JPH03171301A - Material synthetic control system - Google Patents

Material synthetic control system

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JPH03171301A
JPH03171301A JP1311395A JP31139589A JPH03171301A JP H03171301 A JPH03171301 A JP H03171301A JP 1311395 A JP1311395 A JP 1311395A JP 31139589 A JP31139589 A JP 31139589A JP H03171301 A JPH03171301 A JP H03171301A
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JP
Japan
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synthesis
substance
simulation
electron
atomic
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Application number
JP1311395A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Ito
聡 伊藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Feedback Control In General (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To control the material synthesization at a microscopic level by evaluating microscopically the synthesization performed at the atomic/molecular levels and estimating the physical properties in real time based on the result of evaluation. CONSTITUTION:A means 11 is provided to synthesize a material showing the optional physical properties together with a means 17 which observes and evaluates in real time the property of a material noted at present, and a simulation means 18 which checks logically the physical properties of a relevant system based on a proper logical model. Then a material is synthesized at a speed lower than the simulation and at the same time the simulation is carried out with the information obtained by the means 17 used as the starting value. The result of the synthesization if carried on under the conditions is estimated together with a way of correction presumed for the result of estimation. Thus the synthetic conditions are controlled in a feedback system. As a result, the synthesizing process is optimized so as to produce the satisfactory materials with highest efficiency and to develop a new material.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、物質の合成制御システムに係り、とくに原子
・分子のスケールで制御された構造を持つ材料を必要と
する分野、例えば先端的な半導体素子の製法や、特殊な
構造を有する触媒物質の合成をはじめ、その微視的構造
に起因する物質の性質を利用する機能性材料やエネルギ
ー材料、光学材料、超伝導材料、磁性材料等の開発に関
係し、物質設計や材料設計、分子設計、薬品設計、合金
設計等の制御システムに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a substance synthesis control system, and is particularly applicable to fields that require materials with controlled structures on the atomic and molecular scale. For example, advanced semiconductor device manufacturing methods, synthesis of catalyst materials with special structures, functional materials, energy materials, optical materials, and superconducting materials that utilize the properties of materials due to their microscopic structures. , related to the development of magnetic materials, etc., and related to control systems for substance design, material design, molecular design, drug design, alloy design, etc.

(従来の技術) その利用分野に応じて物質を合成していくことは『工学
』の基本的な目的の一つであり、その方法シとして化学
や物理学は大きな貢献をしてきた。
(Conventional technology) Synthesizing substances according to their field of use is one of the fundamental objectives of engineering, and chemistry and physics have made great contributions as methods for this purpose.

この結果として生まれたものが基本的に私たちの生活を
支えている。
What is created as a result of this basically supports our lives.

これまでの合成法は主に物質のマクロな性質を利用して
これを行ってきた。もちろん、そのメカニズムは微視的
な物を基礎においていたが、例えば反応炉の中で反応を
起こさせて、平均として生成物を得ることを行ってきた
。このため、ヅ均値としてどれだけ均一なものが得られ
るか、分散をどれだけ抑えられるかが、プロセス制御の
中心であった。もちろんその平均値を狙い目通りの所に
持ってくることも重要な課題であるが、これはむしろ『
自然に任せる』傾向があった。しかし、近年、物質の合
成手段は飛耀的な発展をとげ、最近では原子・分子スケ
ールといったm視的規模で制御された構造を持つ物質を
合成することが可能となっている。具体的にそうした合
成法の一端を示せば、例えば分子線エビタキシー(MB
E)法による結晶成長法が挙げられよう。MBEはなる
べく均一な分子線ビームを使って、ターゲット上に原子
や分子を一つ一つ並べていくようなことを行うものであ
り、ある意味では究極の物質合成法の一つである。
Until now, synthesis methods have mainly utilized the macroscopic properties of substances. Of course, the mechanism was based on microscopic objects, but for example, reactions were caused in a reactor to obtain the average product. For this reason, the focus of process control has been how uniform the average value can be obtained and how much dispersion can be suppressed. Of course, it is an important issue to bring the average value to the desired point, but this is rather
There was a tendency to let nature take its course. However, in recent years, methods for synthesizing substances have made tremendous progress, and it has recently become possible to synthesize substances whose structures are controlled on the m-scale, such as the atomic and molecular scales. To give a concrete example of such a synthesis method, for example, molecular beam epitaxy (MB
E) Crystal growth method may be mentioned. MBE uses a molecular beam that is as uniform as possible to line up atoms and molecules one by one on a target, and is, in a sense, one of the ultimate materials synthesis methods.

