Desarrollo de detectores de infrarrojo fotovoltaicos, de pozo cuántico y doble barrera, para la banda de 3-5 um

El tema principal de esta tesis es el desarrollo de detectores de infrarrojo de pozo cuántico (QWIP) con operación fotovoltaica (PV) en la ventana de transmisión atmosférica de 3-5 µm. El mecanismo de operación de un QWIP reside en las transiciones intersubbanda que se establecen entre las subbandas energéticas de un pozo cuántico de potencial alojado en la banda de conducción (que es el caso de los QWIPs de esta tesis) o en la banda de valencia. En particular, el trabajo expuesto se refiere al estudio de la estructura de pozo cuántico y doble barrera (DBQW), donde los pozos de la zona activa están delimitados por dos barreras de potencial: una primera barrera interna delgada (~20 Å de AlAs, generalmente); y una segunda barrera exterior, más gruesa (~300 Å) formada por otro material con menor gap (AlGaAs, por ejemplo). En nuestro caso, la mayor parte de los detectores estudiados (con la excepción de los detectores con (In)GaAsN en el pozo), tienen la estructura AlGaAs/AlAs/GaAs. El trabajo desarrollado en esta tesis incluye no sólo el desarrollo y caracterización de los detectores DBQW, sino también el diseño de las estructuras, así como el crecimiento de los dispositivos mediante Epitaxia por Haces Moleculares (MBE). Con respecto al crecimiento, en este trabajo se demuestra un método sistemático para controlar la temperatura de crecimiento (Ts), que permite obtener una elevada reproducibilidad en los crecimientos. Este resultado es especialmente importante cuando se crecen dispositivos, pues facilita la transferencia de conocimientos del laboratorio a la industria. Por su parte, a partir del aspecto de las reconstrucciones superficiales del GaAs (001) y AlAs (001), se propone un método para determinar la rugosidad de la superficie durante el crecimiento. Finalmente, el estudio se completa con la demostración de un método fiable y sencillo para determinar la relación de flujos V / III empleada en el crecimiento de heteroestructuras basadas en AlGaAs. En lo que se refiere al dispositivo, en primer lugar se realiza un estudio sobre cómo afectan los parámetros de diseño del QWIP al valor de la longitud de onda y ancho de banda de detección. En particular, interesa determinar cuál es la mínima longitud de onda y el menor ancho de banda que se obtiene con un detector basado en la estructura DBQW. A continuación, el trabajo se centra en el estudio de la propiedad más sorprendente y notable que exhiben estos detectores con el dopaje distribuido en el pozo de potencial: la existencia de un acusado e inesperado efecto fotovoltaico, i.e. la posibilidad de detectar radiación infrarroja para Vapl = 0 V. Se encuentra, asimismo, que la aparición de ciertas anomalías en las características eléctricas del dispositivo (asimetrías, existencia de I 0 para V = 0 V (offset) en las curvas de corriente de oscuridad) está íntimamente relacionada con el comportamiento PV. Una parte importante del trabajo realizado en esta tesis se centra en investigar la posible relación entre las características electro-ópticas de los detectores y la microestructura de las muestras, lo que permitiría determinar el origen del efecto PV de los detectores DBQW dopados en el pozo. Según la literatura, el origen del efecto PV reside en las asimetrías internas no intencionadas que se introducen durante el proceso de crecimiento epitaxial. Las dos posibles causas son: 1) la existencia de diferencias estructurales de las dos barreras de AlAs adyacentes al pozo, 2) la presencia de campos internos de built-in en la estructura generados por las regiones de carga-espacio consecuencia de la segregación de Silicio del pozo. En nuestro estudio, se ha crecido la misma estructura nominal bajo distintas condiciones de crecimiento, encontrando que, efectivamente, el efecto PV y las asimetrías internas son distintas en cada caso. Asimismo, por primera vez, se ha realizado un estudio de estos detectores mediante Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM), que ha permitido determinar que la existencia de imperfecciones estructurales en las capas de AlAs no parece ser la causa del efecto PV, estando éste causado principalmente por los efectos derivados de la segregación de Si. En particular, un análisis detallado de las micrografías TEM revela la existencia de una asimetría composicional en las barreras de AlAs (posiblemente causada por la presencia de Si) que explicaría este efecto, pues la muestra con la mayor asimetría composicional es la que presenta las asimetrías eléctricas más acusadas. En lo que se refiere a las prestaciones de los dispositivos, uno de nuestros objetivos principales es promover el uso de estos detectores en el modo PV, y al mismo tiempo, mejorar los valores de las figuras de mérito (responsividad y detectividad). Nuestra propuesta reside en el uso de la técnica de Modulación de Dopaje (MD), siendo ésta la primera vez que se aplica la técnica en detectores DBQW con operación en la región de 3-5 µm. Se encuentra que los detectores basados en este diseño exhiben una notable respuesta PV, con la ventaja adicional de que es posible controlar este efecto a través de un diseño cuidadoso de la posición del dopante. Por su parte, los detectores MD exhiben un pico de detección más estrecho y una mayor responsividad que los detectores correspondientes dopados en el pozo. Un diseño optimizado de la estructura de potencial de los detectores DBQW con MD permite mejorar las prestaciones del dispositivo (los valores de las figuras de mérito se encuentran entre los mejores valores aparecidos en la literatura) de tal forma que es posible abordar de manera optimista el proyecto de desarrollar una cámara IR de plano focal basada en estos detectores. Finalmente, por primera vez, se propone el uso de las aleaciones de Nitrógeno diluido como parte activa de un detector DBQW. La enorme reducción del gap al incorporar una pequeña fracción de N en el compuesto (In)GaAs, hacen que este material sea muy atractivo en el diseño de dispositivos intersubbanda con operación en el IR cercano. En nuestro caso, los pozos de GaAs de la estructura DBQW se han reemplazado por (In)GaAsN. Aunque todavía existen importantes dificultades relacionadas con el crecimiento del material y con el estudio de las propiedades peculiares del InGaAsN y su influencia en las prestaciones del dispositivo, con los detectores basados en AlGaAs/AlAs/(In)GaAsN hemos demostrado detección IR por debajo de ~ 3 µm, el mínimo valor que se obtiene con QWIPs basado en GaAs. Se encuentra que, en todos los QWIPs con N, la aplicación de tratamientos térmicos posteriores al crecimiento mejora la responsividad y desplaza la posición del pico de detección hacia menores energías. Se observa que este efecto es más acusado en el detector con InGaAsN en el pozo

