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Very shallow boron junctions in Si by implantation and SOD diffusion obtained by RTP

Jairo Plaza Castillo ALFONSO TORRES JACOME OLEKSANDR MALIK (2008)

Because of their very large integration capabilities and continuous scaling, the CMOS devices are the basic element in the currentintegrated circuits. Their scaling up to sub-micrometric scale presents advantages like diminution of power consumption, faster devices and a larger level of integration. But the physics limitations begin to be important at these dimensions, anomalous effects like hot electrons, leakage currents and punch through, among others, appear. These effects can be reduced if, at the source/drain region, shallow junctions are obtained with junction depth (xj) less than 200 nm. To achieve this goal, new junction fabrication methods, which include pre-amorphization [S.D. Kim, C.M. Park, J.C.S. Woo, Formation and control of box-shaped ultra-shallow junction using laser annealing and pre-amorphization implantation, Solid State Electron. 49 (2005) 131–135] are required. Other alternative techniques that do not require ion implantation [T. Uchino, P. Ashburn, Y. Kiyota, T. Shiba, A CMOS-compatible rapid vapor-phase doping process for CMOS scaling, IEEE Trans. Electron Devices 51(1) (2004) 14–19.], in order to prevent surface crystal damage and as a consequence the inhibition of boron interstitial clusters and {3 1 1} defects [R.T. Crosby, K.S. Jones, M.E. Law, L. Radic, Dislocation loops in silicon–germanium alloys: the source of interstitials, Appl. Phys. Lett. 87 (192111) (2005) 1–3.], which are the trigger of the ‘‘transient enhanced diffusion’’ (TED) process are used. In this essay, it is shown that rapid thermal process, allow the fabrication of very shallow junctions with a xj less than 300nm by using with high energies and high doses of boron/BF2 ions implantation. By this way the slow dissolution of the dislocation loops, present at the end of range (EOR) of the implanted boron, allow this process. These obtained junctions are compared with those prepared by using the spin on doping (SOD) technique. The diffusion profiles obtained by both processes and their electrical properties are measured and compared for their application as S–D regions in a current CMOS process.

Article

Shallow junctions Boron implants BF2 implants Boron SOD High boron concentration CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Desarrollo de celdas solares de heterounión c-Si / a-Si:H

JOSE DE JESUS MARTINEZ BASILIO (2011)

This work is focused on the design, manufacture and characterization of pin and nip heterojunction solar cells. These solar cells were made on crystalline silicon with depositions of intrinsic and doped hydrogenated amorphous silicon thin films, at low temperatures (< 200 ºC) by means of the Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) Technique.

Nip solar cells were made on p-type crystalline silicon with an intrinsic buffer layer and n-type hydrogenated amorphous silicon thin film. A layer of Oxide Tin Film was deposited as a transparent conductive oxide (TCO). The metal contacts were formed by aluminum evaporation. Pin solar cells were made on n-type crystalline silicon with an intrinsic buffer layer and p-type hydrogenated amorphous silicon thin film. The characterization was carried out by obtaining the current - voltage curves under illumination using a lamp with a known irradiance. In this way, the short circuit current density (Jsc), the open circuit voltage (Voc) and efficiency were obtained.

Also, an analysis about the effect of varying the flow rates of phosphine and diborane in the deposition of the amorphous films (n and p type, respectively) was performed, aiming to study their influence in the characteristics of the performance of the solar cells. It has found that the best efficiency was achieved with the deposition of an a-Si:H thin film doped with diborane with flow of 10 sccm. It was found that the main limiting factor in the efficiency of the cells was a high resistance due to the non ohmic metal-semiconductor contacts. Several techniques were used to reduce the series resistance in the cells and therefore increase the fill factor and the efficiency. However, that was not achieved in a satisfactory way.

Moreover, a simulation study was performed in the cells, varying the resistance value of the back metal-semiconductor contact. It was found that a resistance value of above 10 - 20 Ωcm2 results in a fill factor very small and consequently in a very low efficiency of the solar cells. Finally, we can conclude that the developed process in the present thesis, has the potential to fabricate cells with better characteristics and larger efficiencies, once that the large series resistance has been reduced.