旧来の化学的な合成法と異なり、この様な合成技術では
、合成条件をどう制御するかが重要である。旧来の方法
では合威条件の制御パラメータは比較的大まかであり、
合成法もアボガドロ数近くを相手にしていたが、これら
、新しい合成法では原子レベルのコントロールが必要で
あり、またそれを行うことが可能な合成法でもある。し
かし、制御は可能であるが最適条件が不明であることが
多い。現在では、いろいろ条件を振って最適な解を経験
的に探そうという傾向が強い。こうして得られた最適条
件はデータベースとなり、今後の合成峙の指針となる。
Unlike traditional chemical synthesis methods, in this type of synthesis technology, it is important to control the synthesis conditions. In the traditional method, the control parameters for the successive conditions are relatively rough;
Synthetic methods used to work around Avogadro's number, but these new synthetic methods require control at the atomic level, and are also synthetic methods that allow this. However, although control is possible, the optimal conditions are often unknown. Nowadays, there is a strong tendency to search for the optimal solution empirically by varying various conditions. The optimal conditions obtained in this way become a database and serve as guidelines for future synthesis efforts.

上にあげたMBE法では分子ビームの強度、基板の温度
、残留ガスの種類と濃度等が制御因子である。これらに
よって結晶・薄膜の或長速度を制御することができる。
In the above-mentioned MBE method, controlling factors include the intensity of the molecular beam, the temperature of the substrate, and the type and concentration of residual gas. With these, it is possible to control a certain elongation speed of the crystal/thin film.

一方、最近では物質の評価技術にも大きな進歩がみられ
ている。とくに、時間分解能と空間分解能が従来に比較
して飛躍的に向上している。物質の構造(原子や分子が
どう並んでいるのか)を調べる手立てとしては、これま
での透過型電子顕微g (TEM) ヤ走IE型[−S
iJII微ffl(SEM)l::加えて、さらに個々
の原子・分子を区別できるような評価方法が考案・実現
されている。例えば、走査型トンネル顕微鏡(STM)
を使えば個々の原子を十分な空間分解能で捕らえること
ができるし、低速電子線回折(L E E D)法をう
まく使用すれば物質表面の原子がどう並んでいるかを、
直接的に調べることが出来る。しかも、評価にかかる時
間も瞬時で済むようになりつつあり、これによって、そ
の場(1n situ )観測・評価が可能になりつつ
ある。もちろん評価の手段としては微視的なスケールで
の原子構造を決めるものだけがあれば良いわけではなく
、電子状態も考慮すべき重要なファクターである。とく
に固体表面の電子状態は固体の示す反応性を支配し、ま
た、半導体.絶縁体の場合は誘電的性質や光学的性質を
規定する。
On the other hand, significant progress has been made in recent years in substance evaluation technology. In particular, temporal resolution and spatial resolution have improved dramatically compared to conventional methods. As a means of investigating the structure of substances (how atoms and molecules are arranged), conventional transmission electron microscopy (TEM), Yasashi IE type [-S
iJII ffl (SEM): In addition, evaluation methods that can further distinguish between individual atoms and molecules have been devised and realized. For example, scanning tunneling microscopy (STM)
If we use low-speed electron diffraction (LEED), we can capture individual atoms with sufficient spatial resolution, and if we use low-speed electron diffraction (LEED), we can see how the atoms on the surface of a material are arranged.
You can check it directly. Moreover, the time required for evaluation is becoming instantaneous, and as a result, in-situ observation and evaluation are becoming possible. Of course, the evaluation method does not only need to be one that determines the atomic structure on a microscopic scale; the electronic state is also an important factor to consider. In particular, the electronic state of the solid surface governs the reactivity of the solid, and is also important for semiconductors. In the case of insulators, dielectric properties and optical properties are specified.

