Ingeniero Civil Eléctrico / La industria de semiconductores es un mercado en crecimiento constante y altamente competitivo. Por otra parte, el diseño de circuitos integrados requiere gran cantidad de recursos: mano de obra especializada e infraestructura computacional de alta capacidad. Por esto es importante el desarrollo de herramientas que asistan al diseñador para hacer un uso eficiente de los recursos disponibles. En el presente trabajo se propone un modelo simplificado del desempeño y comportamiento de circuitos integrados de gran escala, que permita estimar parámetros de diseño óptimos de forma precoz y eficaz. En particular, se aborda el problema de la estimación del voltaje de polarización de cuerpo óptimo para diseños basados en tecnología CMOS, utilizando la métrica del producto energía-retardo como indicador del desempeño del circuito. El modelo propuesto describe el comportamiento de un circuito complejo como una suma de compuertas lógicas que lo componen. Aplicándolo es posible estimar un voltaje óptimo para un diseño de gran escala analizando solamente el comportamiento de una sola compuerta. Para esto se considera que el comportamiento de las distintas compuertas es proporcional al de un inversor lógico de la tecnología correspondiente, para lo que se postula un modelo de regresión lineal. Se utilizan herramientas de simulación especializadas para la obtención de los datos necesarios para evaluar los criterios de aceptación de las distintas hipótesis requeridas para la derivación del modelo propuesto. Se analiza también la eficacia de dicho modelo en la estimación del voltaje de polarización de cuerpo óptimo en un diseño de pruebas. Analizando los datos obtenidos, se observa que no todas las hipótesis requeridas para la derivación del modelo evalúan positivamente el respectivo criterio de aceptación. Sin embargo, el modelo propuesto consigue una reducción de un 6% en el producto energía-retardo comparando con la referencia. Se concluye que el la metodología planteada puede ser de gran utilidad para estimar y predecir el desempeño de un circuito integrado en etapas iniciales del proceso de diseño. El modelo puede ser aplicado para estimar voltajes óptimos de polarización de cuerpo, y existe la posibilidad de que sea aplicable en la estimación de otros parámetros tales como voltaje de alimentación y frecuencia de reloj. Durante la evaluación de las hipótesis planteadas se identifican aquellos aspectos de la metodología propuesta donde los resultados difieren de lo esperado, para los que se sugiere realizar un análisis más profundo que permita mejorar la precisión del modelo propuesto.

