INANOE Repositorio (Inst- Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
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Modeling of microwave transmission lines considering frequency-dependent current distribution effects
Get PDFThis thesis is focused on the modeling and characterization of planar interconnects operating at microwave frequencies covering both, integrated circuit (IC) and printed circuit board (PCB) technologies. In particular, the state-of-the-art of the field is advanced by providing physically-based models incorporating the accurate representation of the series effects (i.e., resistance and inductance). In this regard, the current distribution effects, including the skin and proximity effects, are taken into consideration. The analysis starts with the premise that an accurate modeling of the metal losses in microwave transmission lines for IC and PCB technologies, including frequency-dependent current distribution effects is essential to predict the actual response of a whole transmission channel. From the resulting analysis, three frequency regions were identified, mathematical expressions that relate the cross-section and the electrical characteristics of the structure were developed, and the corresponding accuracy is verified through comparisons with simulations carefully performed on full-wave solvers. Furthermore, dominant effects within different frequency ranges were identified, which allows for the development of new methodologies for the electrical characterization of dielectric materials, and pad de-embedding. All the models and methodologies were applied to single-ended and differential microstrips and striplines, as well as to metal-insulator-metal (MIM) test fixtures used for the characterization of thin dielectric films. In this regard, special attention was paid to appropriately consider the correct propagating modes occurring in the analyzed structures, and also to the scalability of the models for R and L
Cálculo de la corriente de tuneleo y el efecto de la temperatura usando la ecuación de Schrodinger.
No full textThe calculation of quantum-mechanical tunneling, through the gate oxide, in a
Metal-Oxide-Field-Effect Transistor (MOSFET), is introduced in this thesis.
The calculation includes a detailed analysis of gate-oxide tunneling based on fundamental
theory taking into account the Schrodinger equation, and some numerical
methods to solve the equation and calculate the tunneling transmission rate.
The particle-independent tunneling current is also described, which explains some
phenomena that influence the calculation of the tunneling current itself; these
phenomena are the space-charge effect, and the E-k relationship.
The tunneling mechanism for different gate-oxide types, and its influence on the
gate oxide tunneling current, is also described in chapter 4. The tunneling current for
oxide materials, such as SiO2 or HfO2, in the 1-2 nm thickness range, in MOSFETs
is also introduced.
The effect of temperature on the quantum mechanical tunneling mechanisms, as
well as on the fate oxide current itself, is shown in chapter 5.
Finally, some conclusions and comments on the quantum mechanical tunneling
mechanisms, and its deleterious effect on MOSFETs, are addressed.En esta tesis se tratan temas sobre las características eléctricas de dispositivos
semiconductores donde la corriente de tuneleo puede inducir un mal funcionamiento.
Se analizan los principios por los cuales se da el tuneleo electrónico a través de
la teoría cuántica, la ecuación de Schrodinger y se muestran algunas maneras de
solucionar los problemas relacionados al cálculo de los coeficientes de transmisión,
con lo cual se calcula la corriente de tuneleo en el caso particular de un transistor
MOSFET.
Se detalla cómo se calcula la corriente de tuneleo utilizando la teoría válida para
una partícula y se incluyen algunas consideraciones que intervienen en la estimación
y el cálculo de la corriente de tuneleo, como lo son, el efecto de la carga espacial
y la relación entre E y k para los electrones en el interior de una estructura de un
transistor MOSFET.
También se analiza el tuneleo en una estructura MOS y los efectos de cambiar el
óxido de silicio de la compuerta por óxido de hafnio.
Se detallan algunos parámetros de los materiales que hacen que cambien la corriente
de tuneleo por el efecto de la temperatura. Finalmente se hacen conclusiones
y observaciones sobre los temas y resultados aquí tratados
Sistema criogénico y electrónica de lectura para detectores superconductores de radiación milimétrica.
No full textMillimeter wavelength astronomy has become important in recent decades in
both cosmological scale studies and observations of the nearby Universe, with a
growing interest in the scientific community for analysis of astronomical objects
such as planetary systems, galaxies and clusters of galaxies, of which, millimeter
astronomy allows the research mainly of their initial stages of formation. That has
led to the construction of telescopes and technological advances in different areas
of knowledge have made possible the development of instrumentation for millimeter
astronomy, which is a multidisciplinary work combining, for example, room
and low-temperature electronics, cryogenic techniques, microfabrication using superconducting
materials, development of hardware and software, among others.
In order to perform the characterization and operation of mm-wavelength superconducting
detectors, the installation and characterization of a cryogenic system
and an electronic read-out, along with the design, manufacture, and testing
of optomechanical devices were carried out in this thesis.
The work includes the installation and characterization of two-stages cryogenic
systems using two Pulse Tube Coolers and a He-3/He-4 fridge, with which a
minimum temperature of ∼250 mK was reached in a ∼44 hours hold-time cycle. A
script was programmed in LABVIEW for monitoring and controlling temperatures
of the cryostats and fridge.
