1 sensores para detección de radiación ir responsable dr. gonzalo pÁez padilla
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Sensores para Detección de Radiación IR
Responsable
DR. GONZALO PÁEZ PADILLA
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Sensores para Detección de Radiación IR
Introducción
En los últimos 20 años la tecnología de infrarrojo (IR) ha llegado a ser una herramienta muy importante en investigaciones y aplicaciones civiles
Esto ha sido gracias a los avances en la tecnología de semiconductores, misma que proporciona sensores con mejor relación señal a ruido.
Agricultura
Sensado remoto
Meteorología
Astronomía
Exploración de recursos
Mapas espectrales
Búsqueda y rescate
Medicina, entre otros
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Siglo 18. La luz visible y radiofrecuencias se incluyen dentro del espectro electromagnético.
Sensores para Detección de Radiación IR
Breve historia del IR
Siglo 19. IR permite la identificación de cantidades minúsculas de material.
Siglo 20. Aplicaciones militares como la visión nocturna y las firmas de gases
1800. Sir Herschel deja el termómetro de mercurio expuesto al lado rojo del espectro solar, y observa el incremento de temperatura. Descubre que existe la radiación al otro lado del rojo (infra-), la cual el ojo humano no detecta.
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c1965. Descubrimiento del transistor y múltiples usos de semiconductores
Sensores para Detección de Radiación IR
Breve historia del IR
C1975. Cámaras IR con un píxel, y rastreo de la escena
Actualmente: Inicio de termografía para caracterización de materiales, procesos, agujeros negros, detección de planetas extrasolares…
c1970. El mapeo del cielo nocturno en IR con satélite COBE
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Determinación de distribución de temperatura con resolución micrométrica
Sensores para Detección de Radiación IR
Grupo de IR del CIO
En el Centro de Investigaciones en Óptica, hemos trabajado ampliamente en temas sobre investigación y tecnología de infrarrojo.
En los últimos años, en el Grupo de IR, hemos desarrollado técnicas para:
Termometría tomográfica de gases en combustión
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Sensores para Detección de Radiación IR
Grupo de IR del CIO
Oximetría y tomografía en infrarrojo
Calibración incremental de temperatura
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Sensores para Detección de Radiación IR
Grupo de IR del CIO
Modelos para ablación láser en infrarrojo en tejido dental
Detección de fotones balísticos en infrarrojo
Instrumentos para detección de planetas extrasolares
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Sensores para Detección de Radiación IR
Radiación IR
IR posee mucha más información que VIS
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Sensores para Detección de Radiación IR
Problemática
• En el país no existe la infraestructura para desarrollar sensores IR en las bandas MWIR y LWIR
• La tecnología es de acceso restringido debido a sus aplicaciones militares.
• En consecuencia, viene enorme dependencia tecnológica en este rubro.
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Sensores para Detección de Radiación IR
Objetivos
Objetivo GeneralCrear la capacidad para realizar investigación y tecnología de detección de infrarrojo, con orientación a Sensado Remoto y con capacidades para respuesta y procesamiento en tiempo real. Incidir en el desarrollo tecnológico del país, impulsando el uso de esta tecnología.
Contraste térmico
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La investigación para la detección de radiación IR, formando recursos humanos de alto desempeño para cubrir la carencia del país de capital humano especializado en esta área.
Sensores para Detección de Radiación IR
Medios para Alcanzar el Objetivo
La adquisición de la capacidad para producir materiales para fabricar óptica IR.
El desarrollo de la tecnología propia para detectores IR con orientación a sensado remoto y con capacidades para respuesta y procesamiento en tiempo real.
La generación de la infraestructura para desarrollar materiales sensibles al IR.
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Sensores para Detección de Radiación IR
Medios para Alcanzar el Objetivo
Desarrollo de Sensores IR
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Sensores para Detección de Radiación IR
Medios para Alcanzar el Objetivo
Desarrollo de Materiales y Óptica IR
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Sensores para Detección de Radiación IR
Tipos: MCT
De los detectores más importantes en la actualidad, debido a que su sensibilidad espectral puede seleccionarse desde 0.8 hasta 30 micrómetros
Estos detectores alcanzan una responsividad del orden de 3 A/W, con tiempo de respuesta de microsegundos
Tecnología de alto costo y estricto control militar.
El MCT se crece actualmente con técnicas de crecimiento epitaxial, siendo la MBE (molecular beam epitaxy) una de las técnicas más extendidas
Mercury-Cadmium Telluride
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Sensores para Detección de Radiación IR
Tipos: QWIP
QWIP (Quantum Well Infrared Photodetectors) han incrementado rápidamente su popularidad debido a los avances en su fabricación.
Se basan en pozos cuánticos creados con heteroestructuras de semiconductores con brechas de energía muy anchas, generando estados de energía cuantizados dependientes del espesor físico de las capas.
Se controla la sensibilidad espectral simplemente eligiendo la “profundidad” del pozo cuántico en el diseño del detector.