Los dispositivos electrónicos formados por semiconductores se encuentran conectados con otros terminales externos por medio de contactos metálicos, los cuales forman las conexiones dentro de los circuitos integrados. A través de estos contactos es por donde el flujo de portadores de carga entra y sale de un dispositivo a otro, al aplicarles una diferencia de potencial. Los contactos pueden ser: Schottky, aquellos que conducen carga en un sentido a baja resistencia y en el otro sentido ofrecen más alta resistencia, u óhmicos, los cuales ofrecen una baja resistencia al paso de la corriente en ambos sentidos. Es de interés obtener contactos óhmicos a partir de contactos Schottky por medio de tratamientos térmicos. Los contactos Schottky resultaron al evaporar aluminio sobre muestras de silicio de distintos dopajes, los cuales se fabricaron por Deposición Física de Vapor. Para analizar el proceso de formación de contacto óhmico en las muestras, estas se caracterizaron electrónicamente por medio de las curvas densidad de corriente vs. voltaje (J-V ), antes y después de los tratamientos térmicos, para las temperaturas de 500_C, 550_C y 600_C cada una por 10 min. Los contactos Schottky obtenidos en las muestras de silicio tipo p, con un tratamiento térmico a 500_C, se comportaron como contacto óhmico. Para los siguientes tratamientos térmicos (550_C y 600_C), la resistencia de contacto aumenta, debido a que en la interfaz silicio-aluminio se forma una región cargada p+, la cual frenará la conducción por emisión térmica. Se observa también que, a mayor dopaje en las muestras, la resistencia de contacto es menor, ya que el transporte por tunelaje a través de la barrera comienza a dominar. Los contactos Schottky obtenidos en las muestras de silicio tipo n, con un tratamiento térmico a 500_C, mejora la conducción en las muestras de bajo dopaje, mientras que en la de alto dopaje la resistencia aumenta. Esto debido a la capa p+ que se forma en la interfaz del silicio-aluminio y, con los siguientes tratamientos térmicos (550_C y 600_C), la región p+ crece. Las resistencias de contacto aumentan en la muestra de bajo dopaje, en las de medio dopaje desaparece la barrera Schottky, y en la muestra de alto dopaje la región de carga espacial sufre una inversión, formándose un contacto Schottky de silicio tipo p. / Semiconductor electronic devices are connected to other external terminals by means of metal contacts. These form interconnections of devices within the integrated circuits. Through these contacts is where the flow of charge carriers enters and leaves from one device to another, by the potential difference that is applied. Contacts could be: Schottky, those that conduct charge in one direction and in the other offer resistance, or ohmic contact, which offer low resistance to the current ow in both directions. It is of interest to obtain ohmic contacts, from Schottky contacts through annealing. Schottky contacts were obtained by the evaporation of aluminum on different dopal silicon samples, which were made by Physical Vapor Deposition. To analyze the ohmic contact formation process in the samples, these were characterized electronically by means of the current density vs. voltage curves (J-V ), before and after annealing, at temperatures of 500_C , 550_C y 600_C for 10 minutes each Schottky contacts obtained in the p-type silicon samples, with annealing at 500_C, behaved as ohmic contact. For the following annealing temperatures (550_C y 600_C) the contact resistance increases, because a p+ region is formed at the silicon-aluminum interface, which could slow the conduction by thermal emission. It is also observed that, at higher doping concentration in the samples, the contact resistance decreases, since the tunneling transport through the barrier begins to dominate. Schottky contacts obtained in the n-type silicon samples, with annealing at 500_C, improve the conduction in the samples with low doping concentration, while in the the samples with of high doping concentration, the resistance increases. This is because a p+ layer is formed at the silicon-alumininum interface, and with the following annealing temperatures (550_C y 600_C), the p+ region continues growing. The contact resistances increase in the low doping concentration, in the medium doping concentration sample, the Schottky barrier disappears, and in the high doping concentration sample the space charge region changes to an inversion, it will now form a Schottky p-type silicon contact. / Tesis

Películas delgadas amorfas semiconductoras de amplio ancho de banda del compuesto pseudobinario (SiC)1-x(AlN)x fueron depositadas por pulverización por un sistema de dos magnetrones de radio frecuencia sobre CaF2, MgO, Al2O3 y vidrio. Con el fin de determinar el ancho de banda óptico versus la composición de la película, se realizaron medidas espectroscópicas de la transmisión de donde el índice de refracción y el coeficiente de absorción fueron calculados y medidas espectroscópicas de la dispersión de energía (EDS) de donde la composición fue determinada. El ancho de banda óptico es determinado para cada composición a partir del coeficiente de absorción de dos maneras distintas: según el gráfico de Tauc y utilizando el gráfico de (αhν)2. la dependencia del ancho de banda con la composición x puede ser descrita por la ley empírica de Vegard para aleaciones. / Tesis

