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Fabricación y caracterización de transistores de pelicula delgada de a-SiGe:H

MIGUEL ANGEL DOMINGUEZ JIMENEZ (2008)

En años recientes los transistores de película delgada (TFTs) han sido utilizados como elementos de conmutación en pantallas de cristal líquido de matriz activa (AMLCD), ya que los materiales con que éstas se fabrican son depositados a temperaturas menores a 320 °C y en sustratos de áreas grandes [1]. El silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H) ha sido el material mas utilizado como capa activa de estos dispositivos, pero debido a sus bajos valores de movilidad de portadores, es que se han buscado otras alternativas, tales como el uso de silicio policristalino y otros materiales microcristalinos [2]. Sin embargo, el depósito de materiales microcristalinos se realiza a temperaturas mayores a 600 °C. Lo que aumenta el costo de los dispositivos fabricados pues se requiere el uso de substratos más caros. Investigaciones realizadas en el Laboratorio de Microelectrónica del INAOE muestran que la película de silicio germanio amorfo hidrogenado (a-SiGe:H), depositada a una frecuencia de 110 KHz y con una relación de concentraciones en fase gaseosa [GeH4/(SiH4+GeH4)] igual a 0.10, posee excelentes propiedades electrónicas, como son los valores de movilidad de electrones y huecos, de 60 y 10 cm2 V-1 s-1, respectivamente. Esto nos lleva a plantear la hipótesis de que se puede optimizar el funcionamiento de estos dispositivos y seguir utilizando sustratos económicos de vidrio y plástico, con el uso de esta película como capa activa de los TFTs. En este trabajo se describe el proceso de fabricación de los TFTs de a-SiGe:H. Así como la caracterización del dispositivo para determinar los parámetros de interés y las principales figuras de mérito.

Master thesis

Thin film transistors Amorphous semiconductors Schottky barriers CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA DISEÑO DE CIRCUITOS

Development of Low-Temperature ambipolar a-SiGe:H Thin-Film transistors technology

MIGUEL ANGEL DOMINGUEZ JIMENEZ (2012)

Electronic devices and systems fabricated on flexible substrates are

growing attention within both the research and the industrial communities.

Thin-film transistors (TFTs) based on a-Si:H technology have attracted

interest due to potential low-temperature process to be integrated in flexible

electronics technology. Although complementary metal oxide semiconductor

(CMOS) logic circuits, based on separated n- and p-type doped deposited

layers, are currently under development, the use of ambipolar TFTs,

operating as either p- or n-type transistors, can simplify the design and

reduce the cost for the fabrication of the complementary logic circuits.

Hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) has been typically used as the

active layer of TFTs. However, due to the preference for unipolar operation

(n-type), other materials have been proposed for such applications. An

alternative to improve the electrical characteristics of low-temperature

ambipolar TFTs is hydrogenated amorphous silicon germanium (a-SiGe:H).

Recently, we have demonstrated a-SiGe:H with excellent electronic

properties. The a-SiGe:H films show an estimated mobility higher than that of

a-Si:H which indicates probably ambipolarity. In this thesis the fabrication and

characterization of the ambipolar a-SiGe:H TFTs at 200 °C are presented.

Also, the characterization of each one of the films present in the TFT structure

in order to obtain the best deposition conditions is presented. Moreover,

simulations of the device using physical and spice models are performed to

get a comprehensive study on the main transport mechanism of the device.

Recientemente, los transistores de Película Delgada (TFTs) han

resultado atractivos para la industria y la comunidad científica debido a su

potencial aplicación en Electrónica flexible y de área grande. La posibilidad

de desarrollar circuitos lógicos a bajo costo con un bajo consumo de potencia

usando estos dispositivos ha ido adquiriendo mayor importancia.

