La societat modera presenta una creixent demanda d'energia, una quantitat significativa de la qual s'utilitza en il·luminació. El nitrur de Ga (GaN és un semiconductor de gap ample, base dels LEDs de llum blanca, que constitueixen una alternativa atractiva a les fonts de llum convencionals. Els LEDs presenten molts avantatges, tals com una llarga vida de funcionament, una mida compacta, resistència a la vibració, operació a baix voltatge, mínim cost de manteniment i un mínim impacte ambiental. L'estalvi gràcies a la substitució de les fonts de llum convencionals per LEDs seria de fins a un 20% en electricitat. Tot i que els LEDs d'alta eficiència ja estan disponibles comercialment, la seva eficiència encara requereix millores. El GaN, en la seva forma porosa, pot millorar l'extracció de la llum i l'eficiència quàntica interna d'aquests LEDs. El principal objectiu d'aquesta tesi es centra en la fabricació d'unions p-n de GaN totalment poroses per futures aplicacions en LEDs. Partícules i capes nanoporoses de GaN han estat sintetitzades per deposició química en fase vapor (CVD) a través de la reacció directa entre Ga i NH3, utitlizant diferents elements dopants tals com Mg i Si per generar els semiconductors requerits de tipus p i tipus n. L'avantatge de la nostra tècnica és que no es necessari fer cap tractament secundari després del creixement per generar la porositat. D'aquesta manera, s'han obtingut unions p-n poroses de GaN que mostres propietats prometedores per posibles aplicacions en LEDs basats en GaN d'alta brillantor i en sensors amb sensitivitat millorada. / La sociedad moderna presenta una creciente demanda de energía, una cantidad significativa de la cual se utiliza para iluminación. El nitruro de galio (GaN) es un semiconductor de gap ancho, base de los LEDs de luz blanca, que constituyen una alternativa atractiva a las fuentes convencionales de luz. Los LEDs presentan muchas ventajas tales como una larga vida de funcionamiento, un tamaño compacto, resistencia a la vibración, operación a bajo voltaje, mínimo coste de mantenimiento y un mínimo impacto ambiental. El ahorro gracias a la sustitución de las fuentes de luz convencionales por LEDs sería de hasta un 20% en electricidad. Los LEDs de alta eficiencia ya están disponibles comercialmente. Sin embargo, todavía requiere mejoras. El GaN, en su forma porosa, puede mejorar la extracción de la luz y la eficiencia cuántica interna de estos LEDs. El objetivo principal de esta tesis se centra en la fabricación de uniones p-n de GaN totalmente porosas para futuras aplicaciones en LEDs. Partículas y capas nanoporosas de GaN han sido sintetizadas por deposición química en fase vapor (CVD) a través de la reacción directa entre Ga y NH3, usando diferentes elementos dopantes tales como Mg y Si para generar los semiconductores requeridos de tipo p y tipo n. La ventaja de nuestra técnica es que no es necesario hacer ningún tratamiento secundario después del crecimiento para generar la porosidad. De esta manera, se obtuvieron uniones p-n porosas de GaN que muestran propiedades prometedoras para las posibles aplicaciones en LEDs basados en GaN de alto brillo y en sensores con sensitividad mejorada. / Modern society is experiencing a constantly increasing demand for energy. A significative amount of the energy consumed is used for lighting purposes. Gallium nitride (GaN) is a wide band gap semiconductor with important applications in white-light LEDs, which are an attractive alternative to conventional light sources with many benefits that include long operating life, compact size, vibration resistance, low-voltage operation, minimal maintenance cost and minimal environmental impact. The savings of replacing conventional light sources by LEDs would represent a reduction of around 20% in the total electricity consumed. High-efficiency and high power LEDs are now commercially available. However, the overall efficiency requires further improvement. GaN, in its porous form, is expected to enhance the light extraction and internal quantum efficiencies of these LEDs. The main objective of this thesis is focused on fabrication of fully porous p-n junctions for future LED applications. Nanoporous GaN particles and epitaxial layers were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) through the direct reaction between Ga and NH3, using different doping elements such as Mg and Si to generate the p- and n-type required semiconductors. The advantage of our technique is that it does not require any secondary treatment after growth to generate the pores. In this way, porous GaN p-n junctions were obtained showing promising properties for potential application in high brightness GaN-based light emitting diodes and sensor devices with improved sensitivity.