En el presente trabajo se realizó la fabricación y caracterización de celdas solares de hetero unión nip y pin. Las cuales fueron fabricadas sobre sustratos de silicio cristalino, donde posteriormente se depositaron películas delgadas de silicio amorfo intrínseco y silicio amorfo dopado, a bajas temperaturas (≤ 200ºC) por medio de la técnica de Depósito Químico en Fase Vapor Asistido por Plasma (PECVD).

Para la fabricación de celdas nip se utilizaron sustratos de silicio cristalino tipo p, sobre el cual se depositó una película delgada de a-Si:H intrínseco y, posteriormente, una película delgada de silicio amorfo hidrogenado dopado con fósforo, es decir a-Si:H tipo n, como capa anti reflejante se utilizó una película de Óxido de Indio Estaño ITO (Indium Tin Oxide) y finalmente, los contactos metálicos se realizaron por medio de evaporación de aluminio. Las celdas pin se fabricaron sobre silicio cristalino tipo n, sobre el cual se depositaron películas delgadas de silicio amorfo intrínseco y silicio amorfo dopado con boro, es decir a-Si:H tipo p . La caracterización se llevó a cabo por medio de la obtención de curvas corriente voltaje bajo iluminación, usando una lámpara de irradiancia conocida. De esta manera se extrajeron los parámetros de la densidad de corriente de corto circuito (Jsc), el voltaje de circuito abierto (Voc) y la eficiencia del dispositivo.

También se realizó un análisis sobre el efecto al variar los flujos de los gases dopantes en las películas amorfas (tipo n y p, respectivamente), con el objetivo de estudiar su influencia en las características de desempeño de las celdas fabricadas. Los resultados obtenidos muestran que el mejor desempeño de la celda se obtuvo al depositar una película de a-Si:H dopado

con boro con un flujo de 10 sccm, logrando obtener una eficiencia del 5.8%. Se encontró que la principal limitante de la eficiencia de las celdas solares fabricadas fue una alta resistencia en serie debido a los contactos no óhmicos metal-semiconductor y/o al efecto de tener una película intrínseca de un grosor mayor a 5 nm. Se utilizaron distintas técnicas para reducir la resistencia en serie en las celdas y de esta manera lograr un mayor factor de llenado y una mayor eficiencia. Sin embargo no fue posible reducirla.

Para confirmar que la resistencia en serie estaba limitando el funcionamiento de las celdas solares, se realizaron diversas simulaciones.

Master thesis

Solar cells Pn junctions Design CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Recreating intestinal peristalsis in the petri dish

ROSA ESPINOSA LUNA ALMA ROSA BARAJAS ESPINOSA Fernando Ochoa Cortés Carlos Barajas López (2017)

"Here we describe a culture technique of cells dissociated from the external muscularis of the guinea pig small intestine, which allows us to maintain all the elements involved in the intestinal peristaltic reflex. After a few days in culture, these cells reorganize to form a small group of cells that permit the generation of pacemaker activity, spontaneous contractions, and the development of inhibitory and excitatory junction potentials in the petri dish, all elements involved in the peristaltic reflex. Therefore, these co-cultures are suitable to study the cellular and molecular aspects related to the development, maintenance, and modulation of motor intestinal functions."

Article

Smooth muscle Neuromuscular junctions Gastrointestinal tract Small intestine Enteric nervous system Myenteric neurons Slow waves Inhibitory junction potentials Excitatory junction potentials BIOLOGÍA Y QUÍMICA CIENCIAS DE LA VIDA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

Shallow Levels Characterization in Epitaxial GaAs by Acousto-Optic Reflectance

MIGUEL TORRES CISNEROS RAFAEL GUZMAN CABRERA LUZ ANTONIO AGUILERA CORTES EDGAR ALVARADO MENDEZ José Amparo Andrade Lucio (2012)

En este trabajo, utilizamos el espectro de la luz reflejada en una muestra de Arsenuro de Galio (GaAs) bajo la influencia de una onda ultrasónica. El diferencial espectral es calculado como una diferencia entre el espectro del material obtenido bajo la influencia del ultrasonido y aquél obtenido sin dicha influencia. Este diferencial de reflectancia espectral acusto-óptico (AODR) contiene algunas bandas que representan los niveles energéticos de los centros en la superficie de la muestra. Esta técnica está basada en la perturbación de los estados locales generada por el ultrasonido. Particularmente, este trabajo presenta un método para caracterizar los estados locales en la superficie y las interfaces en los cristales, así como estructuras epiteliales de baja dimensión basadas en materiales semiconductores. Para ello, se presenta un modelo teórico para explicar dicho espectro de reflectancia diferencial (AODR). También se realizaron experimentos con estructuras de GaAs epitelial contaminado con Teluro (Te). Los resultados teóricos y experimentales obtenidos muestran que este método es una buena herramienta para caracterizar las trampas superficiales en estructuras epiteliales de semiconductores.

