Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов

Руководитель работы: Абгарян К.К.

Дипломник: Володина О.В., гр. 08-608

Дипломная работа на тему:

Применение компьютерного моделирования

для решения задач параметрической идентификации потенциалов межатомного

взаимодействия

Создание новых материалов – важнейшая задача структурного материаловедения

На основе многослойных полупроводниковых материалов (МПНС) создаются современные приборы для наноэлектроники -транзисторы, светодиоды, полупроводниковые лазеры и др.

• Некоторые способы получения новых МПНСПромышленный: Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ), газо-фазная эпитаксия .. Методы компьютерного моделирования

Введение в предметную область

Абгарян К.К.Особенности многоуровневого моделирования полупроводниковых наноструктур//Известия вузов. Материалы электронной техники. 2015. № 1. (в печати)

Программный модуль расчета

по простым моделям

Квантово-механический модульТеории функционала плотности

(VASP, PWscf и т.д.)Квантовые расчеты

Программный модуль расчета

инверсионных каналовInverse

Результаты экспериментов

Электроннаяструктура

транспортные свойства,(подвижность электронов)

Атомно-кристаллическаяструктура

Программный модуль кинетического метода Монте-Карло

Режимы роста структуры с заданными параметрами

Результаты экспериментов(внешние параметры:

t, давление ,газовая смесь в камере и т.д.)

Реальное время

Банк данныхСтруктура – свойства – технологические параметры

Уровень I. Стационарные модели (атомарный масштаб)

Уровень II.Динамические модели

Получениеновых материалов

с заданными свойствами

Программный модуль МД

Входныеданные

Выбор и параметрическая идентификация

потенциалов

Уровень III.Кин.ММК

Многомасштабная схема расчета полупроводниковых наноструктур

Многомасштабная схема расчета полупроводниковых наноструктур

Многоуровневый подход

Виды потенциалов межатомного взаимодействия

• Потенциал Леннарда-Джонса

• Потенциал Морзе

• Потенциал Терсоффа

• Потенциал Бреннера-Терсоффа

• Потенциал Терсоффа и

потенциал Бреннера-Терсоффа

описывают структуры с ковалентными связями.

Потенциал Терсоффа

• Потенциал парного взаимодействия • Параметры потенциала:• Позволяет проводить расчет когезионной энергии – энергии

взаимодействия пары атомов в присутствии третьего атома

coh

Целевая функция

Метод гранул (Granular Radial Search)

Метод оптимизации Хука-Дживса

Выбор области поиска значений по каждому параметру

- Фиксация всех параметров кроме одного

- Изменение значения параметра

- Рассмотрение графика изменения значения целевой функции

Изменение значения целевой функции в зависимости от значения параметрапотенциала n.

Получение данных о кристаллической решеткеПрограммный комплекс Accelrys Materials Studio

Координаты базисных атомов Постоянная решетки Клонирование

Диаграмма прецедентов для роли пользователя

Вычислительный эксперимент

• Структура кремния

• 400 наборов параметров

• Потенциал Терсоффа

• Области поиска значений параметров:

]={ }

5, 2, 30, 30, 100000, 5, 10)

• Методы оптимизации: Метод гранул,

Метода Хука-Дживса.

𝐷𝑒𝑅𝑒𝛽𝑆𝑛𝛾 𝜆𝑐 𝑑h

Вычислительный эксперимент

0

2

4

6

8

%

• Выбран набор параметров:- с наименьшим значением целевой функции- показавший наилучший результат при молекулярно-динамическом моделировании • Построен график отклонения значений параметров других наборов от

эталонного Granular Radial Search Метод Хука-Дживса

0

2

4

6

8

%

eD er S n c d h

Пользовательский интерфейс

Результаты дипломной работы

• Изучена специфичная предметная область• Разработана математическая модель• Формализована целевая функция в задаче

многопараметрической минимизации• Собраны требования и разработана архитектура

информационной системы• Реализован рабочий прототип с программным интерфейсом• В ходе компьютерной реализации использовалось

распараллеливание по входным данным• Проведена апробация представленного подхода на тестовых

примерах• Программный модуль интегрирован в многомасштабную

схему расчета полупроводниковых наноструктур