El Instituto Nacional de Investigación y Capacitación de Telecomunicaciones de la Universidad Nacional de Ingeniería (INICTEL – UNI), gracias al financiamiento otorgado por el FONDECYT y el Banco Mundial, podrá implementar un laboratorio de caracterización de materiales y dispositivos en múltiples rangos de frecuencia. Los resultados harán posible validar los diseños de prototipos de dispositivos microelectrónicos. Cabe señalar que la microelectrónica es la ciencia que produce nuevos dispositivos para el desarrollo de la industria tecnológica, lo que permite la innovación en varios sectores, tales como el automotriz, las telecomunicaciones, la electrónica, la energía y la medicina. Dichas innovaciones son objetos de estudio para muchas universidades y centros de investigación en el mundo. Tales universidades realizan su trabajo en las siguientes tres etapas principales: el diseño, la fabricación y la caracterización o medición de los dispositivos. En el Perú, se llevan a cabo muchos esfuerzos por parte de los investigadores con el fin de crear nuevos diseños de dispositivos. Para ello, se hace uso de distintos software de simulación y se trabaja en las bandas de frecuencia desde las radiofrecuencias, pasando por las ondas milimétricas y las ópticas. Sin embargo, la naturaleza del resultado de los diseños ocasiona que la fabricación y caracterización de estos dispositivos se encuentren limitadas a equipamiento de muy alta precisión. Actualmente, el país no cuenta con esta tecnología y, en consecuencia, no se pueden completar las tres etapas mencionadas. En ese sentido, el equipamiento subvencionado por FONDECYT facilitará a los investigadores, del proyecto y de otras universidades, caracterizar los dispositivos diseñados en el Perú e incrementar el impacto de las investigaciones e innovaciones tecnológicas asociadas al área de las tecnologías de la información y comunicación (TIC). Si bien la fabricación ha de ser realizada en el extranjero, gracias a este equipo, la caracterización puede ser hecha en el Perú. El laboratorio de caracterización contará con una mesa automatizada, una fuente láser para comunicaciones ópticas con periféricos para alineamiento de muy alta precisión y un microscopio. Uno de los instrumentos principales que incluye el laboratorio es el analizador de espectro en frecuencias de hasta 50 GHz para medida de ondas de radiofrecuencia y milimétricas, que son las bases para el desarrollo de la tecnología celular de 5G. Asimismo, los equipos, los cuales serán parte de este laboratorio, permitirán que los investigadores y empresas del país realicen coordinaciones de colaboración con entes rectores y empresas del sector de telecomunicaciones para proponer mejoras en las normas técnicas peruanas.

Objetivo general

Caracterizar propiedades electromagnéticas de los materiales y dispositivos para aplicaciones de telecomunicaciones en el Perú.

Objetivo específico 1

Adquisición del equipo y puesta en marcha.

Objetivo específico 2

Implementar métodos de caracterización de materiales en múltiples espectros de frecuencia.

Objetivo específico 3

Implementar métodos de caracterización de dispositivos optoelectrónicos en chip.

Objetivo específico 4

Realizar un protocolo de pruebas para medidas rápidas de caracterización.

Descripción

La adquisición de la plataforma de equipamiento propuesta se justifica por las múltiples áreas de investigación donde puede ser utilizada. Las áreas identificadas por la institución son las siguientes:

1. El laboratorio de comunicaciones ópticas de INICTEL – UNI de la dependencia de capacitación y transferencia tecnológica cuenta actualmente con un analizador de espectro óptico (optical spectrum analyzer – OSA), que solo posee receptores en las bandas de frecuencia de 1,450 a 1,650 nm. Sin embargo, no es explotado al máximo porque no posee una fuente de láser en todas las longitudes de onda de interés. Únicamente, tiene fuentes puntuales con bandas de frecuencia muy angostas alrededor de 1,550 nm. Para la caracterización de dispositivos fotónicos de alta velocidad, que son aplicados en las interconexiones ópticas de siguiente generación de centros de datos o redes ópticas dorsales, resulta necesario que se pueda caracterizar en muchas bandas de frecuencia diferentes, por lo que un láser que pueda sintonizar la frecuencia portadora en un rango amplio es bastante deseado por la comunidad científica.
2. Los analizadores vectoriales de red (VNA) comúnmente miden los parámetros S, porque la reflexión y la transmisión de las redes eléctricas son fáciles de medir a altas frecuencias. No obstante, hay otros conjuntos de parámetros de la red, tales como los parámetros Y, los parámetros Z y los parámetros H. Los VNA se utilizan a menudo para caracterizar redes de dos puertos, como amplificadores y filtros, pero pueden utilizarse en redes con un número arbitrario de puertos. Además, permite la representación de impedancias y admitancias mediante los ábacos de Smith. Asimismo, los VNA se usan normalmente para conducir mediciones eléctricas en el dominio de frecuencia y se han utilizado, durante mucho tiempo, para caracterizar dispositivos eléctricos y redes. Aparte, los VNA miden parámetros de transmisión en ambas, magnitud y fase en las microondas y la onda milimétrica (mmWave), bandas de frecuencia en forma de parámetros S. Las señales digitales ópticas de alta velocidad transmitidas en redes tienen similar contenido de frecuencia y ancho de banda, como las señales digitales eléctricas de alta velocidad medidas con VNA de microondas. Por lo tanto, los VNA pueden ser una herramienta efectiva para caracterizar estos componentes ópticos, siempre que la señal se pueda convertir entre los medios eléctricos y ópticos. Por otro lado, resulta importante tener la capacidad de desentrañar componentes para mover los planos de medición del régimen eléctrico al régimen óptico.

El equipo source measure unit (SMU) permitirá su utilización en pruebas de alta precisión, para valores de tensión y corriente en el orden de milivoltios y femtoamperios, con una alta resolución y flexibilidad para caracterización de componente y dispositivos electrónicos. Esto permitirá el estudio y determinación de las características de funcionamiento de los dispositivos semiconductores y ópticos.

Institución responsable del equipamiento

Unidad Ejecutora 002 – INICTEL – UNI

RUC: 20514761826

Razón social tipo de entidad: Instituto o centro de investigación

Tipo de entidad: Instituto o centro de investigación

Régimen: Público

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: San Borja

Dependencias: Programa de Investigación para el Uso y Conservación del Agua y sus Recursos (AQUAREC), Programa de Investigación sobre la Biodiversidad Amazónica (PIBA)

Entidad colaboradora de interés de uso

Universidad Nacional de Trujillo

RUC: 20172557628

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Público

Departamento: La Libertad

Provincia: Trujillo

Distrito: Trujillo

Universidad Nacional de Piura

RUC: 20172606777

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Público

Departamento: Piura

Provincia: Piura

Distrito: Piura

Italtel Perú S.A.C.

