Les xarxes d'interconnexió tenen com un dels seus objectius principals comunicar i enllaçar els nodes de processament dels sistemes de còmput d'altes prestacions. En aquest context, les fallades de xarxa tenen un impacte considerablement alt, ja que la majoria dels algorismes d'encaminament no van ser dissenyats per tolerar aquestes anomalies. A causa d'això, fins i tot una única fallada d'enllaç té la capacitat d'embussar missatges a la xarxa, provocant situacions de bloqueig o, encara pitjor, és capaç d'impedir la correcta finalització de les aplicacions que es trobin en execució en el sistema de còmput. En aquesta tesi presentem polítiques d'encaminament tolerants a fallades basades en els conceptes d'adaptabilitat i evitació de bloquejos, dissenyades per a xarxes afectades per un gran nombre de fallades d'enllaços. Es presenten dues contribucions al llarg de la tesi, a saber: un mètode d'encaminament tolerant a fallades multicamí, i una tècnica nova i escalable d'evitació de bloquejos. La primera de les contribucions de la tesi és un algorisme d'encaminament adaptatiu multicamí, anomenat Fault-tolerant Distributed Routing Balancing (FT-DRB), que permet explotar la redundància de camins de comunicació de les topologies de xarxa actuals, a fi de proveir tolerància a fallades a les xarxes d'interconnexió. La segona contribució de la tesi és la tècnica escalable d'evitació de bloquejos Non-blocking Adaptive Cycles (NAC). Aquesta tècnica va ser específicament dissenyada per funcionar en xarxes d'interconnexió que presentin un gran nombre de fallades d'enllaços. Aquesta tècnica va ser dissenyada i implementada amb la finalitat de servir al mètode d'encaminament descrit anteriorment, FT-DRB. / Las redes de interconexión tienen como uno de sus objetivos principales comunicar y enlazar los nodos de procesamiento de los sistemas de cómputo de altas prestaciones. En este contexto, los fallos de red tienen un impacto considerablemente alto, ya que la mayoría de los algoritmos de encaminamiento no fueron diseñados para tolerar dichas anomalías. Debido a esto, incluso un único fallo de en un enlace tiene la capacidad de atascar mensajes en la red, provocando situaciones de bloqueo o, peor aún, es capaz de impedir la correcta finalización de las aplicaciones que se encuentren en ejecución en el sistema de cómputo. En esta tesis presentamos políticas de encaminamiento tolerantes a fallos basadas en los conceptos de adaptabilidad y evitación de bloqueos, diseñadas para redes de comunicación afectadas por un gran número de fallos de enlaces. Se presentan dos contribuciones a lo largo de la tesis, a saber: un método de encaminamiento tolerante a fallos multicamino, y una novedosa y escalable técnica de evitación de bloqueos. La primera de las contribuciones de la tesis es un algoritmo de encaminamiento adaptativo multicamino, denominado Fault-tolerant Distributed Routing Balancing (FT-DRB), que permite explotar la redundancia de caminos de comunicación de las topologías de red actuales, a fin de proveer tolerancia a fallos a las redes de interconexión. La segunda contribución de la tesis es la técnica escalable de evitación de bloqueos Non-blocking Adaptive Cycles (NAC). Dicha técnica fue específicamente diseñada para funcionar en redes de interconexión que presenten un gran número de fallos de enlaces. Esta técnica fue diseñada e implementada con la finalidad de servir al método de encaminamiento descrito anteriormente, FT-DRB. / Interconnection networks communicate and link together the processing units of modern high-performance computing systems. In this context, network faults have an extremely high impact since most routing algorithms have not been designed to tolerate faults. Because of this, as few as one single link failure may stall messages in the network, leading to deadlock configurations or, even worse, prevent the finalization of applications running on computing systems. In this thesis we present fault-tolerant routing policies based on concepts of adaptability and deadlock freedom, capable of serving interconnection networks affected by a large number of link failures. Two contributions are presented throughout this thesis, namely: a multipath fault-tolerant routing method, and a novel and scalable deadlock avoidance technique. The first contribution of this thesis is the adaptive multipath routing method Fault-tolerant Distributed Routing Balancing (FT-DRB). This method has been designed to exploit the communication path redundancy available in many network topologies, allowing interconnection networks to perform in the presence of a large number of faults. The second contribution is the scalable deadlock avoidance technique Non-blocking Adaptive Cycles (NAC), specifically designed for interconnection networks suffering from a large number of failures. This technique has been designed and implemented with the aim of ensuring freedom from deadlocks in the proposed fault-tolerant routing method FT-DRB.

En aquest treball s'ha desenvolupat una metodologia per implementar l'eliminació biològica de fòsfor (EPBR) en les plantes de tractament d'aigües residuals urbanes (EDAR) amb configuració anòxica / òxica (A/O) dissenyades per eliminar únicament matèria orgànica (DQO) i nitrogen (N). L'objectiu és eliminar biològicament i simultàniament DQO, N i fòsfor (P) tenint en compte aspectes de control de processos i amb el millor rendiment d'operació. La metodologia proposada cerca exhaustivament un model del procés, utilitzant les dades existents de la planta per determinar els paràmetres cinètics. El model de la planta s'ha calibrat utilitzant una metodologia basada en la matriu d'informació de Fisher (FIM). Usant l'estructura del model de la planta i les noves configuracions de plantes que es proposen, s'utilitza un conjunt de criteris per identificar quina és la millor alternativa. Entre els criteris utilitzats es troben: qualitat de l'efluent, solidesa de l'estructura de control del procés, costos d'operació i costos d'inversió per a compra d'equips i per dur a terme canvis en la distribució de la planta. També s'estudia la viabilitat dels organismes acumuladors de fòsfor (PAO) i l'efecte del creixement d'aquestes espècies amb diferents estructures de control del procés. / En este trabajo se ha desarrollado una metodología para implementar la eliminación biológica de fósforo (EPBR) en las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas (EDAR) con configuración anóxica / óxica (A/O) diseñadas para eliminar únicamente materia orgánica (DQO) y nitrógeno (N). El objetivo es eliminar biológica y simultáneamente DQO, N y fósforo (P) teniendo en cuenta aspectos de control de procesos y con el mejor rendimiento de operación. La metodología propuesta busca exhaustivamente un modelo del proceso, utilizando los datos existentes de la planta para determinar los parámetros cinéticos. El modelo de la planta se ha calibrado utilizando una metodología basada en la matriz de información de Fisher (FIM). Usando la estructura del modelo de la planta y las nuevas configuraciones de plantas que se proponen, se utiliza un conjunto de criterios para identificar cuál es la mejor alternativa. Entre los criterios utilizados se encuentran: calidad del efluente, solidez de la estructura de control del proceso, costos de operación y costos de inversión para compra de equipos y para llevar a cabo cambios en la distribución de la planta. También se estudia la viabilidad de los organismos acumuladores de fósforo (PAO) y el efecto del crecimiento de estas especies con diferentes estructuras de control del proceso. / A methodology for retrofitting existent Anoxic/Oxic (A/O) wastewater treatment plants (WWTP) to perform the Enhanced Biological Phosphorus Removal (EPBR) in order to biologically remove organic matter (COD), nitrogen (N) and phosphorus (P) at the same time, considering process control aspects, was developed. The proposed methodology exhaustively searches a process model, using existent plant data to determine the current kinetic parameters. The plant model is calibrated using a methodology based on the Fisher Information Matrix. Using the plant model structure, new plant configurations are proposed and a set of criteria are used to identify what is the best alternative. Amongst the criteria are: the robustness of the process control structure, operating costs, investment costs to perform changes in the plant layout and equipments and the effluent quality. The feasibility of phosphorus accumulating organisms (PAO) growth and the effect of these species in the existent process control structure are also studied.