GaAs/AlxGa1-xAs permiten detectar longitudes de onda más largas que las 12 micras.
Detectores de Pozo Cuántico
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Técnicas epitaxiales
crecimiento epitaxial en fase vapor (VPE)crecimiento epitaxial en fase líquida (LPE)crecimiento epitaxial por haces moleculares (MBE)crecimiento por química metalorgánica por deposición a vapor (MOCVD)
Son del dominio de una decena de países, y un tercio de los laboratorios están en Estados Unidos
Técnicas de crecimiento preciso de cristales
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Sensores para Detección de Radiación IR
Impacto en
Frontera del Conocimiento y Desarrollo Tecnológico
Reducción de la Dependencia Tecnológica del País
Dicha reducción es una estrategia central del CIO así como parte del Plan Nacional de Desarrollo.
La generación de tecnología propia para detectores IR con orientación a sensado remoto, vendrá acompañada de oportunidades para impactar positivamente a la sociedad y economía del país.
Contar con investigación de frontera nos permite obtener respuestas específicas a nuestras necesidades, sin tener que adaptarnos a tecnologías existentes.
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Sensores para Detección de Radiación IR
Impacto en
Frontera del Conocimiento y Desarrollo Tecnológico
Conocimiento y Desarrollo Tecnológico generado directamente por la Investigación y Desarrollo de Sensores
IR: Materiales fotosensibles; diseño, modelado y fabricación de
dispositivos semiconductores binarios y ternarios; fabricación de materiales para óptica IR; manufactura de óptica IR; sistemas para acondicionamiento y procesamiento de señal mixta en tiempo real.
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Impacto en
Frontera del Conocimiento y Desarrollo Tecnológico
Desarrollo Tecnológico y beneficios impulsados por el uso de tecnología de detección IR:
SECTOR PRODUCTIVO: Desarrollos en diseño para eficiencia y ahorro de energía; procesos de manufactura y pruebas no destructivas de producto; mantenimiento productivo; evaluación de perdidas estructurales de energía; etc.
SECTOR ENERGÉTICO: Diagnostico remoto en sistemas de distribución eléctrica; detección de fugas en ductos de líquidos y gases; predicción temprana de fallas.
SECTOR SALUD: Investigación y desarrollo de técnicas de diagnóstico no invasivas y de bajo riesgo para el paciente
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Sensores para Detección de Radiación IR
Infraestructura requerida
Para poder crecer los cristales semiconductores para la detección de IR es necesario crear infraestructura no disponible en el país.
•Instalaciones para diseño (incluyendo equipo de cómputo y software especializado).•Instalaciones para fabricación (cuarto limpio).•Equipo para la fabricación.•Equipo para inspección y pruebas.
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Infraestructura requerida
Equipo de fabricación:•Máquinas de crecimiento epitaxial molecular (MBE).•Evaporadoras para crecimiento de óptica IR.•Equipo de litografía de haz de electrones.•Equipo para tratamiento térmico, entre otros.
Equipo de pruebas:•Fuentes espectrales.•Cuerpo negro.•Monocromadores.•Radiómetros, etc.
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Sensores para Detección de Radiación IR
MetodologíaEl proyecto está estructurado considerando cuatro etapas: Diagnóstico, Diseño, Implementación y Desarrollo.
Las etapas de Diagnóstico y Diseño están estructuradas para asegurar que la infraestructura instalada sea vigente y actualizada, así como asegurar la compatibilidad con laboratorios de clase mundial.
Durante la etapa de Implementación se adquirirá la mayor parte de la infraestructura y equipo.
En la etapa de Desarrollo se darán los primeros pasos para impulsar tecnologías de sensores IR y se crearán prototipos con materiales bien establecidos.
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Sensores para Detección de Radiación IR
MEGAPROYECTO
Cronograma resumenEl proyecto está estructurado considerando cuatro etapas: Diagnóstico, Diseño, Implementación y Desarrollo.
Las etapas de diagnóstico y diseño están estructuradas para asegurar que la infraestructura instalada sea vigente y actualizada, así como asegurar la compatibilidad con laboratorios de clase mundial.
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Sensores para Detección de Radiación IR
Desglose Financiero
RUBROMONTO EN DÓLARES
GASTO CORRIENTE $
2.500.000,00 Honorarios, Viáticos, Becas, Estancias, Protección Intelectual
GASTO DE INVERSIÓN
Equipo de Fabricación $
18.000.000,00
Infraestructura (Cuarto Limpio) $
2.000.000,00
Equipo de Prueba y Diagnóstico
$ 1.000.000,00
Licenciamiento de Software $
50.000,00
Mantenimiento $
3.000.000,00
TOTAL ESTIMADO $
26.550.000,00
Ejercicio Anual del Presupuesto
AÑOGASTO TOTAL EN DÓLARES
1 $ 1.325.000,00
2 $ 2.650.000,00
3 $ 10.600.000,00
4 $ 7.950.000,00
5 $ 3.975.000,00
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Gracias
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