RUC: 20518257723

Tipo de entidad: Empresa

Régimen: Privado

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: Santiago de Surco

Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco

RUC: 20518257723

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Público

Departamento: Cusco

Provincia: Cusco

Distrito: Cusco

Universidad San Ignacio de Loyola

RUC: 20297868790

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Privado

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: La Molina

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

RUC: 20148092282

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Público

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: Lima

Investigador principal

Nombres: Samuel Gustavo

Apellido paterno: Huamán

Apellido materno: Bustamante

Entidad: Unidad Ejecutora 002 – INICTEL – UNI

Dependencia: Dirección de Investigación y Desarrollo Tecnológico

Coinvestigadores

Nombres: Ruth Esther

Apellido paterno: Rubio

Apellido materno: Noriega

Grado académico: Doctorado

Entidad: Unidad Ejecutora 002 – INICTEL – UNI

Dependencia: Dirección de Investigación y Desarrollo Tecnológico

Nombres: Mark Donny

Apellido paterno: Clemente

Apellido materno: Arenas

Grado académico: Doctorado

Entidad: Unidad Ejecutora 002 – INICTEL – UNI

Dependencia: Dirección de Investigación y Desarrollo Tecnológico

Nombres: Jinmi Gregory

Apellido paterno: Lezama

Apellido materno: Calvo

Grado académico: Doctorado

Entidad: Unidad Ejecutora 002 – INICTEL – UNI

Dependencia: Dirección de Investigación y Desarrollo Tecnológico

Nombres: Daniel

Apellido paterno: Díaz

Apellido materno: Ataucuri

Grado académico: Magíster

Entidad: Unidad Ejecutora 002 – INICTEL – UNI

Dependencia: Dirección de Capacitación y Transferencia Tecnológica

Nombres: Aurelio Noe

Apellido paterno: Bazán

Apellido materno: Sánchez

Grado académico: Licenciado

Entidad: Unidad Ejecutora 002 – INICTEL – UNI

Dependencia: Dirección de Capacitación y Transferencia Tecnológica

Coordinador administrativo

Nombres: Yanet Sonia

Apellidos: Begazo Buleje

Entidad: Unidad Ejecutora 002 – INICTEL – UNI

Equipamiento mayor

Un equipo mayor es un equipo altamente sofisticado de un valor superior a S/. 600,000.00 que, por la relevancia de su uso en la investigación científica, tiene la capacidad de generar impacto regional y/o nacional en relación con la disponibilidad de tecnología. En ese sentido, la adquisición del equipo permitirá cubrir necesidades de acceso a tecnologías de investigación de alto costo que, por una parte, no se encuentran suficientemente desarrollados (por debajo de estándares nacionales); y, por otra parte, aún no se hallan disponibles en la región o el país.

Nombre del equipo mayor

Laboratorio para caracterización avanzada de materiales y dispositivos en múltiples bandas de frecuencia

Descripción condiciones técnicas

El equipamiento mayor consta de una plataforma mecánicamente estable con un control activo; una fuente sintonizable en longitudes de onda desde 1,450 nm hasta 1,650 nm, con sus periféricos para alineamiento con precisión submicrométrica de dispositivos fotónicos; un vector network analyzer para medición de parámetros S, con rango de aplicación hasta 50 GHz para medida de ondas milimétricas; un microscopio de aumento 100X con una distancia de trabajo (distancia focal) de 2 cm, con sus posicionadores mecánicos de acoplamiento en la plataforma mecánicamente estable.

Asimismo, el equipamiento secundario constará de una plataforma de generación y adquisición de señales aleatorias programables, una unidad de medición de alta precisión para medición del consumo energético. Para la etapa de diseño y modelamiento numérico, se incluirá un servidor de gran capacidad y switches para estructurar la comunicación del servidor con los laboratorios de INICTEL – UNI.

Lugar donde se instalará el equipo

El equipo estará ubicado en el Servicio de Banco de Tejidos Tumorales del Departamento de Patología del INEN.

Equipamiento secundario

Un equipo secundario asegura el correcto funcionamiento y operatividad del equipo mayor. Dicho equipo puede ser necesario para la preparación de muestras, para que el ambiente esté controlado, y demás condiciones. Entre los equipos mencionados, se encuentran termocicladores, cámaras de flujo laminar, aire acondicionado, estabilizadores de energía y computadoras.

Nombre del equipo secundario

Servidor para etapa de diseño y modelamiento numérico

Descripción condiciones técnicas

Se piensa usar un software libre como sistema operativo (Linux) para poder gestionar los motores de simulación numérica, adquiridos a través de este proyecto, que permitan hacer el diseño de dispositivos y sistemas de radiofrecuencia, microondas y ópticos.

Nombre del equipo secundario

Unidad de medición de alta precisión

Descripción condiciones técnicas

El equipo consiste en una fuente de tensión y medida de corriente de alta precisión utilizado para caracterización de dispositivos microelectrónicos complementary metal oxide semiconductor (CMOS) con características de medida de hasta 10 fA de resolución, entrada de 210 V, 3A DC/10.5A pulso.

Por su resolución, este equipo es capaz de alimentar y medir dispositivos microelectrónicos con muy alta precisión, lo que permitirá obtener curvas características, como corriente vs tensión del comportamiento del dispositivo en prueba.

Nombre del equipo secundario

Switches para estructurar la comunicación del servidor con los laboratorios de INICTEL – UNI

Descripción condiciones técnicas

Los switches servirán para intercomunicar tres laboratorios y, de esta manera, realizar el procesamiento numérico necesario para el desarrollo de los dispositivos electroópticos y para la capacitación de los tesistas. Estas instalaciones también serán puestas a disposición de las entidades colaboradoras.

Nombre del equipo secundario

Plataforma de generación y adquisición de señales aleatorias programable

Descripción condiciones técnicas

Siendo el equipo mayor un sistema de caracterización que cuenta con los equipos necesarios para realizar las mediciones de dispositivos y materiales, resulta necesario también contar con un equipo que permita la generación de señales programadas de excitación a los dispositivos y/o componentes a ser caracterizados, que pueda aproximarse a altas frecuencias del orden de los GHerz, así como contar con un sistema de adquisición de señales de altas prestaciones en frecuencia.