El efecto del dopaje de terbio sobre las propiedades ópticas, eléctricas y luminiscentes de películas delgadas de óxido de indio dopadas con estaño fue estudiado para distintas temperaturas de recocido. Las películas fueron depositadas a través de la técnica de pulverización catódica de radio frecuencia sobre sustratos de silicio y sílice fundida manteniendo una alta transmitancia en el espectro visible y una resistividad del orden de 103 Ω∙cm. Con el fin de inducir la activación de los iones de terbio en la matriz de óxido de indio dopado con estaño, películas delgadas con distintas concentraciones de terbio fueron calentadas previamente desde 180°C hasta 650°C en atmósfera de aire. La variación del ancho de banda en función de la concentración de terbio y la temperatura de recocido fue evaluada. La variación de la intensidad en la emisión de luz asociada a los iones de terbio en función de la concentración de terbio y la temperatura de recocido también fue registrada, exhibiendo una mayor intensidad a 550°C. La resistividad eléctrica después de cada proceso de recocido fue registrada con el fin de observar y evaluar el compromiso entre la intensidad de emisión de luz y dicha propiedad eléctrica. / Tesis

Un sistema de medición de resistividad eléctrica de películas delgadas a bajas temperaturas fue implementado empleando un sistema criogénico de ciclo cerrado de helio, un sistema de control de temperatura y un sistema de medición de resistividad. A fin de verificar el sistema implementado, seis contactos de aluminio fueron depositados a lo largo de cada diagonal sobre una muestra cuadrada de silicio tipo p de bajo dopaje para medir su resistividad a diferentes temperaturas a partir de 66K. La magnitud del error de medición en función de la distancia de los contactos respecto a las esquinas de la muestra fue determinada por dos métodos. La discusión de la dependencia de la resistividad con la temperatura fue realizada con los resultados de menor error. / A low temperature thin film electrical resistivity measurement system was implemented by employing a closed cycle helium cryogenic system, a temperature control system and a resistivity measurement system. In order to verify the implemented system, six Al contacts were deposited along each diagonal on a square low doped p-type Si sample for resistivity measurement at different temperatures starting at 66K. Measurement error magnitude as a function of the contact distance relative to the sample corners was determined by two methods. Discussion of the temperature dependence of resistivity was carried out with the lowest error results. / Tesis

La resistividad eléctrica es una propiedad física intrínseca e independiente del tamaño o forma de un material, que nos da información acerca de cómo se comporta el material al paso de la corriente eléctrica. Por el valor de la resistividad de un material, se le puede clasificar como conductor, semiconductor o aislante.[1] En la presente tesis se realiza el estudio de la resistividad eléctrica en los semiconductores, los métodos de medición de resistividad, los factores de corrección que se deben tener en cuenta para una medición m´as precisa y los detalles de la implementación de un sistema de medición de resistividad por el método de Van der Pauw. El método de Van der Pauw se puede utilizar para medir la resistividad de materiales en forma de películas delgadas sin importar la forma del material, consiste en hacer fluir una corriente constante por dos puntos en la periferia y se mide el voltaje en otros dos puntos. Con los datos obtenidos se resuelve la ecuación de Van der Pauw y se obtiene la resistividad. Finalmente, se presentan las resultadas de las medidas de resistividad para muestras cuadradas de silicio de alto dopaje, y además se hace un estudio de los resultados obtenidos cuando la medición se hace en contactos sobre el área superficial de la muestra, incumpliendo la condición de usar contactos en la periferia, y los efectos que esto conlleva. / The electrical resistivity is an intrinsic property independent of the size or shape of a material, which gives us information about how the material behaves at the rate of electric current. For the value of the resistivity of a material, it can be classified as conductor, semiconductor or insulation. In this thesis will be done the study of the electrical resistivity in the semiconductors, the methods of measurement of resistivity, the correction factors that are very important for a more accurate measurement and the details of the implementation of a measurement system of resistivity by the Van der Pauw method. The Van der Pauw method can be used to measure the resistivity of materials in the form of thin films regardless of the shape of the material. It consists of flowing a constant current through two points at the periphery and measuring the voltage at two other points. With the data obtained the Van der Pauw equation is solved and the resistivity is obtained. Finally, we present the results of the resistivity measurements for square samples of high doping silicon, and also a study of the results obtained when the measurement is made in contacts on the surface area of the sample, failing to use contacts in the periphery, and the effects that this entails. / Tesis