In addition, an electronic readout was installed for TES detectors in a frequency
domain multiplexed scheme, which comprises using MATLAB and Vivado
for designing and programming an algorithm on a FPGA Kintex for the generation
and digital processing of signals, as well as the installation and characterization
of SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices) at 4 K.La astronomía en longitudes de onda milimétricas ha cobrado importancia en
las últimas décadas tanto en estudios a escalas cosmológicas como en observaciones
del Universo cercano, con un creciente interés de la comunidad científica por el análisis
de diferentes objetos astronómicos, tales como sistemas planetarios, galaxias
y cúmulos de galaxias, de los cuales, la astronomía milimétrica permite su estudio
principalmente en sus etapas iniciales de formación. Lo anterior ha impulsado la
construcción de telescopios, al tiempo que avances tecnológicos en diferentes áreas
del conocimiento han hecho posible el desarrollo de la instrumentación correspondiente,
el cual es un trabajo multidisciplinario en el que actualmente se combinan,
por ejemplo, electrónica de baja temperatura y temperatura ambiente, técnicas
criogénicas y de microfabricación con materiales superconductores, programación
y desarrollo de equipo de cómputo, entre otros.
En esta tesis se llevó a cabo la instalación y caracterización de un sistema
criogénico, electrónica de lectura a temperatura ambiente y criogénica, así como
el diseño, fabricación y pruebas de componentes optomecánicos, todo ello para
realizar la caracterización y operación de detectores superconductores de radiación
milimétrica.
El trabajo incluye la instalación y caracterización de sistemas criogénicos de
dos etapas, con dos enfriadores de tubo de pulsos para una temperatura de 4 K y
un refrigerador de He-3/He-4 con el que se alcanzó una temperatura mínima de
∼250 mK en un ciclo de ∼45 horas. Se realizó, para este propósito, la programación
en LABVIEW para el control y monitoreo de temperaturas tanto para los
criostatos como para el refrigerador.
Asimismo, se llevó a cabo la instalación de la electrónica de lectura para detectores
tipo TES en un esquema de multiplexado en frecuencia, el cual comprende
el uso de MATLAB y VIVADO para el diseño y programación de un algoritmo en
una tarjeta FPGA Kintex utilizada para la generación y procesamiento de señales,
así como la instalación y caracterización de SQUIDs (del inglés Superconducting
Quantum Interference Devices) a 4 K
Diagnosis of breast cancer through the processing of thermographic images and neural networks
Get PDFCurrently the standard method of breast cancer screening is the mastography, a study commonly available for women of 40 years and older, because the skin and tissue becomes thinner over time, allowing X-rays to pass through the breasts and obtain images of any anomalies that may arise. Being an invasive and radioactive technique, it is not comfortable for patients and therefore no regular consultations are done, thus avoiding early diagnosis and timely treatment. In addition to the above, women outside the age range for performing a mastography are unprotected, due to this, alternative detection methods have been sought.
In this work we propose a method to support an early diagnosis of breast cancer through the processing of thermographic images and the use of artificial neural networks. Thermomastography is an innocuous test based on infrared radiation emitted by the body; it is painless, effective, economical and fast. Our proposal is to correlate a private database of clinical reports of patients obtained with usual and accepted techniques, such as the mastography and biopsy, with the database of the same patients but using their thermal imaging and thermographic classification, in this way a neuronal algorithm could support a medical expert in the diagnosis of cases not visible without such aid. We present the result obtained for the classification of two and three classes of cancer risks, using the combination of various classification techniques; the neural network algorithms used were R-CNN for Object Detection and Neural Network for Pattern Recognition. With respect to image processing, we included Fourier Transform for pattern analysis, and statistics based on intensity levels differences between both breasts. The final aim of this research is eventually not just to warn if a patient could present cancer or not, but to inform about a thermal classification indicating the possible presence of abnormalities, to avoid future problems or to keep such patient under surveillance.En la actualidad el método estándar de detección de cáncer de mama es la mastografía, estudio comúnmente disponible para mujeres de 40 años en adelante, debido a que la piel y el tejido graso se adelgaza con el paso del tiempo, permitiendo a los rayos x atravesar las mamas y obtener imágenes de cualquier anomalía que pudiera presentarse. Al ser una técnica invasiva y radiactiva, no es del agrado de los pacientes y por esto no se hacen consultas regulares, evitando así un diagnóstico temprano y un tratamiento oportuno. Además de lo antes mencionado, las mujeres fuera del rango de edad para realizarse una mastografía quedan desprotegidas, debido a esto se han buscado métodos alternos de detección.
