Ingeniería Mecatrónica (Mag.)
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Item Integration of a visual tracking system into a four probe measuring system to evaluate the electrical sheet resistance of thin films(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-07-13) Curi Grados, Osmar Giordano Adolfo; Ströhla, Tom; Rumiche Zapata, Francisco AurelioEn los últimos años, las películas delgadas han sido ampliamente estudiadas debido a la amplia gama de aplicaciones técnicas que presentan, algunas de las cuales están determinadas por sus propiedades eléctricas tales como la resistividad. Generalmente, algunas propiedades medidas en la macroescala no siguen siendo válidas cuando el material es reducido a la nanoescala. Varios estudios demuestran que la resistividad en películas delgadas depende del espesor de la muestra. Por lo tanto, en la investigación y producción de películas delgadas para nuevas aplicaciones, es necesario un sistema eficaz y preciso para medir y caracterizar sus propiedades eléctricas. Con el fin de superar las limitaciones en la medición de la resistividad en películas delgadas, el objetivo de esta tesis es la de implementar un sistema de medición de la resistividad flexible implementado utilizando el software LabVIEW y conformado por instrumentos de medición Keithley y una cámara digital tipo microscopio. Este sistema presenta dos características principales: 1. Un sistema de seguimiento automático de posición (visual tracking) para determinar la ubicación de las puntas de medición sobre la muestra. Este sistema reduce los errores ocasionados por el desalineamiento de las puntas, proporciona una apropiada interfaz gráfica y es el primer paso para la automatización del sistema de medición. 2. El sistema es capaz de medir la resistividad utilizando cuatro métodos distintos (Van der Pauw, Linear Van der Pauw, y el método de las cuatro puntas lineal y cuadrado). Esta característica proporciona la posibilidad de medir una gama más amplia tanto de materiales como de dimensiones de las muestras. El desempeño del sistema desarrollado se válido midiendo muestras estándar de aluminio y tungsteno de diferentes espesores (100, 300 and 600 nm). Las películas se depositaron sobre sustrato de silicio mediante sputtering. La resistividad de las películas se midió aplicando los diferentes cuatro métodos y se obtuvo un error estándar menor a 1%. Con el _n de validar la eficacia del sistema de seguimiento visual (visual tracking), se analizó la influencia, tanto del desalineamiento como de la distribución de las puntas en la medición de la resistividad. Los resultados fueron validados por comparación con datos experimentales de la literatura y modelos teóricos de películas delgadas (Fuchs-Sondheimer, Mayadas-Shatzke y combinación de ambos modelos). Los resultados están en correlación con los datos experimentales y los modelos teóricos. Además, se confirmó la dependencia de la resistividad con el espesor. Asimismo, se demostró que el incremento de la resistividad eléctrica podrá explicarse por las contribuciones de los mecanismos de dispersión en los limites de grano y en la superficie de la película delgada.Item FEM simulation of residual stresses of thin films for applications in MEMS(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-19) Macavilca Román, José Carlos; Ströhla, Tom; Rumiche Zapata, Francisco AurelioIn MEMS sensors, such as resonators based on cantilever and doubly-clamped beams, the presence of residual stresses in the thin films disrupt their mechanical properties or eigenfrequencies and, in some cases, can destroy the structure. This thesis aims to simulate the residual stresses in wafers composed of thin films deposited over a substrate. The simulations were conducted with ANSYS Workbench R17.2, a finiteelement-method software. This work considered static simulations with a single-layer wafer geometry, since it is a first approach to the simulation of residual stresses. With the purpose of achieving that, three simulation types were performed. Simulation 1 applied the thermal loads as heating and cooling steps to a quadrant model. Simulation 2 added the birth and death technique with the purpose of representing the deposition of the thin film. Besides, it was split under the geometric model as flat axisymmetric section, curved axisymmetric section, i.e. with the initial curvature of the wafer, and curved quadrant model. On the other hand, simulation 3 generated the residual stresses by the activation of the contact between the thin film and the silicon dioxide layer, used as diffusive barrier. The simulation results were compared to calculated values from measurements performed by the methods of wafer curvature and X-ray diffraction. The comparison showed that the curved quadrant model allowed obtaining residual stresses and deflections closer to the calculated ones. In addition, the curved axisymmetric models allowed visualizing the residual stresses distribution in the layers and the substrate. Thus, the birth and death technique was useful to simulate the deposition of the thin film. The considerations described in this work