半導(dǎo)體行業(yè)自 20 世紀(jì)中葉邁出第一步以來(lái)一直在穩(wěn)步增長(zhǎng)，并且由于其支持的高速信息和通信技術(shù)，它已經(jīng)讓位于社會(huì)的快速數(shù)字化。隨著全球能源需求的緊張，對(duì)更快、更集成和更節(jié)能的半導(dǎo)體設(shè)備的需求不斷增長(zhǎng)。
然而，現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝已經(jīng)達(dá)到納米尺度，新型高性能材料的設(shè)計(jì)現(xiàn)在涉及到半導(dǎo)體納米薄膜的結(jié)構(gòu)分析。反射高能電子衍射 (RHEED) 是為此目的廣泛使用的分析方法。RHEED 可用于在原子水平上確定薄膜表面形成的結(jié)構(gòu)，甚至可以在合成薄膜時(shí)實(shí)時(shí)捕捉結(jié)構(gòu)變化!
由東京理科大學(xué) (TUS) 客座副教授、日本國(guó)立材料科學(xué)研究所 (NIMS) 高級(jí)研究員 Naoka Nagamura 博士領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員一直致力于此。在他們于 2022 年 6 月 9 日在線發(fā)表在國(guó)際期刊《先進(jìn)材料科學(xué)與技術(shù)：方法》上的最新研究中，探索了使用機(jī)器學(xué)習(xí)自動(dòng)分析 RHEED 數(shù)據(jù)的可能性。這項(xiàng)工作得到了 JST-PRESTO 和 JST-CREST 的支持，是 TUS 和日本 NIMS 聯(lián)合研究的結(jié)果。
研究人員專注于在干凈的單晶硅的第一個(gè)原子層上形成的表面超結(jié)構(gòu)，這取決于吸附的銦原子的數(shù)量和溫度的微小差異。表面超結(jié)構(gòu)是晶體表面獨(dú)有的原子排列，其中原子以不同于晶體內(nèi)部的周期性模式穩(wěn)定，這取決于周圍環(huán)境的差異。因?yàn)樗鼈兘?jīng)常表現(xiàn)出獨(dú)特的物理特性，所以表面上層結(jié)構(gòu)是材料科學(xué)中非常感興趣的焦點(diǎn)。
首先，該團(tuán)隊(duì)使用了不同的層次聚類方法，旨在根據(jù)各種相似性度量將樣本劃分為不同的聚類。這種方法用于檢測(cè)存在多少不同的表面超結(jié)構(gòu)。在嘗試了不同的技術(shù)后，研究人員發(fā)現(xiàn)沃德的方法可以最好地跟蹤表面超結(jié)構(gòu)中的實(shí)際相變。
然后，科學(xué)家們?cè)噲D確定合成每個(gè)已識(shí)別的表面超結(jié)構(gòu)的最佳工藝條件。他們專注于最廣泛地形成每個(gè)上層結(jié)構(gòu)的銦沉積時(shí)間。非負(fù)矩陣分解，一種不同的聚類和降維技術(shù)，可以準(zhǔn)確自動(dòng)地獲得每個(gè)上層結(jié)構(gòu)的最佳沉積時(shí)間。
總體而言，本研究報(bào)告的研究結(jié)果有望帶來(lái)將機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，的新的有效方法，材料信息學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)中心話題。
反過(guò)來(lái)，隨著現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)使用更好的材料進(jìn)行升級(jí)，這將對(duì)我們的日常生活產(chǎn)生影響。
該方法不僅可用于分析在薄膜硅單晶表面、金屬晶體表面、藍(lán)寶石、碳化硅、氮化鎵和各種其他重要襯底上生長(zhǎng)的超結(jié)構(gòu)。
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