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실리콘 투과해 3D 반도체 내부 구조를 비파괴로 측정하는 기술 개발
우리 대학 기계공학과(반도체시스템공학과 겸임) 김정원 교수 연구팀이 광주파수빗(optical frequency comb)을 색수차 공초점 및 분광 간섭계 기술과 결합해, 반도체 소자 후면에서 실리콘을 투과하여 내부 구조를 비파괴적으로 측정할 수 있는 새로운 광학 검사 기술을 개발했다.
최형수 박사과정이 제1저자로 참여하고 삼성전자 메모리사업부 계측기술팀과의 산학협력으로 수행된 이번 연구는 국제학술지 Light: Advanced Manufacturing 10월 29일 字에 게재됐다. (논문명: Backside illumination-enabled metrology and inspection inside 3D-ICs using frequency comb-based chromatic confocal and spectral interferometry)
최근 인공지능(AI)과 클라우드 컴퓨팅의 급성장으로 고성능·고효율 반도체 수요가 폭발적으로 증가하면서, 여러 칩을 수직으로 적층하는 3D 반도체 패키징(3D-IC) 기술이 차세대 반도체의 핵심으로 주목받고 있다. 그러나 전면(front-side)에 복잡한 미세 패턴이 형성된 구조에서는 빛이 산란되어 신호 대 잡음비가 낮아지고, 구리가 채워진 실리콘 관통 비아(Through-Silicon Via, TSV) 와 같은 고종횡비(high aspect ratio) 구조를 정밀하게 계측하기 어려웠다.
이러한 한계를 극복하기 위해 연구팀은 실리콘을 투과할 수 있는 1560 nm 파장의 적외선 광주파수빗을 이용해 후면(backside)에서 조사하는 방식의 비파괴 광학 계측 기술을 새롭게 구현했다.
연구팀은 70 nm 대역폭의 적외선 광주파수빗을 광원으로 사용하여, 축 방향 스캐닝 없이 웨이퍼의 두께와 굴절률을 동시에 고속·고정밀로 측정하는 기술을 구현했다. 특히 기존의 전면 검사 방식으로는 불가능했던 상용 메모리 소자 내부의 구리(Cu)가 충전된 TSV의 깊이 계측을 세계 최초로 비파괴 방식으로 성공적으로 수행했다.
이번 연구는 실리콘 기판의 두께와 굴절률을 동시에 측정할 수 있는 독자적 기술적 강점을 바탕으로, 고대역폭 메모리(HBM)와 같은 첨단 3D 반도체 패키징 공정의 양산 수율 향상과 공정 신뢰도 확보에 크게 기여할 것으로 기대된다.
김정원 교수는 “이번 연구는 첨단 반도체 공정의 검사 속도와 신뢰성을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 방향을 제시했다”며 “차세대 반도체 생산 라인에 즉시 적용 가능한 수준의 기술 성숙도를 입증했다"고 밝혔다.
이번 연구는 삼성전자와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
2025.10.31 조회수 564 -
'제6회 이머징 소재 심포지엄' 개최
우리 대학 차세대 유망 나노 소재의 최신 연구 동향을 알아보고 비전을 전망하는 ‘제6회 KAIST 이머징 소재 심포지엄(Emerging Materials Symposium)’을 26일 대전 본원 메타융합관(W13)에서 개최한다고 22일 밝혔다.
이 심포지엄은 2020년 시작해 올해로 6회째를 맞으며, 차세대 소재 분야 세계적 석학들을 초청해 혁신 성과를 공유하는 KAIST 대표 학술 행사로 자리매김했다.
8월 26일 대전 본원에서 열리는 이번 행사에는 해외 저명 4개 대학(매사추세츠 공과대학, 예일대학, UCLA, 드렉셀대학)의 연사 6인을 초청해 전 세계 최전선의 이머징 소재 연구 동향을 한눈에 파악하고, KAIST의 대표 연구 성과를 공유하는 의미 있는 자리가 될 것으로 기대된다.
대표적으로, 높은 전기전도도와 전자파 차폐 능력을 갖춘 미래 소재로 주목받는 맥신(MXene)의 최초 개발로 세계적인 명성을 얻은 드렉셀대학의 유리 고고치(Yury Gogotsi) 교수가 ‘맥신의 미래(The Future of MXene)’를 주제로 강연을 진행한다.
이와 함께, 매사추세츠 공과대학(MIT) 교수들로 구성된 ‘글로벌 프론티어 in MIT’세션에는▴AI-로보틱스 기반 소재 합성 분야 권위자인 주 리(Ju Li) 교수, ▴전기화학 및 전자 수송역학 분야 전문가인 마틴 바잔트(Martin Z. Bazant) 교수, ▴실리콘 웨이퍼 기반 반도체 제조 기술 한계 극복을 위한 선도 연구자인 김지환(Jeehwan Kim) 교수가 MIT를 대표하는 최신 연구 동향을 소개한다.
‘이머징 소재와 새로운 가능성(Emerging Materials and New Possibilities)’세션에서는 ▴유리 고고치(Yury Gogotsi) 드렉셀 대학 교수를 포함해, ▴급속 고온 열처리 공정을 통한 나노 입자 합성 선구자 량빙 후(Liangbing Hu) 예일 대학 교수, ▴다기능성 연성 소재를 활용한 바이오 전자소재 분야의 핵심 연구자인 준 첸(Jun Chen) 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA) 교수가 핵심 이머징 소재의 개발과 이를 통한 미래 방향성을 제시한다.
또한 6인의 KAIST 신소재공학과 교수진은 ‘KAIST 신소재공학과 창업가 정신’세션을 마련해, KAIST를 대표하는 신소재 기술을 활용한 창업과 나노 신소재 기술이 기반 산업으로 뿌리내린 과정을 공유한다.
