El objetivo de este trabajo es la determinación de la magnitud, simetría y orientación del tensor Gradiente de Campo Eléctico (GCE) utilizando la espectroscopía PAC en monocristales con el fin de verificar las aproximaciones de la Teoría de la Funcional Densidad (DFT) y poder validar las propiedades estructurales y electrónicas predichas por los cálculos de estructura electrónica a partir de primeros principios, mediante la utilización del método ´Full-Potential Linearized Augmented Plane Wave´ (FP-LAPW). El estudio de muestras monocristalinas nos permite obtener la orientación del GCE, un observable más a los determinados corrientemente en policristales, para mejorar la confiabilidad de la validación de las aproximaciones.

Magíster en Ciencias, Mención Física / El efecto electroadsorptivo es la adsorción de gas sobre una superficie sólida estimulada o inhibida por la acción de un campo eléctrico, el que modifica la densidad de electrones en la superficie. Esta tesis estudió el efecto electroadsortivo de una mezcla gaseosa de NO2-O2 sobre una superficie de óxido de estaño. El experimento requirió del diseño e implementación de una cámara de vacío dedicada al proceso de electroadsorción. El montaje hace posible que una muestra sea polarizada a distintos voltajes en condiciones de alto vacío, permitiendo transferir la muestra (sin interrumpir la polarización) desde la cámara de adsorción a la cámara de análisis de espectroscopia de fotoelectrones (XPS) para realizar las mediciones. La cámara de adsorción puede inundarse con una mezcla gaseosa de NO2-O2 obtenida por descomposición térmica de nitrato de plomo Pb(NO3)2. Un espectrómetro de masas permite la monitorización de la composición de los gases en cualquier instante. Las muestras fueron preparadas por sputtering asistido por radiofrecuencia. Se usó un blanco de SnO2 en una atmósfera de O2/Ar. El material fue depositado en una oblea de silicio con 100 nm de óxido térmico, seguido de un tratamiento térmico a 400ºC durante 10 horas en atmósfera de aire sintético. Posteriormente, la oblea fue cortada en piezas rectangulares de 10x12 mm. Un delgado (~100 nm de espesor) contacto de cobre en forma de C fue evaporado sobre su superficie, mientras que su parte posterior fue metalizada con aluminio, creando así contactos para polarizar la muestra. Las condiciones del potencial aplicado que permiten que la superficie del SnO2 sea equipotencial se determinaron midiendo el potencial en la superficie con un multímetro y con XPS para detectar posibles corrimientos en la señal. Usando la cámara previamente mencionada, se estudió el efecto electroadsortivo del NO2+O2 sobre SnO2 aplicando distintos potenciales a la parte trasera de la muestra, desde -15 V a +15 V, mientras su superficie se encontraba aterrizada. Las medidas de XPS revelaron la presencia de nitrógeno elemental, así como de óxidos de nitrógeno (NO3 y NO2) en la superficie del óxido metálico. La aplicación de un potencial negativo a su cara posterior inhibe la adsorción de estos óxidos, mientras que la aplicación de un potencial positivo la promueve. No se observó una modificación apreciable en la adsorción del nitrógeno elemental. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por Proyecto ACT1117, Beca de Magíster Nacional CONICYT, FONDECYT regular 1140759