Optical spectra of light reflection are detected under an influence of ultrasonic wave (UW) on a GaAs wafer. The differential spectrum is calculated as a difference between those taken under UW and without that influence on a sample. This acousto-optic differential reflectance (AODR) spectrum contains some bands that represent the energetic levels of the shallow centers in a sample. A physical basis of this technique is related to a perturbation of local states by UW. Here, a method is developed for characterization of local states at the surfaces and interfaces in crystals and low-dimensional epitaxial structures based on microelectronics materials. A theoretical model is presented to explain AODR spectra. Also, experiments using epitaxial GaAs structures doped by Te were made. Finally, theoretical and experimental results show that acousto-optic reflectance is an effective tool for characterization of shallow trapping centers in epitaxial semiconductor structures.

Article

CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA Semiconductors Optical reflectance Shallow levels Semiconductores Reflectancia óptica Niveles superficiales

Obtención de profundidades de unión xj menores a 0.4 μm, con una óptima activación de los dopantes implantados o depositados

Jairo Plaza Castillo (2007)

Because their very large integration capabilities and continuous scaling, the CMOS devices

are the basic element in the current integrated circuits. Its scaling up to sub-micrometric scale presents advantages like diminution of power consumption, faster devices and a bigger level of integration. But the physics limitations, begin to be important at these dimensions, anomalous effects like hot electrons, leakage currents and punch through, among others appear. These effects can be reduced if, at the source/drain region, shallow junctions are obtained with junction depth (xj) less than to 400 nm. To achieve this goal, new junction fabrication methods which include pre-amorphization are required. Other alternative techniques which do not require ion implantation, in order to prevent surface crystal damage and as a consequence the inhibition of Boron Interstitial Clusters and {311} defects, which are the trigger of the “Transient Enhanced Diffusion” process are used. In this essay, it is shown that Rapid Thermal Process, allow the fabrication of very shallow junctions with a xj less than 400 nm by using with high energies and high doses of BF2ions implantation. By this way the slow dissolution of the dislocation loops, present at the End Of Range of the implanted Boron, allow this process. These obtained junctions are compared with those prepared by using the Spin On Doping technique. The diffusion profiles obtained by both processes and their electrical properties are measured and compared for its application as S/D regions in a current CMOS process.

En los procesos de fabricación de circuitos integrados, la reducción de la profundidad de unión en los transistores MOS es una consecuencia ineludible del escalamiento de los dispositivos electrónicos, las actuales y nuevas tecnologías han volcado sus esfuerzos a la reducción de sus magnitudes, soportadas en las bondades de dicho escalamiento. Los trabajos se desarrollan en diferentes frentes, a nivel experimental y teórico, experimentalmente se buscan nuevos materiales y técnicas de fabricación que reproduzcan los modelos teóricos diseñados y cuya evaluación muestra el óptimo funcionamiento de los cada vez más pequeños circuitos básicos. Estos modelos están enriquecidos con soluciones a los fenómenos anómalos que tienen su aparición a distancias nanométricas, por ejemplo, los efectos de canal corto son disminuidos mediante la obtención de menores profundidades de unión xj jen las regiones de fuente y drenaje. La mayor dificultad encontrada con este modelo está en que el alto valor del coeficiente de difusión de dopantes como el boro impide la obtención de xj jdel orden de 400 nm con óptima activación. Fenómenos de corta duración ocurridos durante el proceso térmico como el aumento transiente de la difusión son modelados y su efecto minimizado empleando nuevas técnicas de recocido con sistemas RTP “Rapidal Thermal Procces”. Por ser la difusión función de la temperatura, el tiempo, la concentración de especies dopantes y el nivel de daños se ha experimentado con diferentes técnicas como la implantación de iones más pesados como el BF2, activación fuera de equilibrio térmico en hornos RTP y procesos libres de daños que recurren a películas depositadas con SOD “Spin On Dopant”. Es nuestro propósito mostrar las propiedades eléctricas de las regiones de fuente y drenaje en un transistor MOS cuando se han implantado altas dosis de BF2o empleado SOD como fuente de iones, y todas las muestras activadas en hornos RTP.