La creciente demanda de energía portátil requerida por sistemas miniaturizados está impulsando el desarrollo de nuevas tecnologías y materiales para lograr una eficiente generación de energía a una microescala. Los microgeneradores termoeléctricos ofrecen una oportunidad para recolectar el calor residual de dispositivos electrónicos y convertirlo en energía, eliminando a la vez dicho calor. La baja eficiencia de conversión termoeléctrica de los materiales semiconductores utilizados actualmente en microelectrónica ha limitado su aplicación para fines de aprovechamiento energético. Sin embargo, recientemente se ha constatado una mejora de varios órdenes de magnitud en las propiedades termoeléctricas del silicio cuando se presenta en forma de nanohilos, abriéndose de esta manera la oportunidad para la integración de generadores termoeléctricos en microtecnología de silicio. En esta tesis se han integrado monolíticamente matrices densas y ordenadas de nanohilos de silicio (Si NWs) en un dispositivo micromecanizado también en silicio. La técnica VLS-CVD ha sido utilizada para el crecimiento lateral controlado de los nanohilos. La microestructura ha sido apropiadamente diseñada para adaptar el crecimiento tridimensional de las matrices de nanohilos de silicio en una arquitectura plana y para asegurar el acceso eléctrico a los nanohilos. Adicionalmente, el dispositivo permite el establecimiento de un gradiente de temperatura interno plano cuando se pone en contacto con una fuente de calor, lo que da lugar a un microgenerador termoeléctrico completo en el que los nanohilos de silicio actúan como el material termoeléctrico nanoestructurado. Esta tesis tiene por objeto presentar los primeros desarrollos de integración de materiales termoeléctricos, técnicas de caracterización y tecnologías de fabricación realizados en el IMB-CNM (CSIC), sentando las bases para el desarrollo de futuras generaciones de microgeneradores termoeléctricos. Esta tesis se compone de cuatro capítulos. En el primer capítulo se presenta una breve introducción al mundo de la termoelectricidad, revisando el estado del arte de materiales y dispositivos termoeléctricos. El segundo capítulo está enfocado en las técnicas experimentales y tecnológicas empleadas a lo largo del estudio. El capítulo tres describe el proceso seguido para el diseño, simulación y fabricación de un microgenerador termoeléctrico plano basado en una sola matriz de nanohilos de silicio. Finalmente, el capítulo cuatro estudia el aumento en el rendimiento de los microgeneradoes termoeléctricos mediante matrices de nanohilos de silicio conectadas transversalmente, adaptando y explotando aún más el crecimiento lateral 3D de nanohilos de silicio VLS. / The increasing demand for portable power required by miniaturized systems is driving the development of new technologies and materials to achieve efficient energy generation at the microscale. Apart from removing heat from electronic devices, thermoelectric microgenerators offer an attractive opportunity to harvest waste heat converting it into power. The low thermoelectric conversion efficiency of current bulk microelectronics semiconductor materials has limited their implementation for energy harvesting purposes. However, recent studies have proven, at single nanowire level, that nanostructuring of silicon into nanowires greatly enhances the thermoelectric properties of this material, opening up the opportunity for the integration of thermoelectric generators into silicon microtechnology. In this thesis, dense and well-ordered arrays of silicon nanowires (Si NWs) have been monolithically integrated into a silicon micromachined device. The VLS-CVD technique has been used for the controlled lateral growth of nanowires. The microstructure has been appropriately designed to adapt the tridimensional growth of the Si NWs arrays to a planar architecture, and to assure electrical accessibility to the nanowires. Additionally, the device allows an internal in-plane temperature gradient to be established when placed in contact with a heat source, giving rise to a complete thermoelectric microgenerator in which the Si NWs act as the nanostructured thermoelectric material. This thesis is intended to bring new background in thermoelectric materials integration, characterization techniques and fabrication technologies to the IMB-CNM (CSIC), paving the way for the development of future generations of thermoelectric microgenerators. The work presented in this thesis is divided into four chapters. The first chapter introduces thermoelectricity and its underlying physics, reviewing the state-of-the-art of thermoelectric materials and devices. The second chapter focuses on the experimental and technological tools employed along this study. The third chapter describes the process followed for the design, simulation and fabrication of the building block of the proposed planar thermoelectric microgenerators based on a single Si NWs array. Finally, chapter four studies the enhanced performance of thermoelectric microgenerator structures by means of transversally linked Si NWs arrays, further adapting and exploiting the 3D lateral growth of VLS Si NWs.