こうした固体表面の電子状態を測定・評価するにはオー
ジェ電子分光(AES)をはじめとして様々な方法で固
体表面近傍の電子を励起させこれに起因して放出される
電子や光などの分光手段で調べることができる。測定の
手段によっては表面のごく近傍だけの電子状態を調べた
り、あるいはもっと固体の内部にまで立ち入った電子状
態を調べる事も可能となりつつある。この事は表面に垂
直な方向に沿って、電子状態を調べていけることを意味
する。またSTMを使用して、その電流・電圧特性から
、その点での局所的な電子状態を知ることも可能である
(このような手法をSTSという)。これによって表面
に平行な方向での電子状熊の変化を捕えられる。さらに
、表面の極々近傍のみに着目して、なるべく表面状態に
影響を与えないようにしてこの電子状態を調べることも
準安定分子を静かに固体表面に近付けてこれと表面状態
とが相互作用し、ここから出る電子を分光して行うこと
(準安定分子分離分光法:MDS)で可能である。バル
クの電子状態の実測は今後もその重要性の些かも損なわ
れることはないであろうが、これについては、例えば最
も基本的なフエルミ面の測定に関しては、旧来から行わ
れてきた、磁気抵抗の測定、シュビニコフ●ドハース効
果、トハース・ファンアルフエン効果、サイクロトロン
共鳴等などに加えて、最近では陽電子消滅法と医用機器
で普及しているコンピュータトモグラフィー(CT)と
を結合させて、金属のフエルミ面の三次元像を直接得る
方法も提案・実施され、新しい知見を与え始めている。
To measure and evaluate the electronic state on the surface of a solid, various methods such as Auger electron spectroscopy (AES) are used to excite electrons near the solid surface and use spectroscopic means such as electrons and light emitted due to this. You can check it out. Depending on the measurement method, it is becoming possible to investigate the electronic state only in the very vicinity of the surface, or to investigate the electronic state even deeper into the interior of a solid. This means that the electronic state can be investigated along the direction perpendicular to the surface. Furthermore, using STM, it is also possible to know the local electronic state at a point from its current/voltage characteristics (such a method is called STS). This allows us to capture changes in the electronic bear in the direction parallel to the surface. Furthermore, it is also possible to investigate the electronic state by focusing only on the very vicinity of the surface and avoiding affecting the surface state as much as possible, or by gently bringing the metastable molecule close to the solid surface and allowing it to interact with the surface state. This can be done by spectroscopy of the electrons emitted from this (metastable molecular separation spectroscopy: MDS). Actual measurements of bulk electronic states will continue to be important, but for example, the most basic measurement of the Fermi surface is performed using magnetoresistive methods, which have been used for a long time. In addition to measurements such as Shuvinnikov-Do Haas effect, Tohas-van Alphwen effect, cyclotron resonance, etc., recently, the positron annihilation method and computer tomography (CT), which is popular in medical equipment, have been combined to Methods to directly obtain three-dimensional images of surfaces have also been proposed and implemented, and are beginning to provide new knowledge.

電子状態と並んで、磁気的な性質もまた重要である。バ
ルクにせよ表面にせよ、磁気的な性質を調べるものとし
ては熱中性子の散乱実験が一番本格的であろう。これに
よればスピン波の観測や磁気秩序の同定などが可能であ
る。
Along with electronic states, magnetic properties are also important. Thermal neutron scattering experiments are probably the most serious way to investigate magnetic properties, whether in the bulk or on the surface. This makes it possible to observe spin waves and identify magnetic order.

さて、半導体素子の改善と画期的なアーキテクチャの出
現により、電子計算機の処理能力はまさに1ヒまるとこ
ろを知らない勢いで向上している。
Now, with improvements in semiconductor devices and the emergence of revolutionary architectures, the processing power of electronic computers is increasing at an almost unprecedented rate.

