El presente trabajo de investigación aborda la problemática del daño por radiación en disposi- tivos, ciruitos y sistemas microelectrónicos, situación que se presenta habitualmente cuando los mismos son utilizados en aplicaciones espaciales o nucleares. Durante el desarrollo de la tesis se propone una metodología integrada por diferentes técnicas de diseño que permiten incrementar la tolerancia a este tipo de fallas en los sistemas. Asimismo, se detallan los ensayos de radiación realizados para validar la metodología y las contribuciones aportadas en dichos procedimientos. El material presentado se articula en dos partes, dividiéndose el mismo en función del tipo de fenómeno con el que se pueden asociar los distintos tipos de fallas inducidas por radiación. En la primera parte se presenta el problema de daño acumulativo, mientras que en la segunda se trata el problema de errores producidos por fallas transitorias. En ambas partes se introduce primero la problemática, para luego pasar a detallar lo realizado paracombatir sus efectos y finalmente describir los procedimientos de validación experimental. Temas como tecnología CMOS, entorno de radiación espacial y metodología de seleción de partes para misiones espaciales han sido incor- porados en apéndices, a modo de referencia. La validez de la metodología propuesta se encuentra respaldada con la fabricaión de más de seis ciruitos integrados, donde las implementaciones físicas de los diseños fueron realizadas en diversas tecnologías modernas utilizando las técnicas propuestas. Los resultados experimentales fueron obtenidos durante la realización de diversos ensayos de irradiación en aceleradores de partículas con iones pesados y protones de alta energía. / This research deals with the issues that arise due to radiation damage in microelectronic devices, circuits and systems, a situation that occurs often in nuclear and space applications. Throughout this thesis, a method will be presented that is composed of different design techni- ques that aim to increase the system's tolerance to this type of damage. Furthermore, radiation experiments are presented which serve both to validate this methodology and also provide valua- ble contributions on the subject. The text is presented in two parts, each studying one phenomena that can be associated with acertain type of system failure induced by radiation. The first part introduces the effects ofcumulative damage while the second part deals with errors that occur due to sudden failures or conditions. Each part is structured as follows: the main problem is introduced, the possible solutions are presented and finally the experiments that validate the methods are explained. Complementary data which includes CMOS technology, space radiation environment and part selection methodology for space missions is included in the form of ap- pendixes, to provide background information. The main body of work is validated by the design and fabrication of over six different integrated circuits in several modern technologies using the proposed techniques. The results of several radiation tests were obtained in particle accelerators through the use of heavy ions and high-energy protons.

En esta tesis se ha estudiado en forma teórica la adsorción de diferentes moléculas sobre la superficie (111) de la aleación PtCo, la cual se utiliza como electrodo en celdas de combustible entre otros fines catalíticos. La adsorción de benceno es analizada para estudiar la estabilidad, reactividad y las propiedades físicas, química y magnéticas de la superficie. Luego, en una segunda instancia se estudió la adsorción de metanol sobre la mencionada superficie. Todos los cálculos fueron realizados a nivel de Primeros Principios mecánico cuánticos basados en Teoría del Funcional de la Densidad. Se determinó la geometría del benceno adsorbido y los resultados teóricos se compararon con datos experimentales. Se calcularon las poblaciones de solapamiento de los enlaces C-H, C-C y adsorbato-metal, las densidades