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.

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

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.

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

La presente tesis se centra en realizar la síntesis y caracterización de óxidos metálicos dopados con metales de transición para mejorar su sensibilidad para detectar vapores de dos pesticidas organofosforados, Clorpirifós y Malatión. Los óxidos estudiados son el óxido de zinc (ZnO) dopado con Zr, ZnO dopado con Ag, y el óxido de estaño (SnO2) dopado con Pt y Zr. La síntesis del ZnO se realiza mediante la aplicación de dos metodologías de síntesis hidrotermal: (a) Precipitación asistida por microondas y (b) precipitación en autoclave; mientras que el dopaje del ZnO se realiza agregando los precursores de los dopantes (AgNO3 y ZrOCl2) a la mezcla de reacción. El SnO2 dopado con Zr y Pt se obtiene a partir del óxido de estaño comercial (Merck) y se lleva a cabo en dos etapas: 1) Dopaje del SnO2 con Zr por mezcla mecánica y 2) dopaje de SnO2 con Pt por reducción de este con SnSO4. La caracterización de estos materiales se realiza mediante análisis por DRX, FTIR, UV, SEM-EDS, TEM y sorción de N2. Además, se realiza la cuantificación de la concentración de pesticidas en las muestras comerciales que se aplican en los ensayos de sensado mediante HPLC. Se obtienen las señales de respuesta con mayor estabilidad para largos tiempos de sensado con los sensores de óxido de zinc dopado con Zr por síntesis en autoclave (AT-Zr-ZnO). Su caracterización por XRD revela que el dopaje es sustitucional y no se identifican fases adicionales. Se lleva a cabo un estudio de las condiciones óptimas de temperatura (entre 210°C y 220°C), concentración del dopante en el óxido de zinc y el óxido de estaño. La temperatura tiene un efecto positivo en la sensibilidad de todos los sensores ensayados. A la temperatura de ensayo de 220°C se logra maximizar la sensibilidad de los mejores sensores (AT-Zr-2.0-ZnO y Pt-0.13-ZrO2-0.15-SnO2) por el Malatión. En el caso del sensado del Clorpirifós, se obtienen mejores resultados con el sensor Pt-0.13-ZrO2-0.15-SnO2, cuya señal se favorece a 210°C. Además, la sensibilidad del Pt-0.13-ZrO2-0.15-SnO2 respecto al AT-Zr-2.0-ZnO a 220°C es mayor para el Clorpirifós, pero menor para el Malatión. El método de tratamiento estadístico PCA permite la evaluación de las señales de muestras con diferentes concentraciones de pesticidas. Los mejores PCA, obtenidos con los datos de las mediciones utilizando los sensores más sensibles, muestran una varianza total explicada mayor al 90% y una mejor diferenciación entre muestras de aire contaminado con pesticidas y muestras de aire sin contaminación. / This thesis focuses on the synthesis and characterization of metal oxides doped with transition metals to improve their sensitivity to detect vapors of two organophosphorus pesticides, Chlorpyrifos and Malathion. The oxides studied are Zr doped zinc oxide (ZnO), Ag doped ZnO, and tin oxide (SnO2) doped with Pt and Zr. The synthesis of ZnO is carried out through the application of two hydrothermal synthesis methodologies: (a) Microwave assisted precipitation and (b) autoclave precipitation; while ZnO doping is conducted by adding the dopant precursor (AgNO3 or ZrOCl2) to the reaction mixture. SnO2 doped with Zr and Pt is prepared from commercial tin oxide (Merck). The doping process was carried out in two stages: 1) Zr doped SnO2 is obtained by mechanical mixing and 2) Pt doped SnO2 is prepared by reduction with SnSO4. The characterization of these materials is carried out by employing DRX, FTIR, UV, SEM-EDS, TEM and sorption of N2 analysis. In addition, the quantification of pesticide concentration in commercial samples, that are used in the sensing essays, is performed with HPLC. Response signals are obtained with greater stability for long sensing times with zinc oxide sensors doped with Zr by autoclave synthesis (AT-Zr-ZnO). Its characterization by XRD reveals that doping is substitutional and no additional phases are identified. A study of the optimum temperature conditions (between 210°C and 220°C), concentration of the dopant in zinc oxide and tin oxide is carried out. The temperature has a positive effect on the sensitivity of all the sensors tested. At the test temperature of 220°C, the sensitivity of the best sensors (AT-Zr-2.0-ZnO and Pt-0.13-ZrO2-0.15-SnO2) for Malathion can be maximized. In the case of Chlorpyrifos, better results are obtained for the Pt-0.13-ZrO2-0.15-SnO2 sensor, whose signal is favored at 210°C. In addition, the sensitivity of Pt-0.13-ZrO2-0.15-SnO2 with respect to AT-Zr-2.0-ZnO at 220°C is higher for Chlorpyrifos, but lower for Malathion. The statistical treatment method PCA allows the evaluation of the signals of samples with different concentrations of pesticides. The best PCA, obtained with the data of the measurements using the most sensitive sensors, show a total explained variance greater than 90% and a better differentiation between air samples contaminated with pesticides and air samples without contamination. / Tesis

