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鍵參數設計與優(yōu)化方法。

背景技術：

1、感應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實現高等離子體密度，對于實現納米級器件的精確刻蝕、有效的大面積等離子體處理、穩(wěn)定均勻的束流至關重要。隨著工藝要求的提高，對等離子體源的設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，但設計過程仍主要依賴經驗試錯，缺乏精準可靠的定量方法。傳統(tǒng)經驗設計在面對多變量復雜系設計（如放電氣壓、射頻功率等交互作用）時，往往難以準確識別關鍵參數，導致實驗調整耗時長、成本高。

技術實現思路

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

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

3、s101，獲取設計目標參數，并構建響應值矩陣和潛在變量矩陣；

4、s102，根據潛在變量構建并化簡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的潛在變量設計方案依次求解響應值系數矩陣；

6、s104，對s103得到的響應值系數矩陣和化簡矩陣，擬合響應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擬合結果采用方差分析識別顯著變量，根據主效應變量的系數計算box-behnken設計矩陣，設計矩陣與顯著變量矩陣相乘得到顯著變量設計方案；

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的顯著變量設計方案依次求解響應值系數矩陣；

9、s107，根據s106的響應值系數矩陣和設計矩陣擬合響應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，確定交互項對響應值的作用。求解響應值最大值點，該點即為最佳設計方案。

11、一種計算設備，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，使得所述計算設備執(zhí)行電感耦合等離子體源的關鍵參數設計與優(yōu)化方法。

12、一種存儲有程序指令的可讀存儲介質，當所述程序指令被計算設備讀取并執(zhí)行時，使得所述計算設備執(zhí)行電感耦合等離子體源的關鍵參數設計與優(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雜等離子體源系統(tǒng)的優(yōu)化設計；

15、（2）可以準確地識別多變量之間的相互作用效應；

16、（3）設計結果準確地反映了實驗數據，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鍵參數設計和運行參數優(yōu)化的一個非常有用的工具。它為傳統(tǒng)設計方法無法解決的多目標、多變量等離子體源設計難題提供了解決方案。通過對潛在變量的有效篩選，建立最小正交設計方案，大大縮短了設計周期，降低了成本。

技術特征：

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

2.根據權利要求1所述的電感耦合等離子體源的關鍵參數設計與優(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計目標參數，根據設計目標參數構建響應值矩陣；根據設計目標參數，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.根據權利要求1所述的電感耦合等離子體源的關鍵參數設計與優(yōu)化方法，其特征在于，s102包括：

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

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

6.根據權利要求1所述的一種電感耦合等離子體源的關鍵參數設計與優(yōu)化方法，其特征在于，s104中，求解擬合優(yōu)度包括：根據響應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)度和調整后擬合優(yōu)度：

7.根據權利要求1所述的一種電感耦合等離子體源的關鍵參數設計與優(yōu)化方法，其特征在于，s105包括：

8.根據權利要求6所述的一種電感耦合等離子體源的關鍵參數設計與優(yōu)化方法，其特征在于，s108包括：

9.一種計算設備，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，使得所述計算設備執(zhí)行如權利要求1-8中任一項所述的電感耦合等離子體源的關鍵參數設計與優(yōu)化方法。

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

技術總結
本發(fā)明公開了一種電感耦合等離子體源的關鍵參數設計與優(yōu)化方法，涉及電感耦合等離子體源技術領域，包括：根據電感耦合等離子體源設計目標，建立Plackett?Burman正交矩陣。通過有限元分析模型計算響應值系數矩陣，建立一階線性回歸方程，篩選顯著變量并根據主效應變量的系數計算并建立Box?Behnken設計矩陣。通過有限元分析模型計算響應值系數矩陣，建立高階多項式歸方程。通過方差分析和三維響應面，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)設計方法無法解決的多目標、多變量等離子體源設計的難題提供了解決方案。

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