本發(fā)明屬于電感耦合等離子體源，具體涉及一種電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、感應(yīng)耦合等離子體源被廣泛用于微電子制造、中性束注入等多種領(lǐng)域中，其中電感耦合等離子體源可以通過射頻放電在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)高等離子體密度，對于實現(xiàn)納米級器件的精確刻蝕、有效的大面積等離子體處理、穩(wěn)定均勻的束流至關(guān)重要。隨著工藝要求的提高，對等離子體源的設(shè)計要求也越來越苛刻。盡管電感耦合等離子體源已發(fā)展多年，但設(shè)計過程仍主要依賴經(jīng)驗試錯，缺乏精準可靠的定量方法。傳統(tǒng)經(jīng)驗設(shè)計在面對多變量復(fù)雜系設(shè)計（如放電氣壓、射頻功率等交互作用）時，往往難以準確識別關(guān)鍵參數(shù)，導致實驗調(diào)整耗時長、成本高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)方案中存在的問題。

2、本發(fā)明提供了一種電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法，包括：

3、s101，獲取設(shè)計目標參數(shù)，并構(gòu)建響應(yīng)值矩陣和潛在變量矩陣；

4、s102，根據(jù)潛在變量構(gòu)建并化簡plackett-burman正交矩陣，化簡矩陣與潛在變量矩陣相乘得到潛在變量設(shè)計方案；

5、s103，基于有限元分析模型中的玻爾茲曼模塊和流體模塊迭代計算，并按步驟s102的潛在變量設(shè)計方案依次求解響應(yīng)值系數(shù)矩陣；

6、s104，對s103得到的響應(yīng)值系數(shù)矩陣和化簡矩陣，擬合響應(yīng)值和潛在變量的一階線性回歸方程，并求解其擬合優(yōu)度；

7、s105，對s104擬合結(jié)果采用方差分析識別顯著變量，根據(jù)主效應(yīng)變量的系數(shù)計算box-behnken設(shè)計矩陣，設(shè)計矩陣與顯著變量矩陣相乘得到顯著變量設(shè)計方案；

8、s106，基于有限元分析模型中的流體模型和玻爾茲曼模型迭代計算，按s105的顯著變量設(shè)計方案依次求解響應(yīng)值系數(shù)矩陣；

9、s107，根據(jù)s106的響應(yīng)值系數(shù)矩陣和設(shè)計矩陣擬合響應(yīng)值和顯著變量的高階多項式回歸方程，并求解其擬合優(yōu)度；

10、s108，對s107中建立的高階多項式回歸方程采用方差分析，確定交互項對響應(yīng)值的作用。求解響應(yīng)值最大值點，該點即為最佳設(shè)計方案。

11、一種計算設(shè)備，包括：至少一個處理器和存儲有程序指令的存儲器；當所述程序指令被所述處理器讀取并執(zhí)行時，使得所述計算設(shè)備執(zhí)行電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法。

12、一種存儲有程序指令的可讀存儲介質(zhì)，當所述程序指令被計算設(shè)備讀取并執(zhí)行時，使得所述計算設(shè)備執(zhí)行電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法。

13、本發(fā)明具有以下有益效果：

14、（1）可以定量地確定多目標復(fù)雜等離子體源系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計；

15、（2）可以準確地識別多變量之間的相互作用效應(yīng)；

16、（3）設(shè)計結(jié)果準確地反映了實驗數(shù)據(jù)，這可以歸因于玻爾茲曼模塊與流體模塊的耦合；

17、（4）縮短了設(shè)計周期，降低了成本。

18、因此，該方法可以成為電感耦合等離子體源關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計和運行參數(shù)優(yōu)化的一個非常有用的工具。它為傳統(tǒng)設(shè)計方法無法解決的多目標、多變量等離子體源設(shè)計難題提供了解決方案。通過對潛在變量的有效篩選，建立最小正交設(shè)計方案，大大縮短了設(shè)計周期，降低了成本。

技術(shù)特征：

1.一種電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法，其特征在于，s101包括：獲取電感耦合等離子體源的設(shè)計目標參數(shù)，根據(jù)設(shè)計目標參數(shù)構(gòu)建響應(yīng)值矩陣；根據(jù)設(shè)計目標參數(shù)，確定電感耦合等離子體源的潛在變量，得到潛在變量矩陣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法，其特征在于，s102包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法，其特征在于，s103包括：根據(jù)有限元分析模型中玻爾茲曼模塊和流體模塊迭代的結(jié)果得到響應(yīng)值系數(shù)矩陣的值，其中，流體模塊輸出的迭代參數(shù)包括：亞穩(wěn)態(tài)原子和基態(tài)原子的摩爾分數(shù)、電離度、電子密度，其中亞穩(wěn)態(tài)原子和基態(tài)原子的摩爾分數(shù)通過重離子模型中的maxwell-stefan方程計算：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法，其特征在于，s104中，擬合響應(yīng)值與潛在變量的一階線性回歸方程包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法，其特征在于，s104中，求解擬合優(yōu)度包括：根據(jù)響應(yīng)值與潛在變量的一階線性回歸方程，進行殘差分析，并計算其擬合優(yōu)度和調(diào)整后擬合優(yōu)度：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法，其特征在于，s105包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法，其特征在于，s108包括：

9.一種計算設(shè)備，其特征在于，包括：至少一個處理器和存儲有程序指令的存儲器；當所述程序指令被所述處理器讀取并執(zhí)行時，使得所述計算設(shè)備執(zhí)行如權(quán)利要求1-8中任一項所述的電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法。

10.一種存儲有程序指令的可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，當所述程序指令被計算設(shè)備讀取并執(zhí)行時，使得所述計算設(shè)備執(zhí)行如權(quán)利要求1-8中任一項所述的電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種電感耦合等離子體源的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法，涉及電感耦合等離子體源技術(shù)領(lǐng)域，包括：根據(jù)電感耦合等離子體源設(shè)計目標，建立Plackett?Burman正交矩陣。通過有限元分析模型計算響應(yīng)值系數(shù)矩陣，建立一階線性回歸方程，篩選顯著變量并根據(jù)主效應(yīng)變量的系數(shù)計算并建立Box?Behnken設(shè)計矩陣。通過有限元分析模型計算響應(yīng)值系數(shù)矩陣，建立高階多項式歸方程。通過方差分析和三維響應(yīng)面，確定各顯著變量的重要程度和交互作用。通過求解擬合方程最大值，進而得到電感耦合等離子體源的最佳方案。本發(fā)明方案為傳統(tǒng)設(shè)計方法無法解決的多目標、多變量等離子體源設(shè)計的難題提供了解決方案。

技術(shù)研發(fā)人員：許永建,王志豪,謝亞紅,梁立振,胡純棟
受保護的技術(shù)使用者：中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/6/26