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중점연구분야

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에너지·AI·미래산업에 집중하다

UNIST는 에너지 전환, AI, 미래산업이라는
대한민국의 핵심 과제에 연구 역량을 집중합니다.

  • 에너지 전환
  • 이차전지 · 수소 · 탄소중립
  • Ai 기반 산업 혁신
  • 반도체 · 소재 · 양자
EDUCATION INNOVATION

교육혁신프로그램

EDUCATION
INNOVATION

이론을 배우는 것을 넘어 직접
연구하며 성장하다

UNIST의 학부생부터 대학원생까지 연구의
보조가 아닌 주체로 성장하는 경험을 제공합니다.

  • 학부생 연구참여
  • 국제학회·논문참여
  • 소수정예 밀착 연구지도
industry collaboration

산학협력

industry
collaboration

연구에서 산업까지, 현장과 가장
가까운 UNIST

대한민국 최대 산업도시 울산에 위치한
UNIST는 연구 성과가 기업과 산업 현장으로
가장 빠르게 연결되는 구조를 갖추고 있습니다.

  • 기술사업화·창업지원
  • 울산 산업단지
  • 대기업 · 공기업과의 공동연구
Research support

연구지원

Research
support

젊은 UNIST, 연구에 최적화된
유연한 캠퍼스

UNIST는 가장 늦게 출범한 과기원으로,
관행에 얽매이지 않는 유연한 연구·교육 시스템을
갖추고 있습니다.

  • 빠른 신흥 분야 대흥
  • 단일 캠퍼스 기반
  • 생활.연구 일체형 구조
  • 개방형 연구 공간

Research Impact

star

“전문 용어 막힘없이 타다닥”..AI가 타자 리듬도 보고 맞춤형 답변 내놓는다!

질문의 의미뿐만 아니라 질문 속 전문용어를 얼마나 빠르고 일정한 리듬으로 치는지로 사용자의 전문 지식 수준을 가늠해 생성형 인공지능이 맞춤형 답변을 내놓도록 하는 기술이 나왔다. UNIST 컴퓨터공학과 공태식 교수팀은 질문 내용뿐만 아니라 질문 속 전문용어를 타이핑할 때 나타나는 행동을 분석해 맞춤형 답변을 내놓는 개인화 AI 기술인 ‘ExPerT’를 개발했다고 30일 밝혔다. 챗봇 등이 사용자의 수준에 맞춘 답변을 내놓기 위해서 기존에는 사용자가 설정해 놓은 프로필, 과거 대화 등 비교적 고정된 사용자 정보를 주로 활용해 왔다. 하지만 이 같은 방식은 컴퓨터 전문가라도 회계 지식은 없을 수 있고, 같은 분야에서도 질문 주제에 따라 지식 수준이 달라질 수 있다는 점이 간과될 수 있다. 연구팀이 개발한 기술은 실시간 질문별로 사용자의 전문성을 파악하며 질문의 의미 정보뿐만 아니라 타이핑 과정에서 나타나는 행동 정보까지 함께 분석해 사용자 맞춤형 정보를 제공할 수 있다. 똑같이 전문 용어를 쓰더라도 키를 누르고 떼기까지 걸린 시간과, 다음 키로 넘어가는 간격, 백스페이스 사용 횟수 등이 전문가와 비전문가 간에 차이가 있다는 사실에서 착안한 기술이다. 개별 질문에 쓰인 표현과 전문 용어 등의 의미 정보와 타이핑 행동 정보를 챗GPT와 같은 생성형 AI 모델에 입력해 사용자의 전문성을 5단계로 추정하게 한 뒤, 이후 추정 결과와 원래 질문을 생성형 AI 모델에 다시 전달해 답변의 눈높이를 조절하도록 하는 방식이다. 화학·컴퓨터과학·경영 분야 참가자 40명이 입력한 질문 1,270개를 이용해 ExPerT의 성능을 검증해 본 결과, 의미 정보만 분석했을 때는 AI가 추정한 전문성 수준이 참가자가 직접 평가한 수준과 평균 0.488단계 차이가 났지만, 타이핑 행동 정보까지 함께 분석하자 그 차이가 0.398단계로 줄었다. 타이핑 정보를 더해 전문성 추정 오차를 18.4% 줄인 것이다. 또 질문마다 전문성을 새로 파악하는 ExPerT의 방식은 기존 개인화 기술과 비교해도 높은 성능을 보였다. 지금까지 나눈 대화에서 사용자의 성향과 배경을 추출하는 기존 기술은 사용자가 직접 평가한 전문성 수준과 평균 1.162단계 차이가 났지만, 연구진이 제시한 개별 질문의 의미를 분석하는 방식은 그 차이를 0.488단계로 줄였다. 이번 연구는 인공지능대학원 박예지 연구원이 제1저자로 참여했다. 공태식 교수는 “기존 개인화 AI가 고정된 프로필이나 이전 대화 기록에만 의존해 실시간 맥락을 반영하지 못했던 한계를 극복하고자 했다”며 “의료·법률·금융처럼 전문 지식 격차가 큰 분야의 전문 챗봇은 물론, 사용자별 이해도 파악이 중요한 에듀테크나 B2B 고객 지원 시스템 등 다양한 영역에서 사용자의 실시간 눈높이에 최적화된 개인화 AI 인터페이스를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다. 연구 결과는 자연어처리 분야 국제학술대회인 ACL(Association for Computational Linguistics) 2026에 전체 투고 논문 중 상위 4%에 해당하는 구두 발표 논문으로 채택됐으며, 상위 2%에 주어지는 ‘SAC 하이라이트 어워드’를 수상했다. ACL은 지난 7월 2일부터 7일까지 미국 샌디에이고에서 개최됐다. 이번 연구의 데이터 세트와 코드는 오픈 소스 공유 사이트인 깃허브(https://github.com/UbiquitousAILab/ExPerT)에 공개됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부·정보통신기획평가원(IITP)의 인공지능대학원지원사업, AI 스타 펠로우십, 생성AI 선도인재양성사업과 한국연구재단(NRF), 첨단 GPU 활용 지원사업 등의 지원을 받아 이뤄졌다. (끝).