de estado y las frecuencias de vibración. En el caso de la co-adsorción con CO, los resultados obtenidos permiten explicar como es la interacción entre las moléculas co-adsorbidas y el orden secuencial de la misma. En el caso del metanol, después de determinar la geometría de adsorción, se realizó la corrección energética proporcionada por las fuerzas de interacción de van der Waals ya que esta molécula se adsorbe débilmente a la superficie. Luego, se computaron las poblaciones de solapamiento y los ordenes de enlace de C-H, C-C, O-H y adsorbato-metal, como así también las densidades de estado y las frecuencias de vibración. En todos los casos los procesos de adsorción resultaron favorables. Las frecuencias de vibración calculadas para las moléculas de benceno y metanol adsorbidas muestran un corrimiento al rojo con respecto a las mismas en la fase gaseosa. / In this thesis have been studied in a theoretical form the adsorption of different molecules on the (111) surface of the PtCo alloy, which is used as fuel cells electrode among other catalytic interest. The benzene adsorption is analyzed to study the stability, reactivity, and physical, chemical and magnetical properties of the surfaces. Later, in a second step, the methanol adsorption has been analyzed over the same surface. All calculations were realized a First Principles quantum mechanical level based on Density Functional Theory. The benzene adsorption geometry has been determinated and the results compared with experimental data. The overlap populations of the C-H, C-C and adsorbate-metal bonding, the density of states and the vibrational frequencies have also been computed. In the case of the co-adsorption with CO, the obtained results explain how is the interaction between the co-adsorbed molecules and the sequential order itself. In the methanol case after adsorption geometry determination, the energetic correction provided by van der Waals interaction forces was considered because this molecule is weakly adsorbed at the surface. Then, the overlap population and bond orders for C-H, C-C, O-H and adsorbatemetal were computed, as well as the density of states and vibrational frequencies. In all cases, the adsorption process has been favorable. The computed vibrational frequencies for methanol and benzene adsorbed molecules shown a red shift with respect to the gas phase.

Hydrogenated Aluminum Oxynitride (AlNxOy:H) is a versatile material for the surface passivation of crystalline silicon (c-Si). The capability of having positive or negative fixed charges makes AlNxOy:H a suitable material for surface passivation of both n-type and p-type c-Si. Terbium (Tb) implemented in thin films is known for its potential for downshifting light. This work studies the electronic properties of the Tb-doped AlNxOy:H/cSi(p) interface. The studied samples’ layers were deposited by reactive direct current (DC) sputtering with different hydrogen flows and then annealed. Due to high leakage currents and high defect densities, the electronic properties of the Tb-doped AlNxOy:H layers could not be analyzed conclusively using standard techniques such as high-frequency capacitance-voltage (HF-CV) or quasi-steady-state photoconductance (QSSPC) measurements, respectively. As an alternative, the non-contact Surface Photovoltage (SPV) characterization technique enabled a profound investigation of the electronic features of the Tb-doped AlNxOy:H/c-Si (p) interface. Both modulated SPV and transient SPV measurements are performed. The capabilities of the SPV measurements make this technique unique and very effective in observing and measuring critical passivation properties of the Tb-doped AlNxOy:H samples. Particularly the transient SPV of the Tb-doped AlNxOy:H samples enabled the observation of different optical transitions (band to band, band to defect, defect to band) and carrier transport mechanisms between the Si surface and the Tb-doped AlNxOy:H. The changes in relaxation times among Tb-doped AlNxOy:H samples are noticeable