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Tesis Doctorales

Autor Tesis: 
Juan Antonio López Martín
Grupos de investigación: 
Fecha : 
Vie, 17/09/2004
Director/es
Resumen: 

En esta Tesis se presenta una metodología de análisis basada en la aritmética de intervalos y sus extensiones para calcular los efectos de cuantificación en uno de los sistemas conceptualmente más sencillos y utilizados en el área de procesamiento de señal, los filtros digitales. Las diferentes propuestas de realización de estos sistemas (las diferentes familias de estructuras) pretenden reducir en lo posible estos efectos, a la vez que minimizan el coste asociado a su implementación. Las estructuras de filtros digitales han sido ampliamente investigadas durante las últimas décadas utilizando estudios o simulaciones numéricas, pero la formalización de la aritmética afín, basada en desglosar linealmente las operaciones con intervalos que describen el funcionamiento de los sistemas, permite ofrecer información adicional de forma rápida y sencilla, y sobre todo, es capaz de adaptarse con precisión a los cálculos que requieren estos sistemas. El hecho de que se produzcan sobredimensionamientos en los intervalos que representan los resultados es especialmente importante en sistemas con realimentaciones, lo cual ocurre en casi todos los sistemas DSP, puesto que tienden a hacer inservibles las informaciones que puedan proporcionar estos elementos. En el Departamento de Ingeniería Electrónica de la Universidad Politécnica de Madrid se ha desarrollado el conjunto de herramientas Ábaco. Una de sus principales cualidades es que basa sus cálculos en simulaciones de elementos multiprecisión cuyos tipos de cuantificación han sido previamente especificados o asignados en todas las señales, lo que restringe nuevamente los posibles sobredimensionamientos. Además, durante esta Tesis se han incorporado nuevas herramientas para analizar los efectos de cuantificación en sistemas lineales con realimentaciones, lo que permite, por ejemplo, comparar y evaluar las ventajas e inconvenientes de las estructuras de filtros digitales. En esta memoria ser proporciona: 1,- Una revisión de los antecedentes y el estado actual de los estudios sobre los efectos de cuantificación en las estructuras de filtros digitales y sobre la aritmética de intervalos y sus extensiones. 2,- Una descripción de las herramientas que componen Ábaco. 3,- Un conjunto de experimentos que muestran el funcionamiento de las herramientas y los principales resultados que se han obtenido durante esta Tesis. Además de las anteriormente comentadas, entre otras aportaciones de esta Tesis Doctoral cabe destacar: 1,- El análisis de cómo afecta el uso de intervalos al muestreo de señales estadísticas cuando se utiliza el método de Monte-Carlo. 2,- La ivnestigación de cómo la aplicación de intervalos permite trasladar las incertidumbres en el dominio temporal al dominio de la frecuencia y viceversa. 3,- La comparación entre complejidad de implementación de las estructuras de filtros digitales y los resultados que obtienen las distintas cuantificaciones, en parte posible gracias a la simplificación de los cálculos necesarios por medio de la combinación de los tipos de cuantificación y la artimética afín. Estas aportaciones ofrecen una forma, complementaria a las existentes, de abordar el cálculo de las incertidumbres en sistemas DSP cuando éstas son todas de orden igual o inferior a uno. Gracias a ellas, es posible obtener información adicional sobre el comportamiento de los sistemas lineales en general, y sobre los efectos de cuantificar en las estructuras de filtros digitales en particular.

Calificación: 
Sobresaliente Cum Laude
Autor Tesis: 
José Mª Ulloa Herrero
Fecha : 
Mar, 07/02/2006
Director/es
Nombre y apellidos: 
Resumen: 

