 사업의 씨모스(CMOS) THz 기술 융합 연구단의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 전자 현미경 사진 및 투과 전자 현미경 사진
그림2. 고성능 융합메모리에 대한 요약 모식도
2016.09.21 조회수 8091 -
유승협 교수, 열차단과 전기생산 동시에 가능한 태양전지 개발
〈 유 승 협 교수 〉
우리 대학 전기 및 전자공학부 유승협 교수와 성균관대 화학공학부 박남규 교수 공동 연구팀이 열을 차단하는 동시에 전기도 생산할 수 있는 반투명 태양전지 기술을 개발했다.
이는 다층 금속 박막 기반의 투명전극을 이용한 기술로써 가시광선은 투과하고 적외선(열선)은 선택적으로 반사한다. 동시에 전기도 생산하기 때문에 에너지를 효율적으로 사용하면서 낮은 실내 온도를 유지할 수 있다. 자동차 선팅이나 건물 창호 등에 다방면으로 이용 가능할 것으로 기대된다.
이번 연구 성과는 에너지 분야 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’ 7월 20일자 표지 논문으로 선정됐다.(논문명: Empowering Semi-Transparent Solar Cells with Thermal-Mirror Functionality)
태양전지는 지붕 위에 설치하는 청색의 사각 패널 뿐 아니라 건물이나 차량 유리창에 적용할 수 있는 반투명 모양으로도 발전될 수 있다.
하지만 빛을 흡수해 전기를 생산하는 태양전지의 속성 상 빛을 투과시키는 태양전지의 반투명한 특성은 효율을 감소시킬 수밖에 없다. 또한 기존의 상용화된 결정질 실리콘 기반의 태양전지는 반투명하게 제작이 어렵다는 한계를 갖는다.
연구팀은 문제 해결을 위해 차세대 태양전지 재료로 주목받는 유, 무기 복합물로 이뤄진 페로브스카이트를 광전변환 재료로 이용했다.
그리고 양면에 투명 전극을 사용해 반투명한 태양전지를 구현했다. 이 때 한쪽 면의 투명 전극은 연구팀이 수년 간 전자소자에 적용해온 ‘절연층-금속-절연층’ 구조의 금속 기반 다층 박막을 사용했다.
금속은 통상적으로 빛이 투과되기 어렵다. 하지만 연구팀은 수십 나노미터 두께의 얇은 박막으로 제작한 뒤 그 위에 반사를 줄이는 굴절률이 높은 절연층을 적층하는 방법으로 투명한 전극을 구현했다.
또한 투명 전극 각 층의 두께를 세밀하게 조절해 사람의 눈에 보이는 가시광선 대역의 빛은 투과시키고, 눈에 보이지 않는 대역의 빛은 반사되도록 설계했다. 이를 통해 차량용 선팅 필름과 비슷한 수준인 7.4% 평균 가시광선 투과율을 갖는 동시에 13.3%의 광전변환효율을 보이는 반투명 태양전지 제작에 성공했다.
연구팀은 적외선 반사를 최대화해 태양광의 열선을 효과적으로 반사시키는 기능을 더했다. 선팅 필름 제품의 태양열차단 성능은 총태양열에너지차단율(Total Solar Energy Rejection : TSER) 지수로 평가되는데 연구팀의 반투명 태양전지는 고가 선팅 필름 제품과 동등한 수준인 89.6%의 우수한 TSER 값을 보였다.
다수의 선팅 필름 제품들이 흡수를 통해 태양빛을 차단하기 때문에 태양빛에 노출 시 필름 자체의 온도가 올라간다. 반면 연구팀의 태양전지는 반사를 통해 열을 차단해 빛에 노출돼도 온도가 거의 올라가지 않아 태양전지의 안정성 향상 측면에서도 유리할 것으로 기대된다.
유 교수는 “열 차단 기능성 반투명 태양전지는 추가적 광학 설계를 통해 색 조절도 가능하고 궁극적으로는 필름형으로도 제작 가능해 기존 차량 및 건물의 유리창을 멋있고 스마트하게 업그레이드할 수 있을 것이다”며 “태양전지가 친환경 에너지를 생산하는 것에서 더 나아가 새로운 부가가치를 갖출 때 기존보다 더 큰 시장을 개척할 수 있을 것이다”고 말했다.
