En el presente trabajo se encuentran compilados el estudio de propiedades ópticas y vibracionales de películas delgadas amorfas de nitruro de silicio depositadas bajo diferentes presiones de trabajo. Las películas han sido preparadas mediante la técnica de pulverización catódica de radiofrecuencia en los laboratorios de la Sección de la PUCP usando un objetivo de silicio cristalino en una atmosfera de nitrógeno y argón. Se ha investigado el efecto de oxidación bajo dos puntos de vista: primero la exposición de las películas delgadas al medio ambiente y luego después de tratamientos térmicos. El proceso de oxidación ha sido evaluado sistemáticamente a través de medidas de espectroscopia de transmisión UV/VIS y espectroscopia de absorción infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). Los parámetros analizados fueron: el espesor de la película, el ancho de banda, el coeficiente de absorción y el índice de refracción. El grado de oxidación es evaluado a partir de los espectros de absorción infrarroja y contrastado con el tiempo de exposición de la muestra al medio ambiente. Las películas que fueron depositadas a mayor presión presentan mayor ancho de banda. Así mismo, el análisis IR reveló que a menor presión mayor presencia de oxígeno en el día y presenta estabilidad debido a la saturación las muestra fabricada a mayor presión. Las películas bajo tratamiento térmico, presentan un cambio en el ancho de banda a partir del reordenamiento de los átomos en la matriz amorfa. La disminución de la energía de Urbach nos indica que hay un ordenamiento en la muestra. / Tesis

El objetivo de este trabajo es estudiar la superficie de silicio orientada en la dirección (111) y preparada en la reconstrucción 7x7 en condiciones de ultra alto vacío (a una presión del orden de 10-10Torr). La idea es estudiar la estructura atómica de la superficie plana del Si (111) 77, así como la estructura de sus escalones. También estudiaremos mediante el microscopio de efecto túnel la diferencia entre los estados electrónicos ocupados y desocupados en las imágenes obtenidas variando el potencial aplicado por el microscopio entre la punta y la muestra. Adicionalmente se discutirá el tema de la aparición de defectos en la superficie de silicio con el paso del tiempo. Y para complementar el estudio, analizaremos la aparición de islas sobre la superficie que son presumiblemente SiC debido a la disociación por efecto de temperatura de moléculas orgánicas de EthylPropyl-PeryleneTetraCarboxDiImide depositadas en la superficie. / Tesis

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Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Ingeniero Civil Eléctrico / Las simulaciones computacionales son un importante recurso para ayudar en el diseño y a entender el funcionamiento de dispositivos semiconductores de una forma rápida y económica, por lo que se han desarrollado diversas herramientas de simulación, tanto comerciales como libres. No obstante, diversos centros de investigación y universidades han optado por desarrollar programas propios, lo que les permite tener continuidad en el desarrollo, control y mayor entendimiento de los fenómenos simulados. Bajo esta misma idea, el presente trabajo tiene como objetivo desarrollar herramientas de simulación para materiales y dispositivos semiconductores, centrado principalmente en el problema en dos dimensiones, y que tenga la flexibilidad suficiente para propósitos prácticos de diseño y educacionales, sirviendo además como un punto de partida para trabajos futuros. Para cumplir el objetivo mencionado, se implementaron dos modelos clásicos de simulación: Arrastre-Difusión o DD (Drift-Diffusion) y Monte Carlo o MC (que resuelve la ecuacion de transporte de Boltzmann). Dichos modelos tienen diferentes grados de precisión, capacidades y costos computacionales, cubriendo así un gran rango de dispositivos y necesidades. Para ambos, se utilizó una malla no estructurada de Voronoi, para cuya generación se presenta un algoritmo basado en la triangulación de Delaunay, lo que permite la descripción de diversas topologías. Ambos modelos fueron incluidos en un mismo programa escrito en MATLAB, con una interfaz basada en archivos de texto de alto nivel que permite el uso casi indistinto entre uno u otro, característica que le da otorga una mayor flexibilidad y simpleza. La realización de distintas pruebas numéricas y comparaciones con la literatura y otras referencias, permitieron verificar el apropiado funcionamiento de los métodos y mostrar distintas características de éstos. En particular, para DD se constató la superioridad Newton-Raphson (NRM) sobre Gummel, y de el esquema de estabilización de Schaffeter-Gummel (SG) sobre Aguas Arriba. Para MC, se desarrollaron distintas técnicas para que el método fuese coherente con la malla no estructurada y topologías generalizadas. Además, se compararon DD y MC, mostrando sus diferencias en congruencia con la literatura. El modelo de DD implementado es resuelto usando Volumenes Finitos y el método de NRM, que otorga buenas características de convergencia. Para la estabilización, se utilizó la discretización de SG. Modelos básicos de movilidad, heterojunturas y condiciones de borde, fueron incluidos para extender la versatilidad del método y establecer ideas para futuras mejoras. El método de Monte Carlo implementado en esta instancia, incluye fuentes básicas de dispersión y utiliza bandas analíticas esféricas o elípticas con no-parabolicidad para electrones. En cambio, para huecos, sólo simples modelos parabólicos e isotrópicos fueron considerados. Finalmente, fueron señaladas las limitaciones más relevantes del programa y los posibles modelos para paliarlas. Esto, junto con el resto del trabajo, se espera que se constituyan como bases para futuros desarrollos y mejoras.