En aquesta tesi s’ha estudiat l’eliminació biològica de nitrogen en aigües residuals amb alta càrrega d’amoni. Aplicant certes condicions d’operació en un sistema de llots actius es pot aconseguir la nitrificació parcial o nitritació, que és l’oxidació de l’amoni a nitrit, evitant la conseqüent oxidació d’aquest nitrit a nitrat. Aquesta reducció en el procés de nitrificació aporta un seguit d’avantatges en front de la nitrificació convencional, tals com la reducció de les necessitats d’oxigen en la nitrificació i de la matèria orgànica en la desnitrificació, l’increment de la velocitat de desnitrificació i la reducció de la producció de biomassa. Aquesta tesi s’ha presentat com a compendi de publicacions. A continuació es presenta un breu resum dels articles: En l’Article I es presenta un sistema de nitrificació parcial format per una planta pilot amb tres reactors de fangs actius en sèrie. Aquesta planta pilot es va inocular a partir de llots d’una EDAR urbana i es va operar amb un llaç de control de la càrrega de nitrogen aplicada que consisteix en la modificació del cabal d’entrada segons els valors d’OUR mesurat als reactors. Utilitzant aquest llaç de control i treballant amb un temps de residència cel·lular baix es va aconseguir rentar els bacteris nitrit-oxidants del sistema. Simultàniament, també es va aconseguir tractar una elevada càrrega d’amoni i es va demostrar la viabilitat del procés a llarg termini tot obtenint una nitrificació parcial amb pràcticament només nitrit. Posteriorment, en l’Article II, es presenta la desnitrificació del corrent de nitrit obtingut amb el sistema desenvolupat en l’Article I. Aquesta desnitrificació es va realitzar utilitzant diferents fonts de carboni tals com etanol, glicerol, lixiviats d’abocador i finalment llots primaris i secundaris fermentats. Aquest estudi es va dur a terme en reactors discontinus seqüencials (SBR) i es van obtenir bones velocitats de desnitrificació per totes les fonts de carboni estudiades excepte pels llots secundaris fermentats. En l’Article III, es presenta l’estudi de l’efecte d’una llarga aturada del sistema de nitrificació parcial tot deixant d’alimentar durant 30 dies. Aquest estudi es va realitzar en quatre reactors discontinus que es van operar en diferents condicions d’aeració. Durant aquest període de temps es va fer un seguiment de l’activitat dels bacteris amoni-oxidants mitjançant respirometries i l’anàlisi FISH. Es va observar que és millor aturar el sistema de nitrificació parcial en condicions anòxiques i, a poder ser, no més de dues setmanes. Finalment, es va obtenir una recuperació ràpida del sistema utilitzant el llaç de control per OUR emprat en la planta pilot de l’Article I. Finalment, en l’Article IV es presenta l’estudi de l’efecte de les inhibicions per amoníac i per àcid nitrós en els bacteris amoni-oxidants, a més de l’efecte d’aquestes inhibicions en condicions de limitació per carboni inorgànic. Es va comprovar que la inhibició per amoníac es pot descriure amb precisió amb al model cinètic Haldane i la inhibició per àcid nitrós a un model d’inhibició no competitiva. Es va observar que l’efecte d’aquestes inhibicions s’incrementa en condicions de limitació per carboni inorgànic, sent molt més gran en el cas de l’àcid nitrós. / En esta tesis se estudia la eliminación biológica de nitrógeno en aguas residuales con una alta carga de amonio. Aplicando ciertas condiciones de operación en un sistema de lodos activos se puede conseguir la nitrificación parcial o nitritación, que es la oxidación del amonio a nitrito, evitando la consecuente oxidación de este nitrito a nitrato. Esta reducción en el proceso de nitrificación aporta unas ventajas frente a la nitrificación convencional, tales como la reducción de les necesidades de oxigeno en la nitrificación y de la materia orgánica en la desnitrificación, el incremento de la velocidad de desnitrificación y la reducción de la producción de biomasa. Esta tesis se presenta como compendio de publicaciones. A continuación se presenta un breve resumen de los artículos: En el Artículo I se presenta un sistema de nitrificación parcial formado por una planta piloto con tres reactores de lodos activos en serie. Esta planta piloto se inoculó a partir de lodos de una EDAR urbana y se operó con un lazo de control de la carga de nitrógeno aplicada que consiste en la modificación del caudal de entrada según los valores de OUR medidos en los reactores. Utilizando este lazo de control y trabajando con un tiempo de residencia celular bajo se consiguió lavar las bacterias nitritooxidantes del sistema. Simultáneamente, también se consiguió tratar una elevada carga de amonio y se demostró la viabilidad del proceso a largo plazo obteniendo una nitrificación parcial con prácticamente solo nitrito. Posteriormente, en el Artículo II, se presenta la desnitrificación de la corriente de nitrito obtenida con el sistema desarrollado en el Artículo I. Esta desnitrificación se realizó utilizando distintas fuentes de carbono tales como etanol, glicerol, lixiviados de vertedero y finalmente lodos primarios y secundarios fermentados. En este estudio se utilizaron reactores discontinuos secuenciales (SBR) y se obtuvieron buenas velocidades de desnitrificación para todas las fuentes de carbono estudiadas excepto para los lodos secundarios fermentados. En el Artículo III, se presenta el estudio del efecto de una larga parada del sistema de nitrificación parcial dejando de alimentar durante 30 días. Este estudio se realizó en cuatro reactores discontinuos que se operaron en distintas condiciones de aireación. Durante este período de tiempo se hizo un seguimiento de la actividad de las bacterias amonio-oxidantes utilizando técnicas respirométricas y el análisis FISH. Se observó que es mejor parar el sistema de nitrificación parcial en condiciones anóxicas y, a poder ser, no más de dos semanas. Finalmente, se consiguió una recuperación rápida del sistema utilizando el lazo de control por OUR utilizado en la planta piloto del Artículo I. Finalmente, en el Artículo IV se presenta el estudio del efecto de las inhibiciones por amoníaco y por ácido nitroso en las bacterias amonio-oxidantes, además del efecto de estas inhibiciones en condiciones de limitación por carbono inorgánico. Se comprobó que la inhibición por amoníaco se puede ajustar con precisión utilizando el modelo cinético Haldane y la inhibición por ácido nitroso utilizando el modelo de inhibición no competitiva. Se observó que el efecto de estas inhibiciones se incrementa en condiciones de limitación por carbono inorgánico, siendo mucho mayor en el caso del ácido nitroso. / Biological nitrogen removal of high-strength ammonium wastewater was studied in this thesis. Applying specific operational conditions in an activated sludge system, partial nitrification or nitritation (oxidation of ammonium to nitrite) was achieved, avoiding the consequently oxidation of this nitrite to nitrate. This reduction in the nitrification process provides some advantages in comparison to the complete nitrification process, such as the reduction of the oxygen requirements during nitrification and the organic matter during denitrification, the increasing of the denitrification rates and the reduction of the biomass production. This thesis was presented as a compendium of publications and a brief summary of the papers are presented: In Paper I, a partial nitrification system consisting of a pilot plant with three continuous stirred tank reactors in series is presented. This pilot plant was inoculated with sludge from a municipal WWTP and it was operated with a control loop of the nitrogen loading rate which was applied modifying the inflow rate depending on the OUR values measured in the reactors. With this control loop and low sludge retention time the washout of the nitrite-oxidizing bacteria was performed. Simultaneously, almost a complete partial nitrification to nitrite with a high nitrogen loading rate was achieved during a long term operation. Subsequently, in Paper II, the heterotrophic denitrification of the nitrite obtained with the pilot plant developed in Paper I was presented. Different organic carbon sources such as ethanol, glycerol, landfill leachate, fermented primary sludge centrate and fermented secondary sludge centrate were used in the heterotrophic denitrification. This study was carried out in sequential batch reactors (SBR) and a complete denitritation of a high-strength nitrite wastewater was achieved using these organic carbon sources with the exception of fermented secondary sludge centrate. In Paper III the study of the effect of a long-term starvation of a partial nitrification system during 30 days was presented. Four ammonium-starved reactors under different conditions of aeration were used. During this period the ammonia-oxidizing bacteria activity was evaluated using respirometric tests and the FISH analysis. It was observed that is better to shut-down a partial nitrification system under anoxic conditions and, if it is possible, no more than two weeks. Finally, a fast recovery of the system was achieved using the OUR control loop used in the pilot plant of Paper I. Finally, in Paper IV a study of the inhibitory effect by free ammonia and free nitrous acid on the ammonia-oxidizing bacteria under total inorganic carbon limitations and without total inorganic carbon limitations was presented. It was observed that the inhibition by free ammonia can be described accurately using the Haldane model and the inhibition by free nitrous acid using a non-competitive inhibition model. The effect of these inhibitions increased under total inorganic carbon limitation, being much higher in the case of the free nitrous acid.