본 세션에는 ▴나노섬유 및 색변화 가스센서 기업 ‘아이디케이랩(IDKLAB)’을 창업한 김일두 교수, ▴ 2차원 소재 합성 전구체 및 장비 기업 ‘TDS 이노베이션(TDS Innovation)’ CEO 강기범 교수, ▴ 표면증강라만산란(SERS) 칩 생산 전문 기업 ‘피코 파운드리(Pico Foundry)’ 공동창업자 정연식 교수, ▴고품질 그래핀 산화물 기반 상품 개발 기업‘소재창조(Materials Creation)’를 창업한 김상욱 교수 ▴고속 다중 단백질 이미징 기술 상용화에 앞장서고 있는 ‘플래시오믹스(Flashomic Inc.)’을 창업한 장재범 교수, ▴인체를 완벽 모사한 인조 카데바(실습용 장기) 제조 기업으로 각광받고 있는 ‘알데바(Aldaver)’의 공동대표 스티브 박 교수가 참여해, 본인의 창업 사례를 함께 소개하며 과학기술의 시장 진입 과정에 대한 생동감 있는 강연을 전달한다.
이후, KAIST와 MIT가 공동으로 설립한 ‘탑티어 KAIST-MIT 퓨처 에너지 이니셔티브 연구센터(Top-Tier KAIST-MIT Future Energy Initiative Research Center)’의 자동화 연구실 투어가 이어진다. 이 연구센터는 글로벌 기후 위기 해결에 기여할 첨단 에너지 소재의 신속한 개발과 적용을 위해 인공지능-로보틱스(Al-Robotics) 기반 자율주행연구실 구축을 목표로 설립되었으며, 10년간 운영된다. 이날 해외 석학들에게 자동화 연구 인프라를 활용한 연구개발이 진행되는 모습을 공개하고, 추후 국제 공동 연구 협력 방안을 모색할 예정이다.
행사를 주관한 김일두 KAIST 신소재공학과 교수는 “6명의 글로벌 석학과 6명의 KAIST 창업 교수가 참여하는 이번 심포지엄은 학생들에게 국제적 감각과 창업 마인드를 심어주는 소중한 기회”라며, “KAIST의 혁신적 소재 연구와 국제 공동 연구 네트워크를 한층 강화하는 전환점이 될 것”이라고 강조했다.
이번 프로그램의 일환으로 오는 27일(수)에는 KAIST와 해외 석학들 간의 실질적인 학술 교류 행사가 진행될 예정이다. 본 행사에서는 국제 공동 연구를 위한 협의가 이뤄지고, KAIST 학생 및 신진 연구자들이 자신의 연구를 소개하며 교류할 수 있는 세션이 마련되어 향후 공동 연구 가능성을 모색하는 기회의 장이 될 예정이다.
‘제6회 KAIST 이머징 소재 심포지엄’은 화학, 물리학, 생물학, 재료과학 관련 공학 분야의 최신 연구 동향에 관심이 있는 연구자라면 누구나 무료로 참석할 수 있다.
26일 심포지엄은 별도의 참가신청 없이 현장 등록으로 참여 가능하며, 보다 자세한 정보는 KAIST 신소재공학과 EMS 홈페이지(https://mse.kaist.ac.kr/index.php?mid=MSE_EMS)에서 확인할 수 있다.
2025.08.22 조회수 1323 -
아이디스와 함께 실리콘밸리 캠퍼스 구축, 글로벌 창업 본격화
우리 대학은 22일 대전 본원에서 글로벌 영상보안 전문기업 아이디스(IDIS, 회장 김영달)와 ‘KAIST-아이디스 실리콘밸리 창업 캠퍼스 구축’을 위한 업무협약을 체결한다.
이번 협약은 실리콘밸리에 ‘KAIST 실리콘밸리 아이디스 캠퍼스’를 조성하고, 이를 거점으로 세계 수준의 창업 교육과 기업 현장 체험 기회를 제공하기 위한 것이다. 이를 통해 KAIST는 글로벌 창업 혁신 인재 양성에 박차를 가할 계획이다.
우리 대학은 2022년 뉴욕대학교(NYU)와 공동으로 ‘KAIST NYU 조인트 캠퍼스’를 설립하고, 인공지능(AI), 신경과학, 데이터 과학 등 첨단 융합 분야에서의 공동 학위과정과 연구 협력을 이어오고 있다.
이번 실리콘밸리 캠퍼스 구축은 동부 뉴욕대 중심의 첨단 연구 협력에 이어, 서부 실리콘밸리의 창업생태계까지 아우를 수 있다는 점에서 KAIST의 포괄적 글로벌 전략을 보여주는 의미있는 행보로 평가된다.
양 기관은 이번 협약을 통해 ▲실리콘밸리 내 창업 교육 및 인턴십 프로그램 운영 ▲현지 기업과의 협력 네트워크 구축 ▲글로벌 창업 혁신가로 성장할 수 있는 우수 인재 발굴 및 육성 등을 함께 추진할 계획이다.
아이디스는 이를 위해 미국 캘리포니아주 레드우드시티(Redwood City)에 대지면적 11,938㎡(약 3,611평), 건물면적(연면적) 3,283㎡(약 993평), 지상 3층 규모의 건물을 매입했다. 이 공간은 ‘(가칭)KAIST 실리콘밸리 IDIS 캠퍼스’로 명명되며, 향후 20년간 KAIST와 공동으로 활용된다. 아이디스는 캠퍼스 인프라 제공은 물론, 현지 기업 체험 중심의 인턴십 프로그램도 지원할 계획이다.
KAIST는 2025년 가을학기부터 우수 학생을 선발해 실리콘밸리 캠퍼스로 파견해, 현장 중심의 교육과 실무 경험을 통해 글로벌 감각을 갖춘 창업 혁신 인재로 성장할 수 있도록 지원할 방침이다.
김영달 아이디스 회장은 “30년 전, 저 역시 KAIST 재학 중 실리콘밸리 인턴십을 통해 글로벌 기업 창업에 대한 꿈을 키울 수 있었다”며, “이번 협력을 통해 KAIST의 인재들이 실리콘밸리라는 세계 최대의 혁신 현장을 직접 경험하고, 스스로의 미래를 확장할 수 있는 실질적인 기회를 제공하게 되어 매우 뜻깊다”고 소감을 밝혔다.
이광형 총장은 “KAIST는 이번 실리콘밸리 캠퍼스 구축을 통해 글로벌 창업 인재 육성을 본격화하고 전 세계와 미래를 잇는 플랫폼이 되고자 한다”며, “아이디스와 함께하는 이번 실리콘밸리 프론티어 사업은 KAIST의 글로벌 비전과 실행력을 보여주는 사례가 될 것”이라고 강조했다.
