Nuálaíocht Teicneolaíochta CVD Taobh thiar den Duais Nobel

Le déanaí, tá aird gan fasach tugtha ar réimse na hintleachta saorga nuair a fógraíodh Duais Nobel na Fisice 2024. Úsáideann taighde an eolaí Meiriceánach John J. Hopfield agus an t-eolaí Ceanadach Geoffrey E. Hinton uirlisí meaisínfhoghlama chun léargais nua a sholáthar ar fhisic chasta an lae inniu. Ní hamháin go bhfuil an éacht seo ina chloch mhíle thábhachtach i dteicneolaíocht na hintleachta saorga, ach léiríonn sé freisin comhtháthú domhain na fisice agus na hintleachta saorga.

Ⅰ. An Suntas agus na Dúshláin a bhaineann le Teicneolaíocht Taistil Cheimiceach Gaile (CVD) san Fhisic

Tá tábhacht na teicneolaíochta sil-leagan ceimiceach gaile (CVD) san fhisic ilghnéitheach. Ní hamháin gur teicneolaíocht ullmhúcháin ábhar tábhachtach í, ach tá ról lárnach aige freisin maidir le forbairt taighde agus cur i bhfeidhm na fisice a chur chun cinn. Is féidir le teicneolaíocht CVD fás na n-ábhar ag na leibhéil adamhach agus mhóilíneacha a rialú go beacht. Mar a thaispeántar i bhFíor 1, táirgeann an teicneolaíocht seo éagsúlacht de scannáin tanaí ardfheidhmíochta agus ábhair nanastruchtúrtha trí shubstaintí gásacha nó galacha a imoibríonn go ceimiceach ar an dromchla soladach chun taiscí soladacha a ghiniúint1. Tá sé seo ríthábhachtach san fhisic chun an gaol idir micreastruchtúr agus airíonna macrascópacha ábhar a thuiscint agus a iniúchadh, toisc go gceadaíonn sé d'eolaithe staidéar a dhéanamh ar ábhair le struchtúir agus cumadóireachta sonracha, agus ansin a n-airíonna fisiceacha a thuiscint go domhain.

Ar an dara dul síos, tá teicneolaíocht CVD mar phríomhtheicneolaíocht chun scannáin tanaí feidhmiúla éagsúla a ullmhú i bhfeistí leathsheoltóra. Mar shampla, is féidir CVD a úsáid chun sraitheanna epitaxial criostail aonair sileacain a fhás, leathsheoltóirí III-V mar arsenide gallium agus epitaxy criostail aonair leathsheoltóra II-VI, agus taisceadh scannáin epitaxial criostail aonair leathsheoltóra dópáilte éagsúla, scannáin sileacain ilchriostalach, etc. agus tá struchtúir mar bhunús ag feistí leictreonacha nua-aimseartha agus feistí optoelectronic. Ina theannta sin, tá ról tábhachtach ag teicneolaíocht CVD freisin i réimsí taighde fisice ar nós ábhair optúla, ábhair shársheoltacha, agus ábhair mhaighnéadacha. Trí theicneolaíocht CVD, is féidir scannáin tanaí le hairíonna optúla sonracha a shintéisiú le húsáid i bhfeistí optoelectronic agus braiteoirí optúla.

Fíor 1 Céimeanna aistrithe imoibriú CVD

Ag an am céanna, tá roinnt dúshlán roimh theicneolaíocht CVD in iarratais phraiticiúla², mar shampla:

✔ Coinníollacha teocht ard agus brú ard: De ghnáth ní mór CVD a dhéanamh ag teocht ard nó brú ard, rud a chuireann teorainn leis na cineálacha ábhar is féidir a úsáid agus a mhéadaíonn tomhaltas agus costas fuinnimh.

✔ Íogaireacht paraiméadar: Tá an próiseas CVD thar a bheith íogair do choinníollacha imoibrithe, agus d'fhéadfadh fiú athruithe beaga difear a dhéanamh ar chaighdeán an táirge deiridh.

✔ Tá córas CVD casta: Tá an próiseas CVD íogair do choinníollacha teorann, tá neamhchinnteachtaí móra aige, agus tá sé deacair a rialú agus a athdhéanamh, rud a d'fhéadfadh deacrachtaí taighde agus forbairt ábhartha a bheith mar thoradh air.

Ⅱ. Teicneolaíocht agus Foghlaim Meaisín do Sheoladh Ceimiceach Gaile (CVD).