Un codi C rep el nom de Z2Z4-additiu si les seves coordenades es poden dividir en dos subconjunts X i Y , de tal manera que el codi punctured de C, obtingut en eliminar les coordenades que no es troben a X –o, respectivament, a Y – és un codi binari lineal – respectivament, un codi quaternari lineal–. La imatge del mapa de Gray de C és un codi binari i, sovint, no lineal, que s’anomena Z2Z4-lineal. Aquesta tesi presenta noves famílies de codis Z2Z4-additius, amb la particularitat que les seves imatges de Gray són codis Z2Z4-lineals que tenen els mateixos paràmetres i propietats que la coneguda família de codis de Reed-Muller binaris i lineals. També, tot considerant la classe de codis perfectes Z2Z4-lineals, els quals se sap que són completament regulars, es fan servir les construccions d’extensió, puncture, shorten i lifting, i s’estudia si els codis obtinguts són uniformement empaquetats o completament regulars. A més de proporcionar fiabilitat en els canals de comunicació, la teoria de codis s’ha aplicat recentment a l’esteganografia, és a dir, a la ciència d’ocultar informació confidencial dins d’altres missatges, aparentment inofensius –l’objecte recobridor–, de manera que terceres parts no puguin detectar l’esmentada informació. Aquest procés s’ha plantejat a la literatura modificant el bit menys significatiu dels símbols de l’objecte recobridor per transmetre el missatge secret (esteganografia binària), o bé modificant els dos bits menys significatius ( 1-esteganografia). Respecte a la 1-esteganografia, s’exposen dos nous mètodes d’embedding basats en codis perfectes Z2Z4-lineals, que assoleixen una taxa d’embedding més alta que amb altres mètodes ja coneguts, per una distorsió donada; mentre que es presenta un altre mètode, basat en el producte de dos o més codis de Hamming q-aris, conforme a l’esteganografia binària. / Un código C recibe el nombre de Z2Z4-aditivo si sus coordenadas se pueden dividir en dos subconjuntos X e Y , tales que el código punctured de C, obtenido a partir de eliminar las coordenadas que no están en X –o, respectivamente, en Y – es un código binario lineal –respectivamente, un código cuaternario lineal–. La imagen del mapa de Gray de C es un código Z2Z4-lineal, que es un código binario y, a menudo, no lineal. En esta tesis se presentan nuevas familias de códigos Z2Z4-aditivos, con la particularidad de que sus imágenes a través del mapa de Gray son códigos Z2Z4-lineales con los mismos parámetros y propiedades que la conocida familia de códigos de Reed-Muller binarios y lineales. Considerando la clase de códigos perfectos Z2Z4-lineales, los cuales se sabe que son completamente regulares, se han utilizado las construcciones de extensión, puncture, shorten y lifting, y estudiado si los códigos obtenidos en cada caso eran uniformemente empaquetados o completamente regulares. Además de proporcionar fiabilidad en los canales de comunicación, la teoria de códigos se ha aplicado recientemente a la esteganografía, es decir, a la ciencia de ocultar información confidencial en otros mensajes, aparentemente inofensivos –el objeto recubridor– de tal manera que dicha información no pueda ser detectada por terceros. Este proceso se ha planteado en la literatura modificando el bit menos significativo de los símbolos del objeto recubridor (esteganografía binaria), o bien modificando los dos bits menos significativos ( 1-esteganografía). Con respecto a la 1-esteganografía, se exponen dos nuevos métodos de embedding basados en códigos perfectos Z2Z4-lineales, que alcanzan una tasa de embedding superior a la de otros métodos anteriores, para una distorsión dada; mientras que se presenta otro método, basado en el producto de dos o más códigos de Hamming q-arios, conforme a la esteganografía binaria. / A code C is said to be Z2Z4-additive if its coordinates can be partitioned into two subsets X and Y , in such a way that the punctured code of C obtained by removing the coordinates outside X –or, respectively, Y – is a binary linear code –respectively, a quaternary linear code–. The Gray map image of C is a binary and often nonlinear code called Z2Z4-linear code. In this dissertation, new families of Z2Z4-additive codes are presented, with the particularity that their Gray map images are Z2Z4-linear codes having the same parameters and properties as the well-known family of binary linear Reed-Muller codes. Considering the class of perfect Z2Z4-linear codes, which are known to be completely regular, we have used the extension, puncture, shorten and lifting constructions, and studied the uniformly packed condition and completely regularity of the obtained codes. Besides providing reliability in communication channels, coding theory has been recently applied to steganography, i.e., the science of hiding sensitive information within an innocuouslooking message –the cover object– in such a way that third parties cannot detect that information. This hiding process has been addressed in the literature either by distorting the least significant bit of symbols in the cover object to transmit the secret message (binary steganography), or by distorting the two least significant bits ( 1-steganography). With respect to 1-steganography, two new embedding methods based on perfect Z2Z4- linear codes are introduced, achieving a higher embedding rate for a given distortion than previous methods; while another method, based on the product of more than two perfect q-ary Hamming codes, is presented conforming to binary steganography.

