INANOE Repositorio (Inst- Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
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Study of optoelectronic characteristics of photovoltaic devices based on Si and related films deposited by RF glow discharge at low temperature in a multichamber system
Get PDFThe silicon-based materials deposited by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) are used in large area electronics and wide spread in almost all electronic products. The versatility of the PECVD process allows low temperature deposition processes (bellow 200°C) which are very attractive for fabrication of photovoltaic devices on low cost flexible substrates. The interest towards photovoltaic devices fabricated by glow discharge is mainly driven by the wide range of possibilities for material and interface engineering which provides better performance and complementary characteristics to those currently used in industrial scale manufacturing devices based on crystalline semiconductors together with the capability of device deposition in large areas.
This work is devoted to the study of fabrication process and characterization of p-i-n structures based on Si:H alloys deposited by low temperature glow discharge (Td<200°C). Devices are deposited by glow discharge at radio frequency RF (f=13.56 MHz) in PECVD cluster tool system. In this work photovoltaic devices in basic p-i-n configuration are mainly studied. Undoped (intrinsic) Si:H films deposited in the range of deposition temperature from Td 160°C to 200°C have been studied. The best films provide the Fermi energy value EF= 681 meV close to midgap energy, the low dark conductivity σd= 7.2 x10¯¹¹ Ω¯¹cm¯¹, and the σph/σdark = 2.5x10⁴ at Td=160°C.
Undoped SiGe:H films as narrow gap materials were also deposited at 160°C, characterized, and incorporated in device structures. Films with high content of Ge in solid phase (B=0.81%) deposited at high hydrogen dilution RH=75 exhibit a Fermi energy EF= 251 meV, and a photoconductivity Urbach energy of EUᵖᶜ= 76 meV. The lowest photoconductivity Urbach energy of EUᵖᶜ= 54 meV was found for SiGe:H film deposited with low hydrogen dilution RH= 9 (B= 0.44). Doped SiGe:H layers were also deposited at Td=160 °C when fabricating p-i-n devices.
Special attention was paid to the study of the frontal interface. A new interface engineering approach based on the experimental data obtained has been proposed. It includes deposition of two thin carbon based layers. The first undoped one is deposited by discharge with pure methane on transparent conductive oxide (ITO or AZO). The second is deposited with methane-silane-diborane mixture forming required SiC:H(B) p layer.Los materiales semiconductores depositados por la técnica de depósito químico en fase vapor asistido por plasma (PECVD) son usados por la industria electrónica en prácticamente todos los productos electrónicos. Una de las ventajas de la técnica PECVD es la fabricación a bajas temperaturas de depósito (por debajo de 200 °C) lo que la hace una técnica atractiva para la fabricación de dispositivos fotovoltaicos en sustratos plásticos de bajo costo. La fabricación de dispositivos mediante procesos asistidos por plasma no sólo permite realizar ingeniería de materiales y superficies para mejorar el desempeño de los dispositivos sino también fabricar dispositivos con características compatibles la tecnología basada en silicio cristalino aunado a la capacidad de fabricación en áreas largas.
El presente trabajo está dedicado al estudio de los procesos de fabricación y caracterización de dispositivos tipo p-i-n basados en aleaciones de silicio depositados por PECVD a baja temperatura (Td<200°C). Los dispositivos son fabricados en procesos asistidos por plasma con una frecuencia de excitación de 13.56 MHz en un sistema de multi-cámaras. Se han estudiado las propiedades de películas de Si:H depositadas en un rango de temperatura de 160 a 220 °C. Las películas depositadas a 160° C mostraron una energía de fermi de EF= 681 meV cercano a la mitad de la banda óptica típica en Si:H, una conductividad en oscuridad σd= 7.2 x10¯¹¹ Ω¯¹cm¯¹ y σph/σdark = 2.5x104.
Así mismo, se depositaron y caracterizaron películas no dopadas de SiGe:H. Las películas depositadas con alta dilución de hidrógeno RH=75 mostraron un alto contenido de germanio (B=0.81%), una energía de Fermi EF= 251 meV y una energía de Urbach de fotoconductividad EUᵖᶜ= 76 meV. La menor energía de Urbach de fotoconductividad, EF=54 meV, fue encontrada en una película de SiGe depositada a una baja dilución de hidrogeno RH= 9 (B=0.44%). Películas de SiGe:H dopadas con fosforo depositadas a 160°C también fueron incorporadas en dispositivos fotovoltaicos.