due to spatial separation among defects (tunneling). This study uses complementary measurements like X-ray reflectometry (XRR), Photoluminescence (PL) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) to obtain valuable information about the AlNxOy:H layer and the AlNxOy:H/c-Si(p) interface that validates the SPV results and observations. In the c-Si, through SPV, we observed strong accumulation with passivation of boron acceptors and the generation of defects near the interface. When the hydrogen flow was increased, the net negative charge in the Tbdoped AlNxOy:H layer decreased, and the surface photovoltage signals associated with defects increased. Transients SPV at higher hydrogen flows decayed faster, and hopping transport via an exponential distribution of trap states in energy replaced trap-limited relaxation of charge carriers separated in space. The particular conditions that these AlNxOy:H samples have, make transient SPV spectroscopy a unique and reliable technique to observe the electronic properties of the AlNxOy:H/c-Si(p) interface. / El oxinitruro de aluminio hidrogenado (AlNxOy:H) es un material versátil para la pasivación superficial del silicio cristalino (c-Si). La capacidad de tener cargas fijas positivas o negativas hace del AlNxOy:H un material adecuado para la pasivación superficial de c-Si tanto de tipo n como de tipo p. El terbio (Tb) implementado en láminas delgadas es conocido por su potencial para desviar la luz hacia abajo. En este trabajo se estudian las propiedades electrónicas de la interfase (AlNxOy:H)/c-Si (p) dopada con Tb. Las capas de las muestras estudiadas fueron depositadas mediante sputtering reactivo DC con diferentes flujos de hidrógeno y posteriormente recocidas. Debido a las elevadas corrientes de fuga y a las altas densidades de defectos, las propiedades electrónicas de las capas de AlNxOy:H dopadas con Tb no pudieron analizarse de forma concluyente utilizando técnicas estándar como las medidas de capacitanciavoltaje de alta frecuencia (HF-CV) o de fotoconductancia en estado cuasi estable (QSSPC), respectivamente. Como alternativa, la técnica de caracterización de fotovoltaje superficial (SPV) sin contacto permitió investigar en profundidad las características electrónicas de la interfaz AlNxOy:H/c-Si (p) dopada con Tb. Se realizan tanto medidas de SPV modulado como de SPV transitorio. Las capacidades de las medidas de SPV hacen que esta técnica sea única y muy eficaz para observar y medir las propiedades críticas de pasivación de las muestras de AlNxOy:H dopadas con Tb. En particular, la SPV transitoria de las muestras de AlNxOy:H dopadas con Tb permitió observar diferentes transiciones ópticas (banda a banda, banda a defecto, defecto a banda) y mecanismos de transporte de portadores entre la superficie de Si y el AlNxOy:H dopado con Tb. Los cambios en los tiempos de relajación entre las muestras de AlNxOy:H dopadas con Tb son apreciables debido a la separación espacial entre defectos (tunelización). Este estudio utiliza medidas complementarias como XRR, PL y FTIR para obtener información valiosa sobre la capa de AlNxOy:H y la interfase AlNxOy:H/c-Si (p) que valida los resultados y observaciones del SPV. En el c-Si, mediante SPV, observamos una fuerte acumulación con pasivación de aceptores de boro y la generación de defectos cerca de la interfaz. Al aumentar los flujos de hidrógeno, disminuyó la carga negativa neta en la capa de AlNxOy:H dopada con Tb, y aumentaron las señales de fotovoltaje superficial asociadas a los defectos. Los transitorios SPV a mayores flujos de hidrógeno decaían más rápidamente, y el transporte por saltos a través de una distribución exponencial de estados trampa en energía sustituía a la relajación limitada por trampas de portadores de carga separados en el espacio. Las condiciones particulares que presentan estas muestras de AlNxOy:H hacen de la espectroscopia SPV transitoria una técnica única y fiable para observar las propiedades electrónicas de la interfase AlNxOy:H/c-Si(p).

