Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado Revisión teórica de la aproximación de medio efectivo y la transición de Mott para la descripción de las propiedades ópticas y eléctricas de materiales semiconductores(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-05-31) Abal Chavez, Daniel Joel; Guerra Torres, Jorge AndresLos semiconductores son materiales que tienen propiedades intermedias entre los conductores y aislantes. Sus propiedades eléctricas pueden modificarse mediante dopaje o la aplicación de campos eléctricos. Es por eso que diseñadores e investigadores buscan conocer con precisión sus propiedades ópticas y eléctricas para su aplicación en la industria. En este trabajo se propone una revisión teórica del modelo clásico de Drude para describir la contribución de los electrones libres en la permitividad eléctrica. Además, se estudia el modelo de Drude-Lorentz para explicar la transmisión de la luz cuando interactúa con medios dieléctricos. Asimismo, se describe la transición de Mott para justificar la conductividad eléctrica de óxidos metálicos como el ITO. Adicionalmente, se plantea la revisión teórica de medios efectivos para la caracterización de propiedades eléctricas en capas rugosas de semiconductores. Este resultado se generaliza cuando las rugosidades son demasiado abruptas. La descripción teórica de este trabajo ha sido acompañada con el uso del software Wolfram Mathematica. Esta herramienta ha sido utilizada principalmente para la creación de gráficos y para la solución de ecuaciones. Con este trabajo se busca sentar las bases para un estudio más detallado sobre las propiedades eléctricas y ópticas de algún material semiconductor en concreto.Ítem Texto completo enlazado Comparison and evaluation of measured and simulated high-frequency capacitance-voltage curves of MOS structures for different interface passivation parameters(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-06-27) Sevillano Bendezú, Miguel Ángel; Palomino Töfflinger, Jan AmaruSemiconductor-insulator interfaces play an important role in the performance of many different electronic and optoelectronic devices such as transistors, LEDs, lasers and solar cells. Particularly, the recombination of photo-generated charge carriers at interfaces in crystalline silicon solar cells causes a dramatic efficiency reduction. Therefore, during the fabrication process, the crystalline silicon must be subjected to prior superficial passivation; typically through an insulating layer such as SiO2, SiNx or AlOx. The function of this passivating layer is to reduce electrical recombination losses in interfacial defect states originating from dangling bonds. The associated passivation parameters are, on the one hand, stable charges within the insulating layer (Qox) that by repelling a certain type of charge carrier from the crystalline silicon surface, reduces its recombination effectiveness (Field Effect Passivation). On the other hand, the density of surface defect states or the interface trap density (Dit), which is reduced by the passivation layer (Chemical Passivation). These passivation parameters (Qox and Dit) turn out to be relevant when evaluating the effectiveness of a new material with passivating properties, as well as relevant for different theoretical models that allow simulations of the spectral response and/or efficiency in solar cells under different passivation conditions. One of the techniques widely used for studying the interfacial passivation properties of semiconductor electronic devices is the extraction of these interfacial passivation parameters through of capacitance-voltage (C-V) measurements on metal-oxide-semiconductor (MOS) or metal-insulator-semiconductor (MIS) systems. In the present work, a simulation tool for High-Frequency C-V curves based on simulated Qox and the Dit was developed using Python. As a first step, the simulation was developed for an ideal MOS system, i.e. for Qox = 0 and Dit = 0. A verification of the resulting, simulated band-bending was reached through a band diagram simulator (The Multi-Dielectric Band-Diagram program). As a second step, the program was subjected to an evaluation and validation through experimental data. This data comprises measurements of C-V and their respective extracted parameters for a sample of silicon dioxide thermally grown on crystalline silicon wafer (SiO2/c-Si). Using three different models for the Dit distribution within the band gap energy: Gaussian model, U-shape model, and a constant value, approximations of the corresponding experimental C-V curve were obtained. It was evident that the C-V curve simulated from the Dit based on the model with Gaussian distributions for the defect centers and exponentials for the band tails resulted in the best approximation of the experimental C-V curve. It should be noted that the other two models were adjusted based on the value of the Dit near to midgap energy, where the recombination probability and rate are the highest. In this way, the constant model of the Dit at the midgap presented the largest deviation in the simulated C-V curve among the used models. An implicit fitting method of the Dit through the experimental C-V curve fitting is proposed. For this, the U-shape model is used because it only depends on three parameters. The average values of the fitted and the experimentally extracted Dit are compared. The parameter D0 it, which defines the value at midgap in the U-shape model could be interpreted as an average estimation of the Dit energetic range values around the midgap where recombinations are most significant. Therefore, this parameter could determine a representative value of the Dit. Finally, the developed program allows an in-depth analysis of the passivation parameters from which the surface passivation is evaluated.