El trabajo realizado es una contribución al desarrollo de diodos láser de pozo cuántico de InGaAs/GaAs(111)B para emisión en 1.06 -1.1 micras y de GaInNAs/GaAs para la región de 1.3 -1.55 micras. Se presenta un detallado estudio teórico que incluye el cálculo de la estructura de bandas y la ganancia material de los mencionados pozos cuánticos. En el cso del InGaAs, se demuestra emisión láser a temperatura ambiente hasta 1.11 micras y demuestra que el campo piezélectrico está sólo parcialmente apantallado en umbral . También se calcula por primera vez la renormalización del gap en estos dispositivos , resultados ser mayor que en el caso equivalente en substrato convencional (100). En cuanto al GalnNas, además de analizar de forma teórica los cambios que el N produce en la estructura de bandas y la ganancia del material , se realiza un estudio óptico y estructural de pozos cuánticos que permite relacionar el fenómeno de la localización de portadores con la morfología del pozo , así como aclarar el efecto de los tratamientos térmicos en la fotoluminiscencia. Se utilizan diodos electroluminiscentes para demostrar el enorme impacto de la recombinación no-radiativa y finalmente se demuestra emisión láser hasta 1.52 micras con valores record de densidd de corriente umbral.

Calificación: 
Sobresaliente Cum Laude
Autor Tesis: 
Javier Miguel Sánchez
Fecha : 
Vie, 10/02/2006
Director/es
Resumen: 

 En este trabajo se presenta el crecimiento por epitaxia de haces moleculares de InGaAsN sobre GaAs (111) B y (100), para su aplicación al desarrollo de dispositivos optoelectrónicos para comunicaciones ópticas, basados en la tecnología bien desarrollada del GaAs. La utilización de sustratos GaAs (111)B viene motivada por las propiedades que podrían presentar las heteroestructuras tensionadas crecidas sobre este tipo de orientación, similares a las del sistema InGaAs/GaAs (111)B: Existencia teórica de un campo piezoeléctrico, distintas propiedades para el espesor de capa crítico y la posibilidad de realizar dispositivos electro-ópticos no lineales. Se presenta la dependencia de la calidad óptica y estructural de pozos cuánticos de InGaAsN sobre sustratos desorientados de GaAs (111) B con los parámetros de crecimiento: Velocidad de crecimiento, flujo de arsénico, temperatura de sustrato. Esta calidad es estudiada mediante diferentes técnicas estructurales (Microscopía de Transmisión de Electrones, de Fuerza Atómica, de Barrido de Electrones y Nomarski) así como técnicas de caracterización óptica (Fotoluminiscencia y catodoluminiscencia). Se observa cómo es necesario un elevado flujo de arsénico y una baja temperatura de crecimiento para optimizar la emisión de los pozos cuánticos. Para el crecimiento de nitruros diluidos en esta Tesis Doctoral se caracteriza y optimiza un plasma de nitrógeno generado por radiofrecuencia, y se presenta un método para caracterizar plasmas usados en crecimiento in-situ, utilizando para ello una sonda Bayard-Alpert. Mediante este método, se puede detectar la presencia de iones llegando sobre el sustrato durante el crecimiento. La aplicación de campos magnéticos para deflectar los iones del plasma demuestra que la calidad estructural y óptica de los pozos cuánticos de InGaAsN es muy dependiente de la presencia de iones durante el crecimiento: Al reducir la densidad de iones la emisión de los pozos cuánticos aumenta, y su modulación de composición se reduce. Asimismo, se aplicaron procesos de recocido térmico rápido a los pozos cuánticos de InGaAsN sobre GaAs (111)B, encontrándose que existe una temperatura para la cual éste aleado es óptimo, y la emisión óptica aumenta casi dos órdenes de magnitud, la anchura se reduce y se desplaza hacia mayores energías. Se encontró que todos estos efectos observados son dependientes de las propiedades estructurales del pozo cuántico bajo estudio, necesitándose menores temperaturas de recocido para las muestras con una mejor calidad estructural de partida. Por último, se presentan los resultados de la caracterización óptica y eléctrica de los primeros dispositivos con estructura de diodo p-i-n y láseres de semiconductor de pozo cuántico de InGaAsN/GaAs (111)B, demostrándose emisión láser a temperatura ambiente, en régimen pulsado, mostrándose así la viabilidad de este material para el desarrollo de dispositivos para comunicaciones ópticas. En cuanto al GaAs (100) se utiliza como superficie base para establecer una comparación, pues los dispositivos sobre (100) han sido extensamente estudiados en la literatura y están disponibles en los comercios.