Nanohilos de silicio obtenidos mediante el mecanismo de vapor-liquido-solido (VLS) ofrecen extraordinarias propiedades para aplicaciones en dispositivos nanomecánicos. Su calidad estructural (baja densidad de defectos, superficie lisa) y sus propiedades mecánicas únicas (auto-ensamblado robusto, alta rigidez y piezoresistencia gigante) junto con, recientes progresos en el control del crecimiento, prometen permitir un funcionamiento sin precedentes para una gran variedad de sistemas. Sin embargo, la fabricación generalmente está limitada a prototipos y más esfuerzos para conseguir un control simultáneo de las propiedades de los nanohilos y la posición son necesarios. Esta tesis ha sido centrada en el desarrollo de tecnologías de fabricación con alto rendimiento/ a gran escala de dispositivos basados en nanohilos de silicio que exploten sus propiedades excepcionales. Tecnologías de fabricación para el crecimiento selectivo de matrices de nanohilos de silicio y de nanohilos individuales en dispositivos funcionales han sido desarrolladas y posteriormente adaptadas para la fabricación de diversos dispositivos basados en nanohilos. En particular, el diseño, la fabricación y la caracterización de un cantilever piezoresistivo en el que el elemento de sensado está compuesto por una matriz de nanohilos ha sido demostrado. Los coeficientes piezoresistivos gigantes característicos de los nanohilos de Silicio se trasladan en un incremento en la sensibilidad mecánica comparada con dispositivos basados en silicio volumétrico. Por otro lado, se ha realizado la fabricación de resonadores nanomecánicos basados en nanohilos individuales. La caracterización de estos dispositivos demostró que los nanhilos individuales son excepcionales plataformas para el desarrollo de sensores de masa ultra sensibles y para el estudio de propiedades fundamentales de estructuras nanomecánicas. / Silicon nanowires obtained via vapor-liquid-solid (VLS) mechanism offer many extraordinary properties for applications in nanomechanical devices. Their structural quality (low defect density, surface flatness) and unique mechanical properties (robust self-assembly, high stiffness, giant piezoresistance) together with, recent advances in growth control, promise to allow unprecedented performance of wide variety of systems. However, device fabrication is generally limited to prototype fabrication and more efforts to achieve simultaneous control of nanowire properties and location are needed. This thesis has been focused towards the development of high yield/ large scale fabrication technologies based on catalyst grown Si nanowire to realize devices that exploit their exceptional properties. Fabrication technologies for the selective growth of silicon nanowire arrays and single nanowire on functional devices have been developed and posteriorly adapted for the fabrication of several nanowire based devices. In particular, the design, fabrication and characterization of a piezoresistive cantilever in which the active sensor is composed of an horizontal Si nanowire array has been demonstrated. Giant piezoresistance coefficients characteristics of Si nanowires are translated into an increment in the cantilever mechanical sensitivity compared with similar bulk devices. On the other hand, the fabrication of nanomechanical resonators based on single nanowires for mass sensing applications with different transduction mechanims has been performed. The characterization of these devices proved that single nanowires are exceptional platforms to develop ultra-high sensitive mass sensors and to study fundamental properties of nanomechanical structures.

El objetivo del presente trabajo de tesis es establecer métodos biocatalíticos para la síntesis de los aminoácidos L-fenilalanina, L-aspartato, β−aminobutirato y de las aminas aromáticas 1-feniletilamina y 3-amino-1-fenilbutano, usando biocatalizadores con actividad transaminasa y amonio liasa inmovilizados por técnicas de formación de enlaces covalentes (en el caso de enzimas) y por atrapamiento (tanto para enzimas como para células). Se establecieron dos métodos enzimáticos para la síntesis del aminoácido aromático esencial L-fenilalanina (Phe). El primer método de síntesis se realizó usando como biocatalizador L-aspartato transaminasa (AAT) de corazón porcino inmovilizado. Se optimizaron los métodos de inmovilización de AAT en los soportes Eupergit® C, MANA-agarosa y LentiKats®. Los biocatalizadores inmovilizados resultantes se emplearon en la síntesis de Phe. La inmovilización en Eupergit® C y LentiKats® permitió mejorar la estabilidad del enzima AAT, así como alcanzar rendimientos de reacción de síntesis de Phe superiores al 70%. Además se estableció un método de síntesis multienzimática “one-pot”, para lo que se acoplaron las reacciones catalizadas por los enzimas aspartasa (AspB) y transaminasa (AT). Se determinó la compatibilidad de los enzimas en las condiciones de reacción (pH 7,5 y 37°C) y se establecieron las concentraciones óptimas de los sustratos (0,15 M de fumarato, 0,3 M de NH4Cl y 0,1 M de fenilpiruvato) y de los enzimas (0,3 U de AspB/mL y 2 U de AT/mL). En estas condiciones, se alcanzó un rendimiento global de reacción de 80%. Para la síntesis de L-aspartato (Asp) se utilizó el enzima L-aspartato amonio liasa o aspartasa (AspB) de Bacillus sp. YM55-1 parcialmente purificado. El enzima se inmovilizó en los soportes Eupergit® C, MANA-agarosa y LentiKats®. Los biocatalizadores inmovilizados se emplearon en la síntesis de altas concentraciones de Asp (≥ 60 g/L). Además, el enzima inmovilizado se reutilizó eficientemente en la síntesis del aminoácido, manteniendo alrededor del 90% de su actividad inicial al cabo de 5 ciclos de reacción en todos los casos. La síntesis de las aminas aromáticas 1-feniletilamina (FEA) y 3-amino-1-fenilbutano (AFB) se llevó a cabo utilizando biocatalizadores (células y/o enzima parcialmente purificado) con actividad ω−transaminasa (ω−TA). Se estableció un método de permeabilización de las membranas de células ω−TA utilizando bromuro de cetrimonio (CTAB). Las células ω−TA se inmovilizaron en el soporte LentiKats® con un 100% de retención de su actividad catalítica. El enzima ω−TA se inmovilizó en varios soportes, obteniéndose los mejores resultados en Eupergit® CM y LentiKats®. La inmovilización en LentiKats®, tanto de células (no permeabilizadas y permeabilizadas) como del enzima, permitió la reutilización de los catalizadores hasta en 5 y 10 ciclos de síntesis de AFB, manteniendo alrededor del 80 y 70% de la actividad inicial, respectivamente. Por último, se comprobó que el enzima aspartasa mutado (AspB-C6) a partir de AspB, cataliza la reacción de aminación regioselectiva del ácido crotónico para producir β−aminobutirato. Este enzima se inmovilizó en los soportes Eupergit® C y MANA-agarosa según los métodos de inmovilización establecidos para el enzima AspB en los mismos soportes. Se obtuvieron rendimientos de inmovilización similares pero las actividades retenidas fueron significativamente inferiores para AspB-C6 que para AspB. / The objective of this thesis is to establish biocatalytic methods for the synthesis of the amino acids L-aspartate, L-phenylalanine and β−aminobutyrate, as well as the aromatic amines 1-phenylethylamine and 3-amine-1-phenylbutane, by using biocatalysts with transaminase and ammonia-lyase activity immobilized by covalent attachment techniques (for enzymes) and entrapment (for enzymes and cells). Two methods for the synthesis of the essential aromatic amino acid L-phenylalanine (Phe) were established. The first method was carried out by using L-aspartate transaminase (AAT) from porcine heart as biocatalyst. The immobilization of the enzyme AAT on Eupergit® C, MANA-agarose and LentiKats® supports was optimized, and the three immobilized enzymatic derivatives were used for the synthesis of Phe. AAT immobilized on Eupergit® C and LentiKats® allowed improving the