Papers
Topics
Authors
Recent
Gemini 2.5 Flash
Gemini 2.5 Flash
133 tokens/sec
GPT-4o
7 tokens/sec
Gemini 2.5 Pro Pro
46 tokens/sec
o3 Pro
4 tokens/sec
GPT-4.1 Pro
38 tokens/sec
DeepSeek R1 via Azure Pro
28 tokens/sec
2000 character limit reached

Physics-separating artificial neural networks for predicting initial stages of Al sputtering and thin film deposition in Ar plasma discharges (2211.04796v1)

Published 9 Nov 2022 in cond-mat.mtrl-sci, cs.LG, and physics.plasm-ph

Abstract: Simulations of Al thin film sputter depositions rely on accurate plasma and surface interaction models. Establishing the latter commonly requires a higher level of abstraction and means to dismiss the fundamental atomic fidelity. Previous works on sputtering processes addressed this issue by establishing machine learning surrogate models, which include a basic surface state (i.e., stoichiometry) as static input. In this work, an evolving surface state and defect structure are introduced to jointly describe sputtering and growth with physics-separating artificial neural networks. The data describing the plasma-surface interactions stem from hybrid reactive molecular dynamics/time-stamped force bias Monte Carlo simulations of Al neutrals and Ar$+$ ions impinging onto Al(001) surfaces. It is demonstrated that the fundamental processes are comprehensively described by taking the surface state as well as defect structure into account. Hence, a machine learning plasma-surface interaction surrogate model is established that resolves the inherent kinetics with high physical fidelity. The resulting model is not restricted to input from modeling and simulation, but may similarly be applied to experimental input data.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (33)
  1. P. J. Kelly and R. D. Arnell, Vacuum 56, 159 (2000).
  2. J. T. Gudmundsson, Plasma Sources Science and Technology 29, 113001 (2020), publisher: IOP Publishing.
  3. J. P. Biersack and L. G. Haggmark, Nucl. Instr. Meth. 174, 257 (1980).
  4. W. Eckstein and J. Biersack, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 2, 550 (1984).
  5. W. Möller and W. Eckstein, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 2, 814 (1984).
  6. D. B. Graves and P. Brault, J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 194011 (2009).
  7. E. C. Neyts and P. Brault, Plasma Process. Polym. 14, 1600145 (2017).
  8. P. Sigmund, Phys. Rev. 187, 768 (1969a).
  9. P. Sigmund, Phys. Rev. 184, 383 (1969b).
  10. M. W. Thompson, Philos. Mag. 18, 377 (1968).
  11. J. Trieschmann and T. Mussenbrock, J. Appl. Phys. 118, 033302 (2015).
  12. S. M. Rossnagel, Journal of Vacuum Science & Technology A 6, 3049 (1988), publisher: American Vacuum Society.
  13. R. E. Somekh, J. Vac. Sci. Technol. A 2, 1285 (1984).
  14. C. K. Birdsall and A. B. Langdon, Plasma Physics via Computer Simulations (IOP Publishing, Bristol, UK, 1991).
  15. G. A. Bird, Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows (Oxford University Press, New York, USA, 1994).
  16. M. A. Lieberman and A. J. Lichtenberg, Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, 2nd ed. (Wiley, Hoboken, USA, 2005).
  17. W. D. J. Callister and D. G. Rethwisch, Materials Science and Engineering: An Introduction, 9th ed. (Wiley, Hoboken, USA, 2013).
  18. S. Berg and T. Nyberg, Thin Solid Films 476, 215 (2005).
  19. R. Anirudh, R. Archibald, M. S. Asif, M. M. Becker, S. Benkadda, P.-T. Bremer, R. H. S. Budé, C. S. Chang, L. Chen, R. M. Churchill, J. Citrin, J. A. Gaffney, A. Gainaru, W. Gekelman, T. Gibbs, S. Hamaguchi, C. Hill, K. Humbird, S. Jalas, S. Kawaguchi, G.-H. Kim, M. Kirchen, S. Klasky, J. L. Kline, K. Krushelnick, B. Kustowski, G. Lapenta, W. Li, T. Ma, N. J. Mason, A. Mesbah, C. Michoski, T. Munson, I. Murakami, H. N. Najm, K. E. J. Olofsson, S. Park, J. L. Peterson, M. Probst, D. Pugmire, B. Sammuli, K. Sawlani, A. Scheinker, D. P. Schissel, R. J. Shalloo, J. Shinagawa, J. Seong, B. K. Spears, J. Tennyson, J. Thiagarajan, C. M. Ticoş, J. Trieschmann, J. van Dijk, B. Van Essen, P. Ventzek, H. Wang, J. T. L. Wang, Z. Wang, K. Wende, X. Xu, H. Yamada, T. Yokoyama,  and X. Zhang, “2022 Review of Data-Driven Plasma Science,”  (2022), arXiv:2205.15832 [physics].
  20. D. P. Kingma and M. Welling, in Proceedings of the International Conference on Learning Representations (Scottsdale, USA, 2013).
  21. K. M. Bal and E. C. Neyts, The Journal of Chemical Physics 141, 204104 (2014), publisher: American Institute of Physics.
  22. S. Plimpton, Journal of Computational Physics 117, 1 (1995).
  23. D. Drabold et al., Physical Review B 71, 054206 (2005).
  24. X. Zhang and D. Drabold, Physical Review B 62, 15695 (2000).
  25. S. Le Roux and P. Jund, Computational Materials Science 49, 70 (2010).
  26. D.-C. Li and I.-H. Wen, Neurocomputing 143, 222 (2014).
  27. H. Zhang, M. Cisse, Y. N. Dauphin,  and D. Lopez-Paz, “mixup: Beyond Empirical Risk Minimization,”  (2018), arXiv:1710.09412 [cs, stat].
  28. D. P. Kingma and J. Ba, in Proceedings of the 3rd International Conference on Learning Representations (San Diego, USA, 2015).
  29. C. Doersch, arXiv:1606.05908 [cs, stat]  (2021).
  30. T. Bäck and F. Hoffmeister, Statistics and Computing 4, 51 (1994).
  31. H.-P. Schwefel, Numerische Optimierung yon ComputerModellen mittels der Evolutionsstrategie, Interdisciplinary Systems Research,, Vol. 26 (Birkh/iuser,, Basel, 1977).
  32. H.-P. Schwefel, in Preprints of the 31st Annual Meeting of the International Society for General System Research, Vol. 2 (Budapest, Hungary, 1987) pp. 1025–1033.
  33. S. Bubeck and M. Sellke, in Advances in Neural Information Processing Systems, Vol. 34 (Curran Associates, Inc., 2021) pp. 28811–28822.
Citations (9)

Summary

We haven't generated a summary for this paper yet.