Seminario de Título entregado a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al Título de Químico Ambiental. / Chile es un país en desarrollo que posee políticas energéticas comprometidas con el medio ambiente, para el 2035 se espera que un 60% de la energía producida en el país sea renovable y para el 2050 debe ser al menos de un 70%. Como algunos de los sistemas de energías renovables poseen una potencia de salida variable, es necesario trabajar con tecnologías de almacenamiento de energía para lograr una integración eficiente a los sistemas de electricidad en Chile y así poder utilizar toda la energía producida. El objetivo general de este trabajo es evaluar desde un punto de vista ambiental diez tipos de sistemas de almacenamiento de energía: almacenamiento por bombeo hídrico, almacenamiento por aire comprimido, almacenamiento kinésico, almacenamiento por celdas de combustible hidrógeno, almacenamiento Power-to-Gas, almacenamiento de combustible solar, almacenamiento con baterías de Plomo/Ácido, almacenamiento con baterías de litio, almacenamiento de baterías de flujo de Vanadio y almacenamiento térmico con materiales de cambio de fase, con el fin de entregar insumos relevantes como herramientas de diseño y planificación de los sistemas eléctricos y así contar con sistemas más sustentables con el medio ambiente y con mayor eficiencia energética. Para lograr lo anterior se realizó una revisión de la literatura medioambiental y la literatura de los sistemas de almacenamiento de energía logrando realizar una clasificación y caracterización de las distintas tecnologías considerando el tipo de almacenamiento que utilizan. También se tomaron en cuenta los materiales requeridos para su elaboración, sus procesos, componentes y aspectos operacionales, definiendo para el análisis como etapas del ciclo de vida: materias primas, implementación, operación y fin de su vida útil. Del eje ambiental se consideraron cinco aspectos aire, agua, suelo, flora y fauna, y las personas. Con esto se evalúa cada etapa del ciclo de vida de los sistemas de almacenamiento de energía en cada ámbito ambiental. Al analizar las distintas tecnologías desde el punto de vista de sus etapas del ciclo de vida podemos apreciar que cuando están en etapa de materias primas las que poseen un mayor nivel de impactos son el almacenamiento de bombeo hídrico y las baterías de Plomo/Ácido, la primera debido al tamaño del sistema y la segunda por el nivel de toxicidad de sus componentes. Al momento de implementar los sistemas de almacenamiento siguen predominando las baterías de Plomo/Ácido con mayores magnitudes de impactos. Luego durante su operación, el almacenamiento energético por bombeo hídrico tiene mayores impactos. Y al fin de su vida útil las baterías de Plomo/Ácido siguen siendo las que poseen un mayor nivel de daño por el nivel de toxicidad de sus componentes y que requieren de un cuidadoso manejo durante su reciclaje. En general durante todo su ciclo de vida, los sistemas con mayores grados de impactos ambientales negativos fueron las baterías de Plomo/Ácido y el almacenamiento por bombeo hídrico. Los tres sistemas que generan un menor número de impactos durante todo su ciclo de vida son el Combustible Solar, Power-to-gas y las celdas de combustible hidrógeno. / Chile is a developing country that has energy policies committed to the environment, by 2035 it is expected that 60% of the energy produced in the country will be renewable and by 2050 it should be at least 70%. As some of the renewable energy systems have a variable output power, it is necessary to work with energy storage technologies to achieve an efficient integration to the electricity systems in Chile and be able to use all the energy produced. The objective of this work is to evaluate from an environmental point of view ten types of energy storage systems: by water pumping, by compressed air, kinesics storage, by hydrogen fuel cells, Power-to-Gas storage, of solar fuel, with Lead-acid batteries, with Lithium batteries, of Vanadium flow batteries and thermal storage with phase change materials, in order to deliver relevant inputs such as design and planning tools and have more sustainable systems with the environment and greater energy efficiency. To achieve the above, a review of the environmental literature and the literature of the energy storage systems was carried out, achieving a classification and characterization of the different technologies considering the type of storage they use. The materials required for its elaboration, processes, components and operational aspects were also considered, defining for the analysis as life cycle stages: raw materials, implementation, operation and end of its useful life. On the environmental axis, five aspects were considered: air, water, soil, flora and fauna, and people. This evaluates each stage of the life cycle of the energy storage systems in each environmental area. When analyzing the different technologies from the point of view of their life cycle stages we can appreciate that when they are raw materials those that have a higher level of impacts are the Pumped Hydroelectric storage and Lead-Acid batteries, the first due to the size of the system and the second by the level of toxicity of its components. At the time of implement the storage systems Lead-Acid batteries are still predominating with greater impact magnitudes. Then during the operation, the Pumped Hydroelectric storage has greater impacts. And at the end of its useful life Lead-Acid Batteries are still those that have a higher level of damage due to the level of toxicity of its components and that require careful handling during recycling. In general, throughout its life cycle, the systems with the highest degrees of negative environmental impacts were Lead-Acid batteries and Pumped Hydroelectric storage. The three systems that generate a lower number of impacts throughout their life cycle are Solar Fuel, Power-to-gas and hydrogen fuel cells.