とくにスーパーコンピュータの出現以来、この傾向は加
速され、現在ではIOGFLOPSの処理能力を誇る計
算機も珍しくない。この事は以前には実行不可能であっ
た大規模な数値計算が行われ得ることを意味しており、
これによって詳細なシミュレーションが事実行われてい
る。シミュレーションは仮定された理論的なモデルに基
いて行われる数値丈験であり、また模擬実験である。し
たがってどの様なモデルを採用するかが決定的であり、
仮定したモデルから拐られる筈の結果以外の桔果は得ら
れない。しかし、物理学のような自然を理解する上で最
も基本的な学問も進んできて、基本方程式には疑う余地
の無いものが分かっている。このため、力ずくででも良
いから、これを解くことが沙求されてくる。 具体的な
ことをいえば、物質の示す様々な性質は基本的には量子
力学の原理に則って記述、理解されまた同時に予言され
る。したがって、基本方程式であるシュレーディンガ一
方程式を要求された系(境界条件)で解.けば良いので
あるがこの方程式は一般には非線形の偏微分方程式であ
るために、数値的に解くことを困難にしている。しかし
、数値的には本質的でない部分は結果になるべく影響を
与えないように留意しながら近似し、制限付きながら、
線型化する計算法の発明や、まったく別の観点にたって
の計算法の捉案もあって、最近では高速の電子計算機を
駆使して非経験的に解くことが始められている。こうし
て電子状態が分かれば、その系の全エネルギーをこれか
ら計算することが出来るので、全エネルギーをいろいろ
な原子配置に関して計算することで、構造安定性を論じ
、また予測することが可能である。さらに、電子状態は
物質の性質を基本的に規定しているので、金属の輻送現
象の多くはそのバンド構造ないしフェルミ面構造から理
解・予81Jできる。また、半導体・絶縁体の示す光物
性は基本的にはバンド間遷移に起因する。これを議論す
ることで、光学材料を設計しようという機運も高まって
いる。
This trend has accelerated especially since the advent of supercomputers, and now computers boasting IOGFLOPS processing power are not uncommon. This means that large-scale numerical calculations that were previously infeasible can be performed.
Detailed simulations have actually been carried out using this method. A simulation is a numerical experiment conducted based on an assumed theoretical model, and is also a mock experiment. Therefore, it is decisive what kind of model to adopt.
No results can be obtained other than the results that are supposed to be removed from the assumed model. However, progress has been made in the most fundamental sciences for understanding nature, such as physics, and the basic equations are known beyond doubt. For this reason, there is a need to solve this problem, even if it is by force. Specifically, the various properties exhibited by matter are basically described, understood, and predicted at the same time according to the principles of quantum mechanics. Therefore, the basic equation, Schrödinger's equation, can be solved using the required system (boundary conditions). However, since this equation is generally a nonlinear partial differential equation, it is difficult to solve it numerically. However, we approximated numerically non-essential parts while taking care not to affect the results as much as possible, and with some limitations,
Thanks to the invention of a linear calculation method and the idea of a calculation method from a completely different perspective, it has recently begun to be solved experientially using high-speed electronic computers. Once the electronic state is known, the total energy of the system can be calculated. By calculating the total energy for various atomic configurations, it is possible to discuss and predict structural stability. Furthermore, since electronic states basically define the properties of materials, many of the transport phenomena in metals can be understood and predicted from their band structures or Fermi surface structures. Furthermore, the optical properties exhibited by semiconductors and insulators are basically caused by interband transitions. By discussing this issue, there is a growing momentum to design optical materials.

この様な物性理論の発展と計算機の発展により、極端に
理想化された状態でなく、現実の系を定量的かつ非経験
的に調べられるようになってきたことを受けて、実験物
理・実験化学、理論物理・理論化学に続く第三の分野、
計算物理・計算化学が新しい学問分野として登場し、こ
の直接の工学的な応用として材料設計、合金設計、薬品
設計、分子設計、半導体設計などの『物質設計jが現実
のものとして現れ始めている。『物質設計』はこれまで
の『工学』が目標としていたものを直接的な形に言い直
したものに過ぎないが、方法論的にはまったく新しいも
のであり、しかも実現可能性は大変高い。現在多くの分
野で『物質設計』への試みが成されている。
With the development of condensed matter theory and the development of computers, it has become possible to quantitatively and non-empirically investigate real systems, rather than extremely idealized states. The third field following chemistry, theoretical physics and theoretical chemistry,
Computational physics and computational chemistry have emerged as new academic fields, and direct engineering applications of materials design, such as material design, alloy design, drug design, molecular design, and semiconductor design, are beginning to emerge as a reality. Although ``material design'' is merely a direct recasting of the goals of ``engineering,'' it is methodologically completely new, and the possibility of realization is very high. Currently, attempts at ``material design'' are being made in many fields.