En este trabajo proponemos un método para apoyar un diagnóstico precoz de cáncer de mama mediante el procesamiento de imágenes termográficas y el uso de redes neuronales artificiales. La termomastografía es una prueba inocua basada en la radiación de rayos infrarrojos que emite el cuerpo, es indolora, eficaz, económica y rápida. Nuestra propuesta es correlacionar una base de datos privada de informes clínicos de pacientes obtenidos con técnicas habituales y probadas, como mastografía y biopsia, con la base de datos de los mismos pacientes pero usando sus imágenes térmicas y clasificación termográfica, de esta manera un algoritmo neuronal podría encontrar patrones que por simple vista un experto médico no pudiera notar.
Presentamos el resultado obtenido para la clasificación de dos y tres clases de riesgos de cáncer, utilizando la combinación de diferentes técnicas de clasificación; los algoritmos de redes neuronales usados fueron R-CNN para detección de objetos y redes neuronales de reconocimiento de patrones. Respecto al procesamiento de imágenes, se incluyó la transformada de Fourier para el análisis de patrones, y estadísticas basadas en las diferencias de niveles de intensidad entre ambos senos. El objetivo final de esta investigación es no sólo advertir si un paciente puede presentar cáncer o no,
es sino informar sobre una clasificación térmica que indica la posible presencia de anomalías, para así evitar futuros problemas o mantener a dicho paciente bajo vigilancia
Estimación del radio terrestre en México
No full textEn este proyecto se obtendrá una estimación del radio terrestre siguiendo el método de Eratóstenes. A través de hacer mediciones en distintos lugares de México, se puede graficar una recta cuya pendiente se relaciona directamente con la circunferencia de la Tierra. Por medio de una sencilla relación, se puede estimar el radio terrestre. Se explican a lo largo del reporte de las ideas y conceptos principales; así como también el método usado. Al final, se discuten los resultados obtenidos y el error asociado al resultado de la práctica
Application of the cross-disperser method joint with the two-phonon acousto-optical interaction to optical spectrum analysis
Get PDFWe develop an advanced approach to the optical spectrometer with acousto-optical dynamic grating for the Guillermo Haro astrophysical observatory (Mexico). The progress consists in two principal novelties. First one is using the acousto-optical nonlinearity of two-phonon light scattering in crystals with linear acoustic losses. This advanced regime of light scattering exhibits recently revealed additional degree of freedom, which allows tuning the frequency of elastic waves and admits the nonlinear apodization improving the dynamic range. The second novelty is combining the cross-disperser with acousto-optical processing. Similar pioneer step gives us an opportunity to operate over all the visible range in parallel regime with maximal achievable resolution. The observation window of optical spectrometer in that observatory is ~9 cm, so that the theoretical estimations of maximal performances for a low-loss LiNbO3-crystal for this optical aperture at λ = 405 nm give the spectral resolution 0.0523 Å, resolving power 77,400, and number of spots 57,500. The illustrative proof-of-principle experiments with 6-cm LiNbO3-crystal have been performed
Estudio espectroscópico para identificar y cuantificar capsaicina en la especie capsicum annumm
Get PDFEl objetivo de este trabajo de tesis doctoral es aportar marco teórico y diseño experimental, que permita entender los espectros de absorción y reflexión difusa de la capsaicina de forma aislada y directa en chiles, para diseñar un método clasificador de frutos capsicum annum según su concentración de capsaicina de forma rápida. La respuesta espectral de la capsaicina en el rango visible tiene picos muy característicos, lo cual facilita identificar la presencia de ésta molécula en mediciones directas en chiles, conjuntamente se corrobora la distribución de la capsaicina en los frutos ya que la teoría indica, que sólo está presente en algunas partes de estos. El primer procedimiento experimental sólo se empleó una oleorresina con capsaicina de uso alimentario, se diseñó un experimento partiendo de concentraciones conocidas, con el objetivo de comprender la respuesta espectral de ésta substancia, y finalmente recuperar analíticamente los valores de estas concentraciones iniciales, realizando un procedimiento estadístico. De las mediciones realizadas directamente en frutos capsicum annum usando reflexión difusa, se cotejó las curvas ya medidas de la oleorresina mencionada y del extracto de éstos frutos, haciendo una correlación de picos característicos en las muestras medidas. Es importante destacar que los picos característicos identificados no se ven obstruidos por la presencia de otras sustancias presentes en los frutos analizados. Finalmente se proporciona un método que permitió clasificar de forma sencilla las curvas medidas directamente, con alta y baja concentración de capsaicina. La utilidad de esta propuesta de clasificación puede verse reflejado en disminuir el tiempo de análisis y los costos de otras metodologías ya existentes
“Desarrollo de una filtenna plana con modo de operación diferencial a la frecuencia central de 2.4GHz”