김호연, 하재원 박사과정 학생과 성균관대 김희선 학생이 공동으로 참여한 이번 연구는 KAIST 기후변화연구허브 사업 등의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 게재된 저널의 표지논문 그림
그림2. 태양전지 사진
그림3. 열화상 사진
그림4. 모식도
2016.08.01 조회수 9382 -
조동호,강정구,이상엽 교수 우수연구성과 100선 선정
미래창조과학부가 선정한 2016년 국가연구개발 우수성과 100선에 우리 대학 조동호, 강정구, 이상엽 교수가 선정됐다.
국가연구개발 우수성과 100선은 부․처․청으로부터 추천받은 620여 건의 후보 과제 중 산학연 전문가들이 과학기술 개발효과와 창조경제 실현효과 등을 기준으로 심사해 선정한다.
우수성과 100선과 기술이전, 사업화, 창업 우수기관 10선 등 총 110선이 선정됐다.
정보전자 분야에서 수상한 전기및전자공학부/KAIST IT 융합연구소 조동호 교수는 패턴 편파 빔분할 다중접속 방식의 5G 이동통신기술을 개발해 수상했다.
에너지환경 분야에서 수상한 EEWS 대학원 강정구 교수는 분자-원자 레벨제어에 의한 고효율의 에너지 소재 및 장비를 개발했다.
생명해양 분야에서 수상한 생명화학공학과 이상엽 교수는 기후변화에 대응할 바이오기반의 화학물질의 생산을 위해 산업미생물 개발 전략을 수립한 공을 인정받았다.
우수성과로 선정된 과제는 해당사업 및 기관 평가에서 가점을 부여받고, 3년 이내에 우수성과 포상을 받은 연구자는 신규 연구개발과제 선정에서 가점을 부여받는다.
우수성과 선정 결과는 핵심 기술의 내용, 해당기술의 파급효과, 연구 후일담 등과 함께 사례집으로 발간돼 국회 및 공공기관과 주요 도서관, 연구기관에 배포된다.
수상자 정보는 국가과학기술지식정보서비스(NTIS, www.ntis.go.kr)의 ‘우수성과’ 코너를 통해서 온라인 열람이 가능하다.
2016.07.21 조회수 9527 -
유승협 교수, 효율성과 유연성 갖춘 OLED 기술 개발
〈 유 승 협 교수 〉
우리 대학 전기및전자공학부 유승협 교수와 POSTECH 신소재공학과 이태우 교수 공동 연구팀이 손상 없이 반복적으로 휘어지면서 우수한 효율을 갖는 플렉서블 유기발광다이오드 (OLED) 기술을 개발했다.
그래핀, 산화티타늄, 전도성 고분자를 복합 전극으로 활용하는 이 기술로 효율 극대화와 우수한 유연성을 동시에 얻을 수 있어 향후 편의성과 활용도를 높일 수 있을 것으로 기대된다.
최성율 교수, 김택수 교수가 공동 연구팀으로 참여하고 이재호 박사과정 학생, POSTECH 한태희 박사와 박민호 박사과정 학생이 공동 1저자로 수행한 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 6월 2일자 온라인 판에 게재됐다.
현재 플렉서블 OLED 기술은 엣지형 스마트폰, 커브드 OLED 텔레비전 등에 사용되지만 플렉서블 OLED를 곡면 형태로 휘게 만든 후 고정 시키는 방식으로만 적용되고 있다.
반복적 휨이 가능한 플렉서블 OLED의 구현을 위해선 소재 및 관련 기술의 지속적 발굴이 중요하다. 특히 반복적으로 휘어질 때 각 구성 요소들이 깨지거나 손상되지 않도록 하는 것이 매우 중요하다.
그래핀은 얇은 두께를 통한 우수한 유연성 및 전기적 특성, 광학적 투명성을 갖는다. 이 특성들은 OLED에 주로 사용되는 산화물계 투명전극의 쉽게 깨지는 현상을 극복할 수 있는 기술로 각광받고 있다.