La presente investigación desarrolla un plan de mejora del área de pintura para una empresa fabricante de tableros y celdas eléctricas, que desea implementar un sistema que mejore la línea de producción de las piezas metálicas y consecuentemente reduzca los tiempos de pintado, secado y reprocesos generados que actualmente se pueden encontrar en la empresa. Además de permitir una mejor atención al cliente en cuanto a las entregas oportunas del producto terminado y regular los procesos de producción mediante la propuesta del nuevo sistema y mejoras. Por medio de la propuesta de implementación de un sistema de pintura Electrostática, también denominada pintura en polvo, se podrá dar un cambio sustancial tanto del entorno laboral, como productivo y económico, estableciendo medidas adecuadas que permitan trabajar de forma eficiente en el proceso de pintura. Se inicia con un mapeo, toma de datos y evidencias relevantes que nos indican las deficiencias en el área a estudiar. Es así que se plantea demostrar que un sistema de pintura electrostática mejorará el proceso del área de pintura. Además se muestra el costo de la inversión que representa la implementación del sistema de pintura electrostática y los beneficios al cabo de la propuesta de implementación, terminando con las conclusiones y recomendaciones al finalizar el proyecto de investigación. Se recogieron datos del año 2015, del sistema que se utiliza actualmente en el proceso de pintura, comparando resultados con el sistema de pintura propuesto. The present investigation develops an improvement plan to the painting area, for the manufacture of electrical panels and cells, that it wants to implement a system to improve the production line of metal parts and consequently reduce times of painting, drying and rework, usually generated in the company. Also to permit a better customer service in terms of timely deliveries of finished product and regulate the production processes by proposing the new system and improvements. By the proposal implementation of a system of electrostatic painting, also called as powder, it can make an important change between work environment as productive and economical, establishing appropriate measures and to permit work efficiently in the painting process . It starts with a mapping, data collection and relevant evidence which indicate deficiencies in the area to study. It's like that propose illustrated a system that improve electrostatic painting process of painting area. Also the cost of the investment required to implement the system of electrostatic painting and benefits of the proposal after the implementation, ending with conclusions and recommendations at the end of the research project it is shown. The information was collected in 2015, of the actual system used in the painting process, comparing results with the proposed system.

[ES] Los sistemas de antenas de bajo perfil en la banda de ondas milimétrica han suscitado un creciente interés en los últimos años. Esta tesis presenta el diseño de antenas de bajo perfil basadas en lentes planas de microondas de doble polarización, con alta ganancia y con simetría en el diagrama de radiación. En concreto, la tesis se enfoca en lentes planas con dieléctricos artificiales, e iluminadas por bocinas de bajo perfil. Para mejorar esta iluminación, también se han diseñado alimentadores de bajo perfil con dieléctricos artificiales. En esta Tesis se realiza una revisión de diferentes métodos para el control de la constante de propagación en celdas periódicas de superficies selectivas en frecuencia (FSS), así como de los parámetros más importantes que rigen su comportamiento electromagnético. Las FSS multicapa son idóneas para el diseño de lentes planas de microondas ya que permiten controlar la fase del coeficiente de transmisión con pocas pérdidas, y son fáciles de diseñar y construir. Las lentes diseñadas con este tipo de FSS son estructuras planas, de bajo perfil y peso reducido. Esto se debe a la capacidad de las FSS de modificar la constante de propagación por medio de una estructura que no requiere contacto entre capas. Para poder iluminar las lentes apropiadamente, en esta tesis se analizan diversos tipos de alimentadores y se propone un alimentador de bajo perfil con gran pureza de polarización y alta eficiencia. Esto se consigue insertando corrugaciones radiales en las paredes de la bocina, con lo que se consigue excitar un modo híbrido cuya distribución de campo es prácticamente uniforme en toda la apertura. Dado el coste computacional del análisis de onda completa de las lentes