En aquesta tesis s’estudia l’aplicació de la tècnica Extremum Seeking Control per extreure la màxima potència de generadors fotovoltaics. Es realitza una anàlisi detallada d’aquesta tècnica per tal d’ajustar els paràmetres de l’algoritme i aconseguir així les prestacions desitjades. Per a millorar aquestes prestacions de l’algoritme de la dependència de la curvatura de la característica V-P del panel. El segon vol millorar les prestacions mitjançant la sincronització de senyals amb l’addició d’una unitat de processament de fase. Finalment, es limiten els transitoris dels elements dinàmics del generador fotovoltaic mitjançant un saturador que aportem al llaç de control. Amb totes aquestes millores i el correcte ajustament dels paràmetres de control es poden assolir temps d’establiment de l’ordre de milisegons i rendiments del control per sobre del 99.5%. / En esta tesis se estudia la aplicación de la técnica Extremum Seeking Control para extraer la máxima potencia de generadores fotovoltaicos. Se realiza un análisis detallado de esta técnica con el fin de ajustar los parámetros del algoritmo para conseguir las prestaciones deseadas. Para mejorar estas prestaciones se implementa la adición de diferentes bloques al algoritmo ESC. El primero de ellos se trata de un estimador del hessiano que permite desvincular las prestaciones del algoritmo de la dependencia de la curvatura de la característica V-P del panel. El segundo pretende mejorar las prestaciones mediante la sincronización de señales con la adición de una unidad de procesamiento de fase. Finalmente, se limitan los transitorios de los elementos dinámicos del generador fotovoltaico mediante un saturador que aportamos al lazo de control. Con todas estas mejoras y el correcto ajuste de los parámetros de control se puede alcanzar tiempos de establecimiento de la orden de milisegundos y rendimientos del control por encima del 99.5%. / n this thesis the application of the Extremum Seeking Control technique is studied to extract the maximum power of photovoltaic generators. A detailed analysis of this technique is carried out in order to adjust the algorithm parameters to achieve desired performances. To improve these benefits different blocks are added to ESC algorithm. The first one is an estimate of the Hessian that allows decoupling algorithm performances dependence on the curvature of the V-P characteristic of the panel. The second one aims to improve the performances by synchronizing signals with the addition of a phase processing unit. Finally, transients dynamic elements of the PV array are limited by a saturator added to the control loop. With all these improvements and the correct setting of the control parameters can be setup times achieving the order of milliseconds and returns control over 99.5%.

El problema de la rectificación AC/DC de la energía eléctrica con criterios de eficiencia de conversión de potencia, baja interferencia electromagnética, bajo contenido armónico en la corriente de línea, factor de potencia cercano a la unidad y regulación de tensión para cargas variables ha sido un tema de interés en los últimos años especialmente por la existencia de regulaciones estrictas sobre máximos permitidos en estas especificaciones.La necesidad de utilizar convertidores electrónicos conmutados en estos sistemas obliga al diseño de controladores para el logro de los objetivos deseados. Se han propuesto en la última década diversos esquemas y técnicas de control para sistemas de este tipo; siendo un requerimiento importante el que los esquemas y técnicas de control empleadas impliquen un bajo costo de implementación. Las implementaciones prácticas de estos controladores sin embargo, presentan algunos inconvenientes que se han reportado en la literatura y que animan a la búsqueda de otros esquemas y técnicas de control.En ésta tesis se presenta y valida mediante simulación y experimentación, un esquema de control para un rectificador AC/DC tipo boost de puente completo que ofrece la posibilidad de convertir el problema no estándar de control derivado de los objetivos en este sistema, en uno estándar de regulación que permite la utilización de técnicas de control lineales y no lineales simples y ampliamente conocidas. Esto se logra gracias a la utilización de una técnica de modelado promediado en el espacio de estados conocida como GSSA. Para la aplicación del esquema propuesto se requiere la construcción de filtros digitales que extraigan en tiempo real de los coeficientes complejos de Fourier para armónicos específicamente seleccionados de las señales. En esta tesis se diseñan filtros que satisfacen esta necesidad con un bajo costo computacional a fin de que la propuesta sea de complejidad similar a las técnicas convencionales.Bajo el esquema de control propuesto, se diseñan y validan algunos reguladores lineales y no lineales para el rectificador boost de puente completo cuyo objetivo es principal es mostrar que el esquema propuesto puede dar origen a la utilización de técnicas de control más simples diferentes a las utilizadas hasta ahora para este mismo problema. / The problem of power electric AC/DC rectification with power conversion efficiency, low electromagnetic interference, low harmonic content in the line current, closer to unity power factor, and voltage regulation for variable loads criteria, has been a topic of special interest in the last years due to the existence of strict regulations on the maximum allowed values for these specifications. The necessity to use electronic switching converters in these systems, forces to the design of controllers for the achievement of the desired objectives. In the last decade diverse schemes and control techniques for systems of this type have been proposed; being an important requirement the one that the used schemes and control techniques they imply a low implementation cost. Practical implementations of these controllers however, present some inconveniences that have been reported in the literature and that they encourage to the search of other schemes and control techniques. In this thesis a control scheme for a full-bridge type boost AC/DC rectifier is presented and validated by means of simulation and experimentation, which offers the possibility to transform the non-standard problem derived from the control objectives into this system, in one standard regulation problem, allowing the use of simpler and broadly well-known lineal and non-linear control techniques. This is achieved thanks to the use of a state space averaged modeling approach known as GSSA. For the application of the proposed scheme, the design of digital filters for the extraction in real time of the complex Fourier coefficients of specifically selected harmonics is required. In this thesis some of these filters satisfying this necessity are designed achieving a low computational cost so that the proposal has a complexity similar to that of the conventional techniques. Under the proposed control scheme some lineal and non-linear regulators for the full-bridge type boost rectifier are designed, being the main objective showing that the proposed scheme can give rise to the use of simpler control techniques different to the utilized ones before for this same problem.