그러나 플렉서블 OLED가 주로 쓰이는 웨어러블 기기는 배터리 용량이 제한적이기 때문에 유연성과 동시에 OLED의 효율을 함께 확보하는 것이 중요하다.
OLED는 일반적으로 공진현상(Resonance)(용어설명) 현상을 활용해 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 공진현상을 일으키기 위해서는 일정량 이상의 빛 반사가 발생하는 투명 전극이 필요한데 그래핀만을 투명전극으로 사용하면 반사가 적어 광 효율이 낮다는 한계가 있다.
연구팀은 위의 유연성 및 효율성 문제를 해결하기 위해 기존의 그래핀에 산화티타늄(TiO2)과 전도성 고분자 형태를 결합한 복합 전극층을 개발했다. 이 구조에서 각각의 전극 층은 서로의 단점을 보완해주는 협력적 역할을 해 공진 효과를 극대화한다.
연구팀이 개발한 복합전극 층은 산화티타늄의 높은 굴절률과 전도성 고분자의 낮은 굴절률이 함께 활용된다. 이를 통해 전극으로부터의 유효 반사율을 높여줘 공진현상이 충분히 활용될 수 있다.
또한 전도성 고분자의 낮은 굴절률은 표면 플라즈몬의 손실로 인한 효율 감소까지 줄여준다. 기존 27.4%의 양자효율에서 1.5배 향상된 40.5%의 외부양자효율을 보이는 OLED를 구현했다. 이는 동일 발광재료를 이용해 보고된 그래핀 기반 OLED 중 가장 높은 효율이다.
효율을 향상시키는 구조를 도입하면 유연성 등의 다른 특성이 나빠지는 트레이드 오프 현상이 종종 발생한다. 연구팀은 산화티타늄 막이 구부러질 때 깨짐을 방해하는 자체 특성이 있어 기존 산화물 투명전극보다 4배 높은 변형에도 견디는 것을 확인했다. 이를 이용해 유연성 저하를 최소화하고 성능 극대화에 성공했다.
연구팀의 플렉서블 OLED는 곡률 반경 2.3mm에서 1천 회 구부림에도 밝기 특성이 변하지 않아 높은 성능과 유연성을 동시에 확보할 수 있음을 증명했다.
유 교수는 “분야를 넘어선 융합연구가 아니었다면 이번 연구는 불가능했을 것이다”며 “이번 연구 성과가 플렉서블, 웨어러블 디스플레이나 인체 부착형 센서용 플레서블 광원의 성공에 중요한 기틀을 제공할 것이다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 공학연구센터 사업의 일환인 차세대 플렉서블 디스플레이 융합센터 (CAFDC), 글로벌 프론티어 소프트 일렉스토닉스 연구단, KAIST 그래핀 연구센터, 산업통상자원부의 IT R&D 사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 그래핀 복합 전극층 기반 OLED의 동작사진
그림2. 산화티타늄 (TiO2)-그래핀-전도성 고분자 복합 전극 기반 플렉시블 OLED 구조 모식도
2016.06.03 조회수 10767 -
이융, 정송 교수, 통신네트워크분야 최고 논문상 수상
우리 대학 전기및전자공학부 이융, 정송 교수 연구팀이 통신네트워크 분야 최고 논문상인 국제전기전자공학회 (IEEE) ‘윌리엄 베네트상’(William R. Bennett Prize)의 2016년도 수상자로 선정됐다.
이번 연구는 전기및전자공학부 박사 졸업생인 이경한 교수(현 UNIST 조교수), 이주현 박사(현 OSU 박사후연구원) 및 삼성전자 무선사업부 이인종 개발실장(무선사업부 부사장)과의 공동 연구로 진행됐다.
‘윌리엄 베네트상’은 국제전기전자공학회에서 지난 3년간 발표된 통신네트워크 분야 논문들을 대상으로 독창성, 인용 횟수, 파급력 및 석학들의 평가 등을 종합해 1년에 단 한편 시상하는 최고 권위의 논문상이다.
상이 제정된 1994년 이후 소수의 국제 석학들만이 수상의 영광을 누렸지만 정송 교수는 2013년에도 이 상을 공동 수상해 불과 3년 만에 두 번째 수상을 하게 됐다.