El estudio de la interface frontal de los dispositivos p-i-n fue eje central en el presente trabajo. Con base en los resultados experimentales se propuso una nueva configuración para la interface frontal que incluye dos películas delgadas basadas en carbono. La primera película se deposita sobre el TCO (AZO o ITO) a partir de la disociación de metano mediante PECVD
Image reconstruction in functional optical neuroimaging: the modelling and separation of the scalp blood flow
Get PDFThe reconstruction of brain haemodynamics from functional diffuse optical neuroimaging is severely affected by scalp blood flow. Correction of this artefact has received wide attention from the community with proposed solutions including variants of multidistance spectroscopy, spatial filtering, and concurrent physiological measurements. Here we investigate the less explored path of explicit parameterization of the forward modelling with the haemoglobin in the scalp, and face the challenge of inverting such model. It is hypothesized that incorporating scalp haemoglobin in the reconstruction process increases the sensitivity to gray matter haemoglobin (as compared to not doing so). This isn’t obvious since increasing the number of parameters of the model affects the conditioning of the problem as it is shown here. To ensure reconstruction remains feasible, we aim to put forth a solution based on the combination of a more detailed forward model, followed by a hybrid reconstruction algorithm. This hybrid reconstruction combines the precalculation of a colour map within a regularized Newton-based approximation in which the error estimation is based on Shampine’s optimized error function for algorithm stability. A realistic anatomical model of the adult human head is developed with finer detail considering the sublayers of the scalp. Optical properties of the head tissue are set from literatura or modelled according to existing theory when unavailable. Radiation transport is resolved using Monte Carlo method. The forward model is validated by matching and reconstructing broadband experimental spectra whilst checking that recovered parameters are within plausible physiological ranges. The results showed vectors of absolute concentrations of haemoglobins within plausible ranges. Model sensitivity was estimated and compared with existing models. Regarding inversion, we start by showing that naively upgrading the model number of parameters, impedes an otherwise monotonic behaviour. Then, the contribution of the haemoglobin in scalp is quantified in terms of contrast to noise ratio, and it is shown that the system becomes less stable when blood in the scalp is present. Finally, we carried out a study over the Cytochrome-c-oxidase as a marker of neural activity less affected by the blood in the scalp
Detección de fallas en motores trifásicos de inducción utilizando análisis de componentes independientes (ICA)
Get PDFSquirrel-cage induction motors are among most used rotary machinery in many industrial _elds. Fault detection in early stages is in high relevance due to technical and economic issues, and broken bars are among the most common faults in induction motors. This paper presents an approach to carry out detection of this failure using as input the current signal measured from one of the three motors phases. Independent Component Analysis (ICA) is used over the Fourier-domain spectral signals obtained from the input and its autocorrelation function. A notable di_erence on the standard deviation over a region of interest in one output can be distinguished in the current signals obtained from damaged and healthy motors. Further, a neural network is used to classify the motor's condition. The proposed methodologies obtained di_erent accuracy depending on the considerations. Classifying between broken bar and healthy motor using threshold values on current signals from 50% load motor the accuracy is around 91% and working with 75% load signals the accuracy is around 95% on average. Classifying the same two motor conditions using neural network the performance of the classi_cation is 97% and 99 %, respectively. Classifying between broken bar, half broken bar and healthy motor, the accuracy obtained is 85% working with 75% load signals and 80% working with 50% signals.Los motores trifásicos de inducción de tipo “Jaula de ardilla” son por mucho la maquinaria rotatoria más utilizada en la industria. La detección de fallas a tempranas etapas es de gran importancia debido a los problemas tanto técnicos como económicos que se pueden ocasionar, siendo el problema más común en motores de este tipo la ruptura de una o varias barras del rotor. Esta tesis presenta una técnica de detección de fallas utilizando la señal de corriente de una de las fases del motor. Se utiliza la técnica de separación de señales de análisis de componentes independientes" (ICA) en el espectro de frecuencia de la señal de corriente y de su autocorrelación para extraer características de la falla. Una notable diferencia en la desviación estándar sobre una región de interés puede ser distinguida entre