Doctoral thesis

Dopping profiles Diffusion Spin on dopant Shallow juntions CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA DISEÑO DE CIRCUITOS

Análisis de las características de celdas solares basadas en heteroestructuras ITO/n-Si.

GUILLERMO RUIZ TABOADA (2008)

This work is focused on a theoretical study of an experimental solar cell, fabricated on a tin-doped indium oxide-silicon (ITO-Si) heterostructure. A 10 omega-cm resistivity silicon substrate was used. The main characteristics of the p-n and Schottky barrier physical models were analyzed. The application limits of each model were clearly defined. Based on the previous analysis, It was found that the experimental structure can be considered as a surface inversion p+-n junction and a theoretical model for inversion p-n ITO-nSi solar cells has been developed. This model is able to describe the behavior of such structure in an accurate way. Based on a p+-n model, theoretical calculations are presented. They show an

excellent agreement with the experimental results. Such agreement gave us the possibility to calculate the photovoltaic characteristics of hypothetical ITOnSi solar cells. It was found that the use of silicon substrates with resistivities lower than 10 omega-cm improves the cell efficiency. Moreover, it is shown that using substrates with resistivities lower than 1 omega–cm, the p-n model is not applicable. With the purpose of obtaining similar p-n structures as those obtained with ITO-Si, and based on the knowledge of the shallow and low resistive junctions formed by rapid thermal processes (RTP); p-n solar cells were fabricated by using this technique and a solid dopant source (spin on dopant SOD). The best characteristics achieved by these cells were below the theoretical values predicted by p-n model. A fabrication process depuration is proposed as a future work

En este trabajo se realiza el estudio teorico de una celda solar experimental basada en la heteroestructura ITO-Si fabricada en un substrato de silicio cristalino con resistividad de 10 omega–cm. Se realiza un analisis teorico de las principales caracteristicas de los modelos fisicos p-n y de barrera Schottky, definiendo claramente los limites de aplicacion de cada uno. Con base en esto, se encuentra que la celda experimental puede ser considerada como una union p+-n por inversion superficial del substrato y se desarrolla un modelo fisico y matematico capaz de describir de manera precisa el comportamiento de esta estructura experimental. Se presentan calculos teoricos con resultados que muestran una concordancia excelente con los valores experimentales, lo cual permite visualizar una mejora en las figuras de merito de la estructura mediante el empleo de substratos con resistividad menor a los 10 omega–cm. Se encuentra que para el caso de substratos con resistividad menor a 1 omega–cm, el modelo p-n por inversion superficial del substrato ya no sera aplicable. En un esfuerzo por obtener estructuras p-n similares a las logradas con las celdas ITO-Si, se fabricaron celdas solares en substratos de silicio cristalino basadas en estructuras p-n mediante el uso de una fuente solida SOD (spin on dopant por su siglas en ingles) y un proceso termico rapido de difusión (RTP rapid thermal process por sus siglas en ingles), en base al conocimiento previo de la formacion de uniones poco profundas (menores a 0.46m) y de baja resistividad mediante el empleo de esta tecnica. Las mejores caracteristicas de las estructuras fabricadas con esta técnica presentaron valores menores a los calculos teoricos proporcionados por el modelo p-n. Como trabajo futuro se propone una mejora a este proceso.