En esta tesis se presenta un estudio por espectroscopía Raman de la calidad estructural del cristal y del comportamiento de los modos acoplados en las aleaciones AlxGa1-xAs dopadas con Silicio. Como se sabe, cuando las impurezas son introducidas en las aleaciones AlxGa1-xAs: Si pueden ser observados los modos acoplados fonón LO-plasmón. La observación de estos modos es posible porque la simetría translacional del cristal es destruida. Como consecuencia, las reglas de selección son violadas o relajadas y las líneas Raman se tornan anchas y asimétricas. El análisis de la posición y la forma de las líneas espectrales nos permite obtener información sobre la concentración de los portadores y los efectos del desorden estructural del material. Se encontró que la concentración efectiva de portadores medida en Raman difiere de la concentración nominal dada por el fabricante. Esto sugiere posibles pérdidas en el proceso de evaporación del Silicio o al exceso de tiempo de evaporación. Los resultados fueron verificados también por medidas de Capacitancia versus Voltaje para dos muestras. Este trabajo muestra la validez de la técnica Raman en el estudio de heteroestructuras semiconductoras en vista de que los modos acoplados fonón LO – plasmón son muy sensibles al desorden composicional de las muestras.

En esta tesis se presenta un estudio por espectroscopía Raman de la calidad estructural del cristal y del comportamiento de los modos acoplados en las aleaciones AlxGa1-xAs dopadas con Silicio. Como se sabe, cuando las impurezas son introducidas en las aleaciones AlxGa1-xAs: Si pueden ser observados los modos acoplados fonón LO-plasmón. La observación de estos modos es posible porque la simetría translacional del cristal es destruida. Como consecuencia, las reglas de selección son violadas o relajadas y las líneas Raman se tornan anchas y asimétricas. El análisis de la posición y la forma de las líneas espectrales nos permite obtener información sobre la concentración de los portadores y los efectos del desorden estructural del material. Se encontró que la concentración efectiva de portadores medida en Raman difiere de la concentración nominal dada por el fabricante. Esto sugiere posibles pérdidas en el proceso de evaporación del Silicio o al exceso de tiempo de evaporación. Los resultados fueron verificados también por medidas de Capacitancia versus Voltaje para dos muestras. Este trabajo muestra la validez de la técnica Raman en el estudio de heteroestructuras semiconductoras en vista de que los modos acoplados fonón LO – plasmón son muy sensibles al desorden composicional de las muestras. / Tesis