2026.09.16

  • AI에이전트
  • 개인화
  • 개인화AI
  • 맞춤형답변
  • 전문가
  • 전문용어
  • 전문지식수준
  • 컴퓨터공학과

태양광 수소 생산 성능 높일 유기 반도체 광전극 개발

태양광 수전해는 햇빛으로 물을 수소와 산소로 분해해 그린 수소를 생산하는 기술이다. 물에 담긴 광전극에 햇빛을 쪼이면 햇빛을 받은 광전극이 전하 입자를 만들어내 물을 분해하는 화학반응을 일으키는 원리다. 이러한 태양광 수전해의 효율을 높이고 내구성도 뛰어난 유기반도체 광전극이 새롭게 개발됐다. UNIST 신소재공학과 조한희·최문기·송명훈 교수팀은 스위스 로잔연방공과대학교 연구진과 함께 유기반도체 공여체층과 수용체층을 차례로 쌓아 중간에 혼합층을 만드는 기술을 적용해 고성능 광양극(Photoanode)을 개발했다고 26일 밝혔다. 광전극의 일종인 광양극은 햇빛을 받아 물에서 산소를 만든다. 햇빛을 받으면 광양극 안에 양전하 입자인 정공(+)과 음전하 입자인 전자(-)가 생기는데, 정공이 물과 반응해 산소가 나온다. 나머지 전자는 광양극 아래쪽 전극과 도선을 지나 반대쪽 전극으로 전달돼 수소를 만드는 데 쓰이기 때문에 전자와 정공이 이동 과정에서 다시 합쳐지지 않도록 잘 갈라놓고, 정공은 물과 맞닿은 표면으로, 전자는 아래쪽 전극으로 보내는 것이 중요하다. 연구팀이 개발한 광양극은 유사 이중층 구조 덕분에 전자와 정공이 다시 합쳐져 사라지는 재결합 손실이 줄고, 햇빛을 받아 만들어진 더 많은 정공이 산소를 만드는 데 쓰일 수 있다. 유사 이중층 구조는 광양극의 유기반도체 수용체층과 공여체층 사이에 둘이 섞인 혼합층이 형성된 구조다. 유기 반도체 박막을 만들 때 수용체층을 먼저 쌓고 그 위에 공여체층을 올리면, 공여체층을 바르는 과정에서 공여체 용액이 아래 수용체층의 윗부분에 일부 스며들면서, 두 층 사이에 혼합물층이 생기는 ‘유사 이중층’ 구조가 만들어진다. 기존 유기반도체 광양극은 공여체와 수용체 물질을 물리적으로 섞어 하나의 혼합물층으로 만든 ‘벌크 이종접합 구조’가 사용되는데, 이는 전자와 정공을 처음 생성하는 데에는 유리했지만, 전하 이동 통로가 무분별하게 형성돼 전자와 정공이 이동하는 과정에서 다시 합쳐지기 쉬웠다. 반면 유사 이중층 구조는 중간 혼합층에서 전하가 주로 생성되고, 아래쪽 수용체층과 위쪽 공여체층이 각각 전자와 정공을 서로 다른 방향으로 보내 이러한 손실을 줄인다. 수용체와 공여체 물질을 섞는 ‘벌크 이종접합 구조’의 전하 분리 장점과, 두 물질을 위아래로 나눠 쌓는 이중층 구조의 ‘전하 이동’ 장점을 모두 갖춘 셈이다. 이 광양극은 실험에서 1.75mA/㎠의 평균 광전류 밀도를 기록했다. 이는 기존보다 약 22% 향상된 수치다. 광전류 밀도 값이 클수록 광양극에서는 산소가 더 많이 만들어진다. 산소가 생기는 물 산화 반응을 시작하기 위해 외부에서 걸어줘야 하는 전압도 0.35V에서 0.15V로 낮아져, 적은 전기에너지로 작동할 수 있었다. 또 작동 중 광전류 밀도가 0.5mA/㎠까지 떨어지는 데 걸린 시간을 기준으로 비교한 안정성도 기존보다 약 300% 향상됐다. 산화력이 강한 정공이 유기반도체를 손상시키기 쉬운데, 유사 이중층 구조 덕분에 공여체와 수용체가 맞닿는 내부 혼합층에는 손상이 덜 가기 때문이다. 조한희 교수는 “기존처럼 공여체와 수용체를 무작위로 섞은 유기 광전극은 전자와 정공이 이동하는 과정에서 손실이 크고 쉽게 성능이 떨어졌는데, 광양극 박막 안에서 두 물질의 배열을 조절함으로써 성능과 작동 안정성을 함께 높일 수 있었다”며 “낮은 전압에서도 잘 작동하는 특성이 있어 외부 전압 없이 햇빛만으로 수소를 생산하는 장치를 개발하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다. 이번 연구 결과는 화학공학 분야의 국제 권위 학술지인 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, CEJ)’에 7월 16일 온라인 게재됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF)의 지원사업 (No. RS-2023-00211341, RS-2025-00559676)과 이노코어(InnoCORE) 사업의 지원을 받아 진행됐다.

2026.09.15

  • 광전극
  • 벌크이종접합유기반도체
  • 신소재공학과
  • 유사이중층
  • 청정수소
  • 태양광수소생산
  • 태양에너지

포토레지스트 찌꺼기 막는 2차원 반도체 보호 공정 개발

원자 한 층 두께의 2차원 반도체를 금속막으로 보호해 트랜지스터 소자의 전류 성능을 10배 높이는 공정이 개발됐다. 트랜지스터 성능을 떨어뜨리는 공정 찌꺼기 생성을 막는 기술이다. 얇은 두께의 2차원 반도체 소재로 더 작고 빠른 반도체 칩을 만들 수 있게 됐다. UNIST 전기전자공학과 김명수 교수와 반도체소재·부품대학원 김병조 교수팀은 얇은 금속막을 입혀 이황화몰리브덴(MoS₂) 표면에 포토레지스트 잔여물이 눌어붙는 것을 막는 반도체 공정 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 포토레지스트는 빛에 반응하는 고분자 물질로, 반도체 표면에서 회로 모양을 만드는 데 쓰인다. 포토레지스트를 이황화몰리브덴 반도체에 바른 뒤 남길 부분은 마스크로 가리고, 나머지를 플라즈마로 깎아 제거하는데, 이 과정에서 플라즈마에 노출된 포토레지스트가 딱딱하게 굳어 붙을 수 있다. 이 찌꺼기는 일반적인 용매 세척으로는 잘 제거되지 않고, 강한 초음파 세척을 하면 얇고 민감한 이황화몰리브덴이 기판에서 떨어질 수 있다. 또 열처리 역시 포토레지스트 찌꺼기가 분해되기도 전에 소자가 견딜 수 있는 온도를 넘을 위험이 있어 적용하기 어려웠다. 개발된 방식을 이용하면 포토레지스트 찌꺼기가 이황화몰리브덴 표면에 직접 닿는 것을 막고, 별도의 강한 세척 없이 안전하게 제거할 수 있다. 이황화몰리브덴 위에 오염을 대신 받아낼 5나노미터 두께의 희생 금속막을 먼저 입힌 뒤, 그 위에서 회로 제작 공정을 진행하는 방식이다. 공정이 끝나 금속막을 녹여내면 그 위에 붙은 포토레지스트 찌꺼기도 함께 제거된다. 실제 이 공정으로 제작한 이황화몰리브덴 트랜지스터의 접촉저항은 2.58×10⁵ Ω·μm(옴·마이크로미터)로, 기존 공정으로 만든 소자의 약 10분의 1 수준이었다. 또 저항이 낮아져 트랜지스터가 켜졌을 때 흐르는 전류는 약 10배 커졌으며, 금속막을 입히고 제거한 뒤에도 이황화몰리브덴의 결정 구조에는 뚜렷한 손상이 발견되지 않았다. 제1저자인 김다현 연구원은 “이 공정 기술은 일반 반도체 회로 공정뿐만 아니라 전자빔으로 더 미세한 회로를 그려내는 경우에도 쓸 수 있고, 이황화몰리브덴을 어떤 방식으로 합성했느냐에 관계없이 쓸 수 있는 범용성이 있다”고 설명했다. 또 연구팀은 포토레지스트 찌꺼기가 쉽게 제거되지 않던 원인도 계산 분석을 통해 새롭게 밝혀냈다. 플라즈마 속 산소가 포토레지스트의 화학구조를 바꿔 이황화몰리브덴 표면에 약 2배 강하게 달라붙게 하는 것으로 나타났다. 김명수 교수는 “이황화몰리브덴은 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 지금보다 더 작고 얇게 만들 수 있는 소재”라며 “이를 실제 고성능 소자로 만드는 데 걸림돌이었던 공정 오염 문제를 해결해, 향후 고집적 로직·메모리 소자 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구는 국제학술지 ‘스몰(Small)’에 8월 11일자로 온라인 게재됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단, 정보통신기획평가원, InnoCORE 사업, 산업통상자원부 한국산업기술진흥원 등의 지원을 받아 수행됐다.

