クアンテモル

Quantemol Ltdは、2004年にジョナサン・テニスン教授（FRS）とダニエル・ブラウン博士によって設立され、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンに拠点を置いています。同社は当初、電子と多原子分子の相互作用をモデル化するために用いられる、高度に洗練された英国製分子R行列コードへの完全なアクセスを提供する独自のソフトウェアツールQuantemol-Nを開発しました。その後、Quantemolは2013年にQuantemol-VTを開発し、プラズマや産業用プラズマツールを用いたシミュレーションの種類を拡大しました。また、2016年には、幅広いプラズマの化学的および放射輸送特性を表す持続可能なデータベースQuantemol-DBを立ち上げました。

クアンテモールN

Quantemol-Nソフトウェアシステムは、UK R-matrixコードの使用を簡素化するために開発されました。専門家以外のユーザーでも、 ab initio電子-分子散乱計算を実行できるインターフェースを提供します。Quantemol-Nは、電子分子衝突に関する様々な観測量を計算します。例えば、以下のようなものがあります。

  • 弾性断面積
  • 電子励起断面積
  • 電子衝撃解離速度
  • 共鳴パラメータ
  • ラジアル電荷密度計算
  • 解離性電子付着断面積
  • 電離断面積
  • 微分断面積
  • 運動量移動断面積
  • 振動励起断面積

適用可能なシミュレーション

Quantemol-N はさまざまな問題に対処することができます。

  • 閉殻分子
  • 開殻分子とラジカル
  • 中性および正電荷を帯びた種
  • 最大 17 個の原子からなる分子。(ネオペンタンはすでにシミュレーションに成功しており、将来的にはより多くの原子を扱えるように改良が進められ、生体分子への急速な発展が期待されます。)

正確さ

重要なベンチマーク分子である水に関する研究では、実験で得られるよりも正確な結果が得られました ( Faure et al. 2004 )。

実験的には、低角度で大きな断面積を測定する際に問題が生じます。これは大きな双極子モーメントを持つ分子に当てはまります。Quantemol-Nはシミュレーションであるため、この問題は発生しません。

関連出版物

ジョナサン・テニスン、ダニエル・B・ブラウン、ジェームズ・J・マンロー、イリーナ・ロズム、ヘマル・N・ヴァランビア、ナタリア・ヴィンチ
物理学ジャーナル：カンファレンスシリーズ86、012001（2007）
土井: 1742-6596/86/1/012001
ラドミロヴィッチ・ラジェノヴィッチ M.、ペトロヴィッチ ZL、
Acta Physica Polonica A、117 (2010)、745-747
Varambhia HN、Faure A.、Graupner K.、他。
王立天文学会月報、403（2010）、1409-1412
M. ラドミロヴィッチ ラジェノヴィッチ、HN ヴァランビア、M. ヴラニッチ、J. テニスン、Z. Lj。ペトロヴィッチ。
アストロン観測ベオグラード第84号（2008年）、57-60
ヘマル・N・ヴァランビア、ジェームズ・J・マンロー、ジョナサン・テニスン
国際質量分析ジャーナル、271、1-7（2008）
ヘマル・N・ヴァランビアとジョナサン・テニスン
物理学ジャーナルB：原子・分子・光物理学、40、1211-1223（2007）
2005年3月29日、ハリー・イェイツ著、エレクトロニクス・ウィークリー
2005年3月15日、III-Vsレビュー

クアンテモル-EC

Quantemol-Electron Collisionsは、最新のR行列コード群（UKRMol+）と、二元遭遇ベーテ（BEB）モデル、BEfスケーリング、解離性電子付着断面積推定などの他の手法を用いて、電子-分子散乱断面積を計算できるPythonベースのソフトウェアです。2019年にリリースされ、Quantemol-Nとの主な違いは、UKRMolの代わりにUKRMol+を使用し、分子標的設定にMolproソフトウェアを使用していることです。これらの変更により、分子構造の最適化/生成と対称性の同定がMolproによって実行されるため、計算精度が向上し、使いやすさも向上しました。

Quantemol-EC は、次のような電子分子衝突に関するさまざまな観測値を計算します。

  • 弾性断面積
  • 電子励起断面積
  • 超弾性/消光/脱励起断面積
  • 電子衝撃解離（標的分子の特性による）
  • 散乱反応速度
  • 反応速度のアレニウスパラメータ
  • 共鳴パラメータ
  • 解離性電子付着の推定
  • 微分断面積
  • 運動量移動断面積
  • あらゆるエネルギーにおける電子衝撃イオン化
  • 回転励起断面積

適用可能なシミュレーション

Quantemol-N と同様に、Quantemol-EC は閉殻分子、開殻分子、ラジカル、中性および正に帯電した種に使用できます。

関連出版物

共鳴フィットの場合:

電子付着を計算する場合:

バイナリ遭遇ベーテ（BEB）モデルの計算：

BE-fスケーリングを計算するには：

クアンテモル-VT

Quantemol-Virtual Toolは、産業用プラズマ処理ツールのシミュレーションに特化した専門ソフトウェアシステムです。Q-VTは、著名なプラズマ物理学者であるマーク・クシュナー教授が開発した、非平衡低圧（最大1 Torr）プラズマプロセスのシミュレーション用に、包括的に検証されたハイブリッドプラズマ装置モデル（HPEM）コードを基盤としています。Q-VTは、直感的なユーザーインターフェース、データの可視化および分析機能、そして便利なジョブ/バッチ管理機能を備えています。

アプリケーションには以下が含まれます:

  • ツールの設計と開発
  • 放電およびウェーハレベルの化学反応速度論のモデリング
  • エッチング/堆積均一性モデル
  • 傾斜効果を調べる（追加のフィーチャスケールプロファイルモデルと併用する場合、特に Synopsys ソフトウェアと互換性がある）
  • 大型ウエハサイズシミュレーション（12インチ以上）

Q-VT がモデル化できるもの:

  • プラズマツールの形状変更
  • 高度な体積および表面化学
  • プロセスパラメータの変化による主要なプラズマ状態変数の変化
  • ウェーハレベルにおけるイオンフラックス：イオンエネルギー/角度分布関数、およびウェーハに沿ったすべての種のフラックス
  • 非マクスウェル電子動力学
  • 複雑な電磁プラズマ相互作用（電流コイル、永久磁石、多周波数電源、プラズマ回路相互作用）

Q-VTの利点

  • 実験的に検証されたシミュレーションシステム
  • プラズマツールのモデリングに焦点を当てた実験的に検証されたシミュレーションシステム
  • ユーザーフレンドリーなツールのようなインターフェース
  • 検証済みのプラズマ化学と断面積のセットがライセンスとともに提供される
  • 図書館の例には多数の部屋がある
  • チャンバーの設計と変更のための使いやすい描画ツール：ツールシミュレーションセットアップサービスも提供可能
  • 追加モジュール（ダスト/放射線輸送、イオン運動学、外部回路など）を使用して複雑なプラズマ現象をモデル化する機能
  • 多数のシミュレーションを管理するためのマルチ実行管理システム
  • スカラーおよびベクトルプラズマ特性の高度な原子炉スケール可視化
  • 実験結果のインポート
  • クラスター上でジョブを簡単に分散および管理する機能

クアンテモル-DB

Quantemolデータベース（QDBまたはQuantemol-DB ）は、2016年にユニバーシティ・カレッジ・ロンドンのQuantemol Ltdによって開発されたプラズマプロセスのデータベースです。このデータベースには、プラズマ化学モデリングのための化学データが含まれており、事前に組み立てられ検証済みの化学セットが含まれています。このデータベースは、Quantemolおよび協力ユーザーによって更新されています。このデータベースとサービスの詳細を説明した査読付き論文が2017年に発表されました。 [ 1 ]プラズマモデリングにおける最も困難な側面の一つは、化学データが不十分であることです。QDBの目的は、プラズマの挙動に影響を与えるプラズマ化学セットへのアクセス、比較、および理解の向上を目的として、学術研究と産業界の研究が協力して取り組むためのフォーラムを提供することです。

検証へのアプローチ

化学セットの検証のために確立された原則は次のとおりです。

  1. オープンソース (利用可能な場合) からの実験的なベンチマークがあり、また、業界のパートナー (Powerbase プロジェクトで協力) やデータベース貢献者によって直接提供されます。
  2. さまざまなモデルに対して計算が実行され、入力データの基礎となる品質が反映されます (検証に使用されるモデルの例には、HPEM、Global_Kin、ChemKinなどがあります)。
  3. データを生成するために使用されるモデルは、ケースごとに検証されます。
  4. 数値的な不確実性は、可能な場合は検証のためにしきい値を設定して定量化されます。

この方法論は、国際原子力機関向けに作成された出版物「理論上の原子および分子データの不確実性推定」で確立された原則を使用して、原子および分子の計算に特に適用されます。この出版物は、「高温プラズマモデリングに最も重要なデータ」に焦点を当て、「A+M [原子および分子] プロセスの計算理論の自己検証ガイドラインを開発するという最終目標」を掲げています。

化学セットの直接的な検証はまだ不確実である可能性がある一方で、このデータを使用するモデルによって生成されたデータの検証は、多くの場合、より簡単に得られることが認識されています。

QDBユーザーは、化学セットを直接検証するか、あるいはこれらの化学セットを入力として用いるモデルの結果を検証することで、化学セットを検証することができます。データベースに提供される化学セットの検証は、複雑系の計算における不確実性定量化の基礎に基づいて行われます。[ 2 ]

化学シミュレーションでは、パラメータ研究に基づくスケーリング則がこの検証のための一般的な方法論である。[ 3 ]高次元シミュレーションでは、種と表面の挙動が比較に用いられる。[ 4 ]