stability of the enzyme as well as reaching reaction yields of Phe over 70%. Moreover, a multi-enzymatic one-pot method for the synthesis of Phe was established by coupling of two consecutive enzymatic reactions catalyzed by aspartase (AspB) and transaminase (AT). The compatibility of both enzymes under the reaction conditions (pH 7,5 and 37°C) was shown; and, the optimum concentration of substrates (0,15 M fumarate, 0,3 M NH4Cl and 0,1 M phenylpyruvate) and enzymes (0,3 U of AspB/mL and 2 U of AT/mL) were established. In these conditions, the global reaction yield was 80%. L-aspartate was synthesized by using the enzyme L-aspartate ammonia-lyase or aspartase (AspB) from Bacillus sp. YM55-1. The enzyme was immobilized on Eupergit® C, MANA-agarose and LentiKats® supports. The immobilized biocatalysts were used for the synthesis of highly concentrated Asp (≥ 60 g/L). Furthermore, the immobilized biocatalysts were efficiently reused in 5 cycles of Asp synthesis, maintaining over 90% of activity and reaching over 90% of conversion in all the cases. The synthesis of the aromatic amine 3-amine-phenylbutane (APB) was carried out by means of cells with ω−transaminase (ω−TA) activity as well as the partially purified enzyme ω−TA. A permeabilization method of the cell membranes with cetrimonium bromide (CTAB) was performed. Cells were immobilized in LentiKats® with 100% retention of the catalytic activity. The enzyme ω−TA was immobilized on several supports, and the best results were obtained with Eupergit® CM and LentiKats® supports. The cells (non-permeabilized and permeabilized) and the enzyme immobilized in LentiKats®, allowed reusing the biocatalysts up to 5 and 10 cycles of synthesis of APB, maintaining around 80 and 70% of the initial activity respectively. Finally, it was shown that the mutated aspartase (AspB-C6) from AspB, catalyzes the regioselective amination of crotonic acid to yield β−aminobutyrate. This enzyme was immobilized on Eupergit® C and MANA-agarose supports, according to the immobilization methods established for AspB on the same supports. The immobilization yields were similar; however the retained activities were lower than those obtained for AspB.

La evolución de los dispositivos MOS ha conllevado una reducción de tamaño de los mismos con el fin de mejorar sus prestaciones. Sin embargo, este continuo escalado se ha topado con un límite físico: la delgada capa aislante de SiO2 (entre otros), que fuerza la búsqueda de nuevas alternativas que permitan abastecer al exigente mercado tecnológico. En las dimensiones en las que actualmente se trabaja, del orden de nanómetros, los fenómenos cuánticos adquieren gran importancia siendo, entre otros, las corrientes de fuga uno de los principales escollos con los que se ha de lidiar. Estas corrientes provocan un aumento del consumo de potencia y disminución de la fiabilidad del dispositivo. Entre las alternativas que se perfilan como posibles opciones para reducir estas corrientes de fuga, la sustitución del hasta ahora principal aislante de la electrónica, el SiO2, por un material con una mayor constante dieléctrica, high-k (HK), ocupa una posición aventajada. Estos nuevos materiales HK permitirían mantener la misma capacidad del óxido que se obtendría usando un determinado grosor de SiO2 pero, utilizando un grosor físico mayor, reduciendo de esta manera las corrientes de fuga a través de la puerta del MOSFET. Aunque es una idea ampliamente aceptada no por ello es una tarea sencilla, ya que la introducción de estos nuevos materiales no está exenta de problemas que puedan influir en la fiabilidad del dispositivo. Por ejemplo, la morfología de los high-k y su impacto en las propiedades eléctricas del stack son factores importantes que deben ser considerados ya que pueden influir en el correcto funcionamiento del dispositivo. Los materiales bajo estudio son varios y diversos, pero gran parte de la comunidad científica apunta hacia el HfO2, o aleaciones relacionadas, y el Al2O3, como sustitutos del SiO2. Esta tesis, enmarcada en el campo de la microelectrónica, y concretamente en el estudio de la fiabilidad y caracterización eléctrica de los dispositivos MOS (Metal Óxido Semiconductor) de última generación, basados en HfO2, se centra principalmente en la evaluación, a escala nanométrica, de las propiedades morfológicas y eléctricas de dispositivos MOS fabricados con dieléctricos high-k (en concreto el HfO2). Particularmente, se analiza la influencia de la cristalización de la capa de HfO2, característica que adquiere tras haber sido sometida a un proceso de annealing durante el proceso de fabricación, en las propiedades eléctricas de la misma. Dicha cristalización puede alterar las propiedades morfológicas del material, lo que a su vez, puede repercutir en su homogeneidad eléctrica y su fiabilidad. También se ha llevado a cabo el estudio a escala nanométrica del fenómeno Resistive Switching, principal principio de operación de las memorias resistivas de acceso aleatorio (ReRAM). La evaluación del impacto de la cristalización, a escala nanométrica, se ha llevado a cabo mediante el uso de técnicas y herramientas de caracterización con resoluciones nanométricas como el AFM (Atomic Force Microscope) y técnicas relacionadas como el C-AFM (Conductive Atomic Force Microscope) o el Kelvin Probe Force Microscope (KPFM). / The evolution of MOS devices has involved an important shrinking in the transistor size with the aim of improve their benefits. However, this continuous miniaturization has found its physical limits in the thin SiO2 dielectric layer with current sizes at nanometric scale. Due to the continuous SiO2 layer thickness shrinking in a MOS transistor, tunnelling current increased more and more becoming the dominant source of device leakage. The main consequences of this leakage current enlargement are, on one hand, the consumption increase and, on the other hand, the impoverishment of the reliability of the device, which can be understood as an increment of the probability that the device failure happens for shorter times than usually. As a possible alternative to reduce the tunnelling current and also to avoid reliability issues, materials with higher dielectric constant were proposed to replace the SiO2 layer. These materials, known as high-k dielectrics, allow to obtain the equivalent performance for the capacitance with a larger physical thickness reducing, therefore, the leakage current. However, this substitution, although it sounds simple it is really a complicate issue since the introduction of new materials has associated new challenges and difficulties that must be solved. For example, the morphology of the high-k material and its impact on the electrical properties of the stack are important factors to be considered. Different materials are under study but HfO2, and related alloys, and Al2O3 are highlighted materials. This thesis, enshrined in the field of microelectronics and, specifically, in the reliability and electrical characterization of MOS devices based on high-k dielectrics, has been devoted to the analysis of nanoscale morphological and electrical properties of thin HfO2 layers with the aim to gain more insight in these new materials and related problems. Concretly, the influence of their polycrystallization on the electrical properties and breakdown (BD) of a HfO2 based gate stack has been evaluated. The study of the Resistive Random Access Memory (ReRAM) operating principle, Resistive Switching (RS), has been also investigated on MIM structures with HfO2 as dielectric. Since many of the problems associated to these materials (like, for example, their polycrystallization) and the failure mechanisms that affect the gate oxide are phenomena that have been found to have a nanometric origin, these analyses have been performed with AFM and related techniques as CAFM (Conductive Atomic Force Microscopy) or KPFM (Kelvin Probe Force Microscopy).