Master thesis

Solar cells P-N junctions Indium compounds CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA DISEÑO DE CIRCUITOS

MORPHOMETRIC CHARACTERISTICS OF TROPICAL SHALLOW RESERVOIR USED FOR AQUACULTURE AND AGRICULTURE IN THE MEXICAN PLATEAU

JESUS TRINIDAD PONCE PALAFOX LUIS FERNANDO CRUZ GARCIA DANIEL HERNANDEZ OCAMPO JOSE LUIS ARREDONDO FIGUEROA (2013)

Morphometric characteristics of a tropical shallow reservoir situated in the Southern Mexican Highlands were studied. Seventeen morphometric parameters were measured. Results of the morphometric parameters showed that this reservoir presented a soft and roughness bottom, with an ellipsoid form and a concave depression that allow the mix up of water and sediments, causing turbidity and broken thermal gradients; its slight slopes allowed the colonization of submerged macrophyte and halophyte plants and they improve the incidence of sunlight on water surface increasing evaporation and primary productivity. Tropical shallow reservoirs have fluctuations in area and volume according to the amount of rainfall, the effect of evaporation, the temperature levels, lost of volume due to irrigation, and other causes.

Las características morfométricas de un embalse tropical localizado en el Altiplano Mexicano fueron estudiadas. Diecisiete parámetros morfométricos se determinaron en el cuerpo de agua. Los resultados mostraron que el reservorio presentó un fondo suave y rugoso, con una forma elipsoidal y una depresión cóncava que permiten la mezcla de agua y sedimentos, causando turbiedad y mezcla completa; su pendiente ligera permitió la colonización de plantas sumergidas, macrofitas y halófita y la incidencia de la luz solar sobre la superficie de evaporación de agua, así como un aumento de la productividad primaria. Los reservorios tropicales someros tienen las fluctuaciones en el área y el volumen de acuerdo a la cantidad de lluvia, el efecto de la evaporación, la temperatura, la pérdida de volumen debida a la utilización del agua para el riego principalmente.

Article

Morfometría batimetría reservorio superficial tropical profundidad media Morphometry bathymetry tropical shallow reservoirs Southern Mexican Highlands CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Comportamiento geohidrodinámico del acuífero somero del Campo Durazno, Nuevo León, México

Geohydrodynamic behavior of the shallow aquifer Campo Durazno, Nuevo León, Mexico

LILIA EVANGELINA ARRIAGA DIAZ DE LEON LILIANA GUADALUPE LIZARRAGA MENDIOLA JUAN MANUEL RODRIGUEZ MARTINEZ ARQUIMEDES CRUZ LOPEZ Héctor de León Gómez (2019)

En este trabajo se analizó el comportamiento geohidrodinámico del acuífero Campo Durazno en su primera unidad geohidrológica, por medio de un modelo que explica su interconexión con el entorno. La metodología que se aplicó fue con base en 36 fuentes de abastecimiento, de los cuales se monitorearon aspectos hidráulicos, geohidrológicos y ambientales. Se realizaron diferentes pruebas en campo y en laboratorio para la determinación de los parámetros químicos e hidráulicos que son la base del modelo. Por medio del modelo propuesto se determinó la dirección del flujo subterráneo; el balance hidrológico indicó una recarga superficial nula, lo que permitió corroborar que la unidad en estudio está en equilibrio en forma hidráulica y geohidrológica. En calidad del agua, se determinaron parámetros físico-químicos en las tres zonas (recarga, transición y descarga), siendo las zonas de transición y descarga las más elevadas en concentraciones de Na+y SO4- según la normativa nacional e internacional para consumo de agua potable; su presencia se debe probablemente a fuentes de contaminación industrial localizadas en la zona. La geohidrodinámica de la unidad hidrogeológica somera permite concluir que es necesario implementar un plan de gestión ambiental a corto plazo para la conservación sostenible del acuífero

In this work the geohydrodynamic behavior of the Campo Durazno aquifer in its first geohydrological unit was analyzed, utilizing a modelthat explains its interconnection with the environment. The methodology applied was based on 36 sources of supply, of which hydraulic, geohydrological, and environmental aspects were monitored. Different field and laboratory tests were carried out to determine the chemical and hydraulic parameters that are the basis of the model. Employing the proposed model the direction of the underground flow was determined; the hydrological balance indicated a null surface recharge, which allowed corroborating that the unit under study is in a hydraulic and geohydrological equilibrium. As water, physical-chemical parameters were determined in the three zones (recharge, transition, and discharge), with the transition and discharge zones being the highest in Na+and SO4-concentrations according to national and international regulations for potable water consumption; its presence is probably due to industrial pollution sources located in the area. The geohydrodynamics of the shallow hydrogeological unit makes it possible to conclude that it is necessary to implement a short-term environmental management plan for the sustainable conservation of the aquifer.

