深度解析！关于Micro LED是时候了解下这些了.......

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General Introduction

Technology in Mini/Micro LED Production

Fig 1.1 General of Mini/Micro LED Technology  (23)

Micro LED 特指其尺寸在 3 – 10 μm 的自发光 LED。其现有主要潜在市场是高分辨率的家用消费电子市场。

根据最终运用场景的不同, Micro LED 可以直接在 Si、GaN 或者 Sapphire 等基底上制作高分辨率显示屏供 VR 等产品使用, 也可以在衬底上制作完成后通过巨量转移的方式将 Micro LED 芯片在更大尺寸且带有逻辑电路的基板上进行组装, 从而满足手机和电视等大尺寸显示屏运用场景的需求。

Fig 1.2 Process Flow of Applying Micro LED for Large Size Display Use  (11)

Fig 1.3 Example of processing method in micro LED (31)

和 AR/VR 等运用场景中微小的屏幕尺寸相比, 手机、平板和电视上的屏幕尺寸较大。如果希望在这些场景中使用 Micro LED 甚至是 Mini LED, 则 LED 器件需要在基板上进行分离, 并在较大的基底上进行组装:

a图

b图

Fig 1.4 Examples of processing method in micro LED (33)

a图

b图

Fig 1.5 Examples of processing method in micro LED with integrated CMOS (33)

截至到 2019 年初, 在 Micro LED Display实现彩色分色上也主要两种主要的器件结构设计思路:

Fig 1.6 Example of processing method in Micro LED + color conversion (31)

常规的 Display还是以玻璃基板+TFT 为基础设计的。为了进一步提高良率并减少转移中的损耗, Yole 提出直接制作 Micro IC 形式来对 Micro LED 显示期间来进行凭借。其具体思路是 (31) :

根据显示屏幕需要组装所需数量的 Micro IC 芯片。

该方法的优点是其不需要 TFT 背板, 同时可以在 IC 代工厂里完成大部分的元件制作并有效的降低成本。

从屏幕生产的角度上来考虑, 工艺步数的减少可以有效的提高产品的良率。由此, 蓝色 μLED + color conversion on CMOS 的方式存在较大的竞争优势。

Fig 1.6 Example of Micro IC from Celeprint (31)

Fig 1.6 Example of Micro LED with Micro IC from Yole (31)

Production in Details

2.1 Epitaxial Growth

因为 Micro LED 结构中对功能层结晶态和结晶取向要求较高, Micro LED 需要在高度结晶的晶圆上进行生长。与 OLED 蒸镀有一定的相似性, 随着晶圆尺寸的增大, Micro LED 制作的数量和效率也会增大, 但是其成膜均匀性会收到一定的影响。

Micro LED 的主要生产材料是 GaN (红色的 Micro LED 用 GaAs 而其他颜色则可以用 GaN。因为 GaAs 较难制作, 所以红色 Micro LED 价格会比其他颜色更贵), 并采取侧延生长的方式在衬底上进行制作 (1) :

MOCVD (Metal-organic Chemical Vapor Deposition)(3) : MOCVD 是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和 V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料, 以热分解反应方式在衬底上进行气相外延,生长各种Ⅲ-V 族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常 MOCVD 系统中的晶体生长都是在常压或低压(10-100Torr)下通 H2 的冷壁石英(不锈钢)反应室中进行,衬底温度为 500 - 1200℃, 用直流加热石墨基座(衬底基片在石墨基座上方), H2 通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。与 MBE 相比, 其生长速度快。

Fig 2.1.1 Example of MOCVD (1)

Fig 2.1.2 Example of MBE  (1)

在生长 Micro LED 时需要用到单晶的衬底/晶圆。常用于 Micro LED 生长的晶圆有 (1) :

从价格而言, 蓝宝石沉底最便宜, 而 GaN 衬底最贵。而从器件的性能而言, GaN 衬底制作出的器件其性能更加的优异 (1) 。

与 OLED 相比, 其两者驱动电路结构基本相同, 但是区别是 Micro LED 可以承受更高的驱动电流(1000A/cm2 vs 10 A/cm2) (1) 。

2.2 Approaches of Making μLED: Monolithic &Chiplet

Micro LED 显示屏有几种不同的制作形式:

Fig 2.2.1 Monolithic Approach on Micro LED  (1)

Fig 2.2.2 Example of Chiplet Approach on Micro LED (1)

通过 Monolithic 方式制作的 Micro LED 显示屏通常在基板上已经通过半导体工艺制作了逻辑电路。和 Chiplet 方式制作的Micro LED 显示屏相比, 其优点是具有更高的分辨率且更适合用于智能手表、Hud 抬头显示器和 AR/VR 等运用场景。但是晶圆的尺寸限制了 Monolithic Micro LED 在大尺寸显示场景下的运用。为了将 Micro LED 运用到显示面积更大的环境, 如手机、电视和幕墙中,一般则采用 Chiplet 的方式来进行 Micro LED 的制作。

Table2.1 Comparison Between Monolithic Approach and Chiplet Approach  (1)

2.3 Transfer in Chiplet Method

Fig 2.3.1 Examples of Mass Transfer Method on Micro LED  (10)

采用 Chiplet 方案制作 Micro LED Display的难点是如何无损的对芯片进行 De bonding/Release、Transfer、Bonding 和电极 Wire。

根据巨量转移的方式不同, 其又可以进一步细分为不同的方法和方案:

1、静电力 Static Electricity (13) : 采用具有双极结构的转移头, 在转移过程中分别施于正负电压:

但目前现况转移设备(Pick ＆ Place)的精密度是±34μm(Multi－chipper Transfer) (16) 。

2、范德华力 Van der Waals Force (13) : 该工艺使用d性印模(Elastomer PDMS Transfer Stamp), 结合高精度运动控制的打印头, 利用范德华力进行 LED 芯片的抓取与放置。

Fig 2.3.2 Examples of Static Electricity Method (13) 

3、磁力 Magnetic (13) : 在 Micro LED 制作中计入含有磁性(Morganatic)的 bonding 层, 从而通过电磁的吸附和释放来实现 LED 芯片的抓取和放置。

Fig 2.3.4 Example of Magnetic Micro LED  (1)

Fig 2.3.5 Example of Fluid Assembly  (1)

Roll Printing: R2R 技术。和其他技术相比, 其理论成本更低, 但是工艺难度和挑战更大。

Fig 2.3.6 Example of Roll Printing Method by Rohinni (13)

在一些 Micro LED 转移/转印技术中, 需要用激光方式将 Micro LED 进行 Lase Induced Forward Transfer(LIFT)。Coherent 指出通过 LIFT 技术, 其每个激光 Shot 可以转移大概 10, 000 个芯片, 从而大幅度提高 Micro LED 转移效率 (25) 。Coherent 其在 2018 年的思路是先将 Micro LED 通过 LLO 的方式转移到中间载体 Template 上, 其后再用 LIFT 将 Micro LED 转移到最终的面板上。

Fig 2.3.7 Example of LLO &LIFT by Coherent 2018 (25)

Fig 2.3.7 Example of LIFT by Coherent 2018 (25)

于此同时, QMAT 在 2018 年 iMiD 会议上也展出类似技术并将其称为 Soft LLO (27) 。与 Coherent 思路不同的是 QMAT 直接在制作 Micro LED 时在中间加入 Transfer Release Layer, 然后采用脉冲LLO 将生长有 Micro LED 的 Wafer 直接当作 Template 来用 (27) 。

Fig 2.3.8 Example of Soft LLO by QMAT 2018 (27)

无论是哪种用法方式, 都需要一定的方式来将 Micro LED 从基板上脱离, 其后使其 Bonding 在目标衬底上。根据脱离方式的不同, 可以将以上几种巨量转移方式进行以下归类 (34) :

为了保证在最后衬底上 Bonding 后器件的良率, 一般可以考虑采取 Know Good Die(KGD)的方式(34) 在 Bonding 前进行预先检测。KGD 是一种预先检测的方式, 在制作完 Micro LED 后直接对其器件进行预点亮并进行观测, 由此可以发现有缺陷的器件。在转移过程中利用 KGD 检查的结果可以跳过缺陷器件, 从而理论上提高了最终成品的良率。

Fig 2.4.1 Example of LED Bonding  (14)

Table 2.2 Example of LED Bonding  (14)