Actualmente, se están desarrollando dispositivos basados en películas

separadas tipo n y p como capas activas. Sin embargo el uso de TFTs

ambipolares, que operan como transistores tipo n o p dependiendo de la

polarización, pueden simplificar el diseño y reducir el costo de fabricación de

los circuitos lógicos. El Silicio amorfo hidrogenado ha sido el material mas

utilizado como capa activa en TFTs. Sin embargo, debido a su operación

unipolar (tipo n) se han buscado otros materiales alternativos para estas

aplicaciones. Una alternativa para obtener ambipolaridad a bajas

temperaturas (≤200°C) es el Silicio-Germanio Amorfo Hidrogenado (a-

SiGe:H). Investigaciones realizadas en el Laboratorio de Microelectrónica del

INAOE estiman que la película de a-SiGe:H posee valores de movilidad de

electrones y huecos relativamente altos, esto es necesario para obtener

ambipolaridad. En este trabajo se describe el proceso de fabricación y

caracterización de los TFTs ambipolares de a-SiGe:H a 200°C. Así como la

caracterización de las películas que componen el dispositivo, para obtener

las mejores condiciones de depósito. Además, por medio de simulaciones se

logra comprender los mecanismos de transporte que dominan el

funcionamiento del dispositivo.

Doctoral thesis

Thin film transistors Low-temperature production Amorphous semiconductors Simulation CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

The physical reason of intense electroluminescence in ITO–Si heterostructures

OLEKSANDR MALIK Arturo I. Martinez FRANCISCO JAVIER DE LA HIDALGA WADE (2007)

Intense electroluminescence from a spray deposited heavily tin-doped indium oxide (ITO)–n type silicon (Si) heterojunctions, presenting the properties of an induced p–n junction, has been observed. The role of the degenerated n-type ITO film as a good supplier of holes to maintain an inversion layer formed at the silicon interface is discussed. However, the physical mechanism responsible for a significantly higher quantum efficiency of the radiation emission from such structures is not clear. The explanation of this phenomenon, based on the confinement of carriers at the interface due to multi-point contacts between the ITO film and the silicon, is discussed.

Article

Indium oxide Thin film Silicon Heterojunction Electroluminescence CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA

Control de deposición de una película delgada en una fibra óptica utilizando el dip-coater para detectar el pH

Deposition control on an optical fiber thin film using the Dip-Coater to detect pH

DANIEL ALBERTO RAZO MEDINA ORLANDO ORTIZ JIMENEZ EDGAR ALVARADO MENDEZ MONICA TREJO DURAN (2016)

En este trabajo se presentan los resultados obtenidos al usar un dip-coater para llevar a cabo el desarrollo de una membrana o película de sol-gel en una fibra plástica mezclada con indicadores de pH, los cuales serán usados como elementos de reconocimiento. La concentración de pH fue detectada y cuantificada por medio de la absorbancia. Se explican los parámetros a considerar para tener un control de preparación y espesor de la membrana.

This work shows the experimental results obtained by using dip-coater to develop a sol-gel membrane or film on plastic fiber mixed with pH indicators. This will be used as recognition components. pH concentration was detected and quantified by use absorbance.

Parameters considered to have a preparation control and membrane thickness are explained.

Article

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Fibra óptica Película delgada Dip-coater pH Detector Optic fiber Thin film

Synthesis, microstructural, optical and mechanical properties of yttria stabilized zirconia thin films

PATRICIA AMEZAGA MADRID ABEL HURTADO MACIAS WILBER ANTUNEZ FLORES PEDRO PIZA RUIZ MARIO MIKI YOSHIDA (2011)

Thin films of yttria-stabilized zirconia (YSZ) exhibit exceptional properties, such

as high thermal, chemical and mechanical stability. Here, we report the synthesis of

YSZ thin films by aerosol assisted chemical vapour deposition onto borosilicate glass

and fused silica substrates. Optimum deposition temperatura was 673±5 K. In addition,

different Y content was tried to analyse its influence in the microstructure and properties

of the films. The films were uniform, transparent and non-light scattering. Surface

morphology and cross sectional microstructure were studied by field emission scanning

electron microscopy. The microstructure of the films was characterized by grazing

incidence X-ray diffraction. Crystallite size and lattice parameter were obtained. Optical

properties were analysed from reflectance and transmittance spectra; from these

measurements, optical constants and band gap were obtained. Quantum confinement

effect, due to the small grain size of the films, was evident in the high band gap energy

obtained. Nanoindentation tests were realized at room temperature employing the

continuous stiffness measurement method, to determine the hardness and elastic

modulus as a function of Y content.