Les dimensions dels transistors disminueixen per a cada nova tecnologia CMOS. Aquest alt nivell d'integració complica el procés de fabricació dels circuits integrats, apareixent nous mecanismes de fallada. En aquest sentit, els mètodes de diagnosi actuals no són capaços d'assumir els nous reptes que sorgeixen per a les tecnologies nanomètriques. A més, la inspecció física de fallades (Failure Analysis) no es pot aplicar des d'un bon començament, ja que els costos de la seva utilització són massa alts. Per aquesta raó, conèixer el comportament dels defectes i dels seus mecanismes de fallada és imprescindible per al desenvolupament de noves metodologies de diagnosi que puguin superar aquests nous reptes. En aquest context, aquesta tesi presenta l'anàlisi dels mecanismes de fallada i proposa noves metodologies de diagnosi per millorar la localització de ponts (bridge) i oberts (open). Per a la diagnosi de ponts, alguns treballs s'han beneficiat de la informació obtinguda durant el test de corrent (IDDQ). No obstant no han tingut en compte l'impacte del corrent de dowsntream. Per aquesta raó, en aquesta tesi s'analitza l'impacte d'aquest corrent degut als ponts i la seva dependència amb la tensió d'alimentació (VDD). A més, es presenta una nova metodologia de diagnosi basada en els múltiples nivells de corrent. Aquesta tècnica considera els corrents generats per les diferents xarxes connectades pel pont. Aquesta metodologia s'ha aplicat amb èxit a un conjunt de xips defectuosos de tecnologies de 0.18 µm i 90 nm.Com alternativa a les tècniques basades en corrent, els shmoo plots també poden ser útils per a la diagnosi. Tradicionalment s'ha considerat que valors baixos de VDD són més apropiats per a la detecció de ponts. Tanmateix es demostra en aquesta tesi que en presència de ponts connectant xarxes equilibrades, valors alts de VDD són fins i tot més apropiats que tensions baixes, amb la conseqüent implicació que això té per a la diagnosi.En relació als oberts, s'ha dissenyat i fabricat un xip amb la inclusió intencionada d'oberts complets (full opens) i oberts resistius. Experiments fets amb els xips demostren l'impacte de les capacitats d'acoblament de les línies veïnes. A més, pels oberts resistius s'ha comprovat la influència de l'efecte història i de la localització de l'obert en el retard. Tradicionalment s'ha considerat que el retard màxim s'obté quan un obert resistiu es troba al principi de la línia. No obstant això no es pot generalitzar a oberts poc resistius, ja que en aquests casos es demostra que el màxim retard s'obté per a una localització intermèdia. A partir dels resultats experimentals obtinguts amb el xip, s'ha desenvolupat una nova metodologia per a la diagnosi d'oberts complets a les línies d'interconnexió. Aquest mètode divideix la línia en diferents segments segons la informació de layout de la pròpia línia. Aleshores coneixent els valors de les línies veïnes, es prediu la tensió del node flotant, la qual es compara amb el resultat experimental obtingut a la màquina de test. Aquest mètode s'ha aplicat amb èxit a un seguit de xips defectuosos pertanyents a una tecnologia de 0.18 µm.Finalment, s'ha analitzat l'impacte que tenen els corrents de túnel a través del terminal de porta en presència d'un obert complet. Com les dimensions disminueixen per a cada nova tecnologia, l'òxid de porta és suficientment prim com per generar corrents de túnel que influencien el node flotant. Aquests corrents generen una evolució temporal al node flotant fins fer-lo arribar a un estat quiescent, el qual depèn de la tecnologia. Es comprova que aquestes evolucions temporals són de l'ordre de segons per a una tecnologia de 0.18 µm. Tanmateix les simulacions demostren que aquests temps disminueixen fins a uns quants µs per a tecnologies futures. Degut a l'impacte dels corrents de túnel, un seguit d'oberts complets s'han diagnosticat en xips de 0.18 µm. / Transistor dimensions are scaled down for every new CMOS technology. Such high level of integration has increased the complexity of the Integrated Circuits (ICs) manufacturing process, arising new complex failure mechanisms. However, present diagnosis methodologies cannot afford the challenges arisen for future technologies. Furthermore, physical failure analysis, although indispensable, is not feasible on its own, since it requires high cost equipment, tools and qualified personnel. For this reason, a detailed understanding and knowledge of defect behaviours is a key factor for the development of improved diagnosed methodologies to overcome the challenges of nanometer technologies. In this context, this thesis presents the analysis of existing and new failure mechanisms and proposed new diagnosis methodologies to improve the diagnosis of faults, focused on bridging and open faults.IDDQ is a well known technique for the diagnosis of bridging faults. However, previous works have not considered the impact of the downstream current for the diagnosis of such faults. In this thesis, the impact and the dependence of the downstream current with the power supply voltage (VDD) is analyzed and experimentally measured. Furthermore, a multiple level IDDQ based diagnosis technique is presented. This method takes benefit from the currents generated by the different network excitations. This technique is successfully applied to real defective devices from 0.18 µm and 90 nm technologies.As an alternative to current based techniques, shmoo plots can be also useful for diagnosis purposes. Low voltage has been traditionally considered as an advantageous condition for the detection of bridging faults. However, it is demonstrated that in presence of bridges connecting balanced n- and p-networks, high VDD values are also advantageous for the detection of bridges, which has its direct translation into diagnosis application. Experimental evidence of this fact is presented.Related to open faults, an experimental chip has been designed and fabricated in a 0.35 µm technology, where full and resistive open defects have been intentionally added. Different experiments have been carried out so that the impact of the neighbouring coupling capacitances has been quantified. Furthermore, for resistive opens, experiments have demonstrated the influence of the history effect and the location of the defect on the delay. Traditionally, it has been reported that the highest delay is obtained when the resistive open is located at the beginning of the net. Nevertheless, this thesis demonstrates that this is not true for low resistive open, since the