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[pt] É reconhecido o potencial de usar carbono como um dopante tipo p em InAlAs devido a obtenção de elevados níveis de dopagem [1,2]. Entretanto, níveis elevados de dopagem só são alcançados em baixas temperaturas de crescimento (Tg inferiores a 600°C). Nessas temperaturas, as camadas crescidas apresentam qualidade ótica inferior quando comparadas com camadas crescidas em temperaturas mais altas, o que é prejudicial para dispositivos de optoeletrônica. Neste trabalho, é apresentada uma investigação sistemática das propriedades de transporte e óticas em camadas de InAlAs dopadas com carbono para diferentes temperaturas de crescimento. É observado que quanto mais baixa for a Tg maior será a incorporação de carbono e maior a atividade elétrica. Este resultado indica que o carbono é incorporado de diversas maneiras, bem como um aceitador raso. O carbono também pode ser incorporado como um doador raso, pois é um dopante anfotérico. Entretanto, este fato, não é suficiente para explicar os resultados de transporte. A diferença entre a concentração Hall e a concentração CV indica a incorporação de doadores profundos. Provavelmente, o carbono participa na formação desses doadores profundos, uma vez que a concentração de doador profundo varia linearmente com a densidade atômica de carbono, determinada pela técnica SIMS. Por outro lado, centros não radiativos são mais facilmente incorporados em baixas Tg e a eficiência da fotoluminescência é reduzida. Essa degradação da fotoluminescência é independente da concentração de carbono, consequentemente, pode-se concluir que essa redução na eficiência da fotoluminescência não está associada à presença de doadores profundos. Com a finalidade de obter um incremento na atividade elétrica do carbono e melhoria na qualidade ótica das camadas, as amostras foram submetidas a tratamentos térmicos. Os tratamentos térmicos aumentaram a concentração de buracos mas não influenciaram na densidade de doadores profundos ou na qualidade ótica das camadas. Para a utilização de InAlAs dopado com carbono em dispositivos, deve-se obter simultaneamente uma boa qualidade ótica e elevada atividade elétrica das camadas.Então, deve-se identificar o doador profundo, que está associado ao carbono, com o objetivo de reduzí-lo ou eliminá-lo e consequentemente, obter um incremento na atividade elétrica das camadas. Desta forma as camadas podem ser crescidas a temperaturas mais altas adequadas para uma emissão de fotoluminescência eficiente. Cálculos teóricos são apresentados de modo a ajudar essa identificação. Outra possibilidade é usar diferentes fontes de arsina em que as moléculas se dissociem em temperaturas mais baixas. / [en] The potential of using carbon as a p-type dopant for InAlAs has already been recognized due to the achievable high hole concentration [1,2]. However, high doping levels are reached only for low growth teperatures (Tg below 600°C). These temperatures produce layers with poor optical quality as compared to those grown at higher temperatures, which can be detrimental for optoeletronic device. In this work we present crystal, transport and optical properties of such layers grown at different temperatures. We find that the lower Tg, the more efficient the carbon incorporation and its electrical activity are. This result indicates that carbon is incorporated in forms different from a shallow acceptor, as well. Carbon can also be incorporated as a shallow donor since it is an amphoteric dopant. However, this alone does not explain the transport results. The difference between the net free charge density determined from capacitance measurements indicates that a deep donor is also incorporated. Carbon most likely participates in the deep donor formation since the inferred deep donor concentration varies linearly with the carbon atomic density measured by SIMS. On the other hand, non- radiative deep levels are more efficiently incorporated as Tg is reduced degrading the photoluminescence characteristics. Such degration is independent of the carbon doping. Therefore, one concludes that the decrease in the photoluminescence efficiency cannot be related to the presence of the deep donor mentioned in the previous paragraph. To further probe the carbon electrical activity and its effect on the optical properties of the layers, the samples have been subjected to a heat-treatment. Annealing the samples increases the hole concentration, but neither affects the deep donor density nor improves the layers optical quality. In order to use carbon doped InAlAs in devices which simultaneously require good optical quality and high electrical activity of the layers, one should identify the deep donor involving carbon in order to try to reduce its concentration or even eliminate it, consequently improving the electrical activity of the layers. In such a way the layers can be grown at higher temperatures, adequate for an efficient photoluminescence emission. Theoretical calculations are being carried out to help with such identification. Another possibility is to use other arsine sources which crack at lower temperatures.

El presente proyecto tiene como objetivo principal diseñar e implementar un generador de efectos de audio en la tarjeta XUP Virtex-II PRO, fabricada por Digilent Inc. en conjunto con Xilinx. El proyecto involucró tres fases de desarrollo: aprendizaje de la arquitectura, lenguaje (VHDL) y herramientas para configurar el FPGA, diseño del sistema embebido (arquitectura y efectos como periféricos) e implementación del sistema sobre la tarjeta. La parte del aprendizaje de la arquitectura es fundamental en este proyecto de tesis. Uno de los primeros capítulos cubre perfectamente esta parte. Allí se explica, en detalle, cada uno de los diferentes elementos del FPGA Virtex-II PRO. Asimismo, se ha dedicado un capítulo entero para explicar a detalle las diferentes herramientas que Xilinx ofrece para diseñar e implementar proyectos, especialmente, los de sistemas embebidos. La aplicación del lenguaje VHDL es también presentada. / Tesis

Ingeniero Civil Electricista / El presente trabajo aborda los conceptos básicos, sobre electrónica, semiconductores de potencia, controladores digitales de señales y software de simulación en electrónica de potencia, para lograr diseñar y construir un inversor MPPT fotovoltaico de 2kW de potencia nominal que sirva como base para desarrollos en esta área. Se presenta una introducción al tema, los objetivos de la memoria y una breve descripción del estado del arte, conocimientos necesarios para desarrollar un equipo de estas características. En función de estos antecedentes se presenta el diseño y simulación de la primera etapa de conversión, correspondiente al módulo Boost, utilizado para realizar un seguimiento de máxima potencia al sistema fotovoltaico. A continuación, se muestra la segunda etapa de conversión, de corriente continua a alterna, mediante un puente inversor completo. Se diseñan los sensores a utilizar, que son de voltaje DC, voltaje AC, corriente y temperatura. Se presenta el diseño de las etapas necesarias de control realimentado, que se programan en un microcontrolador. Esta etapa incluye la determinación de la tensión de máxima transferencia, se sincroniza el inversor con la red y se limita el trabajo del equipo dentro de rangos seguros de operación. Con el software PSim, se simula cada etapa de conversión de potencia, lo que permite realizar un diseño rápido y seguro. Se logra probar los ciclos de control diseñados para el sistema y ver el tipo de comportamiento ante perturbaciones. Se presenta en detalle la fase de construcción de cada uno de los módulos diseñados, reportando los planos, dispositivos y elementos de integración. Se realizan pruebas de potencia para el módulo Boost y el Inversor, ajustando los sensores. Por último se realizan pruebas de control realimentado como seguidor de tensión y seguidor de fase. Se finaliza con los resultados de las características relevantes del equipo, como lo son la eficiencia (80%) y costo de construcción estimado ($1466 US), para luego realizar un análisis de recuperación del capital en base a la energía generada. Como trabajo futuro se requiere de las pruebas de inyección de potencia a la red y de transferencia de máxima potencia conectando un panel fotovoltaico como fuente primaria de energía.