2026.09.11

  • 2차원반도체
  • 더작고빠른반도체
  • 반도체소재부품대학원
  • 이황화몰리브덴
  • 잔류경화물
  • 전기전자공학과
  • 포토레지스트

대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈 비파괴 품질 분석 기술 개발

X선으로 대면적 페로브스카이트 태양전지의 결정 배열과 미세한 뒤틀림을 한눈에 볼 수 있는 비파괴 검사 기술이 나왔다. 고효율 페로브스카이트 태양전지의 대량생산 공정을 최적화하고 품질을 관리하는 데 활용될 전망이다. UNIST 김동석·신태주·김진영 교수팀은 한국화학연구원 신윤섭 박사와 함께 대면적 페로브스카이트 박막의 구조를 손상 없이 분석하는 2차원 X선 회절 매핑(2DXDM) 기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 페로브스카이트 태양전지는 용액 공정이라는 저렴한 저온 공정으로 만들 수 있는 차세대 전지다. 액체 상태 페로브스카이트의 원료 용액을 기판 위에 바른 뒤 용매를 증발시켜 태양빛을 흡수하는 페로브스카이트 결정막을 만드는 것이다. 이때 결정이 얼마나 고르게 형성되고 같은 방향으로 배열되는지, 결정 격자에 미세한 뒤틀림이 얼마나 남는지가 효율을 좌우하는데, 크기가 커지면 중심부와 가장자리에서 용매가 마르는 속도가 달라져 결정이 불균일하게 자라고 결함과 격자 변형이 생기면서 효율이 떨어지게 된다. 실험실에서 만든 소형 전지가 상용 실리콘 태양전지에 맞먹거나 이를 넘어서는 효율을 내면서도 실제 대면적 상용화가 어려운 이유 중 하나다. 연구팀이 개발한 기술은 이 같은 결정의 불균일과 격자 변형을 태양전지를 직접 잘라내지 않고 진단할 수 있는 기술이다. X선을 쐈을 때 박막 결정에서 나오는 회절무늬의 세기와 방향, 위치가 결정의 배열 방향과 격자가 눌리거나 늘어난 정도에 따라 달라지는 원리를 활용했다. 병원 CT가 여러 지점에서 얻은 X선 정보를 모아 몸속 영상을 재구성하듯, 이를 박막 전체에서 반복 측정해 중심부부터 가장자리까지 구조가 불균일한 위치와 정도를 지도처럼 한눈에 확인할 수 있게 된다. 연구팀은 이 기술을 적용해 두 종류의 용액 공정 가운데 더 균일한 박막을 만드는 방식을 찾아내고 고효율 대면적 태양전지도 만들어냈다. 원료 용액을 한 번에 떨어뜨린 뒤 기판을 회전시켜 펴는 정적 스핀코팅(SSC)과, 기판이 회전하는 동안 원료 용액을 방울 형태로 계속 공급하는 동적 스핀캐스팅(DSC)을 비교했을 때 동적 스핀캐스팅으로 제조한 페로브스카이트 박막의 품질이 더 우수했다. 동적 스핀캐스팅으로 제작한 100㎠급 태양광 전지 모듈은 실제 발전 면적 86.4㎠에서 23.0%의 광전변환효율을 기록했으며, 공인 효율은 22.75%를 기록했다. 이는 현재 비슷한 크기의 페로브스카이트 모듈 최고 공인 효율인 23.55%에 근접한 수준이다. 밀봉한 모듈은 1,000시간 동안 빛을 계속 비춘 뒤에도 초기 효율의 80% 이상을 유지했다. 신태주 교수는 “기존 분석법은 일부 영역이나 평균값만 보여줘 박막 전체의 차이를 파악하기 어려웠고, 시료를 잘라내는 과정에서 원래의 격자 변형이 달라질 수도 있었다”며 “2DXDM은 박막을 손상하지 않고 전체 면적을 분석해 공정 최적화와 품질관리에 활용할 수 있다”고 설명했다. 김동석 교수는 “대면적 페로브스카이트 박막에서는 국소 영역이 아닌 전체 면적의 구조 균일성을 파악하는 것이 중요하다”며 “이번 연구로 어떤 공정 조건에서 박막이 더 균일해지고 모듈 효율이 높아지는지를 알 수 있어, 고효율 대면적 태양전지의 제조 공정을 개선하는 데 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 UNIST 김동신·이재휘 석·박사통합과정 연구원이 제1저자로 참여했으며, 포항방사광가속기의 UNIST-PAL(6D) 빔라인을 활용해 진행됐다. 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘줄(Joule)’에 7월 23일 온라인 게재됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부, 교육부, 한국연구재단(NRF), 산업통상자원부, 한국에너지기술평가원(KETEP), 한국산업기술진흥원(KIAT), 한국화학연구원(KRICT)의 지원을 받아 이뤄졌다.

