Facultad Regional Buenos Aires
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Item Degradación de estructuras MOS (metal-óxido-semiconductor) y sus aplicaciones.(Escuela de Posgrado - UTN FRBA, 2021-08-30) Aguirre, Fernando Leonel; Palumbo, Félix Roberto Mario; Julián, PedroHistóricamente la mejora de rendimiento de los circuitos microelectrónicos ha ido asociada a un aumento en la cantidad de transistores por unidad de área. Esto ha sido posible debido a una reducción sostenida en el tamaño y costo de cada dispositivo. Sin embargo, el ritmo de miniaturización se ha ralentizado sensiblemente en los últimos años, por limitaciones tanto económicas como tecnológicas, con lo que la industria nano-electrónica se ha visto forzada a buscar alternativas considerando nuevos materiales así como también el cambio de los paradigmas computacionales. En ambos casos, la confiabilidad es un apartado clave en el desarrollo de las tecnologías de integración venideras. Pero así como la introducción de materiales novedosos siembra interrogantes a responder en el ámbito de la fiabilidad, también da lugar a nuevas aplicaciones y al surgimiento de tecnologías disruptivas. En esta tesis, se discuten los principales fenómenos de degradación observados en estructuras MOS (Metal-Óxido-Semiconductor) implementadas con materiales alternativos, así como las oportunidades que estas brindan para la aparición de alternativas superadoras frente a la microelectrónica convencional. Para ello, se plantea en primera instancia el estudio de la degradación y ruptura en estructuras basadas en semiconductores de alta movilidad y óxidos delgados no nativos como reemplazo de la combinación silicio-di ´oxido de silicio (Si/SiO2). En segundo lugar, el fenómeno de ruptura dieléctrica reversible en aislantes de alta constante dieléctrica ha dado lugar a su aplicación como dispositivo de memoria y sinapsis artificial en circuitos neuromórficos, los cuales son un cambio disruptivo respecto a los actuales sistemas de cómputo y tienen múltiples aplicaciones en el paradigma del Internet del Todo (Internet of Everything, IoE), el reconocimiento de patrones y la inteligencia artificial, solo por citar algunos ejemplos. Con respecto al estudio de la confiabilidad a nivel de los dispositivos nanoelectrónicos, se analiza el origen e impacto de los defectos del óxido en la dinámica de degradación de estructuras MOS sobre sustratos de alta movilidad, llamados a ser el reemplazo de la tecnología Si/SiO2. Se abordan los efectos del proceso de fabricación sobre la distribución de defectos y el atrapamiento de carga, reportando las diferencias entre los principales candidatos. A su vez, se estudia la mecánica de generación de defectos en óxidos delgados de alta constante dieléctrica, como origen de la ruptura dieléctrica. Se reporta la influencia de las propiedades intrínsecas de óxidos de alta constante dieléctrica en la estadística de ruptura de dispositivos MOS, así como de la densidad de defectos. Para ello, se han llevado adelante complejos experimentos de irradiación altamente localizada a fin de alterar artificialmente la concentración de defectos. Como resultado, se reporta evidencia experimental que deja entrever la naturaleza correlacionada de la generación de defectos en materiales de alta constante dieléctrica, ayudando a comprender mejor el fenómeno de ruptura. Si bien la ruptura dieléctrica representa un desafío de confiabilidad, el mecanismo físico subyacente es al mismo tiempo responsable de posibilitar el funcionamiento de las memorias de conmutación resistiva, de gran utilidad en aplicaciones de almacenamiento de información y circuitos neuromórficos. En este trabajo de tesis, se discuten los aspectos temporales del evento de conmutación tanto en memorias no volátiles como volátiles, utilizando aislantes de alta constante dieléctrica así como nitruro de boro hexagonal (h-BN), un aislante de dos dimensiones (2D) que representa una alternativa con considerable potencial tecnológico. Se contribuye con una interpretación para la velocidad de la conmutación centrada en el papel de la temperatura y las características intrínsecas y geométricas