características extraídas de una señal de corriente de un motor sano y de uno con daño en una barra del rotor. Posteriormente, se hace uso de una red neuronal para la clasificación final de la condición del motor. Con las metodologías propuestas se obtienen porcentajes de clasificación distintos dependiendo de las condiciones a trabajar. Clasificando barra rota o sano con umbrales como clasificador y con señales de corriente con 50% de carga del motor se obtienen exactitudes del 91% y con datos provenientes de señales de 75% de carga obtenemos hasta un 95% de exactitud en promedio. Para estos dos casos anteriores utilizando redes neuronales se obtienen exactitudes del 97% y 99% respectivamente. Clasificando entre barra rota, media barra rota y sano, la exactitud alcanzada es de 85% en el caso de señales de 75% de carga y 80% en señales de 50% de carga en promedio
Análisis de contraste multiescala en imágenes de laser speckle
Get PDFEl análisis de las imágenes de Speckle es muy importante hoy en día, debido a que una de sus aplicaciones es en el área médica. La técnica de Laser Speckle Imaging (LSI) es la más usada en imágenes médicas, ya que ha demostrado ser superior a otras técnicas (por ejemplo Doppler) en cuanto a la facilidad de implementación y de resultados que se obtienen. Las técnicas tradicionales de LSI usan tamaños de ventana estándar (5x5 o 7x7) para obtener una imagen de contraste, la cual tiene una mejora en la visualización de los vasos y se pueden distinguir de mejor manera con la región de la piel. Sin embargo, el tamaño de la ventana afecta directamente a la definición de los vasos y las técnicas tradicionales no toman en cuenta los tamaños de ellos. Normalmente, una imagen real de vasos sanguíneos puede contener varios de éstos de diferente tamaño y usar un tamaño de ventana puede mejorar algunos, pero perjudicar a otros. En este trabajo de tesis se propone una metodología basada en el análisis de la granulometría para generar una imagen de contraste multiescala, donde los tamaños de las ventanas que se usarán dependerán directamente del tamaño de los vasos, es decir, la ventana será adaptativa y creará una imagen con los tamaños adecuados para cada tipo de vaso. Los resultados obtenidos son comparados utilizando los tamaños de ventana estándar (5x5 o 7x7)
Generación de haces vectoriales bidimensionales periódicos
Get PDFEn este trabajo se generaron campos ópticos vectoriales bidimensionales periódicos de forma numérica y experimental, mediante la superposición de múltiples ondas planas con distinta polarización. Para la obtención experimental de los campos se usaron hologramas sintéticos de fase y una doble trasformada de Fourier. Los hologramas fueron desplegados en un LC-SLM (por en sus siglas ingles Liquid Cristal- Spatial Light Modulator, dicho dispositivo fue previamente caracterizado empleando el efecto Talbot. En el arreglo experimental el LC-SLM es iluminado cuasi-normarmente por un haz láser de He-Ne con polarización lineal, colimado por un sistema expansor. El espectro de Fourier de los hologramas de fase desplegados en el LC-SLM se obtiene con una lente transformadora en su plano focal posterior, aquí se emplea un filtro para aislar un número determinado de spots, los cuales corresponden a los términos de fase de un número determinado de ondas planas. Mediante placas retardadoras se cambia la polarización de los spots que se desea. Para generar a los campos ópticos vectoriales periódicos se coloca una segunda lente transformadora, éstos son obtenidos en el plano focal posterior de la lente y son visualizados con una cámara CCD. Los resultados de los campos construidos mostraron periodicidad y buena calidad. Lo cual implica que el método experimental empleado, es un método eficiente para generar este tipo de campos
Analogías clásico-cuánticas en arreglos de guías de onda.
Get PDFEl comportamiento de sistemas cuánticos, entendido a través de analogías clásicas, que es determinado por la propagación de luz clásica en arreglos de guías de onda definen un isomorfismo entre distribuciones de probabilidad de estados cuánticos, y patrones de difracción discreta en el arreglo. Donde la ecuación de Schrödinger desempeña un papel fundamental. En este sentido, arreglos semiinfinitos, que siguen un acoplamiento determinado por los elementos de matriz de los operadores de creación y aniquilación, y el operador de paridad del oscilador armónico, determinan la emulación clásica de estados gato generalizados de Schrödinger en arreglos de guías de onda conocidos como, arreglos Glauber-Fock. Por otro lado, debido a la relación entre el hamiltoniano del oscilador armónico cuántico y la transformada fraccionaria de Fourier, utilizamos la versión finita del oscilador armónico dado en términos del operador de momento angular ĵₓ, para obtener en un arreglo de guías de onda con acoplamiento parabólico, la transformada fraccionaria de Fourier discreta. Y finalmente, como la transformada fraccionaria de Fourier y la distribución de Wigner están conectadas por una transformación integral, denotada como transformada de Radon, reconstruimos la distribución de Wigner dada una condición inicial
Estabilidad de cuadrotores con carga suspendida
