Control optimo multiescala de un reactor de deposición química de vapor para el crecimiento de una película de silicio

Abstract

En este trabajo se estudia el control óptimo de un reactor para la deposición química de una película de silicio utilizando dos escalas. En la primera, la fase gaseosa del reactor se modela por medio de las ecuaciones diferenciales parciales que representan los fenómenos de transporte. La segunda corresponde a la superficie de la película, la cual se simula, teniendo en cuenta la estructura cristalina real, con cinética de Monte-Carlo y posteriormente es modelada con ecuaciones diferenciales estocásticas. El objetivo de control es alcanzar una altura determinada minimizando la rugosidad. Se estudiaron dos esquemas de control y tres casos: lazo abierto / control por modelo predictivo y perfil de velocidad fijo / optimización libre / optimización libre con perturbación. En ausencia de perturbaciones, los dos esquemas presentaron un desempeño similar. Sin embargo, el control en lazo abierto es incapaz de reaccionar a variaciones en las condiciones del reactor. El control por modelo predictivo logra obtener la altura especificada para todos los casos estudiados, demostrando ser un esquema de control adecuado para el sistema estudiado

"In this work, the optimum control for a CVD reactor forming a silicon film is studied. Multi-scale modelling is used. in the first scale, the gaseous phase is modeled using partial differential equations from classic transport phenomena. The second corresponds to the film surface, where the realistic crystalline structure of silicon is simulated with Monte-Carlo kinetics and modeled with stochastic differential equations. The control is aimed to reach a specified film height while minimizing the film rugosity. Two control schemes were studied: open loop and predictive model control. In absence of perturbations, both schemes performed in a similar fashion. However, open loop control is incapable of react to changes in the reactor conditions. The predictive model control achieves the specified height in all cases, showing its superiority as a control scheme for this particular system."--Tomado del Formato de Documento de Grado