del medio de conmutación. Justamente la aplicación de memorias de conmutación resistiva en circuitos neuromórficos es el foco de estudio en la segunda parte de esta tesis. Los mismos son de gran interés dada su capacidad para procesar grandes volúmenes de información con baja latencia y bajo consumo de energía, sin mencionar la gran densidad de dispositivos integrables por unidad de área. Sin embargo, las múltiples no-dealidades que dominan el funcionamiento de estos dispositivos suponen un problema para su desarrollo futuro. En este contexto, se presenta la relación entre confiabilidad y rendimiento en redes neuronales implementadas en hardware mediante crossbars de memorias de conmutación resistiva y destinadas al reconocimiento de patrones. Para ello se propone un flujo integral que contempla el modelado eléctrico de la física de conmutación resistiva, el entrenamiento de redes neuronales para la clasificación de imágenes, su representación a nivel circuital y simulación eléctrica contemplando la posible existencia de fallas de enclavamiento distribuidas aleatoriamente. En relación al último punto, se plantean también métodos para mitigar las consecuencias de las mismas. Puntualmente, se reportan resultados considerando perceptrones mono y multi capa, destacándose el impacto de la resistencia parásita de las interconexiones, las características eléctricas de las dispositivos de conmutación resistiva y el impacto de las mencionadas fallas de enclavamiento.Item Desarrollo de un sistema de adquisición ad-hoc para el control y medición remota de magnitudes físicas en vehículos no tripulados.(Escuela de Posgrado - Facultad Regional Buenos Aires, 2020-03-02) Stacul, Adrián Gonzalo; Lavorato, Mario B.; Pastafiglia, Daniel A.El objetivo principal de esta tesis es el diseño, desarrollo e implementación de un sincronizador de bits de tramas PCM basado en un modelo de System Generator y Simulink. Todo el sistema se aplica a una estación terrestre con un sistema de adquisición de datos telemétricos ad-hoc para ser utilizado en vehículos aéreos no tripulados, cohetes de sondeo atmosférico y monitoreo de nano-satélites. Obtenida esta información, la estación terrestre podrá calcular trayectorias, velocidades y actitudes de los parámetros de navegación. En particular, este módulo PCM fue construido para ser utilizado en evaluaciones de vectores de sondeo atmosférico y drones construidos por el Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa (CITEDEF) de Argentina.Item Modelado e implementación de sistemas de navegación aérea autónoma basada en visión artificial.(Escuela de Posgrado - Facultad Regional Buenos Aires, 2020-07-23) Comas, Edgardo Antonio; Delrieux, ClaudioEn la presente tesis se desarrollaron los algoritmos de navegación autónoma que incorporan el procesamiento digital de video, conocido como “Vision in the Loop”. Para llevar adelante esta investigación se utilizaron aeronaves no tripuladas clase I, del tipo helicóptero de cuatro y seis rotores, con su sistema de adquisición de datos inerciales, barométricos, de GPS y una cámara en el espectro visible y otra en el infrarrojo. La determinación de la trayectoria se obtuvo por medio de la fusión de los datos de las medidas inerciales, barómetro, GPS y video en un estimador de Kalman. Para el testeo de los algoritmos se realizaron varias pruebas de campo y también se desarrolló un sistema de simulación de vuelo del helicóptero, generando todas las variables inerciales, barométricas, de GPS y de video, utilizando para ello los mapas digitales del área de realización de los vuelos. Para la identificación de las referencias durante el vuelo se utilizó el viejo helipuerto ubicado en la Plaza de Armas del Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa, junto con un Punto de Referencia Topográfico (patrón secundario) cerca del mismo. Finalmente se extraen las conclusiones referidas a las mejoras en el posicionamiento por empleo de esta técnica.Item Optoelectrónica con Fotomultiplicadores de Silicio para Detectores de Rayos Cósmicos.