Get PDFThis research presents the development and experimental validation of a control technique for the translation and orientation of a quadrotor. Such a vehicle is connected to a load in the center of mass by means of a rigid cable, giving rise to a suspended load. First, a mathematical model that describes the dynamics of the aircraft is presented. Second, the load model is presented to perform a system coupling between the quadrotor and the suspended load. From the model that describes the dynamics of the system (quadrotor-load) the states to control and the inputs to the system are established, which provides the possibility of controlling the orientation and position of the vehicle. Subsequently, a linearization is carried out to develop a control law under the optimal control technique, which allows the quadruped to fly autonomously, transporting a suspended load. Finally, a set of tests was carried out to validate the quadrotor model with load and the proposed controller.En esta investigación se presenta el desarrollo y validación experimental de una técnica de control para la traslación y orientación de un cuadrotor. A tal vehículo se le conectará una carga en el centro de masa por medio de un cable rígido, dando lugar a una carga suspendida. Primeramente se presenta un modelo matemático que describe la dinámica de la aeronave. Segundo, se presenta el modelo de la carga para realizar un acoplamiento de sistemas entre el cuadrotor y la carga suspendida. A partir del modelo que describe la dinámica del sistema (cuadrotor-carga) se establecen los estados a controlar y las entradas al sistema, lo que brinda la posibilidad de controlar la orientación y posición del vehículo. Posteriormente se realiza una linealización para desarrollar una ley de control bajo la técnica de control óptimo, la cual permite al quadrotor volar de forma autónoma, transportando una carga suspendida. Finalmente se realizan un conjunto de pruebas paravalidar el modelo del cuadrotor con carga y el controlador propuesto
Descriptores de línea para la creación de mosaicos de imágenes térmicas aéreas
Get PDFImage mosaicing is an active area of research in which it seeks to accelerate its process without losing robustness. However, most of the works reported in the literature have focused on the use of visible spectrum images. Consequently, other bands of the electromagnetic spectrum have been little explored. It is important to mention that a visible spectrum image compared with an infrared spectrum image is very different. While visible spectrum images represent information with light, color and texture, infrared images represent information from the temperature of objects, forming blobs or regions with similar intensities in the image, consequently these images have little texture and absence of colors in the scene. Methods of image mosaicing based on points that use termal images, generally do not obtain good results due to the lack of texture in this type of images. This research proposes a robust and efficient alternative for the creation of aerial thermal image mosaics using line primitives in conjunction with a support points search strategy to deal cases when the line segments fail, because there are environments with abundant vegetation in where it is not possible to obtain enough line segments to represent the relationship between the images. On the other hand, line segments in urban environments or in scenarios with presence of man-made objects, it is possible to get a very good representation of the scene and obtain information such as angles and intersection points between lines in order to generate a robust model that consider geometric information of the scene. From this model based on lines it is possible to establish a baseline to be compared with a model based on support points extracted in regions with absence of line information, in order to decide automatically on each iteration when it is convenient use the model based on lines, points or a combination of both.La creación de mosaicos es un área activa de investigación en la cual se busca acelerar su proceso sin perder robustez. Sin embargo, la mayoría de los trabajos reportados en la literatura, se han enfocado en el uso de imágenes de espectro visible. En consecuencia, otras bandas del espectro electromagnético han sido poco exploradas. Es importante mencionar que una imagen de espectro visible comparada con una de espectro infrarrojo es muy diferente. Mientras que las imágenes de espectro visible obtienen la información por medio de la luz, color y textura, las imágenes infrarrojas representan la información a partir de la temperatura de los objetos, formando blobs o regiones con intensidades similares en la imagen, en consecuencia estas imágenes presentan poca textura y ausencia de colores en la escena. Los métodos para la creación de mosaicos de imágenes térmicas basados en puntos generalmente no obtienen buenos resultados debido a la carencia de textura en este tipo de imágenes. En esta investigación se propone una alternativa robusta y eficiente para la creación de mosaicos de imágenes térmicas áereas empleando primitivas de línea en conjunto con una estrategia de búsqueda de puntos de apoyo cuando los segmentos de línea fallan, debido a que existen entornos con abundante vegetación en donde no es posible obtener suficientes segmentos de línea para representar la relación entre las imágenes. Por otro lado, los segmentos de línea en entornos urbanos o en escenarios con presencia de objetos hechos por el hombre, obtienen una muy buena representación de la escena donde es posible obtener información como ángulos y puntos de intersección entre líneas para generar un modelo robusto que considera información geométrica de la escena. A partir de este modelo basado en líneas es posible establecer una línea base para ser comparado con un modelo basado en puntos de apoyo extraídos en regiones con ausencia de información de líneas, con el objetivo de ser comparados y decidir automáticamente en cada iteración cuando es conveniente utilizar el modelo basado en líneas, puntos o una combinación de ambos
Study, fabrication and characterization of solar cells based on a-Si:H films deposited by plasma on plastic substrates.