Papel de Ing1 como supresor de tumores: estudio del fenotipo tumoral y de respuestas mediadas por p53 en animales deficientes en Ing1 e identificación de reguladores del locus

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Medicina. Dpto. de Bioquímica. Fecha de lectura: 25 de Octubre de 200

Critical Role of Two-Dimensional Island-Mediated Growth on the Formation of Semiconductor Heterointerfaces

We experimentally demonstrate a sigmoidal variation of the composition profile across semiconductor heterointerfaces. The wide range of material systems (III-arsenides, III-antimonides, III-V quaternary compounds, III-nitrides) exhibiting such a profile suggests a universal behavior. We show that sigmoidal profiles emerge from a simple model of cooperative growth mediated by twodimensional island formation, wherein cooperative effects are described by a specific functional dependence of the sticking coefficient on the surface coverage. Experimental results confirm that, except in the very early stages, island growth prevails over nucleation as the mechanism governing the interface development and ultimately determines the sigmoidal shape of the chemical profile in these two-dimensional grown layers. In agreement with our experimental findings, the model also predicts a minimum value of the interfacial width, with the minimum attainable value depending on the chemical identity of the species

Growth and characterization of lattice-matched InAlN/GaN Bragg reflectors grown by plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy

We demonstrate six to ten period lattice-matched In(0.18) Al(0.82) N/GaN distributed Bragg reflectors with peak reflectivity centred around 400 nm, grown by molecular beam epitaxy. Thanks to the well-tuned ternary alloy composition crack-free layers have been obtained as confirmed by both optical and scanning electron microscopy. In addition, crosssectional analysis by high resolution transmission electron microscopy reveals highly periodic structure with abrupt interfaces. When the number of DBRs periods increased from six to ten, peak reflectivity increased from 45% to 60%. This increase was found to be in reasonable agreement with theoretical simulations

Control of the morphology on selective area growth of GaN nanocolumns by rf-plasma-assisted