Article

Thin film Microstructure Mechanical properties CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS

Room temperature ferromagnetism and ferroelectricity in strained multiferroic BiFeO3 thin films on La0.7Sr0.3MnO3/SiO2/Si substrates

MAYRA CECILIA RAMIREZ CAMACHO CESAR FIDEL SANCHEZ VALDES JOSE JUAN GERVACIO ARCINIEGA Mario A. Curiel JOSE LUIS SANCHEZ LLAMAZARES OSCAR RAYMOND HERRERA (2017)

"A novel ferromagnetic state coexisting with ferroelectric ordering at room temperature in strained BiFeO3 (BFO) thin films grown using a sputtering technique on La0.7Sr0.3MnO3/SiO2/Si(100) (LSMO/SOS) substrates is reported. The properties of BFO films with different thicknesses (tBFO = 15, 50, 70, 120, and 140 nm) on 40 nm LSMO layers are explored. [012] out-of-plane highly textured BFO/LSMO stacks grew with rhombohedral structures. LSMO layers are nanostructured in nature, constituted by ferromagnetic single-domain nanoregions induced by the constrain of the SiO2 surface, with TC ∼200 K and high coercive field (HC) of ∼1100 Oe at 2.5 K. BFO films grew epitaxially nanostructured on LSMO, exhibiting ∼4 nm spherical nanoregions. The BFO layers show typical antiferromagnetic behavior (in a greater volume fraction) when made thicker (tBFO > 70 nm). The thinner films (tBFO < 50 nm) display ferromagnetic behavior with TC > 400 K, HC ∼ 1600 Oe for 15 nm and ∼1830 Oe for 50 nm. We propose that such ferromagnetic behavior is originated by the establishment of a new magnetic configuration in the Fe3+OFe3+ sublattice of the BFO structure, induced by strong hybridization at the interface as consequence of superexchange coupling interactions with the ferromagnetic Mn3+OMn3+/Mn4+ sublattice of LSMO. All BFO layers show excellent ferroelectric and piezoelectric properties (coercive field ∼ 740 kV/cm, and d33 = 23 p.m./V for 50 nm; ∼200 kV/cm and 55 p.m./V for 140 nm), exhibiting 180° and 109° DWs structures depending on the thickness. Such multiferroic properties predict the potential realization of new magneto-electronic devices integrated with Si technology."

Article

Multiferroic BFO/LSMO thin film Rf sputtering Interlayer exchange coupling Superexchange CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA FÍSICA

Room temperature ferromagnetism and ferroelectricity in strained multiferroic BiFeO3 thin films on La0.7Sr0.3MnO3/SiO2/Si substrates

MAYRA CECILIA RAMIREZ CAMACHO CESAR FIDEL SANCHEZ VALDES JOSE JUAN GERVACIO ARCINIEGA Mario A. Curiel JOSE LUIS SANCHEZ LLAMAZARES OSCAR RAYMOND HERRERA (2017)

"A novel ferromagnetic state coexisting with ferroelectric ordering at room temperature in strained BiFeO3 (BFO) thin films grown using a sputtering technique on La0.7Sr0.3MnO3/SiO2/Si(100) (LSMO/SOS) substrates is reported. The properties of BFO films with different thicknesses (tBFO = 15, 50, 70, 120, and 140 nm) on 40 nm LSMO layers are explored. [012] out-of-plane highly textured BFO/LSMO stacks grew with rhombohedral structures. LSMO layers are nanostructured in nature, constituted by ferromagnetic single-domain nanoregions induced by the constrain of the SiO2 surface, with TC ∼200 K and high coercive field (HC) of ∼1100 Oe at 2.5 K. BFO films grew epitaxially nanostructured on LSMO, exhibiting ∼4 nm spherical nanoregions. The BFO layers show typical antiferromagnetic behavior (in a greater volume fraction) when made thicker (tBFO > 70 nm). The thinner films (tBFO < 50 nm) display ferromagnetic behavior with TC > 400 K, HC ∼ 1600 Oe for 15 nm and ∼1830 Oe for 50 nm. We propose that such ferromagnetic behavior is originated by the establishment of a new magnetic configuration in the Fe3+OFe3+ sublattice of the BFO structure, induced by strong hybridization at the interface as consequence of superexchange coupling interactions with the ferromagnetic Mn3+OMn3+/Mn4+ sublattice of LSMO. All BFO layers show excellent ferroelectric and piezoelectric properties (coercive field ∼ 740 kV/cm, and d33 = 23 p.m./V for 50 nm; ∼200 kV/cm and 55 p.m./V for 140 nm), exhibiting 180° and 109° DWs structures depending on the thickness. Such multiferroic properties predict the potential realization of new magneto-electronic devices integrated with Si technology."