Calificación: 
Sobresaliente Cum Laude
Autor Tesis: 
Álvaro Araujo Pinto
Grupos de investigación: 
Fecha : 
Mie, 31/01/2007
Director/es
Resumen: 

Los entornos inteligentes han supuesto la aparición de nuevos escenarios con nuevas características diferentes a los modelos existentes: multitud de dispositivos con capacidad de computo y comunicaciones, recursos limitados, redes heterogéneas, evolución temporal permanente, movilidad, etc. que deben ser soportadas y aprovechadas por las aplicaciones desarrolladas para dichos entornos. Este es un campo de trabajo novedoso por lo que las metodologías propuestas para el desarrollo de estas aplicaciones son escasas y presentan problemas, como la existencia de elementos críticos, sobrecarga del protocolo, ausencia de fiabilidad, mala gestión del escalado de la red o ausencia de mecanismos que resuelvan el dinamismo del sistema. La metodología que se propone en esta tesis aborda los problemas anteriores de una manera integral basándose en el concepto de servicios. La concepción de la aplicación como una mera agregación de servicios permite trascender el ámbito de las redes inalámbricas de área personal y así dotar de una mayor funcionalidad al sistema. Los pilares básicos de la metodología: definición sencilla y concreta de la interfaz de servicio, jerarquía de servicios escalable, arquitectura dinámica para soportar la evolución temporal sin sobrecarga del protocolo, filosofía de programación emergente para evitar elementos críticos y verificación formal de los servicios individualmente y del entorno global, involucrados en distintas fases del proceso de desarrollo, permite resolver los problemas de las aproximaciones anteriores y aumentar la productividad de los desarrolladores de aplicaciones. Se ha implementado un entorno inteligente real de referencia (PERSEIA) para soportar la metodología propuesta, que sirve como banco de pruebas para la verificación del enfoque realizado y como patrón de comparación con otras alternativas metodológicas. Se han validado los resultados de las aproximaciones en dicho entorno.

Calificación: 
Sobresaliente Cum Laude
Autor Tesis: 
Jorge Pedrós Ayala
Fecha : 
Vie, 06/07/2007
Director/es
Nombre y apellidos: 
Resumen: 