highest delay is obtained for an intermediate location. Experimental measurements prove this behaviour.Derived from the results obtained with the fabricated chip, a new methodology for the diagnosis of interconnect full open defects is developed. The FOS (Full Open Segment) method divides the interconnect line into different segments based on the topology of the faulty line. Knowing the logic state of the neighbouring lines, the floating net voltage is predicted and compared with the experimental results obtained on the tester. This method has been successfully applied to a set of 0.18 µm defective devices. Finally, the impact of the gate tunnelling leakage currents on the behaviour of full open defects has also been analyzed. As technology dimensions are scaled down, the oxide thickness is thin enough so that the gate tunnelling leakage currents influence the behaviour of floating lines. They cause transient evolutions on the floating node until reaching the steady state, which is technology dependent. It is experimentally demonstrated that these evolutions are in the order of seconds for a 0.18µm technology. However, for future technologies, simulations show that the evolutions decrease down to a few µs. Based on this factor, some full open faults present in 0.18 µm technology devices are diagnosed.

En las pasadas décadas, la investigación en tecnología de terahercios fue únicamente motivada por instrumentación para los campos de astrofísica y ciencias de la tierra. La principal línea de investigación de estos campos comprende la detección, identificación y mapeo mediante espectroscopia molecular de bandas de emisión y absorción de gases a baja presión. Este campo fue el mayor foco de desarrollo que permitió en primer lugar el desarrollo de instrumentación y tecnología a bandas de terahercios. En contraposición con su uso en campos científicos, la radiación de terahercios es una de las bandas de radio-frecuencia menos usadas en el ámbito comercial. La escasez de fuentes, sensores, sub-sistemas e instrumentos ha dificultado en los últimos años la proliferación de aplicaciones para un mayor público de consumo. La combinación de los últimos avances tecnológicos provenientes del campo científico, así como el descubrimiento de nuevas aplicaciones ha despertado de nuevo el interés por este campo, lo que ha supuesto un nuevo impulso económico para el desarrollo a estas frecuencias tanto a nivel público como privado. Además del mencionado interés científico, la radiación de terahercios tiene características muy atractivas como por ejemplo una buena resolución espacial (comparada con menores frecuencias), penetración en materiales, capacidades espectroscópicas, absorción por humedad y niveles bajos de energía. El trabajo desarrollado en esta tesis es parte de un proyecto de investigación a nivel nacional Español denominado Terasense. El interés principal de este proyecto es equipar las instituciones de investigación académicas con un nuevo conjunto de instrumentación y capacidades para poder desarrollar proyectos en el estado del arte en el campo de ondas milimétricas y sub-milimétricas. El objetivo principal de esta tesis es explorar la viabilidad de sistemas de imagen en microondas y ondas milimétricas basados en técnicas holográficas mediante medidas de intensidad. En este documenta se estudia principalmente el uso de la técnica holográfica con referencia desplazada. No solo desde un punto de vista teórico sino especialmente desde un punto de vista experimental y práctico. En la tesis, diferentes experimentos y dispositivos son simulados, diseñados e implementados. La ida y vuelta entre software y hardware ha permitido la creación de un marco de desarrollo para el test de las diferentes técnicas de imagen estudiadas. El rango de frecuencia escogido como meta para este proyecto es la banda de frecuencia W (75-110 GHz). Sin embargo, muchos experimentos han sido desarrollados primero en banda X (8-12 GHz) para desarrollar la experiencia necesaria requerida para trabajar a frecuencias superiores en el rango de las ondas milimétricas. / In past decades research in terahertz technology was solely motivated by instruments for topics such as astrophysics, planetary and earth sciences. Molecular line spectroscopy detection, identification and mapping of thermal emission and absorption signatures from low pressure gases comprised the main focus for most scientific requirements and motivated the development of terahertz instrumentation and technology. In spite of the scientific contributions of terahertz radiation, its spectrum is still one of the least used electromagnetics bands in commercial use. The unavailability of sources, sensors, sub-systems and instruments has been a cumbersome issue over the past years for its wide-spread use in commercial instrumentation. The combination of technological advances coming from the space-based community, along with the emergence of new applications, have managed to drive again the interest from both public and private sectors which has renown and skyrocketed the funding and research in terahertz applications. Aside from the aforementioned scientific interest, terahertz radiation has appealing characteristics such as good imaging resolution (as compared to lower frequencies), material penetration, spectroscopic capabilities, water absorption and low energy levels. The work of this thesis is part of a Spanish national research project called Terasense. The main focus of the project is to equip national academic research institutions with a completely new set of instrumentations and capabilities in order to advance towards the current state of the art in millimeter and sub-millimeter wave technologies. The main objective of this thesis is to explore the viability of microwave and millimeter-wave imaging systems based on intensity-only holographic techniques. This dissertation is mostly focused on the Off-Axis Holography technique. Not only from a theoretical perspective but specially from an actual implementation standpoint. In order to do so, different experimental setups and devices have been designed and manufactured. Iteration between hardware and software has created a framework for devising and testing different imaging techniques under consideration. The frequency range W-Band (75-110 GHz) has been chosen as the main goal for all systems under study, however different setups will first be constructed, characterized and tested at X-Band (8-12 GHz) in order to build up the expertise required to work at millimeter-wave frequencies.