LED Bonding 的封装技术随着运用场景和器件尺寸等的区别也各不相同。

Fig 2.4.2 Example of Lamp Bonding  (14)

Fig 2.4.3 Example of SMD Bonding  (14)

Fig 2.4.3 Example of LED COB Bonding  (14)

Fig 2.4.4 Process Flow Comparison of SMT and COB Bonding on mini LED  (22)

如果希望将 Micro LED 技术运用在手机、平板或电视的运用场景的话, 那么其 Bonding 的形式则与上述方法存在一定的差异。

Table 2.3 Wafer/Chip/Media 等 Bonding 形式对比 (15)

(a):  理论上在采取 COB 等形式 Bonding 时 ,  其间距有一定限制。 估现阶段认为其暂时较合适用于 Display Wall 的制作

Fig 2.4.5 Bonding in Short  (1)(7)

转印后, 再根据 Micro LED 芯片和目标基板 Bonding 中使用的材料不同, 其技术可以又可以具体分为:

Fig 2.4.6 Example of Cu/Sn/Cu bonding layer in vertical LED chip

Fig 2.4.7 共晶示例

Fig 2.4.8 Example of Micro LED bonding with Micro Tubes (30) 

Structure of Micro LED

3.1Bandgap, Color &PN Junctio

Micro LED 中发光颜色和半波宽等系数和发光区域能带间隙有关。波长和能带间隙的关系可以下列公式得出: :

其中 h 为普朗克常量c 为光速。

对于常见颜色来说, 其波长和能量如下表所示 (19) 。

Table 3.1.1 Example of Wavelength &Energy &Color of RGB  (19)

对于无机材料而言, 能带间隙取决于材料组成和晶体结构, 对于常见的 LED 材料而言, 其半导体能带、材料和能带的关系如下图所示 (20) 。

Table 3.1.2 Example of Wavelength &Bandgap &Color in Common LED Device  (20)

在采取侧延生长方式制作 Micro LED 期间时, 为了避免原子形成晶苞之间 Grain Dislocation 等缺陷的存在, 其参杂的材料和生长基板间需要:

而无机材料的能带间隙又和材料的成分组成和晶体结构相联系。所以在 Micro LED 生长时, 需要通过对材料成分的调整来达到合适晶体结构和能带间隙 (1) 。

Fig 3.1.1 Example of Bandgap &Material Composition &Lattice Parameter  (21)

可见对于红绿蓝的 LED, 其生长衬底可以分别选择为 GaAs、GaP 和 SiC 衬底来进行制作, 而白光的 LED 可以用 GaN 晶圆来进行制作。GaAs、GaP 和 SiC (3C SiC 为 Zinc Blende, 而 4H 和 6HSiC 为 Hexagonal 结构) 为 Zincblende 晶体结构, 而 GaN 为 Wurtzite 晶体结构(一般为 GaN on Si 晶圆)。无论是在哪种衬底上进行生长, 为了保证器件的有序和完整, 其生长方向都需要尽可能地沿着材料的紧密排列方向进行(Close Packing Direction)。

Table 3.1.3 Common Wafers in Semiconductor Industry  (24)

除去半导体的能带间隙数值意外, 在制作半导体器件时还需要注意的是其半导体能带间隙类型。

那么理论上对于常见的几个 LED 衬底而言, 可见 GaP、AlGaP 和 SiC 等材料的为 Indirect Band Gap 材料。而 GaN 和 GaAs 为 Direct Band Gap 材料。Band Gap 的结构也会随着参杂的程度的改变而产生变化。例如 GaAs 向 AlAs 过度中其晶体能带间隙就逐渐从 Direct Band Gap 向 Indirect Band Gap 进行变化。

p-n 结是 LED 发光的核心结构。与 OLED 等其他自放光器件类似, 在 LED 中电子(e)和空穴(h)在 p-n 结中结合后发出光子发光。因为电子(e)和空穴(h)的浓度和传输速度存在一定的差异, 为了保证在 Micro LED 在工作时空穴或电子不会跃过 p-n 结而在非发光区域进行结合, 在实际器件中会加入 Hetero-Junction 结构对载流子的流动进行限制, 从而使得其载流子只能在固定能级的 Hetero-Junction 内进行结合并发出特定波长的光 (1) 。