Nowadays cancer is a devastating illness, so its early diagnosis could represent a powerful advantage in the struggle to eradicate it. The most recent technologies allowed the development of sensing platforms that led to the improvement of diagnosis processes, making it possible to detect tumor markers at very low concentrations. However, there are very few applications that measure analytes of clinical interest in real samples with such low concentrations, with the minimum number of pretreatment steps, and with the possibility of performing parallel tests and in real time. To this purpose, in this doctoral work I developed a platform that combines the most recent advances in plasmonics, microfluidics, nanofabrication and surface chemistry to obtain a highly sensitive and specific biosensing device that is able to detect analyte concentrations of a few ng/mL, with the highest precision and accuracy possible. This device is composed of highly-sensitive nanostructured Localized Sufarce Plasmon Resonance (LSPR) sensors integrated in the microchannels of a microfluidic chip. This Lab-on-a-Chip (LOC) is integrated in an optical platform that allows us to monitor the signals coming from the biorecognition processes that take place on the surface of the LSPR sensors. These sensors are functionalized with a highly selective chemistry that allows the immobilization of the receptors that will detect specifically and selectively the analytes we are interested in. Regarding the sensor, we describe the nanofabrication technique used to build the sensor as well as the study of different systems and the tests that led to choose an ensemble of gold nanorods as the ultra-sensitive sensing element of the platform. We list all the steps we followed in the preparation of the microfluidics devices and the operation protocols of the final LOC. Lastly, we present a wide study, even though preliminar, of different functionalization methodologies to anchor the receptor. We initially performed optimizations and a proof-of-principle test by using an antibody system whose interaction is known as it is an IgC/anti-IgC system for both methodologies. We chose the optimal chemistry based on these results to apply it in the preliminary studies for the detection of tumor markers of high relevance for different types of cancer, such as the prostate-specific antigen (PSA), the alpha-fetoprotein (AFP) and other systems of interest. The obtained results are really promising, as we can detect and quantify these analytes in a very precise way with very low concentration (few ng/mL) in complex matrices like human serum. The platform allows us to detect concentrations and obtain levels of quantification that are comparable to the normal values for blood reported for the analysed systems: this guarantees a promising future for early diagnostics in such systems. Furthermore, we validated these results with techniques, like ELISA, that are widely used for these kind of studies. The work described in this doctoral thesis is an important and big advance in the development of a new generation of ultra sensitive tools that allow the early detection of very low concentrations of tumor markers: this represent an important progress in cancer diagnosis and treatment, as a consequence, a big step forward towards its complete eradication. / El cáncer constituye hoy en día una enfermedad devastadora, cuyo diagnostico precoz representaría una poderosa ventaja en los tratamientos para erradicarla. Las más recientes tecnologías, han permitido el desarrollo de plataformas de sensado que han permitido ir mejorando los procesos de diagnósticos, pudiendo detectar concentraciones de marcadores tumorales, a una muy baja concentración, sin embargo no existen muchas aplicaciones que midan analitos de interés clínico en muestras reales a estos niveles, con los mínimos pasos de pretratamiento y con la posibilidad de realizar ensayos paralelos y en tiempo real. En este sentido, en este trabajo doctoral, se ha desarrollado una plataforma que combina los últimos avances en plasmónica, microfluídica, nano-fabricación y química de superficie para obtener finalmente un dispositivo de biosensado altamente sensible y específico capaz de detectar concentraciones de analitos de unos pocos ng/mL, con la mayor precisión y exactitud posibles. Este dispositivo está conformado por sensores LSPR nanoestructurados altamente sensibles, integrados en microcanales de un chip microfluídico. Este Lab-on-a-Chip (LOC), está integrado con una plataforma óptica que permite el monitoreo de las señales provenientes de los procesos de bioreconocimiento que se dan lugar sobre la superficie de los sensores LSPR. Estos sensores están funcionalizados con una química altamente selectiva que permite la inmovilización de los receptores que detectarán específica y selectivamente