(Escuela de Posgrado - Facultad Regional Buenos Aires, 2018-12-10) Hampel, Matias Rolf; Platino, Manuel; Etchegoyen, AlbertoEl proyecto AMIGA (“Auger Muon and Infill for the Ground Array”) es una extensión del Observatorio Pierre Auger y sus objetivos principales son mejorar la discriminación entre partículas primarias de diferente composición química y la detección de lluvias de partículas con un umbral de energía más bajo que el utilizado en el diseño original de Auger. Este trabajo se centra en el detector de muones de AMIGA, más específicamente en el desarrollo de la electrónica de adquisición para los contadores de muones reemplazando el sistema de fotodetección por una nueva tecnología basada en fotomultiplicadores de silicio (SiPMs). Se presentará la selección del fotodetector y de la electrónica de adquisición. Se exponen las diversas pruebas de concepto en la que se mostrarán las capacidades del sistema de detección seleccionado y se propondrá una versión de pre-producción de la electrónica. Se presentará el método desarrollado para la calibración tanto de los SiPMs, cómo del detector. Se expondrán las pruebas realizadas en el laboratorio para la caracterización del sistema de conteo propuesto, la instalación de las electrónicas de pre-producción en la estación del detector de superficie Kathy Turner con las respectivas pruebas realizadas y los primeros análisis de datos del detector.Item Detección de olores mediante una nariz electrónica: desarrollo de electrónica y algoritmos para la caracterización de la calidad organoléptica de pescado y alimentos.(Facultad Regional Buenos Aires, 2013-08-09) Vorobioff, Juan; Rinaldi, CarlosSe desarrolló una nariz electrónica (NE) de tamaño reducido, con algoritmos de procesamiento avanzado, hardware completo con adecuación de la mezcla gaseosa, electrónica de control y adquisición de datos. Este nuevo concepto de instrumentación analítica permitió identificar olores a semejanza del sistema olfativo humano pero con sus limitaciones. Actualmente el mercado local no ha desarrollado este tipo de sistemas de detección cuyas potenciales aplicaciones son de alto impacto tecnológico. Se realizaron mediciones irradiando muestras de baja presión de vapor con distintos tipos de láser para mejorar la calidad de las mediciones. Se implementaron algoritmos de reconocimiento con análisis de señales mediante Transformada Wavelet, Análisis de Componentes Principales (PCA), Análisis discriminatorios lineales y cuadráticos y Redes neuronales. Se desarrollaron algoritmos para NE con técnicas innovadoras de espectrometría de movilidad iónica (IMS). Se analizaron los datos aproximando las curvas obtenidas mediante ecuaciones con 2 exponenciales, separando las constantes de desorción de los compuestos. Se desarrolló un software propio con interfaz de usuario simple para poder proveer narices electrónicas de uso comercial. Se desarrolló un sistema de control para banco de gases para poder calibrar la NE. Se realizaron mediciones de trimetilamina (TMA), que es el indicador de la calidad organoléptica del pescado, detectando concentraciones de hasta 20 ppm de TMA. Posteriormente se midió pescado filete de merluza y se establecieron protocolos de medición. También se midieron distintas marcas de cafés, aceites y jugos entre otros alimentos. En todas las mediciones realizadas se discriminaron correctamente las muestras y se obtuvieron resultados satisfactorios. Se logró un gran avance calefaccionando y manteniendo estable la temperatura de la cámara. Con esta mejora se obtuvo mayor repetitividad en las mediciones y se redujeron los tiempos de medición.Item Medición y procesamiento de señales espectrales provenientes del Sol, mediante espectroscopía de absorción óptica diferencial. Determinación de la abundancia de ozono y dióxido de nitrógeno atmosférico.