전자재료공학과

밴드갭

Band Gap

전자가 존재할 수 없는 전도띠와 가전자띠 사이의 에너지 간격 . 가 없으면 도체, 좁으면(1~3eV) 반도체, 넓으면 절연체가 되며, 발광소자에서는 전자가 이 간격을 뛰어넘을 때 방출하는 광자의 에너지가 곧 크기이므로 빛의 색(파장)을 결정함.

ex) 적색·녹색·청색 LED가 서로 다른 밴드갭의 화합물반도체로 만들어지는 이유.

유전율

Permittivity (Dielectric Constant)

절연체 내부의 전하들이 외부 전기장에 반응해 미세하게 재배열(분극)되는 정도를 나타내는 값. 유전율 이 클수록 같은 면적·두께의 커패시터가 더 많은 전하를 저장할 수 있어, 소형화된 고용량 커패시터 재료 개발의 핵심 지표.

ex) 스마트폰 기판 위 적층세라믹커패시터(MLCC)를 더 작게 만들면서도 용량을 유지하려는 고유전율 세라믹 개발.

압전 효과

Piezoelectric Effect

특정 결정(수정, PZT 세라믹 등)은 대칭 중심이 없는 결정구조 때문에 기계적 힘을 받아 격자가 변형되면 양전하·음전하 중심이 어긋나 전압이 발생하고(정압전효과), 반대로 전압을 가하면 그 격자 왜곡으로 결정이 미세하게 변형됨(역압전효과).

ex) 라이터를 누르면 압전소자가 순간 고전압을 만들어 불꽃을 튀기는 원리.

초전도

Superconductivity

특정 임계온도 이하로 냉각하면 전자들이 쿠퍼쌍이라는 짝을 이뤄 격자 진동(저항의 원인)에 산란되지 않고 흐를 수 있게 되어, 전기 저항이 측정 불가능한 수준(사실상 0)까지 완전히 사라지는 양자역학적 현상.

ex) MRI 장치가 초전도 자석으로 저항 없는 대전류를 흘려 매우 강한 자기장을 만드는 것.

반도체 박막공학

Semiconductor Thin Film Engineering

스퍼터링, CVD, ALD 등으로 반도체 위에 절연막·금속막·반도체막을 원자층 단위 두께까지 정밀하게 증착·제어하는 기술. 미세화가 진행될수록 막 하나의 두께 오차가 소자 전체 성능에 미치는 영향이 커져 정밀도 요구가 계속 높아짐.

ex) 3나노 공정 트랜지스터의 게이트 절연막을 원자 몇 개 두께로 정밀 증착하는 것.

OLED 발광소재 디스플레이

OLED Emissive Materials for Displays

전류를 흘리면 전자와 정공이 유기 발광층 안에서 재결합하며 스스로 빛을 내는 유기 발광 소재를 설계·합성하는 기술. 분자 구조를 바꿔 발광 색상과 효율, 수명을 동시에 개선하는 게 핵심 연구 과제.

ex) 스마트폰·TV의 OLED 화면에 들어가는 적녹청 발광 유기물 소재 개발.

유연소자 재료

Materials for Flexible Devices

기존 무기 반도체·금속 배선은 구부리면 쉽게 깨지므로, 신축성 있는 고분자 기판 위에 물결 모양(wavy) 배선 구조나 유연한 나노소재(은나노와이어 등)를 적용해 휘어져도 전기적 특성이 유지되도록 설계된 전자재료.

ex) 접히는 스마트폰의 화면과 배선이 접었다 펴도 끊어지지 않는 재료 설계.

양자홀효과

Quantum Hall Effect

얇은 2차원 전자층에 강한 자기장을 걸고 극저온으로 냉각하면, 전자의 운동이 양자화되어 홀 저항이 연속적으로 변하지 않고 특정 값의 정수·분수 배로만 계단처럼 뛰어오르는 현상. 이 저항값이 물질 종류나 불순물과 무관하게 기본 물리상수(플랑크 상수, 전하량)만으로 극도로 정밀하게 정해지기 때문에, 전 세계 전기저항의 표준을 정의하는 데 실제로 쓰임.

ex) 국제 표준 저항 단위를 물리적 저항기 대신 이 양자현상으로 정밀하게 정의하는 것.

자성재료와 히스테리시스

Magnetic Materials & Hysteresis

강자성체는 외부 자기장을 걸면 내부 자기 구역(자구)들이 자기장 방향으로 정렬되며 자화되는데, 자기장을 없애도 자화가 완전히 사라지지 않고 일부 남는 잔류자화 현상(히스테리시스)을 보임. 이 히스테리시스 곡선이 넓은 경성자성체는 자석·데이터 저장에, 좁은 연성자성체는 변압기 코어처럼 자화·소자화를 반복해야 하는 용도에 각각 적합함.

ex) 하드디스크가 강자성체의 잔류자화를 이용해 0과 1의 데이터를 영구적으로 저장하는 원리.

열전재료와 제벡효과

Thermoelectric Materials & Seebeck Effect

반도체 재료 양 끝에 온도차 를 주면, 뜨거운 쪽의 캐리어가 열에너지로 더 활발히 움직여 차가운 쪽으로 확산해가며 전압 이 발생하는 현상(제벡효과). 이 원리로 폐열을 직접 전기로 변환하거나, 반대로 전류를 흘려 냉각시키는(펠티에 효과) 열전소자를 만들 수 있음.

ex) 자동차 배기가스의 폐열을 전기로 회수하는 열전발전 소재 연구, 캠핑용 미니냉장고의 무소음 냉각 방식.