Los nitruros del grupo III (AIN, GaN y sus aleaciones) han surgido en la última década como los materiales más prometedores para el desarrollo de filtros de ondas acústicas superficiales (SAW) de alta frecuencia para procesado de señal y comunicaciones debido a su elevada velocidad de propagación del sonido. Más aún, esta velocidad puede incrementarse en capas de nitruro sobre substratos apropiados. Se requiere para ello una caracterización detallada de la dispersión de las propiedades de la SAW en el sistema laminado en particular. Además, el gap ancho y directo de los nitruros permite desarrollar interesantes aplicaciones explotando la modulación de los bordes de la bandas de energía inducida por los campos de la SAW. No obstante, esta excepcional sinergia apenas ha sido estudiada. Esta Tesis presenta la caracterización de las diferentes SAWs y pseudo-SAWs (PSAWs) que se propagan en las capas de GaN y AlN crecidas en distintos substratos, así como el estudio de la interacción de estas ondas con la luz y los portadores en estructuras basadas en GaN. Esta interacción se ha aplicado en este trabajo a la fabricación de fotodetectores asistidos por SAWs y dispositivos SAW modulados por efecto de campo. Se han caracterizado experimentalmente la dispersion y la polarización del espectro de modos acústicos de superficie en los sistemas de GaN y AlN sobre zafiro(0001) y 6H-SiC(0001), y comparado los resultados con simulaciones numéricas. En la estructura de GaN/zafiro, la menor velocidad de propagación en el nitruro que en el substrato permite la aparición junto con el modo Rayleigh de modos Sezawa y Love, confinados en la epicapa. Por el contrario, en la estructura de AlN/zafiro, con mayor velocidad de propagación en el nitruro que en el substrato, únicamente aparece el modo Rayleigh. Se ha demostrado cómo la simetría trigonal del zafiro no sólo genera la propagación anisótropa de las SAWs en las heteroestructuras, a pesar de la isotropía de las propiedades elásticas en el plano c de los nitruros, sino que también induce la mezcla de sus polarizaciones, incluso en direcciones de alta simetría cristalina. Así, los modos Love, normalmente inactivos piezoeléctricamente en los nitruros, se excitan en GaN a través de esta mezcla de las polarizaciones. La simetría hexagonal de los sistemas lento-sobre-rápido formados por GaN y AlN sobre 6H-SiC produce propagación isótropa y con polarización pura, restringida, por tanto, a la excitación de ondas Rayleigh y Sezawa. Aparte de las SAWs descritas, se han predicho PSAWs en todos los sistemas mencionados por encima de cierto umbral de velocidad, de los que en muchos casos se ha obtenido evidencia experimental. Se ha investigado la ionización de los portadores fotogenerados inducida por los campos piezoeléctricos de una SAW en GaN. Se ha analizado la dinámica de ionización a través de la cancelación de la fotoluminiscencia en el rango excitónico bajo la propagación de distintas SAWs en la heteroestructura de GaN/6H-SiC(0001). Se ha desarrollado un modelo acoplado de ecuaciones de balance, basado en la ionización por impacto de los excitones libre y ligado a donor bajo los campos piezoeléctricos generados por la SAW. La tasa de ionización por impacto revela dos regímenes cuando se incrementa la potencia de la SAW, respectivamente dominados por las ionizaciones por impacto iniciadas por huecos y electrones. El modelo propuesto es también válido para otros semiconductores piezoeléctricos de gap ancho y directo, tales como CdS, ZnO y AlN, donde la ionización directa por el campo requiere un campo eléctrico todavía mayor que en GaN. La ionización de los portadores fotogenerados y su confinamiento y transporte en los pozos de potencial móviles de la SAW se ha aplicado al desarrollo de fotodetectores de UV metal-semiconductor-metal (MSM) en GaN asistidos por ondas acústicas. Se ha demostrado la efectividad del transporte acústico de carga con varias SAWs y PSAWs propagándose en la heteroestructura de GaN/zafiro(0001). Se ha caracterizado la dependencia de la respuesta MSM-SAW con la potencia óptica y acústica. Se ha demostrado que la polarización DC de IDTs formados por barreras Schottky, junto con la exitación de RF, permite la transducción SAW y PSAW en heteroestructuras de AlGaN/GaN con un gas bidimensional de electrones (2DEG) en su interfase. La transducción (P)SAW, impedida inicialmente por el apantallamiento de los campos piezoeléctricos producido por el 2DEG, se recupera cuando se vacía la carga bajo los IDTs. Las características de los filtros (P)SAW también se ven afectadas por la conducción entre IDTs, la cual se ve favorecida o apantallada dependiendo de la modulación particular del diagrama de bandas creada por la polarización específica de los IDTs de entrada y salida. El acoplo electromagnético de carácter capacitivo entre IDTs, que modifica el nivel de fondo de la respuesta del filtro, se minimiza eficientemente mediante la selección de un esquema de polarización apropiado. El mecanismo de control de ganancia de este novedoso dispositivo SAW modulado por efecto de campo se ha utilizado para asegurar la operación de clase casi-A en el lazo de realimentación de un oscilador SAW, reduciendo la distorsión de la señal.. Por otro lado, la transducción SAW basada en la deplexión del 2DEG evita el ataque o tratamiento con plasma de la capa de AlGaN en el proceso de fabricación del dispositivo SAW, que provoca daño estructural y un empeoramiento de la respuesta del filtro. Esta aproximación puede facilitar la integración de los dispositivos SAW con los transistores de alta movilidad electrónica en AlGaN/GaN, básica para el desarrollo de MMICs basados en nitruros.

Calificación: 
Sobresaliente Cum Laude
Autor Tesis: 
Javier Anduaga Salvatierra
Fecha : 
Jue, 12/07/2007
Director/es
Nombre y apellidos: 
Calificación: 
Sobresaliente Cum Laude
Documento electrónico: 
Autor Tesis: 
Carlos Rivera de Lucas
Fecha : 
Vie, 13/07/2007
Director/es
Nombre y apellidos: 
Resumen: 