can be used as input data for more complex simulations based on MEMS structuresItem Construction and implementation of a 4-probe measuring system to determinate the temperature dependent sheet resistance of thin films(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-04-12) Pacheco Arenas, Carlos Arturo; Ströhla, Tom; Rumiche Zapata, Francisco AurelioIn order to build machines, electronic devices, it is necessary to know all properties of the materials. The machines and electronic devices use parts that are interconnected, the mechanical properties are important, but for some specific tasks the electrical properties are more important. In this sense it is necessary to predict the behavior of this parts in different temperatures to the environment. The present thesis focus on implementation of a 4-probe measuring system to determinate the sheet resistance of thin film samples showing the dependency of the resistivity on the film thickness as well as on the deposition temperature. The method used to determine the resistivity is the modified van der Pauw Method. Therefore, it is important the measurement of the current and the voltage drop in the sample. It is also important to measure the distance between tips, in order to calculate the resistivity. Furthermore, it is also important to find the correct transformation that maps any four point of a plane to a new plane with four collinear points. The measurements are controlled via LabVIEW and the measured data is displayed in the user interface.Item Investigations on electrical conducting magnetic hybrid materials for sensor and actuator systems(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-21) Chávez Vega, Jhohan Harvey; Kaufhold, Tobias; Böhm, Valter; Rumiche Zapata, Francisco AurelioScientists and engineers feel motivated in the presence of new elements or materials they cannot comprehend. That is why when a material with a new properties or behavior arises, they do the best to investigate on them until understand them and give some applications. One of these kind of moderns materials are the ferrofluids, which have a special and very different behavior when are induced under magnetic field and when not. These materials have plenty of applications nowadays. Due to their smart behaviour they are used on dampers for automobile suspensions, for measurement of fluid’s viscosities, acoustics and several more tasks. Magneto sensible elastomers (MSE) are materials that own similar properties to ferrofluids, with the substantial difference of being in solid state independently of the presence or absence of magnetic field. MSE are composed on a polymer matrix that has magnetic particles that provide them a smart behaviour under magnetic fields. For this project the magnetic particles were iron powder and certain amounts of graphite were also added to give electrical conductivity. In the current work it was fabricated several samples of MSE to study the behaviour of their electrical and mechanical properties under the effect of a magnetic field. Permanent magnets were used to induce the magnetic field on the probes and this field was changed by moving the magnets away and close to the probes through a motorized positioning machine. The results obtained from the experiments are summarized on conclusions that can be used in future to the design and building of sensors and actuators.Item Implementation of a triboelectrical workstation for the investigation of the influence of electrical current on the tribological properties of thin films(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-20) Yupanqui Aliaga, Edson Igor; Ströhla, Tom; Rumiche Zapata, Francisco AurelioCon el fin de hacer que las máquinas, circuitos electrónicos o contactos eléctricos para diversas aplicaciones, funcionen correctamente; es necesario conocer sus características. La mayoría de las máquinas desarrolladas o dispositivos electrónicos están formados por varios componentes que están interconectados. Cuando estos componentes interactúan entre sí o con el medio ambiente, están sometidos a estrés, fricción y desgaste. Por lo tanto, se requiere predecir el comportamiento de estos materiales cuando están sometidos a fricción y desgaste para así tener una interpretación adecuada de lo que ocurre en estos puntos de contacto. La presente tesis se centra en la caracterización de materiales por medio de un sistema tribológico basado en un "punto plano-contacto", donde una bola estacionaria hace de punto y el material de muestra se hace oscilar debajo. Con este sistema es posible determinar el valor de la fuerza tangencial y la fuerza normal, y a partir de estos dos, se puede calcular el coeficiente de fricción. Además, apoyamos el análisis de materiales mediante una caracterización eléctrica en paralelo durante el experimento. Para este propósito, una corriente se inyecta en la muestra. Luego, la caída de tensión y la corriente son medidas y con estos datos, la resistencia eléctrica se puede determinar. El sistema de medición está controlado por un ordenador central que usa LabVIEW y los datos medidos son almacenados para su posterior análisis.