한편, 우리 대학은 오는 28일 오후 5시 캠퍼스 내에서 ‘KAIST-아이디스 실리콘밸리 프론티어 사업’에 대한 학생 대상 설명회를 개최한다. 실리콘밸리 인턴십 프로그램에 관심 있는 KAIST 학생이라면 누구나 참석할 수 있으며, 아이디스 김영달 회장이 직접 프로그램의 취지와 운영 방향, 참가 학생들이 얻게 될 경험과 기회에 대해 설명할 예정이다.
아이디스는 세계 최초로 디지털 비디오 레코더(DVR)를 개발한 기업으로, 6개 상장사를 포함한 글로벌 영상 보안 그룹이다. 최근에는 미국 영상 보안 전문기업 코스타 테크놀러지(Costar Technologies)를 인수하며 북미 시장 확장에 나서고 있다.
2025.04.22 조회수 3678 -
2024 제3회 실리콘밸리 글로벌 기업가정신 써머스쿨(GESS) 성료
우리 대학 국제협력처 글로벌전략사업추진단(단장 임만성)이 올해 세 번째로 개최한 '2024 글로벌 기업가정신 써머스쿨(GESS; Global Entrepreneurship Summer School, 이하 2024 KAIST GESS)'가 성료됐다. KAIST GESS는 학생들이 세계적인 창업 허브인 실리콘밸리 지역을 방문해 창업 생태계를 직접 경험하고, 글로벌 진출을 위한 역량을 함양할 수 있도록 기획된 프로그램이다. 서류, 면접 및 발표 심사, 멘토링 및 동료 평가를 거쳐 선발된 20명과 우리 대학 경영대학 소속 임팩트(Impact) MBA 교육과정생 17명 등 총 37명이 참가했다. 참가자들은 지난 5월부터 약 2개월간 우리 대학에 재학 중인 선배 창업가로부터 비즈니스 모델 개발 및 투자발표에 대한 멘토링을 받은 후 대전 본원 캠퍼스에서 팀별 사업 아이템을 발전시켰다.
이후 지난달 23일부터 7일간 미국 현지 코트라 실리콘밸리 무역관, 제이피 모건(JP Morgan), 플러그앤플레이 테크센터(Plug and play Tech Center)에서 ▴글로벌기업가정신 ▴실패를 통한 배움 ▴자본과 네트워크 ▴스타트업 문화 등을 주제로 진행된 글로벌 창업 교육을 이수했다.
또한, 베어로보틱스(Bear Robotics, 대표 하정우), 사운더블헬스(Soundable Health, 대표 송지영), 임프리메드(ImpriMed, 대표 임성원), 팬텀 에이아이(Phantom AI, 대표 조형기), 비가라지(B Garage, 대표 김영준), 심플스텝스(Simple Steps, 대표 김도연)사 등 현지 기업을 방문해 글로벌 기술 창업의 현장을 경험하고 실리콘밸리 대표들의 생생한 경험담을 공유하는 강연도 진행됐다.
실리콘밸리에 이주한 한국 이민 여성의 경력단절을 막고 유능한 이민 여성들이 사회에서 능력을 발휘할 수 있도록 지원하는 심플스텝스 김도연 대표는 "KAIST 동문 기업인으로서 글로벌창업을 꿈꾸는 후배들과 미국에서 사회적 기업을 운영하게 된 경험을 공유할 수 있어 뜻깊었다"라고 전했다.
올해는 특별히 반도체 및 인프라 소프트웨어 기술 분야에서 세계적으로 손꼽히는 기업인 브로드컴(Broadcom)이 참가자들을 초청해 혹탄(Hock Tan) 회장의 강연을 듣고 질의응답을 진행하는 프로그램이 마련됐다. 지난 2월 우리 대학에서 명예 공학박사 학위를 받은 혹탄 회장은 "글로벌기업가로 성장하기 위해서는 실패를 경험하는 것과 오랜 기간 꾸준히 노력하는 것이 무엇보다 중요하며, 글로벌 시장에 영향을 미치는 기술은 세대를 거쳐 진화하고 있다"라고 역설했다.
또한, 실리콘밸리 써니베일 지역사회 및 풋힐 칼리지(Foothill College)와 함께 '인공지능 기술아 놀자 (Let’s play with AI+ Tech)'라는 봉사활동 프로그램을 진행했다. 우리 대학 학생들이 주도하는 챗봇(Chatbot) 교육에 써니베일 지역의 저소득층 초등학생과 학부모가 함께 참여해 미국 지역사회와 소통하는 시간을 가졌다.
2024 KAIST GESS 하이라이트인 최종 피칭에서는 실리콘밸리 전문 엑셀러레이터로부터 지속적인 대면 멘토링으로 조언을 받으며 각자의 비즈니스 모델을 발전시킨 참가자들이 실리콘밸리 현지 벤처 투자자로 구성된 심사단의 평가를 받았다.
최종 피칭에서 우승한 케이 브릿지(K-Bridge)팀의 한수민(전산학부 박사과정) 학생은 "2024 KAIST GESS는 제가 학사 과정에 입학했을 때부터 꿈꿔왔던 글로벌창업가로서의 길을 안내해 준 프로그램이다"라고 소감을 밝혔다.
2위를 차지한 KAIST 인에이블러스(KAIST Enablers)팀의 강승욱(화학과 학사과정) 학생은 "이번 경험을 잊지 않고 글로벌 창업가로 성장해 향후 GESS 프로그램에 연사로 초청받고 싶다"라는 포부를 밝히기도 했다.
임팩트 MBA 최종피칭 세션에서 우승한 캥스터즈 주식회사(대표 김강)는 GESS 최종피칭을 통해 현지 투자사와의 미팅이 성사되는 성과를 거뒀다.
행사를 주관한 임만성 글로벌전략사업추진단장은 "KAIST 학생들이 글로벌 영향력을 갖춘 리더로 성장하고, 글로벌 가치를 창출해 국제 사회에 기여하고 동시에 우리 대학의 국제적 위상을 높이길 기대한다”고 말했다.