Presenta un estudio sistemático de las propiedades ópticas de películas delgadas de a-SiC y a-SiC:H, crecidas en una atmósfera de argón e hidrógeno con la técnica pulverización catódica de radiofrecuencia. La caracterización óptica es realizada a través de medidas espectroscópicas de transmisión UV/VIS/NIR en incidencia normal. El espesor, índice de refracción y coeficiente de absorción de las películas son calculados a partir de estos espectros de transmitancia. El ancho de banda es determinado usando diferentes modelos del coeficiente de absorción. Asimismo, se reporta la existencia del foco de Urbach de las películas estudiadas. Se han encontrado dos caminos para mejorar las propiedades ópticas de las películas: la saturación de los enlaces libres con la incorporación de hidrógeno y una temperatura óptima del tratamiento térmico a 400 °C.

The present thesis reviews different models that describe the fundamental absorption of amorphous semiconductors. These models make use of the electronic density of states to shape the absorption coefficient in the fundamental absorption region. The study focuses on the optical absorption of hydrogenated amorphous Silicon (a-Si:H), hydrogenated and non-hydrogenated amorphous silicon carbide (a-SiC:Hx), and silicon nitride (a-SiN) thin films. On the one hand, parameters like the Tauc-gap and Urbach energy are obtained from the absorption coefficient using the traditional models. On the other hand, a recently proposed model based on band thermal fluctuations was assessed [1]. This model allows a determination of the mobility gap and the Urbach energy from a single fit of the absorption coefficient without the need of identifying the Tauc region beforehand. Furthermore, it is able to discriminate the variation of the Urbach energy from the bandgap. The results allow the evaluation of the aforementioned parameters with annealing treatments at different temperatures. The mobility edges are insensitive to the structural disorder by at least one degree lower than the Urbach energy. This work demonstrates that it is possible to obtain the mobility edge through this model. In addition, the measured Tauc-gap and Urbach energy exhibit a strong linear correlation following the Cody model for all three materials. Finally, the Urbach focus concept is evaluated and estimated under different analysis. / En la presente tesis se revisan los diferentes modelos que describen la absorción fundamental de los semiconductores amorfos. Estos modelos hacen uso de la densidad de estados electrónicos para la forma del coeficiente de absorción en la región fundamental de absorción. El estudio se centra en la absorción óptica de películas delgadas de silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H), carburo de silicio hidrogenado y sin hidrogeno amorfo a- SiC:Hx y nitruro de silicio amorfo a-SiN. Se obtuvieron parámetros como el Tauc-gap y la energía Urbach. Luego, se probó un modelo propuesto recientemente que considera las fluctuaciones térmicas de la banda. Este modelo permite determinar la brecha de los bordes de movilidad y la energía Urbach aplicando un solo ajuste del coeficiente de absorción sin la necesidad de la identificación de la región Tauc y Urbach de antemano. Además, es capaz de discriminar la variación de la energía de Urbach en banda prohibida. Los resultados permiten la evaluación de los parámetros antes mencionados, con el recocido de los tratamientos a diferentes temperaturas. Tomando ventaja que los bordes de movilidad deben permanecer insensible al desorden estructural (al menos en un grado menor que la energía Urbach) este trabajo demuestra que es posible obtener el borde movilidad a través de este modelo. Además, la medida Tauc-gap y la energía Urbach mostraron una fuerte conexión reproduciendo la relación lineal de Cody para los tres materiales. Por último, el concepto del foco Urbach se evalúa y se estima por diferentes análisis como son: ajuste global, relación lineal de Cody, análisis de Orapunt y nuestra aproximación. / Tesis