Article

HUMANIDADES Y CIENCIAS DE LA CONDUCTA Actividad industrial Geohidrodinámica Unidad hidrogeológica somera Campo Durazno Conservación sostenible Industrial activity Geohydrodynamics Shallow hydrogeological Unit Sustainable conservation.

MORPHOLOGICAL, SEDIMENT AND SOIL CHEMICAL CHARACTERISTICS OF DRY TROPICAL SHALLOW RESERVOIRS IN THE SOUTHERN MEXICAN HEGHLANDS

JESUS TRINIDAD PONCE PALAFOX Delfino Madrigal Uribe LUIS FERNANDO CRUZ GARCIA JOSE LUIS ARREDONDO FIGUEROA (2011)

Se estudió la morfometría, los sedimentos y las características químicas del suelo de once embalses tropicales secos y secos situados en el sur de México. Los embalses están situados entre 1104 y 1183 metros sobre el nivel del mar en un área sedimentaria. Se midieron 17 parámetros morfométricos y 8 de sedimento y suelo. Los resultados de los parámetros morfométricos mostraron que estos depósitos presentaban un fondo blando y rugoso, con forma elipsoide y depresión cóncava que permiten la mezcla de agua y sedimentos, causando turbidez y gradientes térmicos rotos; Sus ligeras pendientes permitieron Colonización de macrófitas sumergidas y plantas halófitas y mejoró la incidencia de la luz solar sobre la superficie del agua aumentando la evaporación y la productividad primaria. Los depósitos poco profundos tropicales secos tienen fluctuaciones en el área y volumen según la cantidad de lluvia, el efecto de la evaporación, la temperatura, el volumen perdido para el riego y otras causas. La arena-arcilla fue la textura sedimentaria más importante y sus valores fluctuaron con los periodos inundados. El ciclo de concentración-dilución mostró una relación directa en el porcentaje de materia orgánica en el suelo, así como con el pH, el nitrógeno del suelo y el fósforo. El Tilzate, El Candelero y El Móvil se relacionaron por el desarrollo de la orilla y altas concentraciones de materia orgánica y nitrógeno en el suelo. Por último, destacamos la importancia de este estudio, en relación con posibles cambios futuros en los parámetros morfométricos como consecuencia del impacto humano.

The morphometry, sediment and soil chemical characteristics of eleven dry tropical shallow reservoirs situated in Southern Mexican Highlands were studied. The reservoirs are located at 1104 to 1183 meters above sea level in a sedimentary area. Seventeen morphometric and eight sediment and soil chemical parameters were measured. The results of the morphometric parameters showed that these reservoirs presented a soft and roughness bottom, with an ellipsoid form and a concave depression that permit the mix up of water and sediments, causing turbidity and broken thermal gradients; their slight slopes allowed the colonization of submerged macrophyte and halophyte plants and improved the incidence of sunlight on water surface increasing evaporation and primary productivity. Dry tropical shallow reservoirs have fluctuations in area, and volume according to the amount of rainfall, the effect of evaporation, temperature, lost volume for irrigation, and other causes. The sand-clay was the most important sediment texture and their values fluctuated with the flooded periods. The concentration-dilution cycle showed a direct relationship in the percentage of organic matter in the soil as well as with pH, soil nitrogen and phosphorus. El Tilzate, El Candelero and El Movil were related by the shore development and high concentrations of organic matter and nitrogen in the soil. Finally, we emphasize the importance of this study, in relation to possible future changes in morphometrical parameters as a consequence of human impact.