또한, 17명의 임팩트 MBA 교육과정생을 이끈 박상찬 교수는 “글로벌시장을 선도하고 있는 기업가들과의 만남과 실리콘밸리 현지에서 바라보는 창업 문화는 글로벌 창업을 목표로 하는 학생들에게 소중한 배움의 시간이 되었다"라고 의의를 강조했다.2024 KAIST GESS는 우리 대학 국제협력처, 경영대학, 창업원의 협력으로 추진되었으며, 글로벌창업교육 프로그램을 앞으로도 지속적으로 추진해 글로벌 리더의 덕목을 갖춘 창업가를 양성할 계획이다.
2024.07.05 조회수 8584 -
현대차그룹과 ′차세대 라이다 시스템′ 공동연구
우리 대학이 '현대차그룹-KAIST 온칩 라이다(On-Chip LiDAR) 개발 공동연구실(이하 공동연구실)'을 대전 본원에 개소했다.
공동연구실은 발전하는 자율주행 시장에서 완전자율주행(4~5단계)을 위한 라이다 센서를 개발하기 위한 연구에 주력한다. 실리콘 포토닉스(광반도체)를 활용해 센서의 크기는 줄이는 동시에 성능은 높일 수 있는 온칩 센서 제작 기술과 차세대 신호검출 방식을 도입할 수 있는 핵심기술 개발이 목표다.
공동연구실은 김상현, 김상식, 정완영, 함자 쿠르트(Hamza Kurt) 교수 등 우리 대학 전기및전자공학부 연구팀과 현대차그룹 선행기술원 연구팀 등 약 30여 명 규모로 구성돼 2028년까지 4년간 운영된다. 우리 대학은 ▴실리콘 포토닉스 기반 소형 온칩 라이다용 소자개발 ▴라이다 구동을 위한 고속, 고출력 구동 집적회로(IC) 제작, ▴라이다 시스템 최적화 설계 및 검증 등 연구팀별로 특화된 전문 분야에서 세부 연구를 주도한다. 특히, 실리콘 포토닉스 기반의 라이다용 요소 기술을 다년간 개발해 온 박효훈 명예교수의 기술을 이어받아 응용·고도화할 예정이다.
현대차그룹은 산학협력 전문기관인 현대엔지비와 함께 공동연구실의 운영을 총괄한다. 기술 동향 파악과 연구 역량 강화를 위한 기술 및 전문가 추천 등 과제 수행 역량을 강화할 수 있도록 지원할 방침이다.
19일 오후 본원 정보전자공학동에서 열린 '현대차그룹-KAIST 온칩 라이다 개발 공동연구실' 개소 행사는 현판 전달식과 함께 진행됐다. 이상엽 연구부총장, 문재균 공과대학장, 강준혁 전기및전자공학부장 등 KAIST 관계자와 이종수 현대자동차 부사장, 오정훈 현대엔지비 대표 등 현대차그룹 관계자, 공동연구 참여 연구진들이 참석했다.
현대차그룹 관계자는 "자율주행 기술을 선도하고 있는 현대차·기아, 그리고 글로벌 최고 수준의 기술을 보유한 KAIST의 협력을 통해 완전자율주행 시대를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다"며 "공동연구실이 가시적인 성과를 낼 수 있도록 최선을 다해 지원할 예정"이라고 밝혔다.김상현 공동연구실 책임교수는 "자동차의 눈이 되는 라이다 센서는 향후 자율주행차 기술개발을 위한 핵심기술이자 완성차 업체에서도 기술 내재화가 필수적으로 요구되는 기술"이라고 말했다. 김 교수는 이어, "기술이 매우 중요한 시점에 공동연구실이 설립되는 만큼 라이다 관련 기술을 선도하는 기술 기반을 다질 수 있을 것"이라고 전했다.
2024.02.21 조회수 8606 -
고용량 배터리 수명 증대 영상화하다
전기자동차에서 볼 수 있는 고용량 배터리에 사용되고 있는 실리콘 활물질은 기존 음극 활물질인 흑연 대비 높은 용량 값(4200 mAh/g)을 갖고 있으나, 충전 및 방전 간 400%에 달하는 높은 부피 팽창/수축률이 배터리 수명에 악영향을 미치고 있다. 이를 해결하기 위해서 단일벽 탄소나노튜브를 소량 첨가해 수명 특성이 향상되는 결과를 얻었는데, 이런 향상이 어떻게 가능한지 나노스케일에서 영상화한 연구 결과가 공개됐다.
우리 대학 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 LG에너지솔루션과 협업해 배터리의 수명 특성 향상 메커니즘 영상화 결과를 국제학술지‘에이씨에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters, Impact Factor: 22)’에 게재했다고 19일 밝혔다. (논문명: Spatially Uniform Lithiation Enabled by Single-Walled Carbon Nanotubes)
연구팀은 이전에는 실리콘 활물질이 충·방전을 거치면서 전자 전도 네트워크가 열화되는 과정을 영상화하였는데, 이번 연구에서는 단일벽 탄소나노튜브의 존재로 인해서 그 형태를 유지하고 있는 전자전도 네트워크가 활물질 내에 균일한 충·방전이 가능하도록 기능하고 있음을 보여 수명 증대 메커니즘을 검증했다.
구체적으로 연구팀은 원자간력 현미경(Atomic Force Microscopy) 기반의 켈빈 프루브 현미경(Kelvin Probe Force Microscopy)를 이용해 1회 및 90회 충·방전 싸이클 후의 전극 내 천연흑연과 실리콘 산화물 입자에서의 표면 전위를 측정 및 영상화했다. 이를 통해 단일벽 탄소나노튜브(Single-Walled Carbon Nanotube, SW-CNT)가 첨가된 전극에서는 활물질 내 표면 전위가 균일하게 분포하고 있는 반면, 첨가되지 않은 기존 전극의 경우에는 90회 충·방전 후에 불균일한 표면전위를 보여, 전자 전도 네트워크가 제대로 기능을 발휘하지 않아 불균일한 충·방전이 됨을 연구팀은 확인했다.