Nombre del equipo secundario

Equipo de aire acondicionado tipo Split+

Descripción condiciones técnicas

El sistema de cómputo de alto desempeño que se instalará para las simulaciones numéricas requerirá un sistema de refrigeración para mantener el sistema operando en condiciones óptimas.

Proyección de uso

A nivel de investigación, el equipo será utilizado en la caracterización y experimentación de dispositivos electroópticos, desarrollo de sensores con tecnología óptica y de ondas milimétricas, caracterización de antenas, caracterización de dispositivos CMOS.

A nivel de capacitación, el equipo será utilizado en la enseñanza de los protocolos de medición a investigadores de las instituciones colaboradoras y equipos de investigación que lo soliciten.

Desarrollo de un dispositivo optoelectrónico de bajo costo y banda ancha sintonizando velocidad de grupo en interface RF-Óptica

Tipo de proyecto: Investigación aplicada

Sectores: Telecomunicaciones

Tipo de sector: General

Área de conocimiento OCDE: Ingeniería y Tecnología

Subárea de conocimiento OCDE: Ingenierías Eléctrica, Electrónica e Informática

Disciplina de conocimiento OCDE: Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: San Borja

Descripción

El intercambio de información confiable a altas tasas de transmisión se ha convertido en uno de los pilares de la sociedad articulada. Para conseguir tales tasas, la comunicación óptica es la tecnología más confiable, de bajo consumo y largo alcance. Esto es posible, en parte, por el modulador electroóptico, cuya función como dispositivo fotónico es convertir los pulsos eléctricos en luz. Sus principales propiedades son la velocidad de modulación o ancho de banda, el consumo de energía y el footprint o área en chip.

Por otro lado, los dispositivos fotónicos sobre silicio (silicon photonics – SiP) son altamente compatibles con los procesos convencionales de microfabricación CMOS, lo que permite el diseño de circuitos integrados SiP compactos, con baja tensión de polarización. Sin embargo, debido a que el silicio tiene una estructura cristalina centrosimétrica, no posee un coeficiente electroóptico significativo. Como consecuencia, los moduladores electroópticos SiP en el estado del arte tienen un ancho de banda limitado y se basan en junciones p-n, por lo que alcanzar altas velocidades de transmisión y baja tensión de polarización todavía es un desafío.

En este proyecto, se busca explorar geometrías de electrodo de moduladores electroópticos Mach – Zehnder basados en metamateriales para la sintonización de la velocidad de grupo en la interfaz de radio frecuencia y guía de onda óptica, así como la exploración de geometrías de diseño de componentes ópticos integrados pasivos y activos para aumentar el ancho de banda y disminuir el footprint y consumo de energía de los transceptores ópticos. Cada una de las geometrías diseñadas será evaluada por medio de modelos computacionales de elementos finitos. Las que presenten mejor desempeño se construirán y, luego, serán caracterizadas con el equipo mayor y secundario.

A corto plazo, el impacto social que se espera alcanzar con el equipamiento es incrementar el número de personal técnico, especialistas multidisciplinarios, altamente capacitados para trabajar con partes del equipamiento y en la producción de nuevos dispositivos para la industria de las telecomunicaciones y la electrónica.

Por otro lado, el impacto económico más importante se podría percibir en las universidades, instituciones de investigación y las empresas del rubro de las telecomunicaciones y la electrónica, ya que estas pueden reducir sus costos tanto en la formación de personal calificado como en la caracterización o verificación de piezas o dispositivos nuevos de sistemas de tecnología de última generación.

A largo plazo, el impacto de desarrollar investigación en dispositivos puede promover el desarrollo e industrialización de la pequeña y mediana empresa, proporcionando ayuda y asesoría para mejora de la creación de prototipos, prueba y lanzamiento de producto a gran escala, producción y validación del producto.

Finalmente, este equipamiento no generará efectos adversos sobre el medio ambiente. Incluso, puede ayudar a determinar la calidad de partes o dispositivos que puedan contaminar las frecuencias de trabajo de equipos de telefonía y/o industriales.