a los analitos de interés. Para el caso del sensor, se describe el método de nano-fabricación empleado así como también el estudio de diversos sistemas y los ensayos que llevaron finalmente a escoger un conjunto de Nanocilindros de oro como elemento sensor ultrasensible de la plataforma. Así mismo todos los pasos seguidos en la elaboración de los dispositivos microfluídicos y los protocolos de operación del LOC final. Por último se presenta un amplio estudio, aunque preliminar, de diversas metodologías de funcionalización para el anclaje del receptor. Se realizarón inicialmente optimizaciones y la prueba de concepto empleando un sistema de anticuerpos cuya interacción es conocida como lo es un sistema IgG/anti-IgG para ambas metodologías. Finalmente basados en esos resultados, se eligió la química más óptima para la aplicarla en los estudios iniciales para la detección de marcadores tumorales de gran relevancia relacionados con diversos tipos de cáncer, como el antígeno específico de Próstata (PSA), la alfafeto proteína (AFP) y otros sistemas de interés. Los resultados alcanzados son realmente prometedores, llegando a poder detectar y cuantificar estos analitos de manera muy precisa en muy bajas concentraciones (del orden de pocos ng/mL) en matrices complejas como el suero humano. Las concentraciones que se pudieron detectar y los límites de cuantificación obtenidos con la plataforma están al nivel de los valores normales en sangre reportados para los sistemas estudiados, lo que representa un futuro prometedor en el diagnóstico precoz de los mismos. Así mismo estos resultados fueron validados empleando técnicas como ELISA, que representa una técnica universal ampliamente utilizada en este tipo de estudios.El trabajo realizado en esta tesis doctoral finalmente constituye un importante y gran avance en el desarrollo de nuevas herramientas de última generación ultrasensibles que permitan la detección temprana de muy bajas concentraciones de marcadores tumorales que van asociados al cáncer, constituyendo un importante avance en el diagnóstico de la enfermedad y por ende en los tratamientos existentes que pudiesen erradicarla por completo.

Aquesta tesi es centra en el desenvolupament i l'ús d'una sonda miniaturitzada de silici per a la mesura de la impedància elèctrica de teixits vius tous. El propòsit d'aquestes mesures d'impedància és la monitorització en temps real del dany isquèmic per a aplicacions com la cirurgia cardíaca o el trasplantament d'òrgans. Actualment, el rang de mètodes aplicables a nivell clínic per tal de detectar l'isquèmia tissular és limitat i no existeix cap mètode pràctic que permeti la quantificació en temps real de l'efecte d'aquesta isquèmia, això és, el dany isquèmic. En aquest sentit, la monitorització de la impedància elèctrica sembla esperançadora i el treball d'aquesta tesi contribueix al camp mitjançant el desenvolupament de nous instruments i mètodes i mitjançant l'aportació de noves dades experimentals i eines per a la comprensió de la relació entre la patofisiologia i la impedància elèctrica. Les principals contribucions d'aquesta tesi es resumeixen a continuació.En aquesta tesi, es descriu el desenvolupament d'una sonda que formada per quatre elèctrodes de platí (300 &#61549;m &#61620; 300 &#61549;m) a sobre d'un substrat de silici en forma d'agulla ( longitud d'inserció = 9 mm i secció de 600 &#61549;m &#61620; 500 &#61549;m). Els elèctrodes estan situats a una distància de separació no constant per tal de millorar la relació senyal-soroll i la resolució espacial. Es realitza una deposició electroquímica de platí negre sobre els elèctrodes per tal de reduir la impedància de la interfície i millorar la qualitat de les mesures. En el cas dels teixits vius, la banda freqüencial de mesura va dels 100 Hz fins als 100 kHz. Un mètode nou per a la mesura d'impedància a cinc elèctrodes es presenta i s'analitza. Amb aquest mètode, es pretén minimitzar l'error a baixes freqüències degut a l'elevada impedància de la interfície elèctrode-electròlit. Malauradament, encara que aquest mètode a cinc elèctrodes funciona, s'han trobat algunes limitacions que el fan quasi impracticable en el cas dels teixits vius.També es presenta el desenvolupament i l'ús d'un paquet de programari per a simular la impedància elèctrica dels teixits vius en les regions de dispersió &#61537; i &#61538;. Aquest programari es basa en la generació d'arxius SPICE a partir de l'especificació d'alguns paràmetres numèrics relacionats amb el teixit i el dibuix d'un mapa bi-dimensional que representa un tall de teixit. El resultat més significatiu d'aquest simulador és que és capaç d'obtenir respostes compatibles amb l'equació de Cole a partir d'un model basat únicament en resistències i capacitats.S'han realitzat diversos estudis experimental fent servir la sonda de silici. En