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New vision of optoelectronics: Heat-smart Optoelectonics & Phononic Engineering

For English, refer to Lab. Introduction page.

 

본 연구실은 화합물 반도체 및 광공학 분야에서 국내에서 독보적인 연구 실적과 연구 노하우을 축적하고, 국내 최고 수준의 클린룸 장비, 측정 장비 및 관련 연구 인력 등의 인프라를 구축하였습니다. 그러나, 인류 문명의 근간이 되는 전자 및 광자의 조절은 2010년대 들어 무어의 법칙의 한계에서 보듯이 기술적으로 포화 상태에 이르렀습니다. 이에 따라, 전세계적으로 클라우드 컴퓨팅 같은 소프트웨어적 대안이나, 직접적 대안으로 Si의 그래핀을 비롯한 신소재 대체, 양자 컴퓨팅 등의 알고리즘 전환 등 연구 흐름이 근래에 바뀌고 있습니다.

 

HOPE Lab.에서는 광-전자-포논 집적이라는 새로운 방법론을 제시하고 개척하고 있습니다. 열의 주된 전달자인 포논의 관점에서 보면 열 관련 기술은 퓨리어 법칙 (1807년 보고)에 따른 열의 전도와 평형 이론을 따르고 있습니다; 이 경우, 포논이 입자성을 띈 거대 스케일에서는 성공을 거두었으나, 나노 스케일에서는 포논이 파동성을 띔에 따라 새로운 이론적 정립의 필요뿐 아니라 파동성에 기반한 새로운 열 조절 기능이 기존의 전자-광소자에 집적되어야 할 필요성이 생겼습니다. 이에 따라, 열 특성의 조절 및 활용이 어렵다는 기존 인식을 뛰어넘는 전자-광-포논 집적 소자 개념을 제시하고 관련 소자 기술을 개척하고 있습니다.

 

통신의 입장에서도 유 무선 모두 10 배의 속도 향상이 10년 주기로 이루어지고 있으며, 유선의 경우는 기존 1.5 micron 대역 광전송의 포화와 무선의 경우 기존 GHz 대역을 넘어선 THz 대역까지의 통신 carrier 활용 기술이 2020년대를 대비한 주요 전략 기술입니다. 우리는 0.1-100 THz 대역에 걸쳐있으나 활용되지 못한 포논 신호를 정보 전달자로 활용하여 새로운 정보 처리 기법, 포논-포톤 전환, 및 전송 소자를 개척하고 있습니다.

 

소재적인 관점에서는, 고효율 고출력 소자의 주요 물질인 GaN 및 전자/포논 속도가 가장 빠른 Graphene을 비롯한 이차원 반데르발스 소재 등을 활용하여, i) 전자-광-포논 상태에 대한 체계적인 이해, ii) 전자-광-포논 조절 기능이 집적된 미래 소자 개념 연구, iii) 포논을 이용한 다이오드, 트랜지스터, 논리회로, 주파수 변조 등 새로운 전자공학 소자 연구 등, 탈 추격형-세계 최초 기술을 개척합니다.

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