Article

Multiferroic BFO/LSMO thin film Rf sputtering Interlayer exchange coupling Superexchange CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA

Dispositivo para detección de O2 basado en una película de ZnO crecida mediante la técnica de depósito por capa atómica

Device for detection of O2 based on a ZnO film growth by the atomic layer deposition technique

IRVING GILBERTO FERNANDEZ ALVAREZ (2020)

En este trabajo se fabricó un dispositivo en base a una película delgada de ZnO para la detección de oxígeno. Se determinó que la sensibilidad depende del espesor, requiriendo un espesor mínimo de 100 nm, para las condiciones utilizadas. La influencia del tipo de aislante eléctrico fue clara, donde el material más adecuado fue Al2O3, puesto que ofrece la mejor sensibilidad. El post-tratamiento térmico de ZnO aumenta la resistividad de la película, y produce picos en los cambios de resistencia un poco más agudos durante la detección de oxígeno. Así mismo, la irradiación con luz UV mejoró la definición de los picos, principalmente por aceleración del proceso de desorción de oxígeno. Finalmente, se encontró que al aumentar la corriente entre electrodos mejora la sensibilidad del dispositivo.

In this work, a device was built based on a ZnO thin film for the detection of oxygen. Sensitivity was determined to be thickness dependent, requiring a minimum thickness of 100 nm, for the conditions applied. The influence of the type of electrical insulator was clear, where the most suitable material was Al2O3, since it offers the best sensitivity. Annealing of the ZnO increases the resistivity of the film, and produces slightly sharper peaks in resistance changes during oxygen detection. Likewise, irradiation with UV light improved the definition of the peaks, mainly by accelerating the oxygen desorption process. Finally, it was found that applying a higher current between electrodes improves the sensitivity of the device.

Master thesis

Sensor; película delgada; ZnO; ALD Sensor; thin film; ZnO; ALD INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA ELÉCTRICAS OTRAS OTRAS

Fabricación y caracterización eléctrica de microdiodos Schottky transparentes de películas delgadas de ZnOx

Fabrication and electrical characterization of transparent ZnOx-based Schottky diode

ANGEL REGALADO CONTRERAS (2020)

En el presente trabajo se aborda la fabricación de microdiodos Schottky transparentes, realizando la unión de una película delgada de óxido de zinc (ZnOx) con una película delgada de óxido de indio dopado con estaño (ITO), la primera es usada como semiconductor y la segunda, como el metal (o contacto eléctrico). La fabricación de los diodos se lleva a cabo mediante la técnica de fotolitografía. Las películas de ZnOx se preparan por medio de la técnica de ablación láser sobre sustratos de vidrio, en ambiente reactivo de O2 y a temperatura ambiente. Las películas de ITO y de cromo que se usan en este trabajo se crecen por la técnica de pulverización catódica. En este trabajo de tesis también se estudian las características eléctricas de las películas depositadas de ZnOx a diferentes presiones de trabajo de O2. Las películas delgadas de ZnOx depositadas a un a presión de trabajo de 15 mTorr muestran características que se consideran adecuadas para la fabricación de un diodo Schottky (ni = -5.0x1019cm-3; ρ = 0.06 Ωcm; µ = 2.1 cm2V-1s-1). Tales películas son analizadas por UV-Vis, obteniendo valores de transmitancia promedio de 85 % y un ancho de banda de energía prohibida de 3.65 eV. También se muestran las concentraciones atómicas relativas de las películas depositadas en este trabajo, obtenidas por medio de la técnica de espectroscopia de electrones fotoemitidos. Para el caso de la película de ZnOx de interés (depositada 15 mTorr de presión de trabajo), las concentraciones atómicas calculadas son 37.7 % de Zn y 62.3 % de O. Se analiza el comportamiento eléctrico de uno de los dispositivos fabricados con electrodos de ITO, y se implementa un modelo reportado en la literatura que reproduce con precisión aceptable las mediciones realizadas, obteniendo parámetros equivalentes a un diodo Schottky con n = 66.68, J0 = 177156.17 A/m2 y φSn = 0.28 eV. También, se muestra el comportamiento eléctrico de un dispositivo, reemplazando los electrodos de ITO por cromo, y se observa un comportamiento típico de contacto óhmico con el ZnOx.

