IV. 연구결과 Cu foil 및 Cu/Ni 적층구조 촉매를 이용하여 고품질 단일층 그래핀과 더불어 레이어 수가 제어된 다층 그래핀을 패턴하여 합성하는 기술을 개발하였다. 또한 이를 이용해 패턴화하여 그래핀으로만 이루어진 소자의 응용성을 확인하였다. 그래핀의 층수를 제어하는 방법과 단일층 그래핀과 다층 그래핀을 메쉬 형태로 제작하여 대면적 투명전극으로 응용성을 확인하였고, 펄스 레이저를 탄화규소 기판에 조사하여 비정질 상태로 상변환이 일어난 후 그래핀이 성장되는 현상을 레이저의 에너지 변화에 따른 탄화규소의 다양한 반응을 분석하여 무촉매 성장 메커니즘을 규명하였다. 뿐만 아니라 그래핀의 물성을 유지하하면서 대면적으로 전사시킬 수 있는 공정 기술을 개발하였으며, 그래핀 기반 멤리스터의 구동 메커니즘을 규명하였으며, 그래핀을 이용한 고분자 멤리스터 소자 극대화 및 고성능 은나노선을 제작하는 기술을 개발하였다. 그래핀-핵사고날 보른 나이트라이드-그래핀 (G/hBN/G tunnel FET) 터널 소자 구조를 이용한 가스센서 응용연구를 통해 기존의 그래핀만을 사용한 가스센서 이용 결과 보다 약 10%이상의 측정 민감도가 증가함을 확인 하였다.
튜너블 테라헤르츠 트랜시버 기술 개발의 당해년도 연구개발 성과 지표인 테라헤르츠 단일주파수 트랜시버 모듈 개발, 튜너블 테라헤르츠 트랜시버 모듈 개발, 신개념 고효율 테라헤르츠파 발생 칩 기술 연구 등을 모두 만족하는 연구 성과를 확보하였다. 테라헤르츠 단일주파수 트랜시버 모듈 개발에 대한 연구내용 핵심기술인 비팅광원/도파로 집적형 테라헤르츠파 발생 기술과 고저항 실리콘렌즈 탑재형 THz 트랜시버 기술, 혼안테나 하이브리드 집적형 고출력 테라헤르츠파 발생 기술 등은 테라헤르츠 소자 기술 분야에서 지금까지 제시하지 못한 핵심 기술이다. 튜너블 테라헤르츠 트랜시버 모듈 기술에서는 세계 최초로 제안한 이중모드 레이저 기술과 도파로형 광대역 포토믹서 집적 기술을 탑재한 초소형의 테라헤르츠 주파수 영역 분광기를 개발하여 신호대잡음비가 300 GHz에서 80dB 이상, 1THz 에서 50dB 이상의 성능을 얻었을 뿐만 아니라 마이크로 수준의 두께 측정이 가능한 기술을 확보하였다. 이 기술은 실제 산업현장에서 사용할 수 있는 활용도가 높은 기술이며, 테라헤르츠 분광 기술 분야의 우수한 연구그룹과 경쟁할 수 있게 되었다. 신개념 고효율 테라헤르즈파 발생 기반 연구에서는 나노 구조체 및 플라즈모닉 소자 기술을 이용하여 평균 광밀도가 매우 낮은 조건에서 동작하는 대구경 테라헤르츠 광전도 안테나를 제작하여 상용 소자에 비해 5 배 가량의 출력을 얻는 데 성공하는 큰 성과를 거두었다 이와 더불어 테라헤르츠파의 효율적인 검출을 위해서 광대역 안테나가 결합된 그래핀 FET 테라헤르츠파 검출기를 개발하여 밀리미터 공간 해상도의 측정결과를 얻어 테라헤르츠파 영상 분야에 활용 가능성을 보여 주었다.
MIT의 대표적인 강상관 물질인 VO2 를 Pulsed Laser Deposition(PLD) 방법으로 산소분압을 조절하여 박막을 제조하여 그 박막의 특성을 저항의 온도의 존성 SEM 과 XRD 등의 물성 분석을 통해 임계특성의 변화를 관즉조사 한다. MIT Critical Temperature Switch(CTS)를 이용하여 MIT 전자개페기와 차단기를 개발하였다. 특히 전자개폐기와 차단기의 특성에 부합하도록 발열도선 및 MIT CTS의 Tc를 올리는 연구를 진행하였고, 이 과정에서 Tc가 올라간 새로운 MIT CTS를 개발하였다.