Fig 3.1.2 Heterojunction in Micro LED  (1)

Fig 3.1.3 Examples of Typical Structure of Micro LED on Sapphire Wafer (1)

3.1.1 Case Study: More on GaN substrate

如前文所示, GaN 可以作为生产 Micro LED 的基板。一般的 GaN 基板需要在别的衬底上生长而来, 并根据生长衬底的不同可以进一步分为 GaN on Si 和 GaN on Sapphire。

GaN on Si 价格较为昂贵且衬底结构较为复杂。其主要原因是因为 (29) :

以上的影响因素再加上制作工艺的影响导致了 GaN on Si 的制作工艺复杂和良率较低等问题, 并堆高了售价。

在工业上对该方案的解决思路是通过加入不同的 buffer 层来减少 GaN 和 Si 之间的晶格差异以及 CTE 差异 (29) 。

Fig 3.1.4 Examples of GaN on Si  (29)

3.2 Chip Structure: Vertical, Flip Chip &Nanowire

根据 Micro LED 结构的不同, Micro LED 可以再进一步细分为:

Vertical 和 Flip Chip 制作工艺相对而言较为简单, 但是随着 Micro LED 尺寸的下降(<3 μm) 其会发生 light Decay和 edge leakage (7) 。于此同时, Nanowire 3D 结构虽然制作工艺较为复杂, 但是其

在尺寸缩小的情况下发光面积依然较大, 所以其光效会更优 (7) 。

除去以上结构外, 还有 Face up chip 结构。该结构和 Flip Chip 结构相比, 其需要 Wire Bonding。因为 Bonding 需要区域较大, 其芯片尺寸一般大于 200 μm(属于 Mini LED 范畴) (9) 。

Fig 3.2.1 Face Up Flip Chip, Vertical and Nanowire Structure Mini/Micro LED  (2)(9)

Fig 3.2.2 Comparison between Face Up Chip &Flip Chip  (9)

计算机硬件英汉对照表

VDD、VCC 电源

5VSB = 5V StandBy 待机5V电源

Acer-->宏基公司?]@8

A/D-->模拟/数据(@=

Address bus-->地址总线-=:!g

ALT=Alternate-->转换键/更改/更动=.

ALT=Alteration Switch-->转换开关rP

AMD=Advanced Micro Devices Inc. -->高级微设备公司G^(WN

AMI=American Megatrends Inc. -->美国米格特雷德公司%@lu~

AGP=Accelerated Graphics Port -->图形加速端口}

API=Application Program Interface -->应用程序接口Z6#e9-

APM=Advanced Power Driver -->高级动力驱动器"^p!"_

ASCII=American Standard Code for Information Interchange 美国信息交换用标准码t2L

BIN -->收集器/二进制+ZTo-u

BIOS=Basic Input/Output System -->基本输入输出系统V%iI`

Bit -->位=RQ

Block -->模块d

BS=Backspace -->退格键^l[?7

Cache -->高速缓存X9<O

CD=Compact Disc -->致密盘，光盘6Y&anr

CGA=Colour Graphic Adapter -->彩色图形显示器wzXb=1

CHCP=Display The Active Code Page Number -->显示活动模式页码数(dy

Chips -->芯片a4Kd

Clock Freq 时钟频率kX6U:e

CMOS=Complementary Metal-Oxide-Semiconductor -->互补型金属氧化物半导体LK:>

CN=Connector -->连接器2ysO

Columns -->列>L6u

Com=Concatenation of Merge Way-->串行口p+_5H

Control lines -->控制线o

Controller -->控制器vQ "J

Copyright -->版权U6OuD

CPU=Central Processing Unit -->中央处理器]#

CRT=Circuits -->电路.&9

CRT=Cathode Ray Tube -->阴极射线管=Fcp)9

CTRL=Control -->控制/控制键k=&

Cylinder -->磁柱面Cyrix--->西列克斯公司^Ax

DAta Bus --->数据总线"