2026.09.09

  • X-선
  • 대면적모듈페로브스카이트태양전지
  • 박막
  • 반도체소재부품대학원
  • 비파괴검사
  • 탄소중립대학원
  • 태양전지
  • 품질검사

UNIST·고등과학원, 간섭계로 ‘시공간 양자 상태’ 읽는 방법 제시

국내 연구진이 ‘시공간을 가로지르는 양자 상태’를 쉽게 측정할 수 있는 방법을 제시했다. 공간과 시간에 흩어진 양자정보를 하나의 상태로 다루고 실험적으로 검증할 길이 열렸다. UNIST 물리학과 이석형 교수와 고등과학원 계산과학부 권혁준 교수팀은 시공간 여러 지점에 존재하는 양자 정보를 간섭계로 측정해 하나의 ‘시공간 양자상태’로 재구성하는 이론을 정립했다고 20일 밝혔다. 양자이론은 같은 시간에 서로 떨어진 입자들의 관계는 ‘양자 상태’로, 한 양자계가 시간에 따라 변하는 과정은 ‘양자 채널’이라는 별도의 수학적 대상으로 표현해 왔다. 시간과 공간을 하나의 통합된 시공간으로 보는 상대성이론과의 통합이 어려운 이유이기도 하다. 이번 연구에서 연구진은 간섭계에서 얻은 신호로 시공간 양자상태를 재구성할 수 있음을 증명했다. 먼저 사건의 인과 순서를 미리 알지 못해도 작동하는 측정 방법의 조건(causally agnostic measurement)을 정의한 뒤, 이 조건을 만족하는 것과 간섭계로 측정할 수 있는 것이 필요충분조건, 즉 서로 정확히 일치함을 수학적으로 증명한 것이다. 간섭계는 양자가 여러 경로를 동시에 지나는 성질을 이용해 두 경로의 차이를 신호로 읽는 장치로, 다양한 양자 실험에서 이미 널리 쓰이고 있는 표준 측정 기술이다. 간섭계 신호만으로 양자과정을 측정하면, 미시세계에서는 서로 다른 양자과정이 동일 신호로 나타날 수 있는데, 이는 ‘나침반’ 역할을 하는 보조 양자를 추가해 해결할 수 있음도 증명했다. 두 양자 과정의 시간 방향이 함께 맞춰지는 새로운 시공간 양자 상관관계인 ‘동기화’를 규명하고, 이를 이용하면 미시세계의 시간반전 대칭성 때문에 구분이 어려웠던 양자 과정도 구별할 수 있음을 보인 것이다. 시간반전 대칭성은 어떤 물리적 과정이 시간이 앞으로 흐를 때나 뒤로 거꾸로 흐를 때 똑같은 법칙이 적용되어 그 방향성을 구분할 수 없는 물리적 성질을 뜻한다. 예를 들어, 허공에 공을 던지는 장면을 비디오로 찍은 뒤 되감기를 해보면 궤적만으로는 공이 원래대로 올라가고 있는 것인지, 아니면 거꾸로 재생되어 떨어지고 있는 것인지 구별하기 힘든 것과 흡사하다. 하지만 이 공에 째깍거리는 ‘시계’를 하나 붙여서 던진다면, 영상 속 시곗바늘이 도는 방향만 보고도 시간이 앞으로 가는지 뒤로 가는지 단번에 파악할 수 있다. 연구진은 이처럼 보조 양자를 ‘시계’로 활용하는 이론적 모델을 만들어, 겉보기엔 구별이 불가능했던 양자과정의 시간 방향성도 정확하게 찾아낼 수 있음을 수학적으로 입증해 냈다. 이석형 교수는 “시간과 공간을 함께 아우르는 양자 상태를 어떻게 정의하고, 어떻게 측정할 수 있는지는 양자정보과학과 양자 기초론의 중요한 난제로 남아 있었다”며 “이번 연구는 양자 상태를 ‘측정 결과로부터 어떻게 알 수 있는가’라는 실험적 질문에 답했다는 점에서 의미 있는 성과“라고 설명했다. 이 교수는 이어 “이 이론은 광학·응집물질·초전도 등 다양한 분야의 양자정보처리 과정을 효율적으로 표현하고 분석하는 데 활용할 수 있으며, 양자 레이더나 입자 충돌 실험처럼 사건의 시점과 위치를 미리 알기 어려운 상황에도 적용할 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구는 UNIST 2025 Research Fund, 정보통신기획평가원(IITP), 한국연구재단(NRF), 고등과학원 개인연구비 등의 지원을 받아 수행됐으며, 물리학 분야 권위지인 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 지난 6월 24일 출판됐다.

2026.09.09

  • 간섭계
  • 물리학과
  • 시간반전대칭성
  • 시공간양자상태
  • 양자정보이론

영하 100도, 영상 100도 오가도 작동하는 페로브스카이트 태양전지 개발

영하 100도(°C)부터 영상 100도를 오가도 작동할 수 있는 고성능 페로브스카이트 태양전지가 개발됐다. 극심한 온도 변화를 견뎌야 하는 우주용 페로브스카이트 태양전지 개발에 속도가 붙을 전망이다. 페로브스카이트 태양전지는 값싸고 가벼운 차세대 전지다. 에너지화학공학과 양창덕·신승재 교수와 신소재공학과 송명훈 교수팀은 200도에 이르는 온도 변화를 반복해도 정상적으로 작동할 수 있는 고성능 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 위성 등이 정해진 궤도를 돌다 보면 햇빛을 직접 받는 구간과 그림자에 들어가는 구간을 반복해 지나는데, 이때 온도 차가 200도 이상 벌어진다. 우주용 태양전지 개발에서 급격한 온도 변화를 반복해서 견디는 기술이 중요한 이유다. 연구팀이 개발한 전지는 영하 100도와 영상 100도에서 각각 30분씩 두는 열순환을 16차례 반복한 뒤에도 정상적으로 작동했다. 태양전지가 태양 빛을 전기로 바꾸는 효율인 광전변환효율의 감소가 줄어, 초기 성능의 약 91%를 유지했다. 이 같은 내구성은 연구팀이 개발한 자기조립단분자막(SAM) 소재인 ‘LY-m’ 덕분이다. 자기조립단분자막은 전극과 페로브스카이트층 사이에서 전하가 이동하도록 돕는 소재로, 분자들이 전극 표면에 스스로 정렬해 분자 하나 두께의 얇은 막을 만들 수 있다. 일반적인 SAM은 온도가 크게 바뀌면 이 내부 분자들이 다시 배열되거나 서로 뭉치면서 전극을 덮는 막이 불균일해질 수 있지만, LY-m은 분자들이 전극 표면에 촘촘하고 균일하게 배열돼 열을 받아도 이러한 재배열과 응집을 억제한다. 실제로 시판 SAM 소재를 적용한 비교 전지는 같은 극한 온도 변화를 반복하자 작동하지 않았다. 제1저자인 이승록 연구원은 “‘LY-m’은 유기반도체 소재로 쓰이는 카바졸과 전극에 달라붙는 포스폰산 부분을 페녹시프로필로 연결해 만든 물질”이라며 “페녹시프로필의 벤젠 고리에서 카바졸이 붙는 위치만 조절해 분자들이 전극 위에 비스듬히 서면서 촘촘하고 균일하게 배열되도록 만들 수 있었다”고 말했다. 태양 빛을 전기로 바꾸는 효율 자체와 장기 내구성도 뛰어났다. LY-m을 적용한 태양전지는 최고 26.39%의 광전변환효율을 기록했으며 공인 인증 효율도 26.37%를 기록했다. 또한 85도에서 장시간 가열하는 시험에서는 초기 효율의 80%를 유지하는 시간이 1,994 시간에 달했다. 이번 연구는 에너지화학공학과 이승록 연구원, 신소재공학과 양진규 연구원, 에너지화학공학과 박지원 연구원이 제1저자로 참여했다. 양창덕 교수는 “분자의 구성 자체를 크게 바꾸지 않고 연결 부위의 위치만 조절해 고효율과 극한 온도 내구성을 동시에 갖춘 소재를 설계했다”며 “가볍고 공정 비용이 낮은 페로브스카이트 태양전지를 우주와 같은 극한 환경에서도 활용할 수 있도록 하는 기술의 토대가 될 것”이라고 말했다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단, 이노코어InnoCORE)사업의 지원을 받아 이뤄졌으며, 국제학술지 줄(Joule)에 8월 3일 공개 됐다.