Los semiconductores son materiales que tienen propiedades intermedias entre los conductores y aislantes. Sus propiedades eléctricas pueden modificarse mediante dopaje o la aplicación de campos eléctricos. Es por eso que diseñadores e investigadores buscan conocer con precisión sus propiedades ópticas y eléctricas para su aplicación en la industria. En este trabajo se propone una revisión teórica del modelo clásico de Drude para describir la contribución de los electrones libres en la permitividad eléctrica. Además, se estudia el modelo de Drude-Lorentz para explicar la transmisión de la luz cuando interactúa con medios dieléctricos. Asimismo, se describe la transición de Mott para justificar la conductividad eléctrica de óxidos metálicos como el ITO. Adicionalmente, se plantea la revisión teórica de medios efectivos para la caracterización de propiedades eléctricas en capas rugosas de semiconductores. Este resultado se generaliza cuando las rugosidades son demasiado abruptas. La descripción teórica de este trabajo ha sido acompañada con el uso del software Wolfram Mathematica. Esta herramienta ha sido utilizada principalmente para la creación de gráficos y para la solución de ecuaciones. Con este trabajo se busca sentar las bases para un estudio más detallado sobre las propiedades eléctricas y ópticas de algún material semiconductor en concreto.

Los semiconductores dopados con tierras raras presentan gran interés de estudio científico debido a sus prometedoras aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos, donde ya han encontrado múltiples aplicaciones como dispositivos de conversión ascendente y descendente de luz óptico, láser de uso médicos, pantallas luminiscentes, entre otros. El carburo de silicio posee un ancho de banda de 2;2 eV - 3;3 eV, es térmicamente estable ya que sublima a 2830 fC. Diversas investigaciones sobre carburo de silicio lo reportan como un buen material matriz para ser dopado con tierras raras. Por otro lado, las tierras raras a excepción de lantano y lutecio poseen incompletos los orbitales f que por ser internos no participan de enlaces y sólo se ven afectados por el entorno iónico, teniendo la capacidad de ser excitados cuando se encuentran embebidos en una matriz apropiada. Una característica fundamental de los materiales dopados con tierras raras es la emisión de luz que se ve mejorada cuando el material dopado es sometido a tratamientos térmicos en un rango de temperatura de 400 fC a 1000 fC, logrando así la activación térmica de los iones Tb3+, se cree que ésta mejora se debe a la interacción entre iones de Tb3+, donde la distancia interiónica juega un papel clave; además, del entorno cristalino de los iones y las simetrías (Regla de selección de Laporte). Con el propósito de investigar como el comportamiento difusivo de los iones de Tb3+ en la matriz de a-SiC tiene efecto en luminiscencia y a fn de establecer relaciones entre las energías de activación para la luminiscencia y la difusión, en este trabajo se presenta el estudio de estructuras bicapa depositadas por la técnica de pulverización catódica de radiofrecuencia con magnetrones sobre sustrato de silicio oxidados térmicamente. Las cuales fueron sometidas a diferentes tratamientos térmicos a temperaturas en un rango de 973 K-1273 K con tiempos entre 5 y 20 minutos. Después de cada tratamiento térmico las muestras fueron caracterizadas por refectividad de rayos X (XRR), catodoluminiscencia (CL) y espectroscopía de rayos X de energía dispersiva (EDS). La luminiscencia de las muestras, estudiadas con CL, presenta cambios al variar el voltaje de aceleración de electrones (fuente de excitación), a partir de este experimento se obtiene la energía de activación para la luminiscencia. La difusión de terbio se investigó mediante EDS, y los coeficientes de difusión se extrajeron de un ajuste de datos a funciones basadas en la solución de la segunda ley de difusión de Fick. Una simple aproximación a la ley de Arrhenius permite determinar la energía de activación para la difusión.