Article

Morphometry bathymetry soil chemical characteristics tropical shallow reservoirs Southern Mexican Highlands BIOLOGÍA Y QUÍMICA

Exploración sísmica y térmica somera y su correlación con columnas litológicas de pozos en la caldera La Reforma, Baja California Sur, México

Seismic and shallow thermal exploration and its correlation with lithological wells columns from the caldera La Reforma, Baja California Sur, Mexico

ELEYRA BERENICE SENA LOZOYA (2019)

A pesar de la limitada información del subsuelo en la caldera La Reforma, Baja California Sur, se reporta la presencia de manifestaciones hidrotermales en superficie, lo cual la coloca como una zona con posible potencial geotérmico, principalmente para usos directos. Con el fin de determinar la distribución de sus estructuras geológicas en la parte más superficial, conocer su litología y estimar, como primera aproximación, el comportamiento térmico somero (local), se realizó un levantamiento de datos sísmicos someros de aproximadamente 5 km de longitud, se perforaron dos pozos someros (55 m) y se registró la temperatura in-situ en cada pozo. Con la información símica se generaron modelos de velocidad de ondas S, mediante el Análisis Multicanal de Ondas Superficiales (MASW, por sus siglas en inglés), los cuales se correlacionaron favorablemente con las columnas litológicas de cada pozo, que muestran secuencias de pómez, ceniza volcánica y basalto. El modelo de MASW se comparó con una sección sísmica de reflexión que presenta cuerpos de baja velocidad consistentes con anomalías de alta conductividad eléctrica cercanas a la zona de estudio, que pueden estar asociadas al fracturamiento y a la posible presencia de alteraciones hidrotermales. Por otro lado, se evaluó la variación de la temperatura superficial en un año y se determinó que puede afectar los registros de temperaturas del subsuelo en los primeros 15 a 25 m de profundidad. Se estimó la Temperatura Estabilizada de Formación (TEF) en 30 m, 40 m, y en la profundidad máxima de cada pozo con 5 métodos analíticos, estimándose también el flujo de calor (método de Bullard Plot) y los gradientes térmicos someros. Los resultados de las estimaciones térmicas muestran valores más elevados a los esperados para esa profundidad. Ambos pozos se ubican por encima de la zona de baja velocidad sísmica, lo que permite inferir que las anomalías térmicas pueden corresponder tanto a los efectos de la temperatura superficial como a la posible presencia de alteración hidrotermal en el subsuelo. Con estas observaciones, se sugiere continuar con la exploración tanto geofísica como térmica, de manera exhaustiva en las zonas de anomalía sísmica, para evaluar con mayor precisión el potencial geotérmico en la zona de estudio.

In spite of the limited information about the subsurface in the caldera La Reforma (CLR), Baja California Sur, there are some thermal springs on the surface that have been reported in the literature, which place this caldera as a zone with possible geothermal potential, mainly for direct-uses. To survey the distribution of the near-surface geological structures, to identify its lithology, and to estimate the shallow thermal behavior, in the periphery of CLR, seismic data acquisition of about 5 km was performed, two wells of 55 m depth were drilled, and temperature measurements were made in each well. By applying the Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) method to seismic data it was generated S-wave velocity models which were correlated in agreement with the lithological information of the two wells (sequences of pumice, volcanic ash, and basalt). MASW model was also compared with a section of seismic reflection which presents low-velocity structures which were associated with high electrical conductivity anomalies, faults, and possibly with hydrothermal alteration. On the other hand, it was evaluated the behavior of the surface air temperature fluctuations (daily temperatures corresponding to the year 2017), suggesting that the surface thermal effect reaches depths between 15 and 25 meters in the study area. The Static Formation Temperatures (SFT) was estimated at depths of 30 m, 40 m and the bottom-hole of each well respectively using five analytical methods, was also estimated the heat flow with Bullard Plot method, and the shallow thermal gradients. The calculated and estimated results in this work, provide thermal values which are higher than expected to these depths. Due to wells are located above the low-velocity seismic structures, the shallow thermal anomaly might be related to both surface thermal effect and to the likely presence of hydrothermal alteration. These results allow us to suggest continuing with the geophysical and thermal exploration focusing mainly in the areas related to seismic anomalies, to evaluate more accurately the geothermal potential of the study zone.

Master thesis

caldera La Reforma, sísmica somera, MASW, columnas litológicas, pozos someros, registros de temperatura, TEF, flujo de calor, gradiente térmico caldera La Reforma, shallow seismic, MASW, lithological columns, shallow wells, temperature logs, SFT, heat flux, thermal gradient CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO GEOFÍSICA SISMOLOGÍA Y PROSPECCIÓN SÍSMICA SISMOLOGÍA Y PROSPECCIÓN SÍSMICA