(Facultad Regional Buenos Aires, 2013-12-05) Raponi, Marcelo Martín; Tocho, Jorge; Quel, Eduardo; Wolfram, ElianEn esta tesis se presenta el desarrollo de un sistema DOAS cenital para monitorear la concentración de gases traza atmosféricos (como el O3 y el NO2). Se implementaron una serie de algoritmos de procesamiento de señales basados en los postulados de la espectroscopía de absorción óptica diferencial, para determinar las concentraciones gaseosas a partir de los espectros solares sensados. Se realizaron tres campañas de medición en diferentes regiones de Argentina: Base Marambio (Antártida), Río Gallegos (Santa Cruz) y Villa Martelli (Buenos Aires). Los datos obtenidos fueron comparados con los provistos por otros instrumentos, tanto satelitales como superficiales: EVA (INTA, España), SAOZ (LATMOS, Francia), Dobson (SMN, Argentina), OMI/AURA, SCIAMACHY/Envisat, GOME/ERS-2 y GOME-2/MetOp. Se realizó un análisis estadístico de los datos provistos por los satélites durante más 10 años, pudiendo determinarse valores extremos, medios y desvíos estándar, además de observar el comportamiento de ambos gases en diferentes momentos del año y bajo la acción del fenómeno del agujero de ozono. De las comparaciones realizadas se observó una muy buena correspondencia entre los datos, lo cual indica que el instrumento DOAS desarrollado es apropiado para este tipo de investigaciones.Item Procesamiento de señales de un radiómetro de ondas milimétricas para obtener perfiles de ozono y estudios de la radiación solar UV en superficie.(Facultad Regional Buenos Aires, 2017-03-28) Orte, Pablo Facundo; Mizuno, Akira; Salvador, Jacobo; Quel, EduardoLos objetivos principales de esta tesis son el procesamiento de señales provenientes de un radiómetro de ondas milimétricas para la obtención de perfiles de ozono y de un radiómetro banda angosta GUV-541 para el estudio de la radiación UV en superficie y la obtención de parámetros atmosféricos. Ambos instrumentos se encuentran instalados en el Observatorio Atmosférico de la Patagonia Austral (OAPA). En esta tesis se describen los algoritmos desarrollados e implementados para el procesamiento de señales observadas por el radiómetro de ondas milimétricas. El procesamiento de señales radiométricas mencionado se conoce como “proceso de inversión” e involucra cálculos matemáticos y la utilización de un modelo de transferencia radiativa para finalmente obtener los perfiles de ozono. Para la inversión de estos perfiles, fue necesario adquirir conocimientos e implementar el modelo ARTS (Atmospheric Radiative Transfer Simulator) el cual permite el cálculo de espectros en el rango de las ondas milimétricas y micrométricas. Este modelo es ampliamente utilizado y citado a nivel mundial dentro de este campo de aplicación. Otro objetivo abordado en el marco de esta tesis es el estudio de la radiación UV en superficie y el incremento de las capacidades instrumentales del radiómetro solar multifiltro de banda angosta GUV-541 a través de la obtención de la síntesis de vitamina D mediante el procesamiento de señales medidas con este instrumento.Item Desarrollos de sistemas fotoacústicos, mejoras en la adquisición y procesamiento de señales provenientes de trazas gaseosas de múltiples componentes.(Facultad Regional Buenos Aires, 2015-10-22) Zajarevich, Nicolás Mariano; Slezak, Verónica; Peuriot, AlejandroLa espectroscopía fotoacústica (FA) para detección de gases es una técnica muy sensible, selectiva y de amplio rango dinámico, con una gran variedad de aplicaciones. El fenómeno físico en el que está basada consiste en la generación de ondas acústicas a partir de la conversión a calor de radiación electromágnetica, tanto UV - visible como infrarroja, absrobida por algunas especies moleculares. Se investigarán adelantos del sistema basado en un láser de CO2 continuo modulado y el procesamiento de la señal FA. En particular se notó que las señales FA provenientes de muestras con contenido de CO2 excitadas con el láser de CO2, presentaban un defasaje respecto de la excitación modulada. Para medir con precisión este defasaje, cuya determinación varía al realinear un láser de CO2 de cavidad relativamente larga, como el utilizado en este trabajo, se desarrollaron dos métodos: uno de ellos incorpora al sistema una celda de referencia y el otro en cambio, más ágil, un detector piroeléctrico. Finalmente se incluye el estudio novedoso de dos métodos de procesamiento de señal aplicados a la técnica FA: Redes Neuronales para el caso resonante y Onditas para el pulsado, siendo estas aplicaciones originales en el campo de esta técnica.