[pt] Nas Forças Armadas do Brasil existe uma forte demanda pelo desenvolvimento de detectores de infravermelho nacionais para uso em diversas aplicações sujeitas a rígidas restrições de importação, como sistemas de imageamento infravermelho para visão noturna, guiamento de mísseis, sistemas de mira, etc. O objetivo deste trabalho foi desenvolver fotodetectores para o infravermelho distante em 10µm, baseados em estruturas semicondutoras de poços quânticos múltiplos de GaAs/AlGaAs utilizando transições intrabanda. Os materiais foram crescidos pela técnica de epitaxia de fase vapor de metalorgânicos (MOVPE). A calibração dos parâmetros de crescimento foi realizada por meio de medidas de difração de raios x, efeito Hall, e fotoluminescência. Devido à regra de seleção de que não é possível haver absorção intrabanda da luz sob incidência normal, foram aplicadas duas técnicas de acoplamento: geometria de guia de onda com incidência a 45º pela borda, e utilização de grades de difração metalizadas. Os detectores produzidos foram caracterizados quanto à corrente de escuro e quanto aos espectros de absorção óptica e de fotocorrente, ambos obtidos por espectroscopia FTIR. Ao final dos trabalhos, foi obtido um fotodetector de GaAs/AlGaAs do qual foi possível medir a fotocorrente através dos contatos elétricos do dispositivo, com pico em 9µm. Os resultados obtidos são promissores no sentido de que apontam para a possibilidade de se produzir detectores de infravermelho nacionais para diversas aplicações (defesa, medicina, astronomia, telecomunicações, etc). / [en] In the Brazilian Army there is a strong demand for the development of national infrared detectors for use in many applications subjected to severe trade restrictions, like infrared imaging systems for night vision, missile guidance, sight systems, etc. The aim of this work was to develop far- infrared photodetectors for 10µm, based on semiconductor structures of GaAs/AlGaAs multi-quantum wells using intraband transitions. The materials were grown by metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE). The calibration of the growing parameters was done by x ray diffraction, Hall effect, and photoluminescence measurements. Since intraband transition of light is not possible to normal incidence, due to selection rules, two coupling techniques were applied: waveguide geometry with 45o incidence on the edge, and metalized diffraction gratings. The produced detectors were characterized in terms of dark current, optical absorption and spectral response. Infrared measurements were made using FTIR spectroscopy. A GaAs/AlGaAs photodetector was obtained. The photocurrent through the electrical contacts of the device showed a peak at 9µm. The results are promising in the sense of revealing the possibility of producing national infrared photodetectors for many applications (defense, medicine, astronomy, telecommunications, etc).

Orientador: Carlos Alberto dos Reis Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação / Made available in DSpace on 2018-08-05T22:28:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ManzanJunior_Donato_M.pdf: 1716370 bytes, checksum: 70e88e04a73f17039cb0ea8597b7b0cc (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sensor de umidade relativa que tem como elemento sensor um polímero (poli(óxido de etileno-co-epicloridrina)84:16), cuja condutividade varia com a umidade. O polímero foi depositado por casting sobre um substrato cerâmico sobre o qual, por sua vez, foram depositados dois eletrodos em forma interdigitada aos quais é aplicada uma corrente alternada com forma de onda quadrada e amplitude DC nula. Este sinal de excitação é produzido por um circuito integrado que também realiza a leitura da tensão nos terminais do eletrodo. Além disto, o circuito contém um sensor de temperatura cuja informação é necessária para a correta leitura da umidade. Amostras do circuito integrado, cujo projeto é parte deste trabalho, foram fabricadas em tecnologia CMOS 0,35um e caracterizadas juntamente com o elemento sensor. Os resultados mais relevantes da caracterização do sensor desenvolvido são: Faixa de medição: máx 90%RH para evitar condensação; Sensibilidade do elemento sensor: 188,83W/%RH a 55%RH; Histerese: 3,4% a 55%RH; Temperatura de operação: 0 a 60oC; Tempo de resposta: +/-30s. A principal contribuição deste trabalho reside na proposição de um sensor de umidade que é composto de um elemento sensor polimérico e de um circuito integrado que realiza o condicionamento e leitura dos sinais envolvidos, constituindo deste modo uma solução robusta e de baixo custo / Abstract: This work describes the development of a relative-humidity sensor, which uses as sensing element a polymer (poly(ethylene oxide-co-epichlorohydrin)84:16) whose conductivity varies with humidity. The polymer was deposited by casting over a ceramic substrate, on which two interdigitized electrodes were previously deposited. An integrated circuit, also developed as part of the work, provides a square wave current with no DC component as excitation signal to the electrodes and reads the voltage across them. The developed integrated circuit also includes a temperature sensor, whose produced signal is used to yield the correct humidity measurement. Samples of the integrated circuit were fabricated in 0.35µm CMOS technology and were characterized together with the sensing element. The most relevant characteristics of the developed humidity sensor are: Measuring range: 90%RH max, to avoid condensing; Sensor element sensitivity: 188,83W/%RH at 55%RH; Hysteresis: 3,4% at 55%RH; Operating temperature: 0 to 60oC; Response time: +/-30s. The main contribution of this work is the proposition of a humidity sensor, which is based on a compound of a polymeric sensing element that operates in conjunction with an integrated circuit. The developed integrated circuit performs the necessary conditioning of the involved signals, in addition to include a temperature sensor. The developed humidity sensor has proven to be robust and can be produced at a relative low cost / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

El objetivo del presente trabajo es analizar y comprobar el comportamiento de los ISFETs respecto a los MOSFETs. Para lograr lo anterior se utilizarán técnicas modernas de simulación y ensayos en laboratorio; de esta forma se podrá observar las similitudes y diferencias de comportamiento, y dependencias entre las variaciones tales como corriente de drenador respecto a variaciones del voltaje umbral. Además, esta comprobación se realizará considerando los valores de los parámetros de fabricación que ha generado el fabricante de los ISFETs y asumiendo valores intrínsecos de este dispositivo y siempre observando lo que sucede con los MOSFETs en situaciones similares.