이처럼 활물질 내부의 표면 전하를 영상화할 수 있는 기술은 실리콘 활물질 뿐만 아니라, 다양한 전극 시스템에 적용될 수 있으며, 향후 배터리 충전 및 방전 상태 균일성을 확인하고 수명 향상 연구로 발전할 수 있다.
이번 연구의 제1 저자인 신소재공학과 박건 연구원은 “충·방전 시 수반되는 실리콘 계열 활물질의 급격한 부피 변화에도 불구하고 가느다란 탄소나노튜브가 전자 전도 채널을 유지하고 이로 인해 전극 내에 균일한 충·방전을 가능케하는 것이 매우 신기한 일이었는데, 이를 나노스케일에서 직접 영상화해 그 역할을 미시세계에서 이해할 수 있었던 것이 큰 의미가 있다”라고 말했다. 교신 저자인 홍승범 교수는 “원자간력 현미경을 활용해서 나노스케일에서 일어나는 전기화학적인 현상을 영상화하고 이를 통해서 배터리 성능 및 수명을 향상할 수 있는 혁신적인 아이디어를 창출할 수 있게 되어 매우 기쁘다”라고 말했다.
이번 연구는 LG에너지솔루션, LG에너지솔루션-KAIST Frontier Research Lab.과 KAIST 글로벌 특이점 사업의 지원을 받아 수행됐다.
2023.09.19 조회수 9425 -
제2회 실리콘밸리 글로벌 기업가정신 써머스쿨 성료
우리 대학 국제협력처 글로벌사업기획센터(처장 임만성)와 창업원(원장 배현민)이 공동으로 주최한 '2023 글로벌 기업가정신 써머스쿨(Global Entrepreneurship Summer School, 이하 KAIST GESS)'이 이달 2일 두달 여의 일정을 마무리했다.
지난해 실리콘밸리 산-학 연계 창업 부트캠프(2022 GESC)로 출발한 2023 KAIST GESS는 글로벌 기업가정신의 중심인 실리콘밸리 현지를 방문해 창업 사례를 직접 체험하는 기회를 제공하는 프로그램이다. 이를 통해 참가 학생들이 향후 해외로 진출할 수 있는 창업 역량과 네트워크를 마련해주기 위해 기획됐다.
올해 2월부터 공모를 진행해 우리 대학에 재학 중인 예비 창업자와 법인설립 1년 이내의 초기 창업자 등 총 20명을 선발했으며, 베트남·아제르바이잔·온두라스·인도네시아·필리핀·카자흐스탄 등 다양한 국적의 외국인 학생 수도 지난 해와 비교해 눈에 띄게 증가했다. 또한, 올해 행사에는 경영대학 소속 임팩트 MBA(Impact MBA) 및 사회적기업가(SE) 교육과정생 20명도 실리콘밸리 프로그램에 합류했다.
참가자들은 지난 4월부터 약 두 달간 대전 본원 캠퍼스에서 비즈니스 모델 개발 및 피칭 교육과 팀별 창업 아이템을 구상하는 준비 과정을 거쳤다. 이후 지난달 21일부터 10일간 미국 스탠퍼드 대학교, UC 산타크루즈, UC 버클리 등 유수 대학 캠퍼스를 방문한 데 이어 코트라 실리콘밸리 무역관(관장 김형일) 및 현지 동문 기업을 방문하여 글로벌 기술 창업의 현장을 경험했다. 베슬에이아이(VESSL AI, 대표 안재만), 비 가라지(B Garage, 대표 김영준), 메딕 라이프 사이언스(대표 한규호, Medic Life Sciences), 사운더블 헬스(대표 송지영, Soundable Health), 임프리메드(대표 임성원, ImpriMed) 등 주요 동문 기업이 참여해 생생한 경험담을 담은 강연과 회사 투어로 창업에 대한 열정과 도전정신을 북돋웠다.
마지막 날에는 실리콘밸리 현지 벤처 투자자들을 심사위원으로 초빙해 참가 팀별 사업 아이템에 대한 최종 피칭을 진행했다. 두 달여의 준비 기간 중 원격 화상회의와 대면 멘토링으로 실리콘밸리 전문 엑셀러레이터에게 지속적인 조언을 받은 참가팀들은 각자의 비즈니스 모델을 발전시켜 창의적이고 혁신적인 아이디어를 선보였다.
피칭 대회의 최종 우승은 불면증을 극복하는 데 도움을 주는 수면 유도 장치 스누브(snoove)를 적용한 사업 아이템을 발표한 스파키(Sparky)팀이 차지했다. 우승팀을 이끈 최지웅 기계공학과 석사과정 학생은 "실리콘밸리라는 글로벌 스타트업 현장에서 창업의 실제를 직접 보고 겪으면서 새롭게 배우고, 도전하고, 실패를 경험하는 글로벌기업가정신에 대해 알게 되었다"고 소감을 전했다.
행사를 주관한 임만성 국제협력처장은 "이번 경험을 통해 우리 KAIST 학생들이 향후 세계적인 리더로 발돋움하고 글로벌 가치를 창출해 우리 대학의 국제적 명성을 높이기를 기대한다"고 말했다. 한편, 글로벌사업기획센터와 창업원은 이번 프로그램의 성공적인 개최를 발판 삼아 글로벌 시장에서 경쟁력을 갖춘 예비 창업가를 육성하기 위한 'KAIST GESS' 프로그램을 지속 발전시킬 예정이다.
2023.07.05 조회수 11190 -
최고 수준의 전기차 배터리 첨가제 기술 개발
1회 충전에 500km 이상 운행할 수 있는 전기자동차를 실현하기 위해서는 고용량, 고에너지밀도 이차전지 개발이 필수적이다. 이에 높은 가역용량을 가지는 니켈리치 양극과 흑연보다 10배가량 높은 용량을 발현하는 실리콘 음극 물질이 차세대 리튬이온전지의 소재로 주목받고 있다. 하지만 기존 전해질 첨가제 연구는 기존 물질들의 스크리닝 기법을 통하여 시행착오를 거쳐 개발되기 때문에 시간과 비용이 많이 소모되어 신규 전극 소재에 대응하기 어려운 한계점을 보였다.
우리 대학 생명화학공학과 최남순 연구팀이 고려대 곽상규 교수팀, UNIST 홍성유 교수팀, 현대자동차, 한국화학연구원과 공동연구를 통해, 고용량 실리콘 기반 음극과 니켈리치 양극으로 구성된 리튬이온 이차전지의 상온 및 고온 장수명화를 가능하게 하는 전해질 첨가제 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.
연구팀이 개발한 전해질 첨가제는 실리콘 기반 음극과 니켈 리치 양극의 저온, 상온 및 고온에서의 가역성을 증대시켜 배터리 충방전 횟수 증가에 따른 급격한 용량 감소 문제를 해결할 수 있는 새로운 기술이다.
연구팀은 전해질 첨가제 설계 초기 단계부터 타겟으로 하는 양극과 음극에 적합한 작용기를 분자공학적 기법으로 조합하여 첨가제를 디자인하고 합성하는데 성공하였다. 디자인된 전해질 첨가제는 전자 수용 및 전자 공여 그룹의 전기화학적 반응에 의해 고용량 실리콘 기반 음극 및 니켈 리치 양극 표면에 고체전해질 계면막을 형성해 전지의 상온 및 고온 수명을 획기적으로 끌어올리는 데 성공했다.
개발 기술은 일반적인 실험실 수준이 아닌 기업에서 요구하는 수준의 높은 합재밀도를 가진 실리콘 기반 음극과 니켈 리치 양극을 사용하여 배터리의 저온, 상온 및 고온 장수명을 실현하였다는 점과 저비용으로 극대화된 효율을 낼 수 있는 전해질 첨가제 디자인의 방향성을 제시하였다는 점에서 그 의미가 크다.
이번 논문의 공동 제1 저자인 KAIST 생명화학공학과 문현규 연구원은 "개발된 전해질 첨가제는 내열성과 유연성이 우수한 전극 계면 층을 형성하여 전기차 구동 온도 45도에서 실리콘 기반 음극과 니켈 리치 양극으로 구성된 전지의 반복적인 300회 충방전 후에도 초기 용량의 72.5%를 발현가능했으며, 이는 기존에 사용되고 있는 첨가제인 비닐렌 카보네이트(VC), 플루오르에틸렌 카보네이트(FEC) 대비 각각 54%, 38% 향상된 수준이었다. 또한, 실리콘 음극 부피변화에 따른 전지 열화를 억제하여 희박 전해질 조건에서도 효과가 있었다ˮ 라고 말했다.
최남순 교수는 “이번 성과는 기존 상용 첨가제들(VC, FEC)의 한계를 극복할 수 있는 전해질 첨가제 기술로, 물질 구조 디자인, 합성 및 계산화학을 통해 연구시간 및 비용을 줄이고 타겟 양극 및 음극 특성에 적합한 첨가제를 정확하게 개발해 내는 새로운 방향을 제시했다”라고 연구의 의미를 강조했다. 뿐만 아니라 양산 수준의 전극 로딩 조건에서 저온에서부터 고온에 이르기까지 온도 내구성이 뛰어난 전극 계면 층을 형성하는 세계 최고 수준의 전해질 첨가제 기술로서 전기차 배터리 등에 활용이 기대된다고 밝혔다.
이번 연구에서 KAIST 최남순 교수와 문현규, 남희범(現 현대자동차 연구원) 연구원은 전해질 시스템 개발과 실험적 원리 규명을 담당하였다. UNIST 홍성유 교수와 김민평, 전민호(現 한국화학연구원 연구원) 연구원은 디자인된 첨가제를 쉽게 얻는 합성법을 개발하였다. 고려대학교 곽상규 교수와 이승민, 김형준 연구원은 계산화학 시뮬레이션을 통해 음극 및 양극에서의 전해질 첨가제의 계면 층 형성 과정을 이론적으로 규명하였다.
한편 이번 연구는 저명한 국제 학술지 `어드밴스트 펑셔널 머터리얼즈 (Advanced Functional Materials)'에 4월 4일 字로 온라인 공개됐다 (논문명 : Elastic Interfacial Layer Enabled the High-Temperature Performance of Lithium-Ion Batteries via Utilization of Synthetic Fluorosulfate Additive).
이번 연구 수행은 현대자동차의 지원을 받아 수행됐다.
2023.04.19 조회수 13408 -
반도체 웨이퍼 절단 없는 두께 분석장비 개발
우리 대학 기계공학과 이정철 교수 연구팀이 근적외선의 간섭 효과를 이용해 실리콘 박막-공동 구조를 검사할 수 있는 웨이퍼 비파괴 분석 장비를 개발했다고 19일 밝혔다.
1 마이크로미터(이하 μm) 급의 두께를 갖는 박막-공동 구조는 압력센서, 마이크로미러, 송수신기 등의 다양한 미세전자기계시스템(MEMS) 소자로 사용된다. 이러한 MEMS 소자에서 박막의 두께와 공동의 높이는 소자 성능의 주요 설계 인자이기 때문에 소자의 거동 분석을 위해서는 제작된 구조의 두께 측정이 필수적이다. 하지만 최근까지 후속 공정에 사용할 수 없는 단점에도 불구하고 웨이퍼를 절단해 주사 전자 현미경과 같은 고해상도 현미경으로 두께를 측정하는 단면 촬영 기법이 사용됐다.
연구팀은 1μm 급의 두께를 갖는 실리콘 박막-공동 구조의 두께를 비파괴적으로 측정하기 위해 근적외선 간섭 현미경을 개발했다. 연구팀은 실리콘의 광특성과 빛의 간섭 길이를 고려해 근적외선 계측 장비를 설계 및 구축했으며 개발한 근적외선 간섭 현미경은 1μm 급과 서브 1μm 급의 단층 박막-공동 구조를 100 나노미터(nm) 미만의 편차로 측정했다. 이에 더불어 다중 반사로 인한 가상의 경계면을 특정하는 방법을 제안해 복층의 실리콘 박막-공동 구조에서 숨겨진 실리콘 박막의 두께 측정을 성공적으로 시연했다.
이번 연구는 국제학술지 `어드밴스드 엔지니어링 머터리얼즈(Advanced Engineering Materials)'에 지난 7월 14일 字에 온라인 게재됐으며 지난 10월 호의 후면 표지 논문(back cover)으로 선정됐다.