En esta Tesis Doctoral se presenta una contribución al diseño, fabricación y caracterización de estructuras avanzadas para la detección de radiación ultravioleta y visible basadas en nitruros del grupo III. Los nitruros del grupo III se revelan como la familia de semiconductores potencialmente más prometedora para realizar detectores de radiación ultravioleta y visible debido a que, entre otras características, pueden desplazar su borde de absorción desde el infrarrojo ( 0.7 eV para el InN) hasta el ultravioleta ( 6.2 eV para el AlN) sin más que variar la composición de la aleación de (Al,Ga,In)N. Las aplicaciones de estos detectores son muy diversas tanto en el ámbito militar como civil, desde instrumentación básica, monitorización de la combustión o astronomía, hasta comunicaciones seguras o detección de misiles, por ejemplo. Por otra parte, las propiedades intrínsecas de estos materiales, como su elevada piezoelectricidad o su simetría cristalina en la fase wurtzita, sugieren la posibilidad de estudiar nuevos tipos de dispositivos aptos para la detección. El desarrollo de estructuras avanzadas ha seguido dos aproximaciones diferentes. Una consistente en la mejora de los parámetros básicos de los detectores. Para realizar esta tarea se han empleado estructuras basadas en las propiedades de la baja dimensionalidad. Y otra consistente en la aportación de funcionalidades añadidas a la detección, como son la sensibilidad a la polarización de la luz o la posibilidad de modificar la respuesta espectral de los dispositivos para permitir una detección paso banda. Para cumplir con este objetivo se ha hecho uso de las propiedades de anisotropía óptica de las capas en función de la orientación cristalina y la deformación. Las estructuras de baja dimensionalidad basadas en pozos cuánticos múltiples de (In,Ga)N/GaN fueron propuestas inicialmente para sustituir a los detectores fabricados en capas gruesas principalmente por razones tecnológicas. Este trabajo, sin embargo, se ha enfocado al estudio de las propiedades inherentes de estas estructuras y del material para la detección. Las predicciones teóricas y la caracterización tanto eléctrica como óptica demuestran que el comportamiento de los pozos cuánticos de (In,Ga)N/GaN está dominado por el efecto de los campos inducidos por la polarización y por el efecto de la localización originada por la inhomogeneidad en composición del (In,Ga)N. Los campos inducidos por la polarización tienen a su vez dos efectos, uno sobre las propiedades del pozo (intrapozo) y otro sobre la estructura (extrapozo). El efecto intrapozo resulta en la modificación de la estructura de subbandas en el pozo y en la reducción de la fuerza de oscilador de las transiciones observada experimentalmente. El efecto extrapozo da lugar a un campo eléctrico interno que puede oponerse al preexistente en la estructura (el de una unión p-n, por ejemplo) llegando incluso a crear regiones con campo promedio negativo. La localización, por otra parte, parece estar relacionada con la captura de huecos en mínimos de potencial ocasionados por la inhomogeneidad en composición del ternario. Se estudiaron también las propiedades de discos cuánticos mesoscópicos de (Al,Ga)N/GaN en estructuras nanocolumnares. Para explicar los resultados se ha desarrollado un modelo original que explica el mecanismo de confinamiento específico de este tipo de sistemas donde coexisten los efectos de la deformación pura con los campos inducidos por la polarización. El mecanismo, denominado confinamiento por deformación, sugiere que se pueden formar estados separados espacialmente en la dirección del plano de los discos. Se ha propuesto y demostrado un mecanismo de ganancia de fotocorriente propio de materiales piezoeléctricos que requiere de la existencia de un campo promedio negativo. Se fabricaron y caracterizaron detectores de tipo fotocoductivo, diodos de barrera Schottky y diodos p-i-n con pozos cuánticos como parte activa. Cada tipo de dispositivo se investigó haciendo énfasis en la eficiencia de colección y la reducción de la corriente en oscuridad. Se ha demostrado que la eficiencia de colección disminuye en gran medida para pozos que se encuentran en la zona cuasi-neutra con respecto a pozos que se encuentran en la zona de carga espacial de un diodo p-i-n. El segundo bloque de esta Tesis trata el diseño, la fabricación y la caracterización de detectores sensibles a la polarización de la luz basados en GaN orientado según el plano M y crecido sobre sustratos de LiAlO2. El cambio de orientación cristalina produce una modificación de las reglas de selección para luz incidente en la dirección perpendicular al plano de la muestra. Esta modificación se ve reforzada por el uso de sustratos que generan una deformación anisótropa en las capas. En la memoria se presentan cálculos basados en el formalismo kp para estructuras wurtzita que predicen las reglas de selección y las propiedades ópticas de dicroísmo encontradas en los experimentos. Los resultados de la caracterización eléctrica y óptica revelan algunas particularidades de este material, tales como la evolución de la deformación con la temperatura o las propiedades de las superficies del GaN plano M. Finalmente, se ha demostrado la realización de detectores cuya fotorrespuesta depende del ángulo de la polarización de la luz incidente cerca del borde de detección, es decir, en torno a la energía de la banda prohibida. Además de los resultados experimentales se ha desarrollado una metodología de diseño específica para este nuevo tipo de detectores donde la principal herramienta es el espesor de las capas. El espesor de las capas afecta al grado de relajación presente en el material y, por tanto, a la separación de las bandas de valencia inducida por la deformación y a las reglas de selección, así como a la cantidad de luz absorbida. Por último, se ha propuesto la construcción de sistemas que mejoran el contraste a la polarización de la luz y permiten conseguir detección en banda estrecha.