고밀도 나노전자원 및 신개념 행열-어드레싱형 엑스선 소스 연구를 수행하여 다음과 같은 우수한 연구결과를 도출하였다. 1D(CNT)/ 2D(GNP, BNNP) 나노물질을 기반으로 하여 매우 우수한 고밀도 나노 전자원을 개발하였다. 고밀도 탄소나노튜브 어레이를 제조하여 50 mA 이상의 고방출전류를 달성하였으며, 이를 적용하여 제조한 엑스선 튜브는 시간 동안 방출 전류밀도의 감소가 전혀 발생하지 않을 정도로 신뢰성과 안정성이 매우 높은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 그래핀을 게이트 개구 위에 전사하는 기술을 개발하여 전자투과형 게이트를 개발하였으며, 이를 이용하여 전자빔의 퍼짐 현상을 큰 폭(40 %)으로 개선하는데 성공하였다. 양자-축퇴 영역의 고휘도 나노전자원을 개발하기 위한 Point type 전자원으로서 CNT Yarn 에미터를 제작하여 그 특성을 분석하였다. 직경이 30 ㎛인 CNT Yarn이 2.2mA의 전류를 방출함을 확인 하였는데, 이는 311 A/㎠에 해당하는 초고전류밀도이다 이러한 우수한 특성을 가지고 있는 CNT Yarn을 이용하여 -7.4 x 1019A/㎡str의 고휘도 나노전자원을 제조하였다. 개발된 나노전자원을 기반으로 진공 밀봉 형태의 행렬 어드레싱이 가능한 평행 엑스선원의 개념을 정립하고 시제품의 기본 구조의 설계를 완료하였다.
투명소자 및 UX 기술 연구에서는 투명하고 유연한 전기활성폴리머를 이용하여 빠른 반응속도와 변형을 보이는 촉각인터페이스 구조와 각종 UX응용 기술에 대하여 연구하였다. 전기활성 폴리머를 터치스크린에 응용하기 위하여, 전기적으로 표면의 돌출정도를 조절할 수 있도록 디스크형으로 설계하였으며, 돌출방향이 한방향으로 고정될 수 있도록 구조를 설계하였다. 아울러 높은 광투과도를 달성하기 위해 AgNW 를 할로켄광권을 이용하여 나노웰딩하는 기법을 적용함으로써 높은 광투과도 조건에서 전기전도도를 향상 시킬 수 있는 방법을 구현하였다. 또한 AgNW를 센서로 이용하는 방법에 대한 연구를 함께 진행하였는데, AgNW를 Embedding 하는 기법을 이용하여, 높은 반복 신뢰성을 갖도록 하였으며 반복적이며 안정적으로 변위량 또는 압력을 측정할 수 있도록 설계하였다. 또한 광학적 특성을 변형시키거나 활용하는 각종 UX(사용자체험)기법에 관하여 보고한다.
본 연구에서는 생물학적 신경 네트워크와 인공 뉴런 네트워크의 실시간 양방향 인터페이스를 통한 생물학적 신경 네트워크에서 일어나는 학습의 이해에 대하여 연구하였다. 생물학적 신경 네트워크와의 물리적인 인터페이스를 위한 다중 전극어레이 제작 공정 개발 및 신경 신호를 기록하고 전기 자극을 하기 위해 필요한 하드웨어 시스템 그리고 인공 뉴런네트워크를 구현하기 위한 실리콘 뉴런어레이로 전체 시스템이 구성된다. 다중 전극어레이의 경우 금속 나노다공성 구조체를 이용하여 신경전극의 임피던스를 낮은 비용으로 제어할 수 있는 기술을 개발하였으며, 전기화학적 평가 실제 신경신호 측정을 통하여 그 효과를 검증할 수 있었다. 생물학적 신경 네트워크의 신호를 측정하기 위한 다채널 신경 신호 측정기 및 자극기를 개발하였다 증가하는 측정 채널과 세분화되는 측정 정밀도를 감당할 수 있는 소프트웨어 인터페이스 개발도 함께 수행되었다. 인공 뉴런 네트워크를 모사하는 실리콘 뉴런 어레이의 개발도 함께 수행되었다 시냅스 모방 소자인 멤리스터와 연동하여 멤리스터에 학습을 유발할 수 있는 패턴을 컨트롤 할 수 있는 로직을 구현하여 학습을 구현하였다.
양자컴뉴팅과 관련하여서는 양자프로그램을 분해하는 컴파일러를 확보하였고, 이를 구동가능하도록 플랫폼에 설치하였다. 전반적으로 양자컴퓨팅플랫폼과 핵심연구진행을 위한 연구환경 구축을 진행하였다.
(출처 : 요약문 11p)
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J. Kim et. al, "Trends in Lightweight Kernel for Many core Based High-Performance Computing", Electronics and Telecommunications Trends. Vol. 32, No. 4, 2017, KOGL Type 4: Source Indication + Commercial Use Prohibition + Change Prohibition
J. Sim et.al, “the Fourth Industrial Revolution and ICT – IDX Strategy for leading the Fourth Industrial Revolution”, ETRI Insight, 2017, KOGL Type 4: Source Indication + Commercial Use Prohibition + Change Prohibition
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