Get PDFEn este trabajo se presenta el diseño, simulación e implementación de una filtenna diferencial en un sólo sustrato y utilizando tecnología microstrip. La técnica que se utiliza para la integración de la antena en el filtro pasa-banda es aproximación y síntesis de filtros. Primero se presenta el estado de arte de las filtennas de terminación sencilla y diferencial, y se describen los diseños que se encontraron en la literatura que aplican la técnica de aproximación y síntesis de filtros y que han sido simulados e implementados. Posteriormente, se resume la teoría básica de ingeniería en microondas: líneas de transmisión, señales diferenciales y análisis de redes. También se proporcionan las bases teóricas para el diseño de filtros pasa-banda microstrip con respuesta Chebyshev de tipo I y para el diseño de antenas de parche rectangular y antenas dipolos. Además se presentan el procedimiento de diseño y resultados de las simulaciones del filtro pasa-banda de tercer orden con respuesta Chebyshev, de la antena de parche rectangular y la integración de ambos en un una sola estructura. Las simulaciones son hechas en el software de SONNET pero las gráficas de los parámetros S modo mixto que se exhiben en la tesis son realizadas en el software de MATLAB mediante la lectura de los archivos Touchstone de los parámetros S single-ended, los cuales son obtenidos de SONNET. Por último, se muestra la estructura implementada en el sustrato seleccionado, se detalla el procedimiento que se siguió para las mediciones experimentales y se presentan los resultados que se obtuvieron de forma experimental. También se presenta una comparación de los resultados obtenidos en las simulaciones y los resultados obtenidos de forma experimental.In this thesis the design, simulation and implementation of a differential filtenna using only one substrate with microstrip technology is presented. The approximation synthesis technique is used to integrate the antenna into a bandpass filter. First the state of the art of single endeed and differential filtennas introducing the designs that were found in the literature that apply the approximation synthesis technique have been simulated and implemented. Secondly the basic theory of microwave engineering is reviewed: transmission lines, differential signals and network analysis. The theorical bases of the design of microstrip bandpass filters with Chebyshev type I response, patch rectangular antennas and dipole antennas are presented. Subsequently, the integration in one same structure of the third-order bandpass filter and the rectangular patch antenna is explained by means of simulations. The simulations are made in SONNET software, however the graphs of the mixed-Mode S-Parameters that are exposed along this thesis are made in MATLAB software using the Touchstone files of the single-ended S-Parameters which are obtained from SONNET. Finally, the implemented structure of the selected substrate is showed in figures in detail. The procedure to carry out the measurement and the experimental results are presented along a comparison between the simulation and the experimental results
Estudio de polarización vectorial
Get PDFEn este trabajo se usó la teoría de Polarización óptica con el objetivo de construir un polarímetro de Stokes. Este sistema óptico fue instalado y probado midiendo algunos vectores de Stokes conocidos para su validación. El sistema incluye polarizadores, placas retardadoras de luz, un objetivo de microscopio, un pinhole, un láser y una cámara CCD para registrar las distribuciones de intensidad. El procesamiento de las imágenes se realizó a través de un programa en MATLAB®. La estructura del programa se basa en el método de “Análisis de Fourier usando un retardador de un cuarto de onda rotando” y permite calcular el vector de Stokes resultante de un conjunto de imágenes pixel por pixel. Posteriormente, con la experiencia adquirida, se propuso generar haces vectoriales con simetría axial. Para lograrlo, se utilizó una placa retardadora de luz de media onda espacialmente variable (S-waveplate). Este elemento óptico convierte un haz de luz con polarización lineal a uno con polarización radial o azimutal. Las distribuciones de intensidad generadas por la S-waveplate se analizaron con el programa descrito en el párrafo anterior para su validación. Los resultados confirmaron una distribución de polarización radial y azimutal uniforme, además también fue posible obtener nuevos estados de polarización usando diferentes placas retardadoras de onda. La S-waveplate será empleada para atrapar y manipular micropartículas de poliestireno en un trabajo futuro
Modelado comportamental de dispositivos basados en Ag/TiO2/ITO con efecto memristivo
Get PDFSe presenta el desarrollo de una metodología de modelado memristivo para
dispositivos basados en películas delgadas de dióxido de titanio (TiO2) depositadas
sobre óxido de estaño e indio (ITO) y utilizando contactos de plata (Ag).
Para probar su efectividad, esta metodología ha sido aplicada para obtener expresiones
analíticas para las variables eléctricas —resistencia y corriente— en dispositivos cuyo
espesor de película de TiO2 es de 100 nm y 50 nm.
El resultado es una función definida a trozos, cuyas expresiones están basadas en un
polinomio de grado variable, elegido en función de la reducción del error cuadrático
medio normalizado.
La comparación entre los datos experimentales y las funciones analíticas propuestas
muestran una similitud de, al menos, 88% para la resistencia en función del tiempo y
mayor a 95% para la corriente en el tiempo