이번 연구는 실리콘 박막-공동 구조뿐만 아니라 기능성 웨이퍼인 실리콘 온 인슐레이터(Silicon-on-Insulator, SOI) 웨이퍼에서도 실리콘과 내부에 숨겨진 산화막의 두께를 성공적으로 측정함으로써 다양한 구조의 반도체 소자 비파괴 검사에 적용 가능함을 연구팀은 확인했다. 또한 연구팀은 적합한 파장 선택을 통해 실리콘뿐만 아니라 게르마늄 등 다른 반도체 물질의 비파괴 검사에도 적용할 수 있음을 밝혔다. 반도체 기판의 비파괴 검사 방법을 제안하는 이번 연구는 반도체 공정 중 소자 결함을 판별하기 위한 실시간 비파괴 검사에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
연구를 주도한 이정철 교수는 "개발된 기술은 널리 사용되는 적외선 광원을 사용해 비파괴 방식으로 반도체 물질 내부 구조를 측정한 점에서 기존 방법과 다르고, 안전하고 정밀한 장점 때문에 반도체 소재 및 소자 검사 속도를 향상하는 효과를 가져와 반도체 관련 산업과 우리 삶의 발전에 기여할 것이다ˮ라고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자 지원사업과 기초연구실 지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
2022.12.20 조회수 11002 -
리튬이차전지 실리콘 기반 음극의 수명과 관련된 전자전도도 퇴화를 나노스케일에서 영상화 성공
고에너지 밀도를 갖는 리튬이차전지 개발에 대한 수요가 폭발적으로 증가하면서, 실리콘 기반 음극 개발에 관한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 실리콘 활물질은 기존 음극 활물질인 흑연 대비 높은 용량 값(4200 mAh/g)을 가지고 있어, 고에너지 밀도를 가지는 리튬이차전지용 음극의 유력한 후보로 자리 잡고 있다.
하지만 충전 및 방전 간 400%에 달하는 높은 부피 팽창/수축률이 실리콘 활물질의 상업화를 방해하고 있다. 실리콘 기반 음극의 급격한 부피 변화는 특히 전극 내 전자 전달 시스템에 큰 악영향을 미치고 있으며, 이를 보완하기 위해 다양한 도전재 시스템을 적용하는 연구가 활발히 진행 중이다. 전극 내 전자 전도 채널의 확보는, 활물질 내 균등한 전기화학 반응을 유발하기 위해 필수적이지만, 이를 나노스케일 공간 분해능을 갖고 영상화하는 방법론에 관해서는 많은 연구가 진행되지 않은 실정이다.
우리 대학 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 LG에너지솔루션과 협업해, 나노스케일 분해능으로 전극 내 전자 전도 채널을 왜곡 신호 없이 정량적으로 추출하는 방법론을 개발하는 데 성공했다고 8일 밝혔다. 연구팀은 전극 소재와 같이 표면 거칠기가 큰 시료에서 전도성 원자간력현미경(Conductive Atomic Force Microscopy, C-AFM) 운용 시 발생하는 왜곡 정보인 용량성 전류(capacitive current)의 원인을 규명하고, 피어슨 상관 분석 방법을 기반으로 해당 왜곡 정보를 제거했다. 이 방법론을 실리콘/흑연 기반 복합 음극에 적용해 도전재 성분에 따른 전자 전도 채널 영상화를 실시했으며, 이를 통해 단일벽 탄소나노튜브(Signle-Walled Carbon Nano Tube, 이하 SWNCT)가 적용된 전극의 전기적, 전기화학적 우수성을 입증하는 데 성공했다.
연구팀은 이번 연구를 통해 실리콘 기반 전극과 같이 활물질의 부피 변화가 큰 시스템에서는 기존의 점형 도전재 대비 선형의 구조적 장점을 갖고 있는 SWCNT가 안정적인 전자 전도 채널을 확보하는 데 유리함을 보였다. 또한 SWCNT가 포함된 복합 전극의 경우, 130 사이클 이후에도 활물질의 분쇄가 보다 억제됐음을 보여주며, 전자 전도 채널의 불균일성이 활물질의 구조적 안정성에도 영향을 미칠 수 있음을 가설을 들어 설명했다.
제1 저자인 신소재공학과 박건 박사과정은 "전자 전도 채널 불균일이 유발한 전극의 전기화학 특성 퇴화라는 주제로 후속 연구를 진행 중이다ˮ라며 "나노스케일 영상화를 기반으로 지금껏 관찰하지 못했던 현상을 탐구할 수 있어 즐겁다ˮ라고 말했다. 교신 저자인 홍승범 교수는 "왜곡 신호의 원인을 규명하고, 이를 정량적으로 제거하는 연구는 영상화 분야에서 매우 중요하다ˮ라며 "이번에 개발한 방법론이 전극 내 전자 전도 채널을 강화하는데 적용돼, 실리콘 기반 복합 음극의 고도화를 앞당기는 데 도움이 되면 좋겠다ˮ라고 말했다.
이번 연구는 국제 학술지 `에이씨에스 어플라이드 머티리얼즈 앤드 인터페이시스(ACS Applied Materials & Interfaces)'에 게재됐다. (논문명: Nanoscale Visualization of the Electron Conduction Channel in the SiO/Graphite Composite Anode)
한편 이번 연구는 LG에너지솔루션-KAIST 프론티어 리서치 랩(Frontier Research Lab)과 KAIST 글로벌 특이점 사업의 지원을 받아 수행됐다.
2022.11.08 조회수 14064 -
고효율 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지 개발
신소재공학과 신병하 교수 연구팀 주도의 공동 연구팀(서울대학교 김진영 교수, 세종대학교 김동회 교수, 미국 국립재생에너지 연구소 Kai Zhu 박사, 노스웨스턴 대학 정희준 박사)이 큰 밴드갭의 페로스카이트 물질을 개발하고 이를 적용해, 26.7%의 광 변환 효율을 갖는 고효율 페로브스카이트-실리콘 탠덤(tandem) 태양전지를 구현했다.
이번 연구는 과거 불안정하다고 알려진 큰 밴드갭 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질(Organic-Inoraganic Hybrid Perovskite)의 안정화 및 고효율화하는 기술을 개발함과 동시에, 이를 실리콘 태양전지와 적층해 고효율 탠덤 태양전지를 개발했다는 점에서 향후 30% 이상의 초고효율 태양전지 개발에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.
