Este proyecto de investigación en caracterización termoelectrónica de semiconductores y metales, está enfocado básicamente al establecimiento de una metodología y metrología para obtener propiedades térmicas y electrónicas de semiconductores y metales a temperatura ambiente y en función de la temperatura. Los materiales de estudio serán Silicio poroso crecido sobre sustratos de silicio con diferentes resistividades; GaSb-Te poroso, crecido sobre un sustrato monocristalino GaSb-Te crecido por la técnica de Bridgman; GaAs-Si películas delgadas crecidas por epitaxia por haces moleculares sobre sustratos monocrsitalinos de GaAs y finalmente se estudiaran uniones de Cobre –acero producidas por soldadura de impacto y aleaciones de plata-cobre. Una parte fundamental del proyecto es el desarrollo de un sistema foto acústico diferencial para el estudio in situ del crecimiento del material porosos (Si y GaSb-Te) y el desarrollo e implementación de un sistema de absorción foto acústico para el estudio a temperatura ambiente del espectro de absorción de estos materiales. La parte central del proyecto está en el desarrollo e implementación de un sistema radiométrico infrarrojo y de portadores pero en función de la temperatura (14 K). El CFATA cuenta con estos dos sistemas operando en la actualidad pero es de fundamental importancia determinar los cambios en las propiedades termo electrónicas en función de T, de una manera remota y sin contactos, esta podría ser una nueva técnica de caracterización, teniendo en cuenta que se tiene actualmente cuatro longitudes de onda (532, 632, 808 y 1044 nm) con lo que se podrán obtener velocidades de recombinación en la superficie y en el bulto de manera simultánea en el caso de silicio monocristalino. En el caso de GaAs-Si crecido por epitaxia por haces moleculares se centrará el estudio en la distribución electrónica del silicio como función de la celda efusora de silicio, mediante el uso de imágenes térmicas y termo electrónicas y correlación con propiedades eléctricas, ópticas, estructurales y microestructurales. Para el caso de Soldadura por impacto se pretende encontrar una correlación entre mediciones de imágenes térmicas en las soldadura de forma no contacto y remota con las mediciones de dureza Vickers (que son contacto) y tiene imposibilidad de medir toda el área de estudio debido a daños producidos por el indentador. La variable a estudiar será el efecto de la forma de la interface (dentado y plana) en las propiedades estructurales, microestructurales y térmicas de la región afectada por la soldadura y de la región afecta por el impacto. En el caso de aleaciones de plata cobre el interés es el de poder determianr la correlación entre señal fototérmca der amplitud y fase y la concentración de plata del sistema, apara esto se utilizara ICP para uan determinación completa de los componentes metálicos, la imágenes serán térmicas Una parte muy importante de este proyecto es la formación de recursos humanos especialmente doctorado y maestría, pues se tiene la participación de tres estudiantes de doctorado y dos de maestría. El proyecto cuenta con especialistas en el área de materiales semiconductores y con especial énfasis en las técnicas fototérmica como es el cada del Dr. José García, EL Dr. Máximo López tiene experiencia en crecimiento por MBE y el Dr. Julio Mendoza tiene experiencia amplia en caracterización óptica. Este proyecto cuenta con una componente computacional, relacionada principalmente con los justes multiparamétricos para la obtención de los valores termo electrónicos del Si con diferentes resistividades, especialmente e en función de la temperatura. Es importante notar que esta metodología y metrología pueden ser extendías a otros materiales, por lo que se trabajará de manera activa en colaboración con el Laboratorio de Metalurgia del CFATA en la caracterización térmica de aleaciones. Se trabajará de manera activa en la interacción con otros laboratorios como el de epitaxia en fase liquidad y de crecimiento por haces moleculares del Cinvestav México para el estudio de propiedades termo electrónicos de materiales semiconductores y sistemas complejos.

Silicio con Diferentes Resistividades Eléctricas a. Se estudiara los cambios en las propiedades termo electrónicas de este mismo conjunto de muestras (tabla 1) en función de la temperatura, se pretende obtener una tabla de tiempo de vida y velocidad de recombinación superficial en función de la Temperatura. Del mismo modo se sabe que los tiempos medidos son tiempos efectivos (Teoria SRH), y cambiando las longitudes de onda incidente de 532 a 1064 nm, podrían obtenerse tiempos de vida de bulto y superficie. b. Este conjunto de obleas de 6 pulgadas de diámetro, serán utilizadas para fabricar silicio poroso, Una de las variables del experimento es la resistencia del sustrato, pero se pretende estudiar mediante foto acústica diferencial la cinética del crecimiento, es decir, después de establecido un tiempo característico con I-V de acuerdo a la curva característica para ataque químico, se procederá a hacer crecimientos en función del tiempo. Se podrá monitorear el estado del sistema mediante la señal foto acústica diferencia e imágenes de microscopia electrónica de barrido donde se estudiara la cinética de formación del poro Tabla 1 Wafer # Material # Resistivity (ohm-cm) O2 Content (ppm) N-Type 01 953010031W 3.961 35.06 N-Type 02 953010032W 1.982 34.04 N-Type 03 