En esta tesis se han estudiado en forma teórica cuatro sistemas catalíticos representativos y una reacción de deshidrogenación. El primer sistema modelado incluye el cálculo computacional de la estructura electrónica y del enlace del anión ciclopentadienilo sobre Ni(111). El segundo sistema catalítico estudiado fue la adsorción de ciclopenteno sobre Ni(111). El tercer trabajo fue el estudio de la reacción de deshidrogenación de ciclopenteno que produce el anión ciclopentadienilo. Se analizaron los diferentes mecanismos de reacción y se buscó el más probable. El estudio se completó con el análisis del enlace y la estructura electrónica. En el cuarto y quinto trabajo se modeló la adsorción de ciclopenteno sobre Si(001) y Ge(001), respectivamente. Los cálculos se llevaron a cabo mediante la teoría de primeros principios de funcional densidad (DFT), implementada mediante el programa de cálculo ADF. Las aproximaciones preliminares se estudiaron mediante el método semiempírico de Superposición Atómica y Deslocalización Electrónica de Orbitales Moleculares (ASED-MO). Los cálculos de estructura electrónica y enlace se desarrollaron utilizando el paquete YAeHMOP. Los resultados obtenidos de distancias de enlace adsorbato-superficie se compararon con datos experimentales de trabajos similares. Se han computado las poblaciones de solapamiento como también las densidades de estado. Los resultados obtenidos nos permiten explicar el mecanismo de reacción secuencial de deshidrogenación de ciclopenteno en detalle y las principales interacciones con el catalizador de Ni. En el caso de los materiales semiconductores se intenta demostrar las principales diferencias adsorbiendo una misma molécula en dos superficies diferentes, Si y Ge. Se han descripto los roles de los orbitales s, p y d en los mecanismos de enlaces para todos los adsorbatos y sustratos. / In this thesis have been studied theoretically four representative catalytic systems and a dehydrogenation reaction. The first system includes the computation of the electronic structure and bonding of the cyclopentadienyl anion on Ni(111). The second system modeled was cyclopentene adsorbed on Ni(111). The third study was the cyclopentene dehydrogenation reaction to yield cyclopentadienyl anion. We analyzed different reaction mechanisms to find the most probable, and we added to this study the bonding and electronic structure analysis. In the fourth and fifth studies we modeled the cyclopentene adsorption on Si(001) and Ge(001), respectively. The calculations were performed by Density Functional Theory (DFT), implemented by ADF program. Preliminary approximations were studied by the semiempirical method of Atomic Superposition and Electronic Delocalization of Molecular Orbitals (ASED-MO). Electronic structure and bonding analysis were performed using YAeHMOP package. The adsorbate-surface bonding distances obtained were compared with experimental data of similar studies. Overlap populations and density of states were computed. These results allow us to explain in detail the sequential reaction mechanism in cyclopentene dehydrogenation and the main interactions with the Ni catalyst. In the case of semiconductor materials we attempt to show the main differences in the adsorption of the same molecule on two different surfaces, Si and Ge. We have described the roles of s, p and d orbitals in the mechanisms of bond for every adsorbate and Substrate.

La formación de monocapas orgánicas auto-ensambladas en superficie de silicio es una alternativa prometedora para el desarrollo de nuevos materiales, cuyas propiedades fisicoquímicas controlan la estructura electrónica, de manera que puedan ser usados como componentes electrónicos en biosensores, diodos orgánicos, dispositivos de almacenamiento de memoria, fotodetectores y sensores ópticos, entre otras aplicaciones diversas. Gracias a la gran estabilidad energética en los enlaces covalentes de Si-C, se logra verificar mediante modelos teóricos la predicción de los ángulos de contacto de la adsorción sobre monocapas de compuestos orgánicos en superficies hidrogenadas de Si(100). Para ello se procede experimentalmente a la hidrosililación del óxido natural de la superficie de Si(100), seguida de las respectivas adiciones térmicas de 10-bromo-1-deceno y 11-bromo-1-undeceno. Tanto en la estructura del óxido natural, en el caso de la hidrosililación, como en ambas alquilaciones, las superficies obtenidas fueron estudiadas mediante microscopía de fuerza atómica y medición del ángulo de contacto. Las imágenes por microscopía muestran la aparición de estructuras morfológicamente diferenciadas entre las superficies de SiO2, Si-H, Si-C10H20-Br y Si-C11H22-Br. El análisis del ángulo de contacto experimental entre las muestras ya mencionadas registra ángulos menores a 10,0° para una superficie de SiO2, ángulos mayores a 90,0° para superficies de Si-H (pasivadas), y ángulos entre 70,0°-80,0° para las monocapas alquílicas depositadas. Los resultados experimentales obtenidos mediante mediciones del ángulo de contacto guardan una buena correlación con aquellos obtenidos teóricamente mediante el método de Young y el método Fowkes, los cuales se basan en la distribución de fuerzas intermoleculares presentes en cada superficie tratada. En conclusión, el análisis mediante estos métodos teóricos constituye una herramienta útil para comprobar la formación de las monocapas de haluros de alquilo sobre superficies de silicio, complementándose muy bien con la observación experimental mediante microscopía y medición del ángulo de contacto. / Tesis