I bhfianaise na ndeacrachtaí seo, léirigh an mheaisínfhoghlaim, mar uirlis chumhachtach anailíse sonraí, go bhféadfaí roinnt fadhbanna a réiteach sa réimse CVD. Seo a leanas samplaí d’fheidhmiú na meaisínfhoghlama i dteicneolaíocht CVD:

(1) Fás CVD a thuar

Ag baint úsáide as halgartaim meaisínfhoghlama, is féidir linn foghlaim ó líon mór sonraí turgnamhacha agus torthaí fáis CVD a thuar faoi choinníollacha éagsúla, rud a threoraíonn coigeartú paraiméadair turgnamhacha. Mar a thaispeántar i bhFíor 2, d'úsáid foireann taighde Ollscoil Teicneolaíochta Nanyang i Singeapór an algartam aicmithe i bhfoghlaim meaisín chun sintéis CVD ábhair dhéthoiseach a threorú. Trí anailís a dhéanamh ar shonraí turgnamhacha go luath, thuar siad go rathúil na coinníollacha fáis de disulfide moluibdín (MoS2), feabhas suntasach ar an ráta ratha turgnamhacha agus laghdú ar líon na dturgnaimh.

Fíor 2 Treoraíonn foghlaim meaisín sintéis ábhar

(a) Cuid fíor-riachtanach de thaighde agus forbairt ábharach: sintéis ábhar.

(b) Cuidíonn samhail aicmithe le sil-leagan ceimiceach gaile chun ábhair dhéthoiseacha a shintéisiú (barr); treoraíonn samhail aischéimnithí sintéis hidrothermal de phonc candamach fluaraiseacha dópáilte sulfair-nítrigine (bun).

I staidéar eile (Fíor 3), baineadh úsáid as meaisínfhoghlaim chun anailís a dhéanamh ar phatrún fáis graphene sa chóras CVD. Rinneadh méid, clúdach, dlús fearainn, agus cóimheas gné de graphene a thomhas agus a anailísiú go huathoibríoch trí líonra néarúil conbhlóideach (R-CNN) a fhorbairt le togra réigiúin, agus ansin forbraíodh samhlacha ionaid ag baint úsáide as líonraí néaracha saorga (ANN) agus meaisíní veicteora tacaíochta ( SVM) tátal a bhaint as an gcomhghaol idir athróga próisis CVD agus na sonraíochtaí tomhaiste. Is féidir leis an gcur chuige seo insamhail a dhéanamh ar shintéis graphene agus na coinníollacha turgnamhacha a chinneadh chun graphene a shintéisiú le moirfeolaíocht atá ag teastáil le méid mór gráin agus dlús fearainn íseal, rud a shábháil go leor ama agus costas² ³

Fíor 3 Déanann foghlaim meaisín patrúin fáis graphene i gcórais CVD a thuar

(2) Próiseas CVD uathoibrithe

Is féidir foghlaim meaisín a úsáid chun córais uathoibrithe a fhorbairt chun monatóireacht agus coigeartú a dhéanamh ar pharaiméadair sa phróiseas CVD i bhfíor-am chun rialú níos cruinne agus éifeachtacht táirgthe níos airde a bhaint amach. Mar a léirítear i bhFíor 4, d'úsáid foireann taighde ó Ollscoil Xidian foghlaim dhomhain chun an deacracht a bhaineann le huillinn uainíochta na n-ábhar déthoiseach déthoiseach CVD a aithint. Bhailigh siad spás datha MoS2 arna ullmhú ag CVD agus chuir siad líonra néarúil conbhlóideach deighleog shéimeantach (CNN) i bhfeidhm chun tiús MoS2 a aithint go cruinn agus go tapa, agus ansin d'oiligh siad an dara samhail CNN chun tuar cruinn a bhaint amach ar uillinn uainíochta CVD-fhás. ábhair TMD ciseal dúbailte. Ní hamháin go bhfeabhsaíonn an modh seo éifeachtúlacht aitheantais samplach, ach soláthraíonn sé paradigm nua freisin chun foghlaim dhomhain a chur i bhfeidhm i réimse na heolaíochta ábhar⁴.

Fíor 4 Aithníonn modhanna domhain foghlama coirnéil na n-ábhar déthoiseach ciseal dúbailte

Tagairtí:

(1) Guo, Q.-M.; Qin, Z.-H. Forbairt agus cur i bhfeidhm na teicneolaíochta sil-leagan gaile i ndéantúsaíocht adamhach. Acta Physica Sinica 2021, 70 (2), 028101-028101-028101-028115. DOI: 10.7498/ap.70.20201436.

(2) Yi, K. ; Liu, D.; Chean, X.; Yang, J.; Wei, D.; Liu, Y.; Wei, D. Plasma-Fheabhsaithe Gaile Ceimiceach Teistíocht Ábhar Dháthoiseach d'Iarratais. Cuntais Taighde Ceimiceach 2021, 54 (4), 1011-1022. DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00757.

(3) Hwang, G. ; Kim, T.; Shin, J. ; Shin, N. ; Hwang, S. Foghlaim meaisín le haghaidh anailíse graphene CVD: Ó thomhas go insamhalta íomhánna SEM. Iris na Ceimice Tionscail agus Innealtóireachta 2021, 101, 430-444. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2021.05.031.

(4) Hou, B. ; Wu, J.; Qiu, DY. Foghlaim Gan Mhaoirseacht ar Stáit Aonair Kohn-Sham: Léirithe Inmhínithe agus Iarmhairtí do Thuar Iartheachtach ar Éifeachtaí Coirp. 2024; p xiv: 2404. 14601.