2026.09.08

  • SAM
  • 신소재공학과
  • 에너지화학공학과
  • 역구조
  • 우주전지
  • 자가조립단분자막
  • 탠덤태양전지
  • 페로브스카이트태양전지

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Research Impact

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Satellite Method Improves Wildfire Burn-Severity Assessment Across Seasons

Abstract Change detection-based approaches that use satellite-derived spectral indices (SIs) and their pre- to post-fire differences (dSIs) to quantify burn severity have emerged as powerful alternatives to traditional field-based methods such as the Composite Burn Index (CBI). However, most studies have focused on improving model performance using ideal datasets—those with clearly defined burn areas and cloud-free pre- and post-fire imagery—while overlooking a key limitation: the requirement for phenological consistency between pre- and post-fire imagery. To address this gap, this study presents an Advanced burn Severity Analysis framework using Phenology-detrended indices (ASAP), which produces a refined burn severity index dataset that is robust to seasonal and phenological variability. The ASAP integrates automated delineation of analysis areas based on active fire detections, preparation of pre- and post-fire SI images suitable for vegetation analysis, and a phenology-detrending strategy to align seasonal vegetation conditions between image pairs. The key innovation of the framework is a novel phenology-detrended dSI (pdSI), which uses surrounding unburned areas to seasonally adjust the pre-fire baseline prior to calculating the pre- to post-fire difference, thereby enhancing wildfire-induced signals. Validation using CBI plots and Monitoring Trends in Burn Severity perimeters demonstrates that pdSI consistently matches or outperforms conventional dSIs. These improvements are especially pronounced when pre- and post-fire images are phenologically inconsistent, when phenology-sensitive indices such as differenced normalized difference vegetation index are applied, and in vegetation or climate types with strong seasonal variability, such as deciduous forests and herbaceous areas in temperate climates. Time-series analyzes further show that pdSI mitigates seasonal variability effects, delivering more stable and robust performance compared to conventional dSIs. The proposed framework was also successfully applied to recent large-scale wildfires in the Los Angeles area in 2025, demonstrating its strong applicability and reliability in operational contexts within the wildland–urban interface. Overall, this study provides a simple yet powerful solution to a long-standing challenge in change detection-based burn severity analysis. Satellite imagery is widely used to assess wildfire burn severity, but seasonal changes in vegetation can distort comparisons between pre- and post-fire images. A research team, led by Professor Jungho Im of the Department of Civil, Urban, Earth, and Environmental Engineering at UNIST has developed a framework that corrects for these seasonal differences, allowing a wider range of satellite imagery to be used for post-fire assessment. The framework, called ASAP (Advanced burn Severity Analysis with Phenology-detrended indices), uses nearby unburned vegetation to estimate how seasonal conditions have changed between the pre- and post-fire images. It then adjusts the pre-fire baseline before measuring the change caused by the wildfire. This matters because the spectral indices used to assess vegetation respond to both fire damage and normal seasonal change. If a summer image is compared directly with one taken in autumn, for example, leaf loss or declining vegetation activity may appear as part of the burn signal. ASAP uses comparable unburned areas to account for that background change rather than requiring the two images to be closely matched by season. The resulting phenology-detrended index (pdSI) consistently matched or outperformed conventional difference indices in comparisons with field-based burn-severity measurements. The gains were most apparent when pre- and post-fire images reflected differed seasonal conditions, particularly in vegetation with strong seasonal cycles, such as deciduous forests and herbaceous areas. Across 12 US wildfires, ASAP maintained a correlation of 0.72 with field observations using seasonally mismatched imagery, nearly identical to the 0.73 achieved with imagery from similar seasonal conditions. The framework also automates key parts of the analysis, using active-fire detections to define the area to be assessed and screening imagery for clouds and areas unsuitable for vegetation analysis. This reduces the manual preparation needed before burn severity can be mapped. When applied to five wildfires in the Los Angeles area in January 2025, ASAP reduced the misclassification of unburned areas caused by seasonal vegetation differences and more clearly identified the extent of fire-affected areas. “Conventional satellite-based assessments often depend on finding pre- and post-fire images taken under similar seasonal conditions,” said Professor Im. “By accounting for seasonal vegetation change, we can broaden the range of usable imagery and move toward more consistent, automated burn-severity assessment.” The approach could support faster assessment after large wildfires and provide more timely information for recovery planning and satellite-based disaster monitoring. Taejun Sung and Seyoung Yang served as co-first authors of the study. The research was supported by the Korea Forest Service and the Ministry of Education. The findings were published in the September issue of Remote Sensing of Environment. Journal Reference Taejun Sung, Seyoung Yang, Woohyeok Kim, et al. , “Enhancing satellite-based wildfire monitoring: An advanced framework for burn severity analysis with phenology-detrended indices,” (2026).