aquesta tesi únicament es presenten els estudis amb ronyons de rata. Els resultats confirmen les principals observacions fetes anteriorment per altres investigadors que han treballat amb diferents animals, òrgans i protocols. Això vol dir, en termes generals, un increment significatiu de la magnitud de la impedància elèctrica a baixes freqüències (< 10 kHz) durant el desenvolupament del procés isquèmic que s'associa a l'inflament cel·lular o al tancament de les unions inter-cel·lulars (gap junctions). Malgrat això, aquí també s'observa que un paràmetre derivat de la caracterització espectroscòpica de la impedància segons el model Cole, el paràmetre &#61537;, normalment ignorat per molts autors, és capaç de detectar alguns fets que no són detectats per la resta de paràmetres derivats de l'estudi de la impedància. Concretament es mostra que el valor de &#61537; podria estar relacionat amb la morfologia de l'espai extracel·lular i es demostra experimentalment que &#61537; pot ser modificat per una alteració induïda del citosquelet cel·lular.Addicionalment, aquesta tesi inclou un annex que tracta de facilitar la comprensió de la monitorització de la bioimpedància elèctrica a aquells amb formació en ciències de la vida. / This thesis is focused on the development and use of a miniaturized silicon probe for electrical impedance measurements of soft living tissues. The purpose of those impedance measurements is to monitor the ischemia injury for applications such as cardiac surgery or organ transplantation.Currently, the range of clinically available methods to detect tissue ischemia is limited and there is not any practical method to quantify in an on-line manner the effect of such ischemia, that is, the ischemia injury. In this sense, electrical impedance monitoring seems very promising and this thesis contributes to the field by developing new instruments and methods and by providing novel experimental results and tools to understand the relation between pathophysiology and electrical impedance. The main contributions of this thesis are summarized below.In this thesis, it is presented the development of a silicon probe that consists of four platinum electrodes (300 &#61549;m &#61620; 300 &#61549;m) on a needle shaped silicon substrate (9 mm insertion length, 600 &#61549;m &#61620; 500 &#61549;m cross section). The electrodes are placed at non-constant separation distance in order to enhance signal-to-noise ratio and spatial resolution. An electrochemical deposition of platinum black on the electrodes is performed in order to reduce the interface impedance and improve the quality of the measurements. For living tissue measurements, the useful measurement band goes from 100 Hz to 100 kHz.A novel measurement method based on five electrodes is described and analyzed. It is intended to minimize errors at low frequencies caused by the high electrode-electrolyte interface impedances. Unfortunately, although this five-electrode method works, some limitations have been found that made almost impossible its implementation for living tissue measurements.It is also presented a custom developed software package to simulate the electrical impedance of living tissues at the &#61537; and &#61538; dispersion regions. It is based on the generation of a SPICE netlist from the specification of some numerical parameters concerning the tissue and a bi-dimensional map representing a slice of tissue. Some examples are provided to demonstrate its feasibility. The most significant result is that the simulator is able to obtain Cole compatible behaviours from models based on simple resistances and capacitances. Several experimental studies have been performed by using the silicon probe. In this thesis only the experiments carried out on rat kidneys are presented. The results confirm the main observations made by previous researchers working with other animals, organs and protocols. That is, in general terms, a significant increase of impedance magnitude at low frequencies (<10 kHz) during the course of ischemia that is related to cell swelling or gap junctions closure. However, here it is also observed that a parameter from impedance spectroscopy characterization according to the Cole model, the &#61537; parameter, which is often ignored, is able to detect some events that are not revealed by other impedance parameters. It is shown that the &#61537; value could depend on the extracellular space morphology and it is experimentally demonstrated that &#61537; is modified by an induced alteration of cells cytoskeleton.This thesis includes an annex that tries to facilitate the understanding of electrical bioimpedance monitoring for life-sciences practitioners.Another annex describes the instrumentation systems that were developed for electrical impedance measurements based on the four-electrode method.