Fabrication of transparent Schottky microdiodes is investigated, making a zinc oxide (ZnOx) thin film-ITO thin-film union; the first of them is used as a semiconductor and the second one, as the electrode. The fabrication process was by means of photolithography. ZnOx films were grown on glass substrates by laser ablation technique, in a room temperature-reactive O2 environment; electrical characteristics of ZnOx deposited films at different O2 working pressures also were studied. ZnOx thin films used on diode fabrication were deposited on 15 mTorr working pressure and show electrical characteristics: ni = -5.0x1019cm-3; ρ = 0.06 Ωcm; µ = 2.1 cm2V-1s-1, which are considered suitable for its implementation in a Schottky diode. Such films are analyzed by UV-Vis, obtaining average transmittance values of 85% and an optical Energy Gap of 3.65 eV. Relative atomic concentrations of thin films deposited also were obtained by X-ray Photoelectron Spectroscopy technique. In ZnOx film deposited at 15 mTorr working pressure, the atomic concentrations were 37.7% Zn and 62.3% O. The electrical behavior of ITO electrodes Schottky diode is analyzed considering a literature reported based model, which can reproduce the electrical measurements with acceptable precision, obtaining Schottky diode parameters n = 66.68, J0 = 177156.17 A/m2 and φSn = 0.28 eV. Another electrical characterization of this device is also shown, replacing ITO electrodes by chromium electrodes, and a typical behavior of ohmic contact with ZnOx film is observed.

Master thesis

Diodo Schottky, ZnOx, películas delgadas, xps Schottky diode, ZnOx, Thin film, XPS INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA ELÉCTRICAS OTRAS OTRAS

Fabricación y caracterización de películas delgadas orgánicas para su aplicación en dispositivos optoelectrónicos

ARAMIS AZURI SANCHEZ JUAREZ (2013)

The work presented in this thesis, is for technological development work to manufacture

samples based on organic semiconductors; regioregular poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl)

[P3HT] and [6,6]-Phenyl-C61-butyric acid methyl ester [PCBM], in order to study the

properties and the influences of environmental factors, storage and temperature

controlled treatment and solvent. All this resulted in the development of manufacturing

programs for functional organic semiconductor films, stable, repeatable and controllable

thickness. The culmination of the work is given by the development of a manufacturing

program for a functional, stable and repeatable organic photovoltaic device. This work

puts INAOE (Mexico) as one of the pioneering research centers for research in organic

semiconductor materials such as the processes developed are applicable to other types of

organic semiconductors other than those used in this thesis.

El trabajo presentado en esta tesis corresponde a un trabajo de desarrollo tecnológico

para la fabricación de muestras a base de semiconductores orgánicos; Regioregular

poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) [P3HT] y [6,6]-Phenyl-C61-butyric acid methyl ester

[PCBM], con la finalidad de estudiar las propiedades y las influencias de factores

ambientales de almacenamiento, así como de tratamientos controlados de temperatura y

solvente. Todo esto dio como resultado el desarrollo de programas de fabricación de

películas de semiconductor orgánico funcionales, estables y repetibles con grosor

controlable. La culminación del trabajo se da con la elaboración de un programa de

fabricación, para un dispositivo fotovoltaico funcional, estable y repetible a base de

semiconductores orgánicos. Este trabajo coloca a INAOE como uno de los centros de

investigación pioneros en México para la investigación de dispositivos de este tipo de

materiales.

Doctoral thesis

Optoelectronic devices Thin films Thin film devices Organic semiconductors CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA