【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料分析，尤其涉及基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统。
技术介绍
1、化学气相沉积(chemical vapor deposition,cvd)是一种广泛应用于半导体、光电材料和其他高精度制造领域的重要技术，cvd通过在高温下将气态反应物转化为固态薄膜材料，覆盖在基底表面，形成所需的薄膜结构。该技术在微电子器件制造、太阳能电池以及光学涂层等领域具有重要应用。
2、尽管cvd技术在工业生产中已有广泛应用，但在高精度控制和自动化分析方面仍存在诸多挑战。首先，传统cvd系统在控制反应温度、气体流量、压力、基底旋转速度以及前驱体供给速率等关键工艺参数时，缺乏足够的精确性和实时性，导致沉积过程中的参数波动较大，影响薄膜质量的均匀性和一致性。其次，现有的工艺优化方法通常依赖于经验和试错过程，效率低下，难以在高维度参数空间中高效搜索最优参数组合。此外，现有技术往往缺乏对沉积材料物理和化学特性的实时分析和反馈，导致工艺参数调整滞后，无法及时优化沉积过程。最后，传统cvd系统在工艺控制和调整方面的自动化和智能化水平较低，依赖人工干预，无法实现闭环控制，增加了操作复杂性，降低了生产效率和产品一致性。
3、针对上述现有技术的局限性，本专利技术提出了一种基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统。
技术实现思路
1、基于上述目的，本专利技术提供了基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统。
2、基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析
3、所述工艺控制模块，用于根据控制指令设定和调整化学气相沉积过程中的工艺参数，包括反应温度、沉积时间、气体流量、压力、基底旋转速度以及前驱体供给速率，工艺控制模块内嵌设置有数据采集器，数据采集器实时采集化学气相沉积过程中的各项工艺数据，包括反应温度数据、沉积时间数据、气体流量数据、压力数据、基底旋转速度数据以及前驱体供给速率数据；
4、所述工艺优化模块，用于对采集到的工艺数据进行实时分析，生成第一工艺优化建议，工艺优化模块具体包括：
5、数据处理单元，接收和预处理数据采集器传输的反应温度数据、沉积时间数据、气体流量数据、压力数据、基底旋转速度数据以及前驱体供给速率数据，进行数据清洗和滤波，去除噪声和异常值；
6、参数关联分析单元，对预处理后的工艺数据进行多维度关联分析，建立各工艺参数与沉积效果之间的关系模型，识别出对沉积质量影响最大的关键参数；
7、工艺优化算法单元，基于关联分析结果，应用贝叶斯优化算法对工艺参数进行优化计算，生成第一工艺优化建议，贝叶斯优化算法通过构建代理模型，量化不确定性，搜索最优工艺参数组合；
8、所述优化修订模块，对沉积材料的物理和化学特性进行分析，包括晶体结构、成分比例和电学性能，并根据分析结果对数据分析模块生成的工艺优化建议进行二次修订，得到修订后的第二工艺优化建议，以确保最终产品的性能和一致性；
9、所述指令发送模块，与所述优化修订模块以及工艺控制模块连接，将修订后的第二工艺优化建议转换为控制指令，自动调整化学气相沉积过程中的工艺参数；
10、所述质量监测模块，对化学气相沉积后的薄膜进行质量监测，包括薄膜厚度、表面粗糙度、均匀性；
11、所述数据存储模块，用于存储各项工艺数据和分析结果，形成工艺数据库；
12、所述用户界面模块，用于显示各项工艺参数、分析结果，并接受用户输入的工艺设定和调整指令。
13、可选的，所述工艺控制模块具体包括：
14、反应温度控制单元，根据控制指令设定和调整反应腔体内的温度，通过加热器和温度传感器实时调节和监测反应温度，数据采集器实时采集反应温度数据；
15、沉积时间控制单元，用于根据控制指令设定和调整沉积过程的持续时间，数据采集器记录沉积时间数据；
16、气体流量控制单元，用于根据控制指令设定和调整反应气体和载气的流量，通过流量计和调节阀控制气体流量，数据采集器实时采集气体流量数据；
17、压力控制单元，用于根据控制指令设定和调整反应腔体内的压力，通过真空泵和压力传感器调节和监测压力，数据采集器实时采集压力数据；
18、基底旋转控制单元，用于根据控制指令设定和调整基底的旋转速度，通过旋转电机和速度传感器控制和监测基底旋转速度，数据采集器实时采集基底旋转速度数据；
19、前驱体供给控制单元，用于根据控制指令设定和调整前驱体化合物的供给速率，通过供给驱动装置和流量传感器控制和监测前驱体供给速率，数据采集器实时采集前驱体供给速率数据。
20、可选的，所述参数关联分析单元通过多维度关联分析，建立各工艺参数与沉积效果之间的关系模型，具体包括：
21、多元线性回归模型：用于初步建立参数之间的关系模型，回归模型表示为：y＝β0+β1x1+β2x2+…+βnxn+∈，其中，y是沉积效果，xi是工艺参数，β是回归系数，∈是误差项；
22、相关性分析：计算各参数与沉积效果之间的相关系数：
23、其中，xi和yi分别是工艺参数和沉积效果的观测值，和分别是工艺参数和沉积效果的均值；
24、根据相关性分析结果，识别出对沉积质量影响最大的关键参数。