En el presente trabajo de tesis se realizó el diseño e implementación de un sistema que tiene como objetivo ofrecer al usuario la posibilidad de aumentar o disminuir el nivel de voltaje o corriente de los procesos de creación de Plasma y Evaporación mediante el control electrónico de tres transformadores de potencia (uno de voltaje y dos de corriente). Este trabajo representa un punto de partida para la automatización completa de la elaboración de películas delgadas en el Laboratorio de Películas Delgadas de la Sección de Física de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Anteriormente, los procesos de creación de Plasma y Evaporación eran efectuados manualmente por un operario, el cual debía permanecer cerca del sistema de alto vacío hasta el término del proceso. Por otro lado, el método de ejecución de estos procesos no era constante en su totalidad. Ello tenía un efecto negativo con respecto a la calidad y eficiencia en la elaboración de películas delgadas. En principio el operario selecciona el proceso que se va a efectuar, ya sea el de creación de Plasma o el de Evaporación, a partir de ello el sistema detecta cuál se está realizando e inmediatamente lleva el voltaje o la corriente a su mínimo valor, enseguida comienza el sensado de la variable correspondiente, dependiendo del proceso. De acuerdo al valor en que se encuentre, se podrá aumentar o disminuir el nivel de voltaje o corriente, teniendo en cuenta los límites máximos y mínimos, a través de dos pulsadores ubicados en el tablero de control. Como resultado se pudo llegar a obtener un rango de error menor al 2% en la medición de voltaje para el proceso de creación de Plasma y menor al 3% en la medición de corriente para el proceso de Evaporación. / Tesis

El desarrollo de la tecnología electrónica hace necesario disponer de modelos fiables de los dispositivos y convierte la simulación de los mismos en un elemento estratégico para su desarrollo presente y futuro. El transistor bipolar de heterounión (HBT) es uno de los componentes más prometedores dentro del campo de los dispositivos de alta velocidad, ya que es capaz de controlar densidades de corriente elevadas a frecuencias muy elevadas. Dentro de esta familia destacan los HBTs de InP/InGaAs, que registran actualmente la frecuencia de operación más alta. Estos dispositivos exhiben una discontinuidad abrupta en las bandas de energía (en la interfaz base-emisor), cuya presencia invalida los modelos convencionales de transporte, basados en los mecanismos de arrastre-difusión (DD) o en el modelo hidrodinámico (HD) y ampliados con la emisión termoiónica y la transmisión túnel en la heterounión. Tanto el modelo DD como el HD derivan de aproximaciones de la ecuación de transporte de Boltzmann (BTE) que, alternativamente, puede ser resuelta de forma exacta por el método de Monte Carlo (MC). De esta forma, se superan las limitaciones intrínsecas de los simuladores convencionales y es posible determinar su margen de validez. El inconveniente principal de los simuladores MC es su elevado requerimiento de tiempo de cálculo. El objetivo de la tesis es desarrollar un simulador MC para HBTs abruptos que sea computacionalmente eficiente, por aplicación de técnicas de supercomputación paralela. La memoria de la tesis consta de seis capítulos. En el primero se introducen la problemática de la simulación de dispositivos, los HBTs y el método de MC aplicado a este campo. En el segundo se presenta el método convencional de simulación de HBTs, puesto que su resultado será utilizado como aproximación inicial en el simulador MC desarrollado y como referencia comparativa. El tercer capítulo se dedica a presentar el esquema básico de simulación MC de transistores bipolares, mientras que en el cuarto se dan detalles de la implementación eficiente del simulador MCHBT, con la aplicación de técnicas de supercomputación paralela y la utilización de técnicas específicas como el MC ponderado. El capítulo quinto contiene los resultados de simulación de BJTs de GaAs, para resaltar las diferencias del nuevo método de simulación con el convencional sobre un dispositivo y un material conocidos. Finalmente, se amplía el simulador MC con la resolución de la ecuación de Schrodinger en la interfaz abrupta, para incorporar los fenómenos cuánticos de transporte en el HBT. Asimismo, se utiliza la ecuación de balance del momento para interpretar los resultados y establecer un margen de validez de los simuladores convencionales ampliados para el estudio de HBTs abruptos.

Este trabajo está dividido en dos partes claramente diferenciadas, ambas dentro de la Física no lineal.La primera es un estudio de las inestabilidades de la corriente en semiconductores extrinsecos, incluyendo antooscilaciones y caos con perdida de coherencia espacial, mientras que la segunda es un estudio de los mecanismos productores de mezcla turbulenta, en particulas la mezcla producida en un fluido heterogéneo por una líniea de burbujas. En el primer estudio, los atractores responsables de los fenómenos obervados tienen pocos grados de libertad efectivos, mientras que en segundo estudio se refiere a turbulencia desarrollada, con muchos grados de libertad.

Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias de la Ingeniería, mención Ingeniería Química y Biotecnología / Las fuentes de energía limpias y sostenibles deben ser consideradas una base importante para el futuro crecimiento y desarrollo económico de cualquier país. Actualmente, el suministro mundial de energía depende en gran medida de los combustibles fósiles. Esto conlleva a que tecnologías tales como las celdas foto-electroquímicas se vuelvan especialmente atractivas, ya que permiten usar energía solar para producir hidrógeno. El funcionamiento de las celdas foto-electroquímicas se basa en el uso de semiconductores como electrodos, que al ser irradiados generan pares hueco-electrón, los cuales pueden migrar en la superficie del semiconductor y reaccionar con las especies adsorbidas o recombinarse entre sí. El hueco electrónico generado por la migración de un electrón puede oxidar una molécula de agua para producir oxígeno en el ánodo, mientras que los electrones generados viajan hacia el cátodo para reducir los protones presentes en el agua formando hidrógeno El presente trabajo de tesis tuvo como objetivo general la sintesis (a través de los métodos de electrodeposición y de spin-coating) y caracterización del desempeño de foto-ánodos basados en óxidos de molibdeno para la producción de hidrógeno en una celda foto-electroquímica a partir de electrólisis de agua. Películas de óxido de molibdeno dopadas con niquel y sin dopar se electrodepositaron aplicando un potencial de -1,377 V vs Ag / AgCl (KCl 3 M) durante 3 horas en un vidrio de cuarzo cubierto con dióxido de estaño dopado con flúor - FTO - sumergido en soluciones acuosas de molibdato-citrato a pH 9. Por otra parte, se depositaron peliculas de MoOx, WO3 y MoOx dopado con W sobre vidrio de aluminoborosilicato recubierto con óxido de estaño dopado con flúor. Este proceso se realizó mediante spin-coating a 4000 rpm durante 40 segundos. La caracterización de los foto-ánodos fabricados a través de electrodeposición y spin-coating sugiere que presentan propiedades semiconductoras y catalíticas que los hacen atractivos para su uso en una celda foto-electroquímica para la hidrólisis del agua. Sin embargo, aunque los foto-electrodos sintetizados a través de las técnicas mencionadas tienen un intervalo de banda prohibida óptimo para aprovechar eficientemente la luz solar, la caracterización foto-electroquímica mostró que estos electrodos no exhiben una estabilidad en solución acuosa y que son susceptibles a la foto-corrosion, que son factores limitantes para el uso de semiconductores convencionales como foto-electrodos.