953010033W 13.67 35.24 N-Type 04 953010034W 7.161 36.47 N-Type 05 953010012B 13.05 23.86 P-Type 01 3986 30.82 P-Type 01 953010041W 142.7 35.54 P-Type 01 953010062W Unable to measure Specification: 29.6 to 44.4 ohm-cm Unable to measure Specification: 32.0 to 40.0 ppm GaAs-Si Crecido por Crecimiento por Haces Moleculares Se ha fabricado por la técnica de epitaxia por haces moleculares (MBE), un conjunto de ocho muestras de GaAs dopadas con Silicio las cuales serán la base de este estudio. El único parámetro de crecimiento que se varió entre las muestras es la temperatura de la celda efusora de Silicio, los demás parámetros de crecimiento tales como temperatura del sustrato, tiempo de crecimiento o temperatura de las celdas de Galio y Arsénico, permanecieron constantes en todas las muestras. En la tabla 1 se resume el conjunto de muestras de GaAs dopado con Silicio a estudiar. Muestra 43 44 45 46 64 65 66 67 Temperature de la celda de silicio (ºC) 1330 1300 1270 1240 1200 1180 1140 1120 Tabla 1, conjunto de muestras de GaAs a estudiar. Todas son dopadas con silicio. Con la variación en la temperatura de la celda efusora de silicio se espera que se incremente la cantidad de Silicio presente en la película dopada de GaAs que se fabricó. Es de esperarse que la incorporación del silicio afecte las propiedades estructurales, ópticas, eléctricas y térmicas del material fabricado. Se estudiara un sustrato de GaAs sin dopar de tipo “epi-ready”, fue adquirido en la empresa Atramet Inc. (USA). Algunos datos del sustrato son: conductividad: 108 Ω/cm, densidad de defectos (EPD) < 104 cm-2. Las películas de GaAs dopado con si fueron fabricadas en un equipo “Riber C21 MBE” que se encuentra en las instalaciones del departamento de física del CINVESTAV-IPN en la ciudad de México. GaSb-Te Se utilizaran obleas comerciales de antimoniuro de galio dopada con teluro (GaSb-Te) de la empresa canadiense Firebird con las siguientes características: Diámetro: 5.08 cm, Dirección cristalina: (100), Espesor: 400 µm, Concentración de Te: del orden de 1019 átomos/cm3 . Por medio de la técnica de Radiometría Fototérmica Infrarroja, se puede hacer un mapeo de la distribución de los portadores minoritarios asociados a las impurezas en el semiconductor. De acuerdo a estudios previos [1] se ha encontrado que la distribución de portadores no es uniforme en toda la oblea, siendo las concentraciones más altas hacia las orillas, para la fabricación del material poroso es preferible utilizar las partes externas de la oblea, lugar donde la concentración es mayor. Para la realización del trabajo es necesario cortar la oblea en pequeñas secciones de un área menor a 1 cm2, utilizando para ello un cortador de diamante. El material poroso se obtendrá mediante disolución anódica, esto se refiere a que el material que se va a atacar químicamente (semiconductor GaSb-Te) se coloca en la posición del ánodo, mientras que el cátodo está constituido por un alambre de platino de 0.25 cm de diámetro y 10 cm de longitud dentro de una solución de acido clorhídrico (HCl) al 38% de concentración en peso, en una relación en volumen 2/3 de ácido con 1/3 de agua desionizada. Se empleará para el seguimiento de la cinética de ataque la celda fotoacústica diferencial [2], la cual está construida en teflón ya que este material es resistente a la corrosión del ácido clorhídrico [1] R. Velazquez-Hernandez, J. García-Rivera, S. Jiménez-Sandoval, J. Mendoza-Alvarez, M.E. Rodriguez, Journal of Applied Physics, 101, 023105, (2007) [2] Mario Rodríguez, Ruben Velázquez-Hernández, María Luisa Mendoza López, Delia Hurtado, Kathia Brieño- Enriquez, Jose de Jesús Pérez-Bueno (Rev. Sci. Instr. 78,1,(2007)) Cobre-Acero Soldado por Impacto. Los materiales a estudiar serán: Tres muestras de Cu-Acero (Cobre con 99.99% de pureza y acero SAE/AISI 1022), soldadas por impacto, con diferentes áreas de impacto, morfológicamente identificadas como dientes: • Muestra A diente fino (Acabado en la superficie de contacto en Cu y Acero) • Muestra B diente grueso (Acabado en la superficie de contacto en Cu y Acero) • Muestra C plana (Acabado en la superficie de contacto en Cu y Acero) Las muestras A, B y C se prepararon a partir de una placa de 4 pulgadas de cobre comercial con una pureza de 99.9% y acero al carbono comercial SAE/AISI 1022 las condiciones de velocidad en cada muestra fueron como sigue: • Muestras A y B: velocidad de impacto de 627 m/s, con un ángulo de impacto de 20°. • Muestra C: velocidad de impacto de 513 m/s, con un ángulo de impacto de 20°. El equipo utilizado fue un cañón presurizado con aire (Instituto de Física –UNAM). El blanco fue la placa de acero y el proyectil fue el cobre. La Fig.1 muestra una sección de las muestras analizadas.. Fig. 1. Muestras de Cu-Acero. (A) muestra de diente fino. (B) muestra de diente grueso. (C) muestra plana. Las áreas analizadas las indica el recuadro. Aleaciones de Plata Cinco diferentes aleaciones de Plata-Cobre: • Onza Troy con 92% Ag. • Moneda olímpica con 72% Ag. • Peso Morelos 1948 con 50% Ag. • Peso Morelos 1966 con 50% Ag. • Moneda de 25 centavos con 30% Ag. Fig.2. (a) Onza Troy 1991, (b) Moneda Olímpica 1968, (c) Peso 1948, (d) Peso Morelos 1966 y (c) Moneda de 25 centavos, 1951 (peseta). Tabla 1 Aleación No. % Peso Ag % Peso Cu % Peso Ni % Peso Zn % Peso Otros 1 93.139 6.805 0 0.021 Balance 2 72.409 27.083 0 0.091 Balance 3 54.163 36.742 5.527 3.342 Balance 4 37.613 43.035 9.200 9.827 Balance