planas de microondas, en esta tesis se propone el diseño de las lentes usando gráficas paramétricas de las celdas unidad de las FSS. Estos diseños se han fabricado y medido, dando unos resultados experimentales excelentes, tanto en adaptación como en radiación. Estos resultados demuestran la viabilidad de usar FSS multicapa para el diseño de lentes planas de microondas. / [EN] Low-profile antenna systems in the millimeter-wave band have experienced an increasing interest in recent years. This thesis presents the design of low-profile antennas based on microwave flat lenses with double polarization, with high gain, and symmetric radiation pattern. In particular, the thesis focuses on flat lenses with artificial dielectrics, and illuminated by low-profile feeders. To improve this illumination, low-profile feeders with artificial dielectrics have also been designed. In this thesis, a review of different methods for the control of the propagation constant in periodic cells of frequency selective surfaces (FSS), as well as the most important parameters that govern its electromagnetic behavior, is carried out. The multilayer FSS are ideal for the design of flat microwave lenses since they allow controlling the phase of the transmission coefficient with few losses and are easy to design and build. Lenses designed with this type of FSS are flat structures, low profile, and low weight. This is due to the ability of the FSS to modify the propagation constant through a structure that does not require contact between layers. In order to be able to illuminate the lenses properly, in this thesis different types of feeders are analyzed and a low-profile feeder with high polarization purity, and high efficiency is proposed. This is achieved by inserting radial corrugations into the walls of the horn, which makes it possible to excite a hybrid mode whose field distribution is practically uniform throughout the aperture. Given the computational cost of the full-wave analysis of microwave flat lenses, this thesis proposes the design of the lenses using parametric studies of the FSS unit cells. These designs have been manufactured and measured, giving excellent experimental results, both in matching and radiation. These results demonstrate the feasibility of using multilayer FSS for the design of microwave flat lenses. / [CA] Els sistemes d'antenes de baix perfil en la banda d'ones millimètriqueses han suscitat un creixent interés en els últims anys. Aquesta tesi presenta el disseny d'antenes de baix perfil basades en lents planes de microones de doble polarització, amb alt guany i amb simetria en el diagrama de radiació. En concret, la tesi s'enfoca en lents planes amb dielèctrics arti- ficials, i il luminades per botzines de baix perfil. Per a millorar aquesta il luminació, també s'han dissenyat alimentadors de baix perfil amb die- lèctrics artificials. En aquesta Tesi es realitza una revisió de diferents mètodes per al control de la constant de propagació en cel les periòdiques de superfícies selectives en freqüència (FSS), així com dels paràmetres més importants que regeixen el seu comportament electromagnètic. Les FSS multicapa són idònies per al disseny de lents planes de microones perquè permeten controlar la fase del coeficient de transmissió amb poques pèrdues, i són fàcils de dissenyar i construir. Les lents dissenyades amb aquesta mena de FSS són estructures planes, de baix perfil i pes reduït. Això es deu a la capacitat de les FSS de modificar la constant de propagació per mitjà d'una estructura que no requereix contacte entre capes. Per a poder il luminar el lent apropiadament, en aquesta tesi s'analitzen di- versos tipus d'alimentadors i es proposa un alimentador de baix perfil amb gran puresa de polarització i alta eficiència. Això s'aconsegueix inserint co- rrugacions radials en les parets de la botzina, amb el que s'aconsegueix excitar una mode híbrid amb una distribució de camp pràcticament uni- forme en tota l'obertura. Donat el cost computacional de l'anàlisi d'ona completa de les lents planes de microones, en aquesta tesi es proposa el disseny de les lents usant gràfi- ques paramètriques de les cel les unitat de les FSS. Aquests dissenys s'han fabricat i mesurat, donant uns resultats experimentals excel lents, tant en adaptació com en radiació. Aquests resultats demostren la viabilitat d'usar FSS multicapa per al disseny de lents planes de microones. / Moy Li, HC. (2020). Lentes de Microondas de bajo perfil en la banda de ondas milimétricas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149563 / TESIS