El hidrógeno puede obtenerse mediante electrólisis del agua por imposición de corriente eléctrica, lo cual implica costos relativamente altos de energía. El Perú se encuentra en una de las regiones con mayor incidencia de radiación solar en el mundo. Esta energía abundante y renovable puede ser empleada para asistir el proceso de electrólisis de agua en las denominadas celdas fotoelectroquímicas (PEC). Para ello se requiere el empleo de materiales semiconductores como electrodos. Los semiconductores generan fotocorriente en función a sus propiedades optoelectrónicas y estabilidad química. En esta investigación se estudia el desempeño de silicio cristalino dopado con boro (tipo p) con distintas resistividades eléctricas como fotocátodos para la producción de hidrógeno en una PEC. El enfoque del estudio es evaluar la influencia de la formación de SiO2 en la producción de fotocorriente de hidrógeno en electrolitos ácidos. Las muestras de p-Si fueron sometidos a tratamiento de ataque químico en HF 10% para luego ser estudiados en PECs por las técnicas de monitoreo del potencial de circuito abierto y bajo iluminación estándar AM1.5G intermitente, producida por un simulador solar con lámpara de xenón, por las técnicas de voltametría de barrido lineal y cronoamperometría. También se caracterizó las propiedades como el potencial de banda plana y el dopaje mediante la técnica de espectroscopía de impedancia electroquímica potenciodinámica y el análisis de Mott- Schottky. Mediante los ensayos de voltametría de barrido lineal en las muestras p-Si (100) con resistividad de 0,001-0,005 Ω cm se encontró un potencial onset de -0,30 V vs. Ag/AgCl KCl 3M y una densidad de fotocorriente máxima de -16 mA cm-2 en la muestra con tratamiento químico con solución de HF al 10% en comparación con -0,5 mA cm-2 en la muestra sin tratamiento químico. Asimismo, se realizó ensayos de cronoamperometría bajo luz intermitente por 3 horas diarias durante 3 días consecutivos. La caracterización superficial de dichas muestras por microscopía electrónica de barrido, espectroscopía de energía dispersiva y elipsometría confirmaron la formación de una capa de óxido mayor de 15 nm de espesor en las muestras que estuvieron inmersas en una solución purgada con aire, es decir, soluciones electrolito con mayor presencia de oxígeno disuelto. Se observó una reducción promedio de densidad de fotocorriente de -15 mA cm-2 a -3 mA cm-2 al finalizar los ensayos de largo plazo lo cual se atribuye a la formación de óxidos en la superficie de la muestra. / Hydrogen can be obtained by electrolysis of water by applying external electric current, which implies relatively high-energy costs. Peru is located in one of the regions with the highest incidence of solar radiation in the world. This abundant and renewable energy can be used to assist the electrolysis process of water in the so-called photoelectrochemical cells (PEC). This requires the use of semiconductor materials as electrodes, which can produce photocurrent based on their optoelectronic properties and chemical stability. In this research, the performance of boron-doped (p-type) crystalline silicon with different electrical resistivities as photocathodes for hydrogen production in a PEC is studied. The focus of the study is to evaluate the influence of SiO2 formation on hydrogen photocurrent production in acidic electrolytes. The p-Si samples were subjected to chemical treatment in HF 10% and then evaluated in PECs by open circuit potential monitoring technique, and under an intermittent standard AM1.5G lighting, produced by a solar simulator with a xenon lamp, by linear sweep voltammetry, and chronoamperometry techniques. Properties such as flat-band potential and doping concentration were also characterized by electrochemical impedance spectroscopy and Mott-Schottky analysis. Using linear sweep voltammetry tests on the p-Si (100) samples with resistivity of 0.001-0.005 Ω cm it was found an onset potential of -0.30 V vs. Ag/AgCl KCl 3M. In addition, a maximum photocurrent density of -16 mA cm-2 was found with chemical treatment with HF solution at 10% in comparison to -0.5 mA cm-2 in sample without chemical treatment. Likewise, chronoamperometry tests were carried out under intermittent light for 3 hours a day for 3 consecutive days. The characterization of these samples using scanning electron microscopy, energy disperse X-ray spectroscopy, and ellipsometry confirmed the formation of a thicker oxide layer (15 nm) in the samples that were immersed in a solution purged with air, i.e., electrolyte solutions with a higher presence of dissolved oxygen. An average reduction in photocurrent density from -15 mA cm-2 to -3 mA cm-2 was attributed to oxide formation on sample surface.

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

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

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