Daughterboard--->子板,X_F

3 -Ds= 3-Dimension studio --->三维绘图工作室qcl@Nq

DEL=Delete --->删除键A&

DHCP=Dynamic Handle Configrue Processor--->动态配置处理器NG

DM=Disk Manager --->磁盘管理器WouF{R

DMA=Direct Memory Access --->存储器直接存取（访问）OC>x(#

DOT=Device Operating Terminal--->设备 *** 作终端QVqiX

DPMI=Data Processing Memory Information--->数据处理内存信息p

DRAM=Dynamic Random-Access Memory--->动态随机存储器SG\

DRV=Drive --->驱动器P

DSP=Digital Signal Processor --->数字信号处理器+D]ws

EGA=Enhanced Graphic Adapter--->增强型图形显示器h

EMM=Expanded Memory Management--->扩展内存管理rD]

EMS=Expanded Memory System --->扩展内存系统:

EMS=Expanded Memory Specification --->扩展内存规范-<

Encoded Keyboard --->编码键盘flRE

EROM=Erasable Read Only Memory--->可擦除只读存储器v(Yw

ESC=Escape --->退出键/退出系统U'

ESDI=Enhanced Small Device Interface--->增强型小型设备界面（接口）ju%

FDD=Floppy Disk Drive --->软驱7"

FPU=Floating Point Unit --->浮点处理器（数学协处理器）[2

GB=Gigabyte --->千兆字节VL?af

Gold Finger--->金插脚o5k

HDD=Hard Disk Light-emitting diode--->硬盘指示灯（发光二极管）{

Head--->磁头}BIl

HPM=Hyper-Page-Mode--->超页模式n8k

IBM=International Business Machines Corporation--->国际商业机器公司R,+kST

ID=Identifier--->标识符kWT&gd

ID=Inside Diameter--->内径4y

IDE=Insede Diameter Enhanced--->内部直径增强接口w(

INS=Insert--->插入行/插入键k}1Q,r

Intel--->英特尔公司9g4n`

Interleave--->交叉（存取）因子%?

Intersections--->内部结点31f

I/O=Input/Output---->输入输出v1

IRC=Interrupt Controller--->中断控制7\&d:y

IRQ=Interrupt Require --->中断请求G%6x

Joysticks---> *** 纵杆<

JP(Jumper)--->跳线Ws

JCP=Jumper Channel Port--->跳通道线端 Q!Y

KB=Kilobytes--->千字节^9I

KB=Keyboard--->键盘8

Land Zone Cylinder--->焊盘存储区磁柱面4Rk\1!

LASER=Light Amplification By Stimulation Emission Of Eadiation--->激光/镭射G:jF&

LPT=Line Parrallel Tandem--->并行口!u\1-=

Mainboard--->主板awCF#h

MAP=Microprocessor Application Project--->微处理机应用计划+{

Master Clock--->主时钟rMD@o

MCI=Media Control Interface--->媒体控制接口fF2G{

MIDI=Musecal Instrument Digital Interface--->乐器数字接口J||

Modem=Modulator and Demodulator--->调制解调器e&Z

Motherboard--->母板2$S{

MPU=Micro-Processor(Processing) Unit--->微处理器 +0b

MS=Microsoft---->微软w

MS=Memory System/Main Storage--->内存/主存?V[

NMOS=Negative Metal-Oxide-Semiconductor--->阴极金属氧化物半导体Rc,

NT=New Technology--->新技术('

NTAS=New Technology Advanced Server--->新技术超级服务器h

NTFS=New Technology File System--->新科技文件系统 =tX`-

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PC=Private Compatible Machine--->个人兼容机YNmmca

PCI=Peripheral Component Interconnect--->外围元件互连u |,rN

PDI=Program Device Information--->程序设备信息=g

PDQ=Parrallel Data Query--->并行数据查询d*}yC6

Peripherals--->外设<${4

PgDn=Page Down--->向下翻页{S

PgUp=Page Up--->向上翻页V

Pins--->插脚.&?B-

PMOS=Positive Metal-Oxide-Semiconductor--->阳极金属氧化物半导体M:JY

Power--->电源((/^

Precompensation Cylinder--->预补偿磁柱面B~A>Rs

Printer--->打印机/打印"@,a

PROM=Programmable Read Only Memory--->可编程序只读存储器A

RAM=Random-Access Memory--->随机存储器/内存c*u>]

RBS=Remote Boot Service--->远程引导（启动）服务kQZH?|

Regulator--->调整器K(e

Reset--->复位/复位键mZY+

REV.=Revision--->版本号^aWVmY

RISC=Reduced Instruction Set Computer--->精减指令集计算机系统#`7

ROM=Read Only Memory--->只读存储器p_?.53

Rows--->行~=?==

RTC=Real Time Clock--->实时钟 o

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SB=Sound Blaster--->有声装置/声卡c`jFy

SCSI=Small Computer System Interface--->小型计算机系统界面（接口）C[YC

Sector--->扇区owJ+

Selector--->选择器p1<'n

SFT=Shifter--->换档键]

SIMM（Single-In-Line Memory Modules）--->单列直插式内存模块\b

SL=Slot--->插槽Y7v%

SMM(System Management Mode)--->系统管理模式7)i

SPK=Speaker--->喇叭`/q.=K

SRAM(System Random Access Memory)--->系统随机访问存储器S#1>

SW=Switch--->开关V`

SYS=System--->系统Wrm>.s

Tag RAM--->标记随机存储器nD^0

TM=Trade Mark--->商标rd,W

Track--->磁道9X~>\r

UPS=Uninterruptible Power System--->连续供电电源系统%TnT

UPS=Uninterruptible Power Supply--->不间断供电电源6Vcc

VB=Vision Blaster--->视霸卡peV

VCC=Volt Current Condenser--->电源电位3i_<b

Video Display Generator--->视频显示器0Wd

VGA=Video Graphic Adapter--->视频图形显示器ks~[

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计算机常用英语术语、词汇表 etvj

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转自INTERNET'Pi@"X

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Computer Vocabulary In Common Use .z.K

一、硬件类(Hardware) qJ

二、软件类(Software) -+Wn

三、网络类(Network) %<

四、其它 v{e(vx

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Floppy Disk软盘 @V%d

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monitor监视器 /X2H

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chip芯片 3?7zfX

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Modem= MOdulator-DEModulator,调制解调器 \

P-P(Plug and Play)即插即用 ko9G$

UPS(Uninterruptable Power Supply)不间断电源 W

BIOS(Basic-input-Output \(}/9x

System)基本输入输出系统 e>Q

CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)互补金属氧化物半导体 A

setup安装 De

uninstall卸载 o

wizzard向导 vP/c,

OS(Operation Systrem) *** 作系统 %R

OA(Office AutoMation)办公自动化 sp8f

exit退出 H7

edit编辑 X_8XD(

copy复制 S/R

cut剪切 3rQ2>

paste粘贴 *_r[

delete删除 oP%I

select选择 F

find查找 _x v\

select all全选 tP

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program程序 3<i^N!

license许可(证) .

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next下一步 rU8w}`

finish结束 /![u6y

folder文件夹 t!PX

Destination Folder目的文件夹 k

user用户 ~k|'

click点击 N

double click双击 AA(pm^

right click右击 a

settings设置 S

update更新 rUm:

release发布 xL

data数据 y

data base数据库 Nmh

DBMS(Data Base Manege u8X(3n

System)数据库管理系统 {

view视图 Zym#f

insert插入 s'g7V

object对象 *1

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command命令 N=z-{H

document文档 F~a

POST(power-on-self-test)电源自检程序 ,(h

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code密码 D{Zu[

print preview打印预览 U

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status bar状态条 1

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table表 K^xGY

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Unix用于服务器的一种 *** 作系统 4Iu

Mac OS苹果公司开发的 *** 作系统 $

OO(Object-Oriented)面向对象 1RD:b

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clear清除 aN

default默认 $[L)TV

LAN局域网 7

WAN广域网 y

Client/Server客户机/服务器 $XC.

ATM( Asynchronous C>V>#}

Transfer Mode)异步传输模式 w7$Og

Windows NT微软公司的网络 *** 作系统 8B\Z!

Internet互联网 :1H{ac

WWW(World Wide Web)万维网 p[

protocol协议 ajEI^

HTTP超文本传输协议 \DPws3

FTP文件传输协议 u>t

Browser浏览器 tiV(NG

homepage主页 oWA]

Webpage网页 f&Q

website网站 K!`~

URL在Internet的WWW服务程序上 (ROZYR

用于指定信息位置的表示方法 8JyJXE

Online在线 kmI

Email电子邮件 &8,

ICQ网上寻呼 {%

Firewall防火墙 sYMH[F

Gateway网关 mfi

HTML超文本标识语言 cF]2Q

hypertext超文本 ke8a

hyperlink超级链接 ("5Xqy

IP(Address)互联网协议(地址) Vl

SearchEngine搜索引擎 0

TCP/IP用于网络的一组通讯协议 0~,Sn]

Telnet远程登录 [

IE(Internet Explorer)探索者(微软公司的网络浏览器) geEt'a

Navigator引航者(网景公司的浏览器) E`$._#

multimedia多媒体 4Fb:]w

ISO国际标准化组织 ahnfK

ANSI美国国家标准协会 nx_Xq

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activefile 活动文件 ]

addwatch 添加监视点 "n5`

allfiles 所有文件 m(N

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andfixamuchwiderrangeofdiskproblems 并能够解决更大范围内的磁盘问题 0D

andotherinformation 以及其它的信息 "}

archivefileattribute 归档文件属性 |Oo(AI

assignto 指定到 R9e

autoanswer 自动应答 W3 R)

autodetect 自动检测 c{G

autoindent 自动缩进 <O.

autosave 自动存储 le`XXh

availableonvolume 该盘剩余空间 %'6

badcommand 命令错 ^

badcommandorfilename 命令或文件名错 qYn

batchparameters 批处理参数 WNV$)

binaryfile 二进制文件 Z~Sj

binaryfiles 二进制文件 r^Y!z

borlandinternational borland国际公司 WrTl+

bottommargin 页下空白 s+w?

bydate 按日期 X

byextension 按扩展名 @^=Anv

byname 按名称 QZO4n

bytesfree 字节空闲 PWZ.

callstack 调用栈 lXJ

casesensitive 区分大小写 OZ[g!

causespromptingtoconfirmyouwanttooverwritean 要求出现确认提示,在你想覆盖一个 T

centralpointsoftwareinc central point 软件股份公司 c

changedirectory 更换目录 Dv])J

changedrive 改变驱动器 )np&F,

changename 更改名称 /}

characterset 字符集 O

checkingfor 正在检查 g~,,|X

checksadiskanddisplaysastatusreport 检查磁盘并显示一个状态报告 |]~g>

chgdrivepath 改变盘/路径 [a<M

原子层沉积 (Atomic layer deposition，ALD) 是一种高度可控的薄膜合成工艺，可制造出只有一个原子厚的薄膜。广泛应用于计算机芯片、太阳能电池、锂电池等领域。很多企业常用 ALD 来制造半导体器件。ALD 的灵活性和多样性给确定工艺参数带来了重大挑战，但仍需要专家的直觉和耗时的反复试验来确定最佳工艺参数。

最近，来自美国能源部（DOE）阿贡国家实验室的研究人员 描述了多种基于 AI 的方法来自动优化 ALD 工艺。详细说明了每种方法的相对优势和劣势，以及可用于更有效、更经济地开发新流程的见解。

该研究以《用于优化原子层沉积的智能代理》「 Intelligent Agents for the Optimization of Atomic Layer Deposition 」为题发表在《 ACS Appl. Mater. Interfaces 》杂志上。

前沿，但也面临挑战

ALD是一种工艺，通过前驱体蒸气和基板表面之间的一系列自限反应，在基板上沉积原子厚度的均匀薄膜。ALD 可访问大量的元素和化合物目录，元素周期表中超过一半的元素在出现在ALD过程中。

ALD 擅长在复杂的 3D 表面上生长精确的纳米级薄膜，例如在硅晶片上形成图案的深而窄的沟槽，以制造当今的计算机芯片。 这促进了科学家为下一代半导体器件开发新的薄膜 ALD 材料。

然而，开发和优化这些新的 ALD 工艺是具有挑战性和劳动密集型的。研究人员必须考虑许多可以改变这一过程的不同因素，包括：分子前体之间的复杂化学反应；反应器设计、温度和压力；前驱体剂量和吹扫时间。

