BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA Maestría en dispositivos Semiconductores “Diseño de un circuito integrado de lectura para una estructura matriz de microelectrodos con experimentación preliminar de post-proceso” TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE Maestría en Dispositivos Semiconductores ALUMNO Javier Lemus López ASESORES Dr. B. Susana Soto Cruz Dr. Salvador Alcántara Iniesta Contenido Introducción 1 Capitulo 1 1.1 Biología de la neurona 3 1.2 Descripción física del potencial de acción 1.3 Técnica extracelular 1.4 Justificación 1.5 Objetivo 4 5 6 7 Capitulo 2 2.1 Circuitos de lectura 8 2.2 El amplificador operacional 9 2.3 Amplificador de dos etapas 10 2.4 Compensación 11 2.5 Fuentes de ruido en el transistor MOS 18 Capitulo 3 3.1 Microelectrodos 20 3.1.1 Características eléctricas de un microelectrodo 20 3.1.2 Generación de la matríz de microelectrodos 3.2 Grabado 23 23 3.2.1 Grabado húmedo 3.2.2 Grabado seco 25 28 3.2.3 Grabado con plasma 30 3.2.4 Sistema de grabado y tipos de reactores 33 3.2.5 Reactores de grabado iónico reactivo (RIE) 34 3.2.6 Reactor ICP 34 Capitulo 4 4.1 Sistemas de registro de biopotenciales 4.2 Realizaciones previas 37 38 4.3 Diseño del circuito de lectura 40 Capitulo 5 5.1 Resultados 50 5.2 Compensación del opamp por resistor de anulación 50 5.2.1 Simulación del circuito de lectura 54 5.3 Compensación del opamp por seguidor de voltaje 56 5.3.1 Simulación del circuito de lectura 5.4 Resultados preliminares de grabado 5.4.1 Soporte para grabar el CI 66 Capitulo 6 6.1 Conclusiones 6.2 Trabajo futuro Bibliografía 68 69 63 58 Introducción El desarrollo de micro tecnologías es de gran importancia en la economía y la sociedad pues su uso resulta en un adelanto en las tecnologías de información y computadoras, manufactura y transportación, potencia y sistemas de energía, además tienen un impacto importante en medicina y bioingeniería. Todos los sistemas biológicos vivos funcionan debido a interacciones de diferentes subsistemas. Los diferentes bloques moleculares (proteínas y ácidos nucleicos, lípidos y carbohidratos, DNA y RNA) deben ser conocidos a fin de inspirar una estrategia de como diseñar microsistemas de alto desempeño. El comportamiento coordinado y movimiento, visualización y censado, toma de decisiones, memoria y aprendizaje de los organismos son el resultado de la transmisión eléctrica de información a través de las neuronas. Los potenciales eléctricos existen a través de las membranas que envuelven las células vivas, muchas de estas tienen la propiedad de propagar estos potenciales. Nervios músculos y glándulas así como diversas células de las plantas exhiben este fenómeno de generar biopotenciales. Estos potenciales están relacionados con el funcionamiento de la célula. Algunos sistemas de registro de biopotenciales utilizados actualmente para plantas se realizan con microelectrodos intracelulares o extracelulares con métodos electrofisiológicos. Estos estudian el biopotencial generado por el vegetal bajo distintas condiciones: con y sin exposición al sol; bajo condiciones artificiales, “green house”, cámara climatizada, laboratorio etc.; conservación de las especies in vitro o in vivo. En el registro intracelular del biopotencial en la planta regularmente se utilizan microelectrodos en forma de micropipeta con un diámetro de la punta no mayor a 1μm. En el estudio de las propiedades electrofisiológicas del maíz, el potencial de reposo registrado para una célula de maíz vascular es de 80mV que es algunos milivoltios más que la de la célula estigmática. Se sabe que estos métodos eléctricos con los vegetales por ejemplo, en plantas de jitomate son de gran utilidad en el diagnostico y seguimiento de enfermedades por insectos patógenos; cuantificación de daños por fuego y dióxido de azufre o para estudio de los procesos de polinización o fertilización.