Calificación: 
Sobresaliente Cum Laude
Autor Tesis: 
Pedro Guerra Gutiérrez
Grupos de investigación: 
Fecha : 
Vie, 23/11/2007
Director/es
Nombre y apellidos: 
Resumen: 

La tomografía por emisión combina biología, física y computación para dar lugar a imágenes del organismo que en última instancia se relacionan con el comportamiento celular, habiendo demostrado ser una técnica de gran interés en oncología, neurología y radiología, tanto en investigación como en rutina clínica. La técnica se fundamenta en la detección de la radiación gamma generada por un radiofármaco que previamente se ha inyectado al paciente, para lo cual el equipo de tomografía dispone un conjunto de detectores de radiacción gamma en torno al objeto bajo estudio, generalmente configurando un anillo. Estos dectectores constan por una parte de un material denso destinado interaccionar con los rayos gamma y de una electrónica anexa capaz de detectar y caracterizar las señales resultantes de estas interacciones. En la actualidad una parte significativa de la investigación con mamíferos hace uso de ratones, los cuales han demostrado ser una excelente plataforma para el estudio multitud de enfermedades humanas. Este hecho explica el desarrollo y comercialización de multitud de equipos para tomografía por emisión específicamente diseñados para estudios con animales. La presente tesis doctoral tiene por objetivo explorar una nueva aproximación para la electrónica de cabecera de un sistema de tomografía por emisión de positrones para pequeños animales, que incorpore las técnicas digitales en lo que a detección y caracterización del pulso de centello se refiere. En primer lugar se desarrolla una metodología para la validación funcional de la electrónica a diseñar. La aproximación escogida analiza en detalle todo el proceso de adquisición, desde la interacción del rayo gamma con el cristal de centelleo hasta su digitalización, con el fin de modelar los estímulos que sirven de entrada al sistema electrónico. En segundo lugar, se analizan las distintas técnicas digitales para la caracterización del pulso, prestando especial incapié a las alternativas para la temporización del pulso de centelleo. Tras una comparación de cuatro métodos posibles se determinan las codiciones óptimas para extraer una marca temporal del pulso con una resolución próxima al nanosegundo. En tercer lugar, se implementa y caracteriza un prototipo del módulo de adquisición que incluye las técnicas digitales anteriores como parte de un sistema empotrado más complejo basada en lógica programable. Finalmente, se emplean los resultados anteriores para estimar mediante simulación las prestaciones prestaciones de un equipo híbrido que hiciera uso de la electrónica desarrollada La investigación realizada nos ha permitido determinar las condiciones en las que un sistema de adquisición para tomografía por emisión con muestreo continuo puede igualar o superar las prestaciones de un sistema convencional.

Calificación: 
Sobresaliente Cum Laude
Autor Tesis: 
Juan Enrique Ortuño Fisac
Grupos de investigación: 
Fecha : 
Vie, 18/07/2008
Director/es
Resumen: 