化学セットをダウンロードするユーザー向けに参照が提供されており、化学セットと検証実験への関連引用が含まれ、出版物に使用できることが保証されます。

個々の化学反応の検証

各反応の速度係数は、同様の温度と圧力の範囲で検証された化学セットに含まれています。

個々の反応の主な検証方法は、代替の理論計算／推定値および実験測定と比較されます。未知の反応については、異なる計算方法が使用されます。

  • 電子分子散乱反応のQuantemol-N（R行列法）計算
  • スケーリング則、数学的推定方法、および必要なデータを推定するための専門家の意見
  • 未知の重粒子反応に対する量子および遷移状態理論

API機能

アプリケーションプログラミングインターフェース（API）は、データベースをプラズマモデリングソフトウェアQuantemol-VTにリンクするためのプロトコルとツールのセットです。APIはソフトウェアコンポーネント間の連携方法を規定し、プラズマモデリングソフトウェアのグラフィカルユーザーインターフェース（GUI）で化学反応にアクセスできる場合に使用されます。

表面プロセス

このデータベースには、原子状酸素、原子状フッ素、フルオロカーボン、シランラジカルの付着係数のライブラリが含まれています。特定のエッチングなどの表面メカニズムについては、個々の反応とその確率がデータベースに提供されています。エネルギー依存反応については、式と使用されるパラメータの値が提供されています。

ダイナミックケミストリーアプリ

このアプリケーションは、Quantemol-DB にすでに存在するプラズマの原料ガスに関連するデータを収集し、グローバル モデルまたはボルツマン ソルバーをダウンロードまたは実行するための新しい化学セットと推奨形式を組み立てるのに役立ちます。

グローバルモデル

オンライングローバルモデルは、プラズマ中の所定のプロセスパラメータセットにおける反応器平均粒子密度と電子温度を計算します。モデルは、以下の方程式を解きます：重粒子の密度バランス、電荷中性、電子エネルギー密度バランス

出力には、化学種の体積平均密度と電子温度が含まれます。Dynamic Chemistryアプリを使用すれば、事前に構築された化学セットと自分で生成した化学セットの両方に対して計算を設定できます。

詳細なドキュメントはここにあります。

ボルツマンソルバー

ボルツマン ソルバーは、SD Rockwood 著「Elastic and Inelastic Cross Sections for Electron-Hg Scattering from Hg Transport Data」(Physical Review A 8, 2348-2358 (1973))に記載されている形式論に基づいており、非均一エネルギー グリッドに拡張されています。

ソルバーは、非マクスウェル分布の放電に適した、選択したガス温度の化学セットにおける電子衝突の EEDF、有効電子温度、および速度係数を計算します。

Dynamic Chemistry アプリを使用すると、事前に組み立てられた化学セットと自分で生成した化学セットの両方に対して計算を設定できます。

現在の化学セット

N 2 /H 2CF 4 /O 2CH 4 /H 2Ar/NF 3 /O 2
彼 酸素2アル N2​
アルゴン/水素2SiH 4 /NH 3アルゴン/酸素CF 4 /H 2
アルゴン/銅 CF4​アルゴン/NH 3SiH 4 /Ar/O 2
SF6​SiH 4Cl 2 /O 2 /Ar 酸素濃度2
C 2 H 2 /H 2Ar/BCl 3 /Cl 2C 4 F 8CH 4 /NH 3
N 2 /H 2 /O 2 /CF 4CH 4 /N 2臭化水素酸/CF 4 /CHF 3 /H 2 /Cl 2 O 2C 2 H 2 /NH 3
SF 6 /CF 4 /O 2Ar/O 2 /C 4 F 8アルゴン/銅/ヘリウム 酸素/水素​
Ar/NF 3SF 6 /O 2H2​SF 6 /CF 4 /N 2 /H 2

参照

参考文献

  1. ^ Tennyson, Jonathan; et al. (2017年4月4日). 「QDB：プラズマ化学と反応に関する新たなデータベース」.プラズマ源科学技術. 26 (5): 055014. arXiv : 1704.04088 . Bibcode : 2017PSST...26e5014T . doi : 10.1088/1361-6595/aa6669 . S2CID 100431914 . 
  2. ^全米研究会議 (2012). 『複雑なモデルの信頼性評価：検証、妥当性確認、不確実性の定量化の数学的・統計的基礎』ワシントンD.C.: 全米科学アカデミー出版. doi : 10.17226/13395 . ISBN 978-0-309-25634-6。
  3. ^プラズマ放電と材料処理の原理、マイケル・A・リーバーマン、アラン・J・リヒテンバーグ、1994年、（ジョン・ワイリー・アンド・サンズ、2005年）、 ISBN 0-471-72001-1
  4. ^ Zhang, Da、Mark J. Kushner。「SiO2のC2F6プラズマエッチング中の表面反応の調査：装置とスケールモデルによる」Journal of Vacuum Science and Technology-Section A-Vacuum Surfaces and Films 19.2 (2001): 524-538。
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