1975년 페어차일드에서의 연구를 접고 귀국하여, 한국의 반도체 산업에 기여하고 싶은 소망을 안고, 신생 한국과학원(후에 한국과학기술원으로 개편)의 전기 및 전자공학과 교수가 되었다. 1970년대 초 한국 정부는 반도체 공업의 중요성을 인식했고 한국과학기술연구원에서는 발광 다이오드 제작, 실리콘 적층 연구, 집적 회로 제작 실험 등의 연구가 수행되었다. 그러나 반도체에 대한 체계적인 연구나 교육은 이루어지지 못한 상태였다. 한국과학기술원에서 그는 3년에 걸쳐 반도체 집적 회로 제작 설비를 설치했다. 덕분에 이론과 실습이 균형을 이룬 첨단 반도체 연구와 교육이 가능해졌다.

1980년대 그의 연구실은 한국 반도체 기술 연구의 중심이 되었고 우수 학생들이 모여들었다. 그 이유는, 첫째, 반도체는 첨단 전자산업의 핵심이라는 인식이 널리 퍼졌으며. 둘째, 연구실이 늘어난 정부와 기업의 반도체 연구 지원을 감당할 수 있는 설비를 갖춘 거의 유일한 대학 조직이었고, 셋째, 여기에 그의 전문성과 우수 학생들의 열의가 더해져 우수한 연구 성과가 나왔기 때문이다. 제자들은 졸업 후 국내 주요 반도체 기업에 진출하였으며, 1980년대에 본격 시작된 한국의 반도체 산업이 빠른 속도로 본궤도에 오르게 하는 데 중요한 역할을 했다.

1990년대 그의 연구실에서는 연구 주제를 다각화하고 특히 미래를 준비하는 새로운 문제에 도전했다. 예를 들어, 냉각식 적외선 영상 감지 소자를 개발하여 국방용 적외선 카메라 를 국산화했다. 또한 이 시기에 그의 지도로 박막 트랜지스터(TFT)나 액정 디스플레이(LCD) 같이 새로운 주제에 도전했던 제자들은 한국 기업이 디스플레이 분야에서 세계 최고가 되는 데 중심 역할을 했다.
한국과학기술원에서 반도체 집적 회로 제작 설비를 갖추기 위해 투자한 기간은?
3년