Esta tesis doctoral está dentro del área de investigación de tecnología de imágenes biomédicas y tiene como objetivo el desarrollo, la validación e implementación de métodos eficientes de reconstrucción estadística para obtener imágenes de calidad a partir de los datos que suministra un tomógrafo de emisión de positrones (PET, positron emission tomography) de alta resolución para pequeños animales de laboratorio. El objetivo principal ha sido la obtención de una óptima relación entre la calidad conseguida en las distribuciones volumétricas del radiofármaco y el coste computacional del proceso de reconstrucción. Las características de las cámaras consideradas, los requisitos de resolución y ruido de las imágenes, así como la velocidad requerida de ejecución del algoritmo han motivado la elección de los parámetros de diseño. También se ha tenido en cuenta que los métodos tendrán que ejecutarse sobre un equipo PC estándar, e integrarse en una consola previamente desarrollada. La matriz de sistema parametriza la respuesta del sistema de una cámara PET en los algoritmos de reconstrucción discretos. Esta matriz se ha calculado mediante técnicas de Montecarlo, ya que así se pueden incluir efectos físicos difíciles de hallar analíticamente. Se ha desarrollado una plataforma de simulación propia, optimizada para el cálculo de matrices de sistema, que resulta rápida y flexible ante cambios de los parámetros de la cámara. El código modela el rango del positrón, la no colinealidad y la penetración y dispersión en cristal. Los resultados de la simulación se almacenan en disco en formato disperso, y tras un procesamiento automático para su división en subconjuntos, se pueden utilizar de una manera eficiente por parte de los algoritmos de reconstrucción realizados. Los algoritmos se han desarrollado para adquisición 3D, y se pueden clasificar en dos clases según la dimensionalidad de la matriz de sistema: algoritmos 2D y algoritmos 3D. Los primeros emplean una matriz de sistema aproximada para reconstruir independientemente todos los planos transaxiales de la imagen volumétrica y a pesar de ofrecer una calidad de imagen inferior a los métodos 3D, resultan mucho más rápidos y por tanto son de una gran utilidad. Se aplican sobre datos adquiridos en modo 3D mediante algoritmos de reagrupamiento. Los algoritmos 3D reconstruyen unitariamente todo el volumen de la imagen mediante una matriz de sistema modelada directamente en 3D. Debido al mayor coste computacional de los algoritmos 3D, se han utilizado simetrías de rotación y reflexión en el plano transaxial y de traslación y reflexión según el eje axial para reducir el tiempo de calculo de la matriz de sistema y el espacio requerido para su almacenamiento, lo que redunda también en reconstrucciones mas rápidas. El algoritmo de reconstrucción desarrollado es de tipo OSEM (EM con subconjuntos ordenados) y se puede regularizar mediante un esquema MRP (Median root prior) de tipo generalizado. El esquema propuesto se completa con el método MXE (minimum cross entropy) con regularización mediante imagen anatómica como imagen a priori, que puede utilizarse para mejorar la calidad de la imagen en el caso de que se disponga de una imagen de CT registrada, como ocurre en sistemas híbridos PET/CT. El esquema general que se ha desarrollado no es exclusivo de ninguna cámara en particular, sino que se ha diseñado para que sea flexible y se pueda adaptar rápidamente a diferentes arquitecturas que cumplan unas determinadas especificaciones comunes a la mayoría de cámaras PET existentes. No obstante, al poder contar con datos adquiridos mediante dos cámaras concretas, los resultados presentados en este documento se circunscriben a estas arquitecturas. Los datos sintéticos obtenidos mediante plataformas de simulación de Montecarlo han replicado las geometrías reales disponibles. Del análisis de los resultados obtenidos se puede concluir que el modelado de una matriz de sistema con penetración en cristal mejora la calidad de la reconstrucción en términos de nivel de señal ruido y ausencia de artefactos. Además, la regularización mediante imagen anatómica registrada mejora sustancialmente la resolución en las zonas donde un gradiente anatómico coincida con un gradiente funcional.

Calificación: 
Sobresaliente Cum Laude
Autor Tesis: 
Javier Grandal Quintana
Fecha : 
Vie, 05/06/2009
Director/es
Nombre y apellidos: 
Resumen: 