2026.09.14

  • ASAP
  • Burn Severity
  • Department of Civil Urban Earth and Environmental Engineering
  • Jungho Im
  • Landsat
  • MODIS
  • Phenology
  • Remote Sensing of Environment
  • Satellite
  • UEE
  • Vegetation
  • VIIRS
  • Wildfire Monitoring

AI Personalization Adapts Answers to What Users Know

Abstract Large language models (LLMs) are increasingly used by end users, yet existing personalization methods relying on static profiles or text-only signals fail to capture query-specific expertise variation. We present ExPerT, a query-wise personalization framework that adapts LLM responses to users' query domain expertise by combining semantic and behavioral cues. ExPerT consists of two key components: (i) a semantic-behavioral expertise inference module that jointly interprets query text and keystroke dynamics via in-context LLM prompting, and (ii) an expertise-conditioned response generation that adapts the level of detail, terminology, and conceptual complexity. Our user study with 40 participants and 1270 queries demonstrated that ExPerT reduced expertise inference error by 65.7% compared to the strongest baseline (MAE = 0.398 vs. 1.162) and improved response satisfaction by 17.52% (from 3.71 to 4.36) on a 5-point Likert scale. A person's expertise is rarely the same across every subject. Someone deeply familiar with one field may know little about another, and even within the same field, expertise can vary from topic to topic. Yet, AI systems often personalize responses using relatively fixed information, such as user profiles or previous conversations. Led by Professor Taesik Gong of the Department of Computer Science and Engineering at UNIST, researchers developed ExPerT, an AI personalization framework that adapts large language model (LLM) responses to a user's expertise for each question. It combines what a user asks with patterns in how they type, then adjusts the detail, terminology, and complexity of the response. Existing personalization methods can capture general preferences or background but may miss how much someone knows about a particular topic. ExPerT instead assesses expertise for each query, drawing on both the wording of the question and typing patterns such as keystroke timing, speed, and corrections. These signals are used to estimate expertise on a five-level scale, from novice to expert. Typing behavior provided useful clues. Participants with greater expertise tended to type domain-specific terms faster and with more consistent timing. But neither language nor typing behavior was reliable on its own: an expert may ask a simple question, while someone less familiar with a subject may use technical terms fluently. Combining the two helped ExPerT distinguish between such cases. The team evaluated ExPerT with 40 participants across chemistry, computer science, and business, collecting 1,270 queries along with typing data and self-reported expertise. Adding typing behavior to query semantics reduced the average expertise-estimation error from 0.488 to 0.398 levels, an improvement of 18.4%. Compared with the strongest existing baseline, ExPerT reduced the error by 65.7%, from a mean absolute error of 1.162 to 0.398. Expertise-adapted responses also received higher satisfaction ratings, rising from 3.71 to 4.36 on a five-point scale, an increase of 17.52%. “Existing personalization methods often rely on fixed profiles or previous conversations, making it difficult to reflect how much a user knows about the topic at hand,” said Professor Gong. “By adapting to expertise at the level of each question, ExPerT could support AI systems that communicate more effectively with users of different backgrounds and levels of knowledge.” The approach could be particularly useful in areas where expertise varies widely among users, including education, professional customer support, and specialized services in medicine, law, and finance. Yeji Park, a graduate student in UNIST's Graduate School of Artificial Intelligence and first author of the study, presented the work at ACL 2026 in San Diego. The paper was selected for an oral presentation, placing it among the top 4% of submissions, and received a SAC Highlight Award , given to the top 2%. The dataset and source code are publicly available through theExPerT GitHub repository. The research was supported by the Ministry of Science and ICT (MSIT), the Institute of Information & Communications Technology Planning & Evaluation (IITP), and the National Research Foundation of Korea (NRF), through programs supporting AI research and talent development. Journal Reference Yeji Park, Jiwon Tark, and Taesik Gong, "ExPerT: Personalizing LLM Responses to Users' Domain Expertise via Query-Wise Semantic and Keystroke Behavioral Cues," ACL '26, (2026).

2026.09.09

  • ACL
  • AI
  • AIGS
  • Behavioral Cues
  • Computational Linguistics
  • CSE
  • Department of Computer Science and Engineering
  • ExPerT
  • Graduate School of Artificial Intelligence
  • In-Context Learning
  • Keystroke Dynamics
  • Large Language Models
  • LLM
  • Query-Wise Personalization
  • SAC Highlight
  • Semantic Cues
  • Taesik Gong

Perovskite Solar Cells Hold Up Under Extreme Temperature Swings

Summary The advent of self-assembled monolayer (SAM)-based hole-selective layers (HSLs) has revolutionized inverted perovskite solar cells (i-PSCs) by enabling record efficiencies, but they are constrained by incomplete surface coverage and interfacial heterogeneity. We devise topology-governed SAMs featuring isomeric linker patterns (LY-ortho [o], LY-meta [m], and LY-para [p]) and uncover the principle that conformational ordering dictates surface coverage and interfacial interaction coupling with perovskite. The topology-optimized LY-m forms a homogeneously dense, stable HSL with superior energy alignment and interfacial passivation. Devices incorporating LY-m achieve a record-high open-circuit voltage of 1.231 V, accompanied by an efficiency of 26.39% (certified 26.37%), while maintaining robust operational stability and scalability. Beyond laboratory metrics, LY-m-based devices withstand −100°C to 100°C thermal cycling with only ∼9% loss, far exceeding the operational limits of state-of-the-art commercial SAMs, while maintaining over 80% of their initial performance at 85°C (T80 ≅ 2,000 h). This work resolves the long-standing role of linker topology and paves the way for extreme-environment-resilient and scalable perovskite photovoltaics. Temperature swings are a major challenge for perovskite solar cells (PSCs), particularly in environments such as space, where materials may repeatedly move between extreme cold and heat. Led by Professors Changduk Yang and Seungjae Shin of the Department of Energy and Chemical Engineering and Professor Myung Hoon Song of the Department of Materials Science and Engineering at UNIST, the team developed perovskite solar cells that withstand such extremes by stabilizing a critical molecular interface. The cells retained about 91% of their initial efficiency after cycling between −100°C and +100°C, with a certified power-conversion efficiency of 26.37%. The key to this advancement is a self-assembled monolayer (SAM), a molecule-thin layer that helps move electrical charges between the electrode and the perovskite absorber. Under severe thermal stress, SAM molecules can shift or cluster, disrupting the interface and degrading performance. The team addressed this problem by changing where the molecular components of the SAM connect. They synthesized three versions with different linker positions and found that LY-m adopted a tilted orientation, allowing its molecules to pack densely and uniformly on the electrode. This arrangement also suppresses the molecular reorganization that can occur under large temperature swings. In thermal-cycling tests, LY-m cells were held alternately at −100°C and +100°C for 30 minutes at each temperature over 16 cycles. They remained operational with only about a 9% loss in efficiency, while cells using a commercial SAM failed under the same conditions. LY-m cells also reached a peak efficiency of 26.39%, with a certified efficiency of 26.37% and an open-circuit voltage of 1.231 V. At 85°C, they maintained more than 80% of their initial performance for approximately 2,000 hours. The approach also performed well at larger scales: a 1 cm² cell achieved 23.25% efficiency, while a 3 × 1 cm² mini-module reached 21.20%. “By changing only the position of the molecular connection, we were able to control how the molecules pack on the electrode,” said Professor Yang. “The resulting interface combines high efficiency with thermal stability, offering a promising route toward perovskite photovoltaics for environments with extreme temperature variations.” The study has been participated by Seunglok Lee and Jeewon Park of the Department of Energy and Chemical Engineering and Jingyu Yang of the Department of Materials Science and Engineering at UNIST, as co-first authors of the study. Published in Joule on August 3, the study has been supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation (NRF) of Korea and the InnoCORE program of the Ministry of Science and ICT (MSIT). Journal Reference Seunglok Lee, Jinkyu Yang, Jeewon Park, et al., "Topology-governed self-assembled monolayers enable perovskite solar cells stable at −100°C to +100°C," Joule , (2026).

