化学気相堆積法における進化論を用いた反応機構モデル自動解析システムの開発

化学气相沉积演化理论自动反应机理模型分析系统开发

基本信息

批准号：
15760567
负责人：
高橋崇宏
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

反応機構モデル自動解析システムの開発において、特に解析速度を向上させる新規な計算アルゴリズムの開発と計算速度向上に必要な補助ツールの開発を行った。計算アルゴリズムの開発という観点からは、化学気相堆積法(CVD)反応装置内における原料や中間体の濃度分布を計算するアルゴリズムを遺伝的アルゴリズム(GA)を用いて実現した。反応装置の形状によって装置内濃度分布を決定する固有の基底関数セットが存在することを示すことができた。そして、一般には、数値積分を用いて求める反応拡散方程式の境界値問題を、数個の基底関数による最適な線形結合を探索する問題に置き換えることに成功し、大幅な計算コストの削減と計算精度の向上を実現にした。具体的に本アルゴリズムが利用できる装置形状としては、マクロキャビティと呼ばれる2枚の長方形の基板を、スペーサをはさんで対向させたもの、円管型、円盤状の基板を平行に並べたバッチ型があることが分かった。さらに複雑な形状をした反応装置の場合でも、ルックアップテーブル、数値積分の手法を併用することで本アルゴリズムが使用可能であることが推測された。補助的なツールの開発という観点からは、人が使うために開発されたプロセスシミュレータと汎用モデリングツールを操作してシミュレータの計算過程をモデル化する自律的なシステムを開発することができた。このシステムによって、プロセスシミュレータの計算を高精度に代行するモデルが自動的に得られるようになり、プロセスシミュレータを部品として用いている反応機構モデル自動解析システムの解析速度を飛躍的に向上することができた。なお、実際のプロセス開発におけるシステムの解析能力の評価を行うためにCVDの成膜装置の作製も並行して行うことができた。

在自动反应机理模型分析系统的开发中，我们开发了新颖的计算算法，这些算法可以提高分析速度和提高计算速度所需的辅助工具。从开发计算算法的角度来看，使用遗传算法（GA）实现了用于计算化学蒸气沉积（CVD）反应堆原材料和中间体浓度分布的算法。可以表明，有一组固有的基础函数集，可以通过反应器形状确定设备内部的浓度分布。通常，使用数值积分获得的反应扩散方程的边界值问题成功地用一个问题取代，该问题使用多个基础函数搜索最佳的线性组合，从而显着降低了计算成本并提高了计算准确性。具体而言，已经发现，该算法可以使用的装置包括两个称为宏腔的矩形基板，它们与插入插入式相对，以及一种批处理类型，其中圆形管形底物和盘状底物并行排列。据推测，即使在具有复杂形状的反应器的情况下，该算法也可以通过查找表和组合数字积分方法来使用。从开发辅助工具的角度来看，可以开发一个自主系统，该系统通过操纵过程模拟器和用于人类使用的过程模拟器和通用建模工具来建模模拟器的计算过程。该系统使自动模型能够以高精度代替计算过程模拟器，并使用过程模拟器作为组件大大提高了自动反应机理模型分析系统的分析速度。此外，为了评估系统在实际过程开发中系统的分析能力，可以并行制造CVD膜沉积装置。