Selective area growth (SAG) of GaN nanocolumns (NCs), making use of patterned or masked (nanoholes) substrates, yields a periodic, homogeneous distribution of nanostructures, that makes their processing much easier compared with self-assembled ones. In addition, the control on the diameter and density of NCs avoids dispersion in the electrooptical characteristics of the heterostructures based on this type of material (embedded InGaN/GaN quantum disks for example). Selective area growth using a mask with nanohole arrays has been demonstrated by rf-plasma-assisted MBE [1, 2]

Vertical composition fluctuations in (Ga,In)(N,As) quantum wells grown on vicinal (1 1 1) B GaAs

In this work, we present a detailed transmission electron microscopy analysis of the interfacial structure and composition uniformity of (Ga,In)(N,As) quantum wells grown by molecular beam epitaxy on vicinal GaAs(1 1 1)B substrates. Vertical composition fluctuations inside the (Ga,In)(N,As) quantum well are detected depending on the growth conditions, in particular the V/III flux ratio and the growth rate. This vertical composition fluctuation due to the phase separation tendency is in contrast to the (0 0 1) case, where the fluctuations proceed in the lateral direction. The specific character of the phase instabilities is discussed with respect to the spinodal decomposition of the (Ga,In)(N,As) alloy grown by step-flow on the misoriented (1 1 1)B substrates. The vertical composition fluctuations are explained by the formation of step bunches of alternating composition as a consequence of the different propagation velocity of steps with different atom terminations

Effect of the growth temperature and the AlN mole fraction on In incorporation and properties of quaternary III-nitride layers grown by molecular beam epitaxy

Indium incorporation into wurtzite (0001)-oriented InxAlyGa1−x−yN layers grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy was studied as a function of the growth temperature (565–635 °C) and the AlN mole fraction (0.01<y<0.27). The layer stoichiometry was determined by Rutherford backscattering spectrometry (RBS). RBS shows that indium incorporation decreased continuously with increasing growth temperature due to thermally enhanced dissociation of In–N bonds and for increasing AlN mole fractions. High resolution x-ray diffraction and transmission electron microscopy (TEM) measurements did not show evidence of phase separation. The mosaicity of the quaternary layers was found to be mainly determined by the growth temperature and independent on alloy composition within the range studied. However, depending on the AlN mole fraction, nanometer-sized composition fluctuations were detected by TEM. Photoluminescence spectra showed a single broad emission at room temperature, with energy and bandwidth S- and W-shaped temperature dependences typical of exciton localization by alloy inhomogeneities. Cathodoluminescence measurements demonstrated that the alloy inhomogeneities, responsible of exciton localization, occur on a lateral length scale below 150 nm, which is corroborated by TE

Outcomes from elective colorectal cancer surgery during the SARS-CoV-2 pandemic

This study aimed to describe the change in surgical practice and the impact of SARS-CoV-2 on mortality after surgical resection of colorectal cancer during the initial phases of the SARS-CoV-2 pandemic

Mechanical properties at room temperature of an Al-Zn-Mg-Cu alloy processed by equal channel angular pressing

Tensile tests were conducted to evaluate the influence of equal-channel angular pressing (ECAP) on the mechanical properties at room temperature of overaged Al 7075-O alloy. ECAP processing was performed using route BC at different temperatures and number of passes, i.e. different processing severity conditions. The maximum load (Fmax) recorded during the last pass of each ECAP path considered in this study is a very good estimation of the processing severity. The mechanical properties were studied in terms of the balance between tensile strength and ductility. In the processed Al 7075-O alloy, the grain size was reduced down to ∼150 nm. Consequently, tensile testing at room temperature revealed a significant increase in the maximum tensile strength after ECAP with respect to the as start material. In the present study, as the processing severity increases with the number of ECAP passes or with the decrease in processing temperature, there is a consistent trend of increment in ultimate tensile strength with minor decrease in uniform plastic elongation respect to the first ECAP pass at room temperature. This is in contrast to the behaviour after more severe plastic deformation conditions, where an increase in strength together with a strong decrease in elongation would be expected.Financial support from MICINN (Project MAT2009-14452) is gratefully acknowledged. Authors thank Professor Edgar Rauch from the Materials and Processes Science and Engineering Laboratory (SIMaP) in Grenoble, France, for the assistance with the ACOM-TEM technique.Peer reviewe