Get PDFIn this work, plastic substrates PEN, Kapton Polyimide and Teflon were characterized by means of the atomic force microscopy (AFM) technique. Parameters such as maximum height of peaks and width of defects were analyzed. Regions free of defects of these surfaces were also analyzed and the most relevant statistical parameters were determined, such as the RMS roughness, the average height, skewness and kurtosis. In addition to the morphological characterization, spectral measurements were made on the plastic substrates. It was observed that the Teflon substrate has greater optical transmission in the UV spectral region compared to PEN, and exhibits greater transmission in the visible spectrum compared with PEN and Kapton.
p-i-n structures were fabricated on plastic and glass substrates, and the evolution of the morphology in the different layers that make up the p-i-n structure was investigated. The study showed that the morphological characteristics of the surfaces depend on the material used as a substrate, as well as the type of the deposited layers. In addition, treatments with argon (Ar) plasma were studied to improve the adhesion of polymers and AZO films on plastic substrates. The optimal conditions that we found were the following: Power of 30 W, pressure equal to 0.3 Torr and time of 6 minutes. The treatment is the same if done at 110° C or at room temperature.
Planarization study of surface defects was carried out on flexible substrates. The study was characterized by AFM and transmittance. Fabrication and characterization of completely inorganic flexible solar cells and some hybrids were carried out. The performance of the solar cells was evaluated through J-V performance curves under AM1.5 illumination.En este trabajo se caracterizaron superficies de sustratos plásticos PEN, Kapton Poliimida y Teflón por medio de la técnica de microscopía de fuerza atómica (AFM). Parámetros como altura máxima de picos y ancho de defectos se analizaron. Regiones libres de defectos de estas superficies también fueron analizadas y se determinaron los parámetros estadísticos más relevantes como son la rugosidad RMS, la altura promedio, “skewness” y curtosis. Además de la caracterización morfológica, mediciones espectrales fueron realizadas sobre los sustratos plásticos. Se observó que el sustrato Teflón posee mayor transmisión óptica en la región espectral UV en comparación con PEN, y exhibe mayor transmisión en el espectro visible comparado con PEN y Kapton.
Se fabricaron estructuras p-i-n sobre sustratos de plástico y vidrio, y se investigó la evolución de la morfología en las diferentes capas que conforman la estructura p-i-n. El estudio mostró que las características morfológicas de las superficies dependen del material usado como sustrato, así como del tipo de las capas depositadas. Además, se estudiaron tratamientos con plasma de argón (Ar) para mejorar la adhesión de polímeros y películas de AZO sobre sustratos plásticos. Las condiciones óptimas que encontramos fueron las siguientes: Potencia de 30 W, presión igual a 0.3 Torr y tiempo de 6 minutos. El tratamiento sirve igual si se hace a 110°C o a temperatura ambiente.
Estudio de planarización de defectos superficiales fue llevado a cabo sobre sustratos flexibles. El estudio se caracterizó por AFM y transmitancia. Se realizó fabricación y caracterización de celdas solares flexibles completamente inorgánicas y algunas híbridas. El rendimiento de las celdas solares fue evaluado a través de curvas de rendimiento J-V bajo iluminación AM1.5
Diseño CMOS de la etapa de potencia y modulación para un capacitor emisor de luz (LEC).
Get PDFEl desarrollo de dispositivos emisores de Luz compatibles con un proceso de fabricación CMOS estándar es de interés en el campo de la electrofónica para el desarrollo de un gran abanico de aplicaciones a bajo costo. La búsqueda de materiales que posean propiedades electroluminiscentes y que sean compatibles con un proceso de fabricación CMOS estándar ha sido de gran interés. Un material que posee estas características es el Silicio poroso. Sin embargo, sus propiedades mecánicas no son muy buenas. Otro material que ha sido estudiado y que presenta mejores propiedades mecánicas es el óxido de silicio rico en silicio (SRO), usando este material se han fabricado capacitores emisores de Luz (LECs). En esta tesis se presenta el diseño y layout de la etapa de potencia y modulación para un circuito integrado electrofónico que utiliza LECs como emisores de luz. Este CI hace uso del proceso de fabricación del Centro Nacional de Microelectrónica (CNM) del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB). Se estudiaron los límites de voltaje de la tecnología para diseñar dispositivos con rompimiento eléctrico más allá de los voltajes estándar usados en esta tecnología. Una vez que se logro determinar los voltajes de rompimiento, se diseñó una bomba de carga Dickson y un Modulador PWM, además se diseñó el layout de estos y se hicieron las respectivas simulaciones post-layout