Ítem Texto completo enlazado Efectos de la difusión sobre la luminiscencia de iones de terbio en una matriz basada en silicio durante el proceso de activación térmica(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-06-04) Serquen Infante, Erick Stalin; Grieseler, RolfLos semiconductores dopados con tierras raras presentan gran interés de estudio científico debido a sus prometedoras aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos, donde ya han encontrado múltiples aplicaciones como dispositivos de conversión ascendente y descendente de luz óptico, láser de uso médicos, pantallas luminiscentes, entre otros. El carburo de silicio posee un ancho de banda de 2;2 eV - 3;3 eV, es térmicamente estable ya que sublima a 2830 fC. Diversas investigaciones sobre carburo de silicio lo reportan como un buen material matriz para ser dopado con tierras raras. Por otro lado, las tierras raras a excepción de lantano y lutecio poseen incompletos los orbitales f que por ser internos no participan de enlaces y sólo se ven afectados por el entorno iónico, teniendo la capacidad de ser excitados cuando se encuentran embebidos en una matriz apropiada. Una característica fundamental de los materiales dopados con tierras raras es la emisión de luz que se ve mejorada cuando el material dopado es sometido a tratamientos térmicos en un rango de temperatura de 400 fC a 1000 fC, logrando así la activación térmica de los iones Tb3+, se cree que ésta mejora se debe a la interacción entre iones de Tb3+, donde la distancia interiónica juega un papel clave; además, del entorno cristalino de los iones y las simetrías (Regla de selección de Laporte). Con el propósito de investigar como el comportamiento difusivo de los iones de Tb3+ en la matriz de a-SiC tiene efecto en luminiscencia y a fn de establecer relaciones entre las energías de activación para la luminiscencia y la difusión, en este trabajo se presenta el estudio de estructuras bicapa depositadas por la técnica de pulverización catódica de radiofrecuencia con magnetrones sobre sustrato de silicio oxidados térmicamente. Las cuales fueron sometidas a diferentes tratamientos térmicos a temperaturas en un rango de 973 K-1273 K con tiempos entre 5 y 20 minutos. Después de cada tratamiento térmico las muestras fueron caracterizadas por refectividad de rayos X (XRR), catodoluminiscencia (CL) y espectroscopía de rayos X de energía dispersiva (EDS). La luminiscencia de las muestras, estudiadas con CL, presenta cambios al variar el voltaje de aceleración de electrones (fuente de excitación), a partir de este experimento se obtiene la energía de activación para la luminiscencia. La difusión de terbio se investigó mediante EDS, y los coeficientes de difusión se extrajeron de un ajuste de datos a funciones basadas en la solución de la segunda ley de difusión de Fick. Una simple aproximación a la ley de Arrhenius permite determinar la energía de activación para la difusión.Ítem Texto completo enlazado Propiedades ópticas y eléctricas de películas delgadas de Óxido de Indio dopadas con Estaño y Terbio(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018) Torres Fernández, Carlos Enrique; Guerra Torres, Jorge AndrésEl efecto del dopaje de terbio sobre las propiedades ópticas, eléctricas y luminiscentes de películas delgadas de óxido de indio dopadas con estaño fue estudiado para distintas temperaturas de recocido. Las películas fueron depositadas a través de la técnica de pulverización catódica de radio frecuencia sobre sustratos de silicio y sílice fundida manteniendo una alta transmitancia en el espectro visible y una resistividad del orden de 103 Ω∙cm. Con el fin de inducir la activación de los iones de terbio en la matriz de óxido de indio dopado con estaño, películas delgadas con distintas concentraciones de terbio fueron calentadas previamente desde 180°C hasta 650°C en atmósfera de aire. La variación del ancho de banda en función de la concentración de terbio y la temperatura de recocido fue evaluada. La variación de la intensidad en la emisión de luz asociada a los iones de terbio en función de la concentración de terbio y la temperatura de recocido también fue registrada, exhibiendo una mayor intensidad a 550°C. La resistividad eléctrica después de cada proceso de recocido fue registrada con el fin de observar y evaluar el compromiso entre la intensidad de emisión de luz y dicha propiedad eléctrica.Ítem Texto completo enlazado Caracterización eléctrica de contactos de aluminio fabricados por deposición física de vapor sobre obleas de Silicio de distintos dopajes(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-05-25) Pretell Valero, Luis Jonathan; Weingärtner, RolandLos dispositivos electrónicos formados por semiconductores se encuentran conectados con otros terminales externos por medio de contactos metálicos, los cuales forman las conexiones dentro de los circuitos integrados. A través de estos contactos es por donde el flujo de portadores de carga entra y sale de un dispositivo a otro, al aplicarles una diferencia de potencial. Los contactos pueden ser: Schottky, aquellos que conducen carga en un sentido a baja resistencia y en el otro sentido ofrecen más alta resistencia, u óhmicos, los cuales ofrecen una baja resistencia al paso de la corriente en ambos sentidos. Es de interés obtener contactos óhmicos a partir de contactos Schottky por medio de tratamientos térmicos. Los contactos Schottky resultaron al evaporar aluminio sobre muestras de silicio de distintos dopajes, los cuales se fabricaron por Deposición Física de Vapor. Para analizar el proceso de formación de contacto óhmico en las muestras, estas se caracterizaron electrónicamente por medio de las curvas densidad