为了找到克服这些挑战的方法，阿贡科学家评估了 三种新型优化策略 ：(a)随机选择气体时间；(b) 基于高斯过程代理模型的贝叶斯优化 (BO)，以及 (c) 基于规则的专家系统方法，利用人类策略和物理直觉。值得注意的是， 后两种使用不同的 AI 方法，且以前从未应用于 ALD。

Table 1 列出了该研究的四种ALD 工艺模型：Al2O3 在 200 下使用三甲基铝 (TMA) 和 H2O，Al2O3 在 100 下使用 TMA 和 H2O，W 在 200 下使用六氟化钨 (WF6) 和乙硅烷 (Si2H6)，TiO2 使用钛 (IV) 异丙醇 (TTIP) 和 200 下的 H2O。

敏感性分析

在比较所有四种ALD工艺模型的三种优化策略之前， 了解关键超参数对成本函数和优化性能的影响非常重要。 可确保在平等的基础上比较优化策略。以在 200 下生产 Al2O3 薄膜为例，研究ALD 系统的效果。

专家系统方法对关键超参数的值很敏感。 首先，专家系统策略需要指定一组起始时间。尝试了多种分配初始时序的方法，包括使用统一时序（所有时序相同）和随机时序（时序在优化边界之间随机初始化）。 探索 发现统一的初步计时产生了可靠的性能。

此外， 专家系统优化策略对给定时序所采用的重复 ALD 周期数也很敏感。 相比之下， 贝叶斯优化策略对采用的重复次数相对不敏感。

优化策略比较

研究人员通过比较他们如何优化 ALD 中使用的两种前驱体的剂量和清洗时间来评估他们的三种策略。加药时间(dosage time）是指前体加入反应器的时间，而吹扫时间是指去除多余的前体和气态化学产品所需的时间。

目标： 找到可以在最短的时间内实现高且稳定的薄膜生长的条件。 科学家们还使用代表反应堆内 ALD 过程的模拟来判断他们收敛到理想时间集的速度策略。

将他们的优化方法与模拟系统联系起来，让他们能够根据优化算法生成的处理条件，在每个循环后实时测量薄膜的生长情况。

研究人员比较了四种 ALD 工艺的三种优化策略的性能。通过比较了 Al2O3 薄膜在 200 C 下0.1%和10%噪声水平下生长的优化策略性能。研究表明： 在这两个噪声水平上，贝叶斯优化的性能最好，其次是专家系统，然后是低测量噪声的随机策略，高测量噪声的反向策略。

除了考虑给定优化算法在接近一组最优 ALD 时序时的效率之外，实际考虑也很重要，例如 CVD 类型生长（如果选择了不适当的低吹扫时间），从而使反应器结垢，对 ALD 反应器安全可靠运行的影响。实验表明：专家系统方法完全避免了不受控制的生长，而随机优化策略则始终对产生过量CVD型增长的条件进行采样。贝叶斯优化方法在避免大增长率方面做得更好。

研究得出： （1)随机优化(RO)在其他两种策略的优化时间质量不确定性较大的情况下表现良好，导致处理空间 探索 过程中GPC值过高。（2）贝叶斯优化（BO）可靠，性能好，不需要超参数调优。然而，在早期和后期的循环中，BO受到GPC值过高的影响。(3) 专家系统优化 (ESO) 可靠且安全，但前驱体剂量次数过于保守。

一劳永逸 （Set it and forget it）

「所有这些算法都提供了一种更快地收敛到最佳组合的方法，你不必像今天通常那样花时间将样品放入反应器中、取出样品、进行测量等。相反，你拥有实时与反应堆连接的回路。」该研究的合著者、Argonne 首席材料科学家 Angel Yanguas-Gil 说。

这种设置还通过形成一个闭环系统使两种 AI 方法的过程自动化。

尽管存在一些弱点，但人工智能方法有效地确定了不同模拟 ALD 工艺的最佳剂量和清洗时间。 这使得这项研究成为第一批表明使用 AI 可以实时优化薄膜的研究。

研究人员表示： 在未来的工作中，除了改进现有的算法外，还希望将这些方法扩展到包括反应堆温度和前驱体分压。

「这是令人兴奋的，因为它开辟了使用这些类型的方法来快速优化实际 ALD 工艺的可能性，这一步骤可能会在未来开发新应用时为制造商节省宝贵的时间和金钱。」Jeff Elam 总结道。

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