이는 ‘윌리엄 베네트상'이 제정된 1994년 이래 역대 두 번째의 2회 수상으로 국내 통신네트워크연구자들의 위상을 높였다.
연구팀이 수상한 논문은 2013년 발표한 모바일 데이터 오프로딩 관련 연구이다. 인간의 이동성을 활용해 스마트 단말의 데이터소비를 최대 어느 정도까지 이동통신망에서 와이파이 네트워크로 분산시킬 수 있는지를 사용자 실험과 이론을 통해 독창적인 방법으로 밝혀낸 최초의 연구이다.
이 논문은처음 연구가 발표된 이래 각종 학술지논문 및 학술대회 논문들로부터 총 500회 이상 인용됐다.
연구팀은 이번 수상에 대해, “인간 행동에 대한 과학적 이해를 모바일네트워크 시스템이라는 공학적 모델에 접목한 융합 연구의 가치가 국제적으로 인정받은 것이다”며 "과학과 공학을 결합한 융합기술들이 당분간 새로운 가치들을 활발히 창출할 것이다"고 말했다.
‘윌리엄 베네트상’ 의 시상은 5월 24일 말레이지아 쿠알라룸푸르에서 열리는 국제전기전자공학회 국제통신학회 (ICC) 에서 이뤄진다.
2016.04.25 조회수 7732 -
2016 웨어러블 컴퓨터 경진대회(WCC) 개최
최근 스마트 안경, 스마트 시계 등 웨어러블 기기가 차세대 산업으로 부상하고 있는 가운데 대학이 웨어러블 기기 제작 경진대회를 연다.
우리 대학은 오는 11월 초 전국의 대학생을 대상으로 ‘웨어러블 컴퓨터 경진대회(Wearable Computer Contest)'를 개최하고 다음달 31일까지 그 참가자를 모집한다.
올해로 12회를 맞이한 ‘웨어러블 컴퓨터 경진대회’는 반도체 산업의 저변 확대와 반도체 분야 고급 인력양성을 위해 시작된 대회로, 2005년 유회준 KAIST 전기 및 전자공학부 교수가 처음으로 제안했다.
‘웨어러블 컴퓨터’는 사용자가 이동 환경 중에도 자유롭게 컴퓨터를 사용하기 위해 신체 또는 의복의 일부분에 착용할 수 있도록 제작된 스마트 기기다.컴퓨터의 형태 혹은 사람이 착용하는 상태에 따라 악세사리형, 의류형, 신체부착형, 생체이식형으로 구분된다.
‘문화 ‧ 교육 ‧ 웰니스(Wellness)를 위한 웨어러블 컴퓨터’를 주제로 열리는 이번 대회는 IT와 패션을 결합해 입는 컴퓨터에 대한 아이디어를 시제품으로 제작하는 대회로 모든 유형의 아이디어 제출이 가능하다.
대회는 서류심사와 발표심사를 거쳐 본선대회 순으로 진행된다. 본선에 진출한 10개 팀에게는 △ 웨어러블 컴퓨터 플랫폼 제공 △ HCI(Human-Computer Interaction) 전문가 교육 △ 100만원의 시제품 제작비와 30만원의 본선 활동비 등이 지원된다.
대회 위원장인 유회준 전기및전자공학부 교수는 “최근 세계 반도체 산업은 다른 산업과의 융합이 대세”라며 “이번 대회는 반도체 기술 뿐 만 아니라 웨어러블 기기의 시스템을 배우고 직접 제작해 볼 수 있는 소중한 기회가 될 것”이라고 말했다.
대학에 재학 중인 학생(대학원 포함)은 누구나 팀을 이뤄 참여가 가능하며, 대상 수상자에게는 5백만 원의 상금과 미래창조과학부 장관상이 수여된다.
대회의 상세정보는 누리집(http://www.ufcom.org)에서 확인 할 수 있다.
한편 지난해에는 전국의 대학에서 102개 팀이 본 대회에 지원했다. 대상은 ‘시각 장애인용 신발과 벨트’제작한‘길라잡이(대구․경북 연합팀)’가 차지했다. 끝.
2016.04.20 조회수 7771