Ανάπτυξη ρεαλιστικών μοντέλων μειωμένης τάξης για μη γραμμικές διεργασίες χημικής απόθεσης από ατμό

Άγγλου, Ελισάβετ; Anglou, Elisavet

dc.contributor.author	Άγγλου, Ελισάβετ	el
dc.contributor.author	Anglou, Elisavet	en
dc.date.accessioned	2017-09-18T08:22:25Z
dc.date.available	2017-09-18T08:22:25Z
dc.date.issued	2017-09-18
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45624
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14529
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Χημική απόθεση από ατμό	el
dc.subject	Τεχνητά νευρωνικά δίκτυα	el
dc.subject	Υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
dc.subject	Ανάλυση κύριων συνιστωσών	el
dc.subject	Πολλαπλότητα καταστάσεων	el
dc.subject	Chemical vapor deposition	en
dc.subject	Multiplicity of states	en
dc.subject	Neural networks	en
dc.subject	Principal components analysis	en
dc.subject	Computation fluid dynamics	en
dc.title	Ανάπτυξη ρεαλιστικών μοντέλων μειωμένης τάξης για μη γραμμικές διεργασίες χημικής απόθεσης από ατμό	el
dc.title	Development of realistic reduced-order models for nonlinear chemical vapor deposition processes	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική τεχνολογία και μηχανική	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/26ef8a85171bd6096109bf5b78a055756bca69b8
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-07-03
heal.abstract	Στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας μελετήθηκε η δυναμική συμπεριφορά ενός αντιδραστήρα χημικής απόθεσης από ατμό (ΧΑΑ) για την παραγωγή λεπτών υμενίων. Το σύστημα μη γραμμικών εξισώσεων που περιγράφουν τα φαινόμενα τα οποία επικρατούν επιλύεται με χρήση του εμπορικού κώδικα υπολογιστικής ρευστοδυναμικής ANSYS Fluent 13. Οι εξισώσεις εμφανίζουν πολλαπλότητα λύσεων για τις ίδιες συνθήκες λειτουργίας του αντιδραστήρα, η οποία οφείλεται στην ύπαρξη και ανταγωνισμό διαφορετικών μηχανισμών ροής. Ειδικότερα, για παροχή εισόδου η οποία κυμαίνεται μεταξύ 2.3∙10-5 – 5∙10-5 kg/s μπορούν να υπολογισθούν τρείς καταστάσεις ισορροπίας, δύο ευσταθείς και μία ασταθής. Στον ένα ευσταθή κλάδο κυριαρχεί η εξαναγκασμένη ροή και στον άλλο ευσταθή κλάδο η φυσική κυκλοφορία λόγω άνωσης. Οι δύο κλάδοι ευσταθών λύσεων συνδέονται με έναν κλάδο ασταθών λύσεων. Εξαιτίας αυτής της ιδιαιτερότητας μελετήθηκε η απόκριση του συστήματος σε βηματικές επιβολές της μαζικής παροχής, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν στην περιοχή πολλαπλότητας. Τα υπολογιστικά αυτά δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν για το σχεδιασμό ενός μοντέλου μειωμένης τάξης, με χρήση της μεθόδου ανάλυσης κύριων συνιστωσών και με την εκπαίδευση τεχνητών νευρωνικών δικτύων. Το μοντέλο αυτό σχεδιάστηκε ούτως ώστε να έχει τη δυνατότητα προσομοίωσης της δυναμικής συμπεριφοράς του κάθε κλάδου ξεχωριστά καθώς και εναλλαγές μεταξύ αυτών. Από τη μελέτη αυτή, προκύπτει ένα μοντέλο μειωμένης τάξης το οποίο, αφού οικοδομηθεί και προκειμένου να χρησιμοποιηθεί, δεν απαιτεί καμία πρότερη γνώση των εξισώσεων και των μηχανισμών που κυριαρχούν στον αντιδραστήρα, για την περιγραφή της δυναμικής απόκρισής του μετά από την επιβολή μιας τυχαίας διαταραχής. Σε πρώτη φάση διερευνήθηκε το πλήθος των απαιτούμενων υπολογιστικών δεδομένων για το σχεδιασμό του μοντέλου μειωμένης τάξης, ούτως ώστε αυτό να μπορεί να περιγράψει με μεγάλη σχετική ακρίβεια την πραγματική κατάσταση στον αντιδραστήρα. Η επιλογή του καλύτερου μοντέλου πραγματοποιήθηκε με γνώμονα την ποιότητα της προσέγγισης σε συνδυασμό με τον «όγκο» της απαιτούμενης