25、可选的，所述工艺优化算法单元采用贝叶斯优化算法对工艺参数进行优化计算，从参数关联分析单元中识别出的关键参数，作为贝叶斯优化的输入参数，这些关键参数在工艺优化中起决定性作用，确保优化过程集中在最重要的参数上，具体包括：
26、构建代理模型：使用高斯过程作为代理模型，近似目标函数，高斯过程的均值函数和协方差函数定义为：
27、均值函数：
28、协方差函数：
29、高斯过程模型：
30、选择采集函数，采集函数包括期望改进ei和上置信限ucb；
31、优化采集函数：通过优化采集函数，选择下一个评估点，采集函数的优化表示为：
32、xnext＝argmaxxei(x)或xnext＝argmaxxucb(x)；
33、更新模型：在新的评估点进行实验，获取新的数据，并更新高斯过程模型，更新包括均值和协方差的更新；
34、迭代优化：重复更新模型，迭代进行优化，直到达到预设的最大迭代次数或优化效果收敛。
35、可选的，所述期望改进函数表示为：ei(x)＝e[max(f(x)-f(x+),0)]，其中，f(x)+)是当前最优解的函数值；
36、所述上置信限函数表示为：ucb(x)＝μ(x)+κσ(x)，其中，μ(x)和σ(x)分别是高斯过程模型的均值和标准差，κ是控制参数。
37、可选的，所述更新模型中：
38、更新后的均值表示为：
【技术保护点】
1.基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统，其特征在于，包括工艺控制模块、工艺优化模块、优化修订模块、指令发送模块、质量监测模块、数据存储模块以及用户界面模块，其中；
2.根据权利要求1所述的基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统，其特征在于，所述工艺控制模块具体包括：
3.根据权利要求1所述的基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统，其特征在于，所述参数关联分析单元通过多维度关联分析，建立各工艺参数与沉积效果之间的关系模型，具体包括：
4.根据权利要求3所述的基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统，其特征在于，所述工艺优化算法单元采用贝叶斯优化算法对工艺参数进行优化计算，从参数关联分析单元中识别出的关键参数，作为贝叶斯优化的输入参数，具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统，其特征在于，所述期望改进函数表示为：EI(x)＝E[max(f(x)-f(x+),0)]，其中，f(x+)是当前最优解的函数值；
6.根据权利要求4所述的基于原子级精度制造的化
7.根据权利要求4所述的基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统，其特征在于，所述优化修订模块具体包括：
8.根据权利要求7所述的基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统，其特征在于，所述综合数据集包括：
9.根据权利要求7所述的基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统，其特征在于，所述晶体结构、成分比例和电学性能的优化结果整合到第一工艺优化建议中，形成更新后的工艺参数空间，再次应用贝叶斯优化中的高斯过程模型，对整合后的数据进行优化，生成修订后的第二工艺优化建议；
10.根据权利要求9所述的基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统，其特征在于，所述指令发送模块具体包括：
...【技术特征摘要】
1.基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统，其特征在于，包括工艺控制模块、工艺优化模块、优化修订模块、指令发送模块、质量监测模块、数据存储模块以及用户界面模块，其中；
2.根据权利要求1所述的基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统，其特征在于，所述工艺控制模块具体包括：
3.根据权利要求1所述的基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统，其特征在于，所述参数关联分析单元通过多维度关联分析，建立各工艺参数与沉积效果之间的关系模型，具体包括：
4.根据权利要求3所述的基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统，其特征在于，所述工艺优化算法单元采用贝叶斯优化算法对工艺参数进行优化计算，从参数关联分析单元中识别出的关键参数，作为贝叶斯优化的输入参数，具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于原子级精度制造的化学气相沉积自动化分析系统，其特征在于，所述期望改进函数表示为：ei(x...
【专利技术属性】
技术研发人员：项荣，郑一格，王凌峰，
申请(专利权)人：苏州阿童木新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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