신병하 교수가 교신저자로, 김대한 박사과정이 1 저자로 참여한 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘사이언스(Science)’ 3월 26일 자 온라인판에 게재됐다.(논문명: Efficient, stable silicon tandem cells enabled by anion-engineered wide bandgap perovskites)
기존의 단일 태양전지로는 약 30% 초반의 한계효율을 넘을 수 없다는 쇼클리-콰이저(Shockley-Queisser) 이론이 존재한다. 이에 단일 태양전지 효율의 한계를 극복하기 위해 연구자들이 2개 이상의 태양전지를 적층 형태로 연결하는 기술인 탠덤 태양전지 개발을 위해서 노력하고 있다.
하지만 탠덤 태양전지의 상부 셀(cell)로 적합한 큰 밴드갭의 페로브스카이트는 빛, 수분, 산소 등의 외부 환경에 민감하게 반응하는 낮은 안정성 때문에 고품질의 소자를 합성할 수 없다는 한계가 존재했다.
연구팀은 새로운 음이온을 포함한 첨가제를 도입해 페로브스카이트 박막 내부에 형성되는 2차원 안정화 층(passivation layer)의 전기적·구조적 특성을 조절할 수 있다는 것을 밝혔고, 이를 통해 최고 수준의 큰 밴드 갭 태양전지 소자를 제작했다. 공동 연구팀은 더 나아가 개발한 페로브스카이트 물질을 상용화된 기술인 실리콘 태양전지에 적층해 탠덤 태양전지를 제작하는 데 성공했고, 최고 수준인 26.7%의 광 변환 효율을 달성했다.
연구팀의 기술은 향후 첨가제 도입법을 통한 반도체 소재의 2차원 안정화 기법에 대한 방향을 제시할 수 있으며, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질을 이용한 태양전지, 발광 다이오드, 광 검출기와 같은 광전자 소자 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
신병하 교수는 “페로브스카이트 태양전지 기술은 지난 10년간 눈부신 발전을 이뤄, 이제는 상용화를 고민해야 하는 시기이다. 실리콘 태양전지와의 이종 접합 구조를 통한 고효율 달성은 페로브스카이트 태양전지 기술의 상용화를 앞당기는 데 도움이 될 것이다”라며 “연구결과는 향후 30% 이상의 초고율 탠덤 태양전지 구현에 초석이 될 것이다”라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 나노소재기술개발사업, 중견연구자지원사업, 산업통상자원부(MOTIE)와 한국에너지기술평가원(KETEP) 에너지기술개발사업, 알키미스트 프로젝트, BK21 사업의 지원을 통해 수행됐다.
2020.03.30 조회수 23476 -
박인규, 정연식 교수, 모바일 기기 탑재 가능한 고성능 수소센서 개발
〈 가오민 연구원, 박인규 교수, 조민규 연구원 〉
우리 대학 기계공학과 박인규 교수, 신소재공학과 정연식 교수 공동 연구팀이 폴리스티렌(Polystyrene) 구슬의 자기 조립(self-assembly) 현상을 이용해 고성능의 실리콘 기반 수소센서를 개발했다.
연구팀이 개발한 수소 센서는 제작 과정이 단순하고 비용이 저렴해 모바일 기기에 탑재할 수 있어 전력 소모에 어려움을 겪는 모바일 분야에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
가오 민(Gao Min) 연구원, 조민규 박사후 연구원, 한혁진 박사과정이 참여한 이번 연구는 나노 분야 국제 학술지 ‘스몰(Small)’ 3월 8일자 표지논문에 선정됐다.
청정에너지인 수소 가스는 차세대 에너지원으로 각광받고 있다. 현재도 냉각 시스템이나 석유 정제시설 등 다양한 산업분야에서 활용되고 있지만 무색, 무취의 가연성 물질이기 때문에 조기 발견이 어려워 고성능 수소 센서를 개발하는 것이 중요하다.
그러나 기존 수소 센서들은 부피가 크고 소모 전력이 높으며 제작비용이 상대적으로 높은 단점이 있다.
공동 연구팀은 수백 나노미터 (nm) 직경의 폴리스틸렌 구슬들을 자기조립 현상을 이용해 규칙적으로 실리콘 기판 위에 배열시켰다. 이를 이용해 수십 나노미터 수준의 그물 모양 패턴을 구현해 초소형 고성능 수소 센서를 개발했다.
이 기술은 수소가스가 센서에 노출되면 팔라듐 나노입자와 반응해 팔라듐의 일함수(work function)가 변화하고 그에 따라 실리콘 나노 그물 내 전자의 공핍 영역(depletion region)의 크기가 변화하면서 전기 저항이 바뀌는 원리이다.
이번에 개발한 수소 센서는 최소 선폭 50 나노미터 (nm) 이하의 실리콘 나노 그물 구조 센서를 저비용으로 구현할 수 있다.
일반적으로 수소 센서의 성능은 민감도, 반응속도, 선택성 등에 따라 구분된다. 연구팀의 센서는 0.1%의 수소 농도에서 10%의 민감도와 5초의 반응속도를 기록해 기존 실리콘 기반 수소 센서보다 50% 이상 빠르고 10배 이상 높은 민감도를 보였다.
박인규 교수는 “기존의 값비싸고 복잡한 공정을 거치지 않고도, 단순한 방법으로 초미세 나노패턴 구현이 가능하며, 수소센서 뿐만 아니라 다양한 화학, 바이오센서에도 응용이 가능할 것이다”고 말했다.
과학기술정보통신부의 나노소재기술개발사업, 한국연구재단의 국민위해인자에 대응한 기체분자식별․분석기술개발사업, 해양수산부의 해양수산환경기술개발사업, KUSTAR-KAIST 사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 스몰(Small) 2018년 3월 8일자 Issue 표지논문
그림2. 완성된 수소센서의 일반 사진 (왼쪽), 전자현미경 사진 (중간, 오른쪽)
그림3. 수소 농도 변화에 따른 수소센서의 감지 그래프
2018.04.04 조회수 31506