πληροφορίας. Με αυτό τον τρόπο επιλέχθηκε το μοντέλο το οποίο χρησιμοποιεί την ορθοκανονική βάση η οποία αποτελείται από τρεις ιδιοκαταστάσεις σε συνδυασμό με ένα νευρωνικό δίκτυο το οποίο περιέχει 12 κρυφά επίπεδα. Σημειώνεται ότι η ορθοκανονική βάση σχεδιάστηκε με χρήση 13 βηματικών επιβολών, ενώ το νευρωνικό δίκτυο εκπαιδεύτηκε με χρήση 26. Οι συγκεκριμένες επιβολές επιλέγονται κάθε φορά ούτως ώστε να περιγράφουν όλο το εύρος πολλαπλότητας, το οποίο μελετάται. Σε δεύτερη φάση, διερευνήθηκε η επάρκεια του μοντέλου μειωμένης τάξης που έχει σχεδιαστεί σε ότι αφορά στην πρόβλεψη του ρυθμού απόθεσης υμενίων πυριτίου (Si) από σιλάνιο (SiH4). Προέκυψε, ότι η προσεγγιστική λύση του ρυθμού απόθεσης ελάχιστα διαφέρει από την ακριβή λύση, γεγονός το οποίο καθιστά το συγκεκριμένο μοντέλο ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για την πρόβλεψη των χαρακτηριστικών των παραγόμενων υμενίων.	el
heal.abstract	Τhis thesis is about the study of the dynamic behavior of a chemical vapor deposition reactor (CVD) used for the production of thin films. The equations describing the phenomena that occurin the reactor are solved using the ANSYS Fluent 13computational fluid dynamics(CFD) code. The equations exhibit amultiplicity of solutions for the same operating conditions of the reactor due to the different competing flow mechanisms. In particular, three steady states, two stable and one unstable can be calculated for mass inlet flow between 2.3 ∙ 10-5and 5 ∙ 10-5kg / s. In one branch of stable solutions the dominant mechanism is forced convection, whereas in another branch of stable solutions free convection dominates through buoyancy.The two stable branches are connected with an unstable solutions branch. Data of the dynamic response of the detailed system were used to design a reduced order model using the principal component analysis (PCA) method combined with properly trained artificial neural networks(ANN). This model has be en designed so that it can simulate the dynamic behavior of each branch separately as well as switch es between the two. Once built, the reduced order model requires no prior knowledge of the equations and mechanisms that dominate in the reactor in order to describe its dynamic resp onse after a step change of the mass flow.The number of computational data required for the design of the reduced order model was investigated so that it could accurately describe the actual state in the reactor. The choice of the best model was based on the quality of the approximation and the size of the required information. In this context, the model that was chosen includes a PCA basis with three eigenvectors combined with a neural network containing 12 hidden layers. It is noted that the PCA basis was designed using 13 step changes, while the neural network was trained using 26. The step changes are selected in order to describe the entire range of multiplicity being studied. In the last part of the work, the adequacy of the designed model in predicting the rate of deposition of silicon (Si) films from silane (SiH4) was investigated. It was found that the approximate solution of the deposition rate is almost equal with the exact solution, which makes this model a very useful tool for predicting the characteristics of the produced films.	en
heal.advisorName	Μπουντουβής, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Χαράλαμπος, Σαρίμβεης	el
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	82 σ.
heal.fullTextAvailability	true