《基於高效複合多尺度模型的微納過程控制方法研究》是依託浙江大學，由倪東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於高效複合多尺度模型的微納過程控制方法研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：倪東
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米技術因其廣泛的套用而引起科技界的高度重視。近年來隨著納米技術的發展，其微細化逼近物理極限，微觀結構日趨複雜，對納米加工製造技術的要求日益嚴苛，特別是大規模批量加工製造的難度急劇增加。核心問題之一是缺乏微納尺度控制的系統方法，即用巨觀尺度的外力去驅動微納尺度系統的動態，實現有效控制，並且能保證其可重複性和穩定性。本研究提出一種切實可行的複合多尺度模型預測控制方法來有效控制微納尺度系統。該方法運用隨機偏微分方程模型（sPDE）描述微納尺度動態，並結合巨觀尺度的偏微分方程模型（PDE）構建封閉形式的複合多尺度模型。在保留微納尺度隨機離散特性的前提下，該封閉形式模型可進一步被降階為常微分方程組（ODE）/隨機常微分方程組(sODE)系統，使計算複雜度滿足實時計算需求，並且易於套用模型預測控制理論進行控制器設計。本研究還將提出閉環系統中多尺度模型誤差的修正方案並進行控制系統的實驗驗證。
結題摘要
本項目圍繞微納加工過程的多尺度建模與控制主要進行了動力學蒙特卡洛仿真的並行計算實現方法、基於眾核異構計算平台的多尺度系統仿真計算方法、多尺度系統的模型預測控制方法與模型誤差修正方法、微納加工過程及多尺度系統的仿真套用驗證等四個方面的研究。在動力學蒙特卡洛仿真的並行計算方面，本研究通過對動力學蒙特卡洛仿真計算中的任務分析，以及仿真套用場景的特點，比較了現有並行近似算法的優劣，提出了基於空事件時間同步算法的並行計算策略。此外，本項目還基於算法的特點，選擇了眾核架構的異構計算平台自主開發代碼實現了該並行動力學蒙特卡洛算法，最佳化了計算任務配置，且驗證了算法的加速比和準確度。在基於眾核異構計算平台方面，本項目在對多尺度模型有效最佳化降階的基礎上，重點研究了利用高性能並行計算技術的最新進展，即眾核異構計算，實現對高計算量的多尺度系統仿真的實時計算。這裡主要解決了兩個問題，一是本項目考慮的巨觀系統模型（傳遞-反應）的有限元計算在眾核異構計算平台上的實現，二是巨觀仿真計算與微觀動力學蒙特卡洛計算的接口與協調。在多尺度系統的模型預測控制方面,本研究一方面研究了多尺度複合模型預測控制器的目標函式的設計策略，使其適用於高計算複雜度的多尺度模型；另一方面研究了多尺度模型的建模、降階等簡化所帶來的模型誤差對閉環系統的影響進行分析，並運用了批間控制方法減低或消除模型誤差的影響。最後，在仿真套用驗證方面，套用本項目所提出的方法與實現的系統，本項目對若干多尺度過程進行了仿真研究，其中包括等離子增強氣相沉積過程、等離子蝕刻過程及嵌段共聚物定向組裝過程。仿真研究一方面通過與部分已發表的實驗結果的對比驗證了本項目方法與系統的有效性與準確性，另一方面通過延伸場景的仿真計算提供了工藝最佳化與改良的建議。