Los nitruros del grupo III (InN, GaN y AlN) se han asentado como semiconductores importantes para la fabricación de dispositivos optoelectrónicos gracias al amplio rango de la banda prohibida ("bandgap") de estos materiales (0.7-6.2 eV) y a que dicho bandgap sea directo. Asimismo, el marcado carácter iónico de los enlaces en estos materiales les confiere una gran estabilidad química y térmica, haciéndoles así buenos candidatos para trabajar en entornos agresivos. La técnica de crecimiento epitaxial más extendida para los nitruros del grupo III es la epitaxia en fase vapor mediante precursores metalorgánicos (MOVPE) y mediante ésta se han obtenido dispositivos optoelectrónicos de alta eficiencia como los comercializados por Nichia, Sony y Toshiba entre otros. Esta técnica necesita de alta temperatura para la pirólisis de los gases reactivos, lo que a su vez incrementa la calidad cristalina de los materiales obtenidos. Sin embargo, tiene como inconvenientes la existencia de niveles altos de carbono, hidrógeno y otros compuestos orgánicos, procedentes de los precursores, que puede provocar efectos negativos de pasivación sobre los dopantes. Otra técnica de crecimiento utilizada para la obtención de nitruros del grupo III es por medio de epitaxia de haces moleculares (MBE) la cual presenta algunas ventajas sobre el MOVPE, por ejemplo: (i) el entorno de ultra alto vacío requerido (presiones base del orden de 10-11 Torr) minimiza la concentración de impurezas incorporadas al material, (ii) la pureza de los materiales empleados en las fuentes de efusión siempre superan el 99,9999%, (iii) la posibilidad de interrumpir el flujo de cualquiera de los elementos (Ga, In, Al, Si, Mg, etc.) de una manera abrupta (mediante el uso de obturadores mecánicos) dando lugar a intercaras planas a nivel atómico, y (iv) la posibilidad de reducir la velocidad de crecimiento (1 nm/min) permitiendo un control preciso del espesor crecido, y por tanto, fabricar estructuras semiconductoras complejas como las basadas en pozos cuánticos. Desde 1986 hasta la actualidad se ha mejorado mucho la calidad cristalina de las capas de InN, obteniéndose actualmente mediante estas técnicas de crecimiento, capas de InN con un valor de bandgap en torno 0.7 eV. Gracias a los numerosos trabajos presentados sobre las propiedades ópticas de este material, el intervalo de operación de los nitruros del grupo III dentro del espectro electromagnético se ha extendido hasta el infrarrojo cercano. Este hecho ha despertado un gran interés en nuevas aplicaciones, como en el campo fotovoltáico con la fabricación de células solares de multi-unión de alta eficiencia cubriendo todo el espectro solar. Se ha detectado también en este material una importante acumulación de carga eléctrica en la superficie, del orden de 1013 e-cm-2. Esta cantidad de electrones parecen acumularse en una capa de unos 4 a 6 nanómetros, incrementando la conductividad de las capas de InN. Si bien esta alta carga superficial podría utilizarse para la fabricación de sensores, ésta no es la única característica que apoya el uso del InN para la fabricación de este tipo de dispositivos. El principal objetivo de esta tesis es el estudio y optimización del crecimiento mediante la técnica de MBE de capas de nitruro de indio para aplicaciones en el rango del infrarrojo cercano. La optimización conlleva el control de la morfología y el estudio de las propiedades ópticas y eléctricas de las capas crecidas. Este objetivo principal se puede concretar en varios puntos relacionados con (i) el crecimiento de capas de nitruro de indio (InN) y sus aleaciones con galio (InGaN) y aluminio (AlInN), (ii) la caracterización de dichas capas, y (iii) el diseño, crecimiento y caracterización de heteroestructuras para aplicaciones en el rango del infrarrojo cercano. El crecimiento de capas de InN utilizando diferentes sustratos se ve afectado fundamentalmente por la temperatura de crecimiento pudiéndose afirmar que es el parámetro más crítico. El otro parámetro importante que gobierna la morfología y la calidad cristalina de las capas es la razón III/V que ha de ser precisamente controlado. Con razones III/V<<1 y a una temperatura lo suficientemente baja, se obtiene un material formado por nanocristales columnares de muy alta calidad, libres de defectos extendidos y completamente relajados, con una emisión muy intensa. Para la misma temperatura que en el caso anterior y razones III/V ligeramente por encima de estequiometría (III/V > 1), las capas obtenidas presentan una morfología compacta. Aunque también es posible obtener capas compactas en condiciones nominalmente ricas en nitrógeno (III/V <1) a temperaturas superiores.

Calificación: 
Sobresaliente Cum Laude