2026.09.08

  • Changduk Yang
  • Department of Materials Science and Engineering
  • ECE
  • ECHE
  • InnoCORE
  • MSE
  • Myoung Hoon Song
  • Perovskite Solar Cells
  • PSCs
  • SAM
  • School of Energy and Chemical Engineering
  • Seung-Jae Shin

AI Model Maps Seismic Responses Across Nuclear Power Plants

A research team, led by Professor Young-Joo Lee of the Department of Civil, Urban, and Environmental Engineering at UNIST and Senior Research Scientist Jaebeom Lee of the Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) has developed a deep-learning model for post-earthquake assessment of nuclear power plants. The model predicts seismic responses across the structure and estimates which locations may require priority inspection. Post-earthquake assessment can be challenging when sensors are installed at only a limited number of locations. Expanding sensor coverage throughout a nuclear power plant is difficult because of cabling, regulatory, and maintenance constraints. Numerical simulations can fill these gaps, but repeated finite element analyzes become computationally expensive when uncertainties in structural properties are taken into account. The researchers developed a deep-learning surrogate model that combines seismic ground motion with structural parameters to predict acceleration responses at 139 locations. This allows responses to be estimated at locations without physical sensors while reducing the computational cost of conventional analysis. The model also accounts for uncertainty in structural properties. Rather than providing only a binary assessment, it calculates the probability that the response at each location will exceed a predefined equipment-level threshold. These probabilities can help engineers prioritize locations for further inspection. Experimental validation showed an average maximum mean absolute percentage error of 1.37%, with R² values above 0.98. The model generates full acceleration time histories across multiple locations, allowing probabilistic responses to be assessed without repeatedly running computationally intensive finite element simulations. The team also developed a method for configuring the AI architecture according to a structure's natural frequencies. The resulting model achieved accuracy comparable to a deep-learning model with more than 200 times as many parameters, while requiring substantially fewer computational resources. The researchers expect the approach could also be adapted to other facilities that require rapid post-earthquake assessment, including semiconductor plants, data centers, and industrial facilities. “For safety applications, accurate prediction alone is not enough; it is also important to understand the uncertainty in those predictions,” the researchers said. “By quantifying that uncertainty, the framework can provide additional information for experts deciding where further inspection is needed.” The research was conducted jointly by the teams of Senior Research Scientist Jaebeom Lee at KRISS, with Jingoo Lee as first author. The work was supported by the National Research Foundation of Korea and KRISS. The findings have been reported in three papers, including a study published in Reliability Engineering & System Safety. The study was conducted jointly by the UNIST and KRISS research teams, with Jingoo Lee as first author. The work was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) and KRISS. The findings have been reported in three papers, including a study published in Reliability Engineering & System Safety (IF: 13.7). Journal Reference Jingoo Lee, Seungjun Lee, Young-Joo Lee, and Jaebeom Lee, “Predicting seismic floor response for nuclear power plant structures with time-series uncertainty propagation using attention-enhanced multimodal deep learning,” Reliab. Eng. Syst. Saf., (2026).

2026.09.07

  • Department of Civil Urban Earth and Environmental Engineering
  • Earthquake Engineering
  • Multimodal Deep Learning
  • Nuclear Safety
  • Risk Assessment
  • Seismic Response Prediction
  • Seismic Safety
  • UEE
  • Uncertainty Quantification
  • Young-Joo Lee

Reducing Charge Loss in Organic Photoanodes for Solar Water Splitting

Abstract Organic photoelectrochemical (PEC) cells for solar water splitting typically utilize bulk heterojunction (BHJ) structures to circumvent the intrinsically short exciton diffusion lengths of organic semiconductors. However, stochastic donor/acceptor networks in BHJs often result in disordered interfacial contacts, leading to severe charge recombination. Herein, we report a pseudo-bilayer (PS-Bi) organic photoanode featuring a vertically ordered donor–acceptor configuration established via sequential deposition. Our systematic investigation reveals that this PS-Bi structure promotes selective charge transport and suppresses recombination due to its high domain purity, thereby facilitating efficient charge transfer at the interface. Consequently, the optimized PS-Bi photoanodes deliver an enhanced average photocurrent density (Jph) of 1.75 ± 0.03 mA cm−2 at 1.23 V versus the reversible hydrogen electrode for solar water oxidation, while simultaneously exhibiting a significant cathodic onset shift and extended operational stability compared to their BHJ counterparts (Jph = 1.44 ± 0.07 mA cm−2). This study demonstrates that employing the PS-Bi structure is a promising strategy for achieving high-performance and stable organic PEC systems for sustainable solar fuel production. Producing hydrogen from sunlight depends in part on how efficiently a photoelectrode can separate and move electrical charges. In organic photoelectrodes, however, the conventional practice of mixing semiconductor materials can create disordered pathways that allow those charges to recombine, reducing both performance and stability. A research team, led by Professors Han Hee Cho, Moon Kee Choi, and Myung Hoon Song of the Department of Materials Science and Engineering at UNIST, working with researchers at École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), has developed an organic photoanode with a more ordered internal structure. The new design improved photocurrent by about 22% while extending operational stability. The team created what is known as a pseudo-bilayer (PS-Bi) structure by depositing two organic semiconductor materials in sequence. As the second layer is applied, it partially penetrates the first, forming a mixed region at the interface while preserving more distinct layers above and below. Conventional organic photoelectrodes typically use a bulk heterojunction (BHJ), in which donor and acceptor materials are mixed throughout the film. This arrangement helps generate and separate charges, but its irregular internal pathways can also bring electrons and holes back together before they contribute to the chemical reaction. The PS-Bi combines the advantages of both approaches. Charges are generated and separated in the mixed region, while the more ordered layers guide electrons and holes in different directions. This reduces recombination and allows more of the generated charge to drive water oxidation. In tests, the PS-Bi photoanodes achieved an average photocurrent density of 1.75 mA cm⁻², compared with 1.44 mA cm⁻² for conventional BHJ photoanodes, an increase of about 22%. The voltage required to initiate water oxidation also fell from 0.35 V to 0.15 V, allowing the reaction to begin with less external electrical input. The structural change also improved durability. Based on the time required for photocurrent density to fall to 0.5 mA cm⁻², the pseudo-bilayer photoanodes remained operational substantially longer than their BHJ counterparts. The researchers also found that the two structures degrade differently. In BHJ photoanodes, highly reactive holes can damage the organic semiconductor within the intermixed structure. The more ordered pseudo-bilayer reduces damage within the donor–acceptor region, helping the photoanode maintain its performance for longer. “Conventional organic photoelectrodes mix donor and acceptor materials throughout the film, which can lead to charge losses and faster degradation,” said Professor Cho. “By controlling how the two materials are arranged, we were able to improve both charge transport and operational stability.” He further added, “The lower operating voltage could also help in the development of systems that ultimately produce hydrogen using sunlight without an external electrical bias.” The study was published online in Chemical Engineering Journal on July 16, 2026. The research was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF), funded by the Ministry of Science and ICT (MSIT), and the InnoCORE program. Journal Reference Gyu Won Chae, Seong Rae Kang, Jin Su Park, et al. , “A pseudo-bilayer organic photoanode for solar water oxidation,” Chem. Eng. J., (2026).