de corriente vs. voltaje (J-V ), antes y después de los tratamientos térmicos, para las temperaturas de 500_C, 550_C y 600_C cada una por 10 min. Los contactos Schottky obtenidos en las muestras de silicio tipo p, con un tratamiento térmico a 500_C, se comportaron como contacto óhmico. Para los siguientes tratamientos térmicos (550_C y 600_C), la resistencia de contacto aumenta, debido a que en la interfaz silicio-aluminio se forma una región cargada p+, la cual frenará la conducción por emisión térmica. Se observa también que, a mayor dopaje en las muestras, la resistencia de contacto es menor, ya que el transporte por tunelaje a través de la barrera comienza a dominar. Los contactos Schottky obtenidos en las muestras de silicio tipo n, con un tratamiento térmico a 500_C, mejora la conducción en las muestras de bajo dopaje, mientras que en la de alto dopaje la resistencia aumenta. Esto debido a la capa p+ que se forma en la interfaz del silicio-aluminio y, con los siguientes tratamientos térmicos (550_C y 600_C), la región p+ crece. Las resistencias de contacto aumentan en la muestra de bajo dopaje, en las de medio dopaje desaparece la barrera Schottky, y en la muestra de alto dopaje la región de carga espacial sufre una inversión, formándose un contacto Schottky de silicio tipo p.Ítem Texto completo enlazado Implementación de un sistema de medición de resistividad eléctrica en películas delgadas semiconductoras por el método de Van der Pauw(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-05-25) Conde Mendoza, Luis Angel; Weingärtner, RolandLa resistividad eléctrica es una propiedad física intrínseca e independiente del tamaño o forma de un material, que nos da información acerca de cómo se comporta el material al paso de la corriente eléctrica. Por el valor de la resistividad de un material, se le puede clasificar como conductor, semiconductor o aislante.[1] En la presente tesis se realiza el estudio de la resistividad eléctrica en los semiconductores, los métodos de medición de resistividad, los factores de corrección que se deben tener en cuenta para una medición m´as precisa y los detalles de la implementación de un sistema de medición de resistividad por el método de Van der Pauw. El método de Van der Pauw se puede utilizar para medir la resistividad de materiales en forma de películas delgadas sin importar la forma del material, consiste en hacer fluir una corriente constante por dos puntos en la periferia y se mide el voltaje en otros dos puntos. Con los datos obtenidos se resuelve la ecuación de Van der Pauw y se obtiene la resistividad. Finalmente, se presentan las resultadas de las medidas de resistividad para muestras cuadradas de silicio de alto dopaje, y además se hace un estudio de los resultados obtenidos cuando la medición se hace en contactos sobre el área superficial de la muestra, incumpliendo la condición de usar contactos en la periferia, y los efectos que esto conlleva.Ítem Texto completo enlazado Implementación de un sistema de medición de resistividad eléctrica de películas delgadas semiconductoras de bajas temperaturas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-05-25) Llontop López-Dávalos, Paul David; Weingärtner, RolandUn sistema de medición de resistividad eléctrica de películas delgadas a bajas temperaturas fue implementado empleando un sistema criogénico de ciclo cerrado de helio, un sistema de control de temperatura y un sistema de medición de resistividad. A fin de verificar el sistema implementado, seis contactos de aluminio fueron depositados a lo largo de cada diagonal sobre una muestra cuadrada de silicio tipo p de bajo dopaje para medir su resistividad a diferentes temperaturas a partir de 66K. La magnitud del error de medición en función de la distancia de los contactos respecto a las esquinas de la muestra fue determinada por dos métodos. La discusión de la dependencia de la resistividad con la temperatura fue realizada con los resultados de menor error.Ítem Texto completo enlazado Determination of the optical bandgap of thin amorphous (SiC) 1-x (AIN) x films produced by radio frequency dual magnetron sputtering(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-21) Guerra Torres, Jorge Andrés; Weingärtner, RolandPelículas delgadas amorfas semiconductoras de amplio ancho de banda del compuesto pseudobinario (SiC)1-x(AlN)x fueron depositadas por pulverización por un sistema de dos magnetrones de radio frecuencia sobre CaF2, MgO, Al2O3 y vidrio. Con el fin de determinar el ancho de banda óptico versus la composición de la película, se realizaron medidas espectroscópicas de la transmisión de donde el índice de refracción y el coeficiente de absorción fueron calculados y medidas espectroscópicas de la dispersión de energía (EDS) de donde la composición fue determinada. El ancho de banda óptico es determinado para cada composición a partir del coeficiente de absorción de dos maneras distintas: según el gráfico de Tauc y utilizando el gráfico de (αhν)2. la dependencia del ancho de banda con la composición x puede ser descrita por la ley empírica de Vegard para aleaciones.Ítem Texto completo enlazado Degradación de las propiedades ópticas de películas semiconductoras amorfas de nitruro de silicio a-SiN producidas por pulverización catódica de radiofrecuencia(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-07-13) Zegarra Sierra, Katia; Weingärtner, RolandEn 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.Ítem Texto completo enlazado Automatización de los procesos de plasma y evaporación en la elaboración de películas semiconductoras delgadas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-06-06) Rojas Mendoza, Jorge Enrique; Carrera Soria, Willy EduardoEn 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.