2026.09.03

  • Chemical Engineering Journal
  • Department of Materials Science and Engineering
  • Green Hydrogen
  • Han-Hee Cho
  • Moon Kee Choi
  • MSE
  • Myoung Hoon Song
  • Organic Photoelectrochemical Cells
  • Photoanode
  • Pseudo-Bilayer
  • Solar Fuel Production
  • Solar Water Oxidation

New Process Shields 2D Semiconductors from Fabrication Residue

Abstract Achieving the theoretical performance of 2D molybdenum disulfide (MoS2) electronics is currently bottlenecked by interfacial contamination derived from lithographic processing. A critical, yet often overlooked, mechanism is the interaction between photoresist (PR) and plasma, which chemically alters the interface. In this work, we elucidate the atomistic origin of this degradation: theoretical calculations based on molecular dynamics (MD) and density functional theory (DFT) reveal that plasma exposure functionalizes the PR with oxygen, drastically increasing its adsorption energy on the MoS2 surface from −1.15 to −2.36 eV. This doubling of adsorption energy creates thermodynamically stable, hardened residues that resist conventional removal methods. To overcome this fundamental limitation, we introduce a universal prevention-first strategy: Sacrificial Metal Mask Lithography. By utilizing a sacrificial layer to physically isolate the channel, we shield the MoS2 from reactive plasma species, preventing the formation of hardened residue entirely. This strategy results in a ten-fold reduction in contact resistance (RC) from 2.59 × 106 Ω·µm to 2.58 × 105 Ω·µm and an order-of-magnitude enhancement in on-current. Crucially, we demonstrate the universality of this method by successfully applying it to top-gated transistor arrays, electron-beam lithography (EBL), and atomic layer deposition (ALD)-synthesized films. Two-dimensional (2D) semiconductors, such as molybdenum disulfide (MoS2) hold promise for smaller, thinner electronics, but their extreme thinness also makes them particularly vulnerable to contamination during fabrication. Even small amounts of residue can interfere with electrical performance. A research team, led by Professor Myung-Soo Kim of the Department of Electrical Engineering and Professor Byoung Jo Kim of the Graduate School of Semiconductor Materials and Devices Engineering at UNIST, has developed a fabrication method that protects MoS2 from photoresist (PR) residue. The approach uses a thin, removable metal layer to keep the residue from reaching the semiconductor surface. PR is a light-sensitive material used to pattern circuits during semiconductor fabrication. When exposed to plasma, however, it can leave residue on MoS2 that conventional solvents struggle to remove. More aggressive cleaning can damage or even detach the atomically thin material from its substrate. Rather than removing the residue after it forms, the researchers prevent it from reaching the MoS2 in the first place. They place a 5-nanometer-thick metal layer over the semiconductor before patterning. Once fabrication is complete, the metal is dissolved, carrying the accumulated residue with it. Transistors made with the new process had a contact resistance of 2.58 × 10⁵ Ω·μm, about one-tenth that of devices made conventionally. Their on-current, or the current flowing when the transistor is switched on, increased by roughly tenfold. The researchers also found no clear damage to the crystal structure of MoS2 after the metal layer was removed. The team also uncovered why the residue is so difficult to remove. Molecular-level calculations showed that plasma exposure introduces oxygen into the PR, changing its chemistry and causing it to bind much more strongly to MoS2. The calculated adsorption energy shifted from −1.15 to −2.36 eV, roughly doubling the strength of the interaction. “This process can be used not only with conventional semiconductor patterning, but also with electron-beam lithography for finer features,” said Dahyun Kim, first author of the study. “We also found that it works with MoS2 produced by different synthesis methods.” The researchers tested the method with top-gated transistor arrays, electron-beam lithography, and MoS2 films grown by atomic layer deposition, showing that it can be used across different device structures and fabrication methods. “MoS2 is a promising material for making semiconductor devices, such as transistors smaller and thinner,” said Professor Myung-Soo Kim. “By addressing process contamination that has limited device performance, this work could help advance highly integrated logic and memory devices based on 2D semiconductors.” The study was published online in Small on August 11, 2026. The research was supported by the Ministry of Science and ICT (MSIT), National Research Foundation of Korea (NRF), Institute of Information & Communications Technology Planning & Evaluation (IITP), InnoCORE program, Ministry of Trade, Industry and Energy (MOTIE), and Korea Institute for Advancement of Technology (KIAT). Journal Reference Dahyeon Kim, Yanfeng Zhao, Sungyeon Kim, et al ., “Preventing Plasma-Induced Resist Hardening in Molybdenum Disulfide Transistors via Sacrificial Metal Mask Lithography,” Small, (2026).

2026.09.02

  • Byungjo Kim
  • Contact Resistance
  • Department of Electrical Engineering
  • EE
  • Graduate School of Semiconductor Materials and Devices Engineering
  • MoS2
  • Myungsoo Kim
  • Photoresist
  • Sacrificial Metal Mask Lithography
  • SE
  • Semiconductors
  • Small

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