以上のような物質の合成、物質の評価、物性の理解・予
測といった諸要素は現在それぞれの形でしか発展させら
れていない。このために.それぞれの持つ長所を組み合
わせて、より効率の良い物質の合成・評価・予測システ
ムは現状では得られていない。
The various elements mentioned above, such as material synthesis, material evaluation, and understanding/prediction of physical properties, are currently being developed only in their respective forms. For this. At present, a more efficient system for synthesizing, evaluating, and predicting substances that combines the strengths of each has not been achieved.

現在のこれらの技術の使われ方の一例として半導体の設
計開発を挙げよう。ここではもちろん物質の合成・評価
・予測といった技術は使用されていないが、方法論的に
は良く似ているので、既存の技術としての例となろう。
Let us take the design and development of semiconductors as an example of how these technologies are currently used. Of course, technologies such as material synthesis, evaluation, and prediction are not used here, but the methodologies are very similar, so it can be used as an example of an existing technology.

さて、半導体素子の設計・開発には通常以下のような作
業を行う。まず、設計仕様に基づいて、必要な基礎技術
の検討がなされる。例えば0.5μmのリソグラフィー
が必要であれば、それを切るための光学系とか、レジス
ト材料の開発などがあるがここではそうした要素技術は
出来ているものとしよう。したがってシミュレータ(こ
れにはプロセスシミュレータ、デバイスシミュレータ、
回路シミュレータ、バタンシミュレー夕など色々あり、
またレジストシミュレータなどもある)も完備している
とする。設計仕様に基づいて、例えばプロセスシミュレ
ー夕を駆使して、所望の特性を示すように不純物プロフ
ァイルを決め、これを与えるイオン注入条件(ドーズ量
、加速電圧、イオン注入の順序など)を決定する。この
プロセスパラメータに則って実際にイオン注入等を行う
。もちろんこれが本当にシミュレーション通りの特性.
を示しているかどうかは、こうして作成した物をSIM
SやXPSを使って後で解析・評価し、その結果を次回
の設計開発、すなわちシミュレーションに反映させる。
Now, the following tasks are usually performed in the design and development of semiconductor devices. First, the necessary basic technology is examined based on the design specifications. For example, if 0.5 μm lithography is required, there will be an optical system for cutting it, development of resist materials, etc., but here we will assume that these elemental technologies are already in place. Therefore simulators (this includes process simulators, device simulators,
There are various circuit simulators, batan simulators, etc.
It is also assumed that it is fully equipped with a resist simulator, etc.). Based on the design specifications, for example, by making full use of a process simulator, an impurity profile is determined so as to exhibit desired characteristics, and ion implantation conditions (dose amount, accelerating voltage, order of ion implantation, etc.) to provide this are determined. Ion implantation and the like are actually performed according to these process parameters. Of course, this is the characteristic exactly as simulated.
To check whether it shows the SIM
Analyze and evaluate the design later using S and XPS, and reflect the results in the next design development process, that is, simulation.

しかし、イオン注入ならイオン注入を行っている間はそ
のパラメータでいいのかどうかを調べることはしないし
、また、本当に予想通りの不純物プロファイルが得られ
ているかどうかの調べていないし、狙い目から外れかけ
てもそれを修正することもできない(そもそも狙い目か
ら外れかけていることを知る由もない)。この様な手法
では正しい結果を与えるシミュレー夕を準備することが
、まず、大きな問題となる。また、想定されたケースで
は正しい結果を与えるにしても、どの様な条件下でもそ
の正しさを保証することは困難な問題である。また、合
成している状況が分からないので、高品質のものを効率
良く作成することも困難である。
However, in the case of ion implantation, while performing ion implantation, we do not check whether the parameters are correct or not, and we do not check whether the impurity profile is really as expected, and we almost miss the target. However, there is no way to correct it (there is no way to know that you are off target in the first place). In such a method, the first big problem is preparing a simulation that gives correct results. Furthermore, even if the correct result is given in the assumed case, it is difficult to guarantee the correctness under all conditions. Furthermore, since the conditions of synthesis are not known, it is difficult to efficiently produce high-quality products.

(発明が解決しようとする課題) 以上に述べたように、近年の技術の進歩により、原子・
分子スケールといった微視的な規模を制御しながら物質
を合成して行けるような合成技術と、やはり原子・分子
スケールを実時間の内に評価できる In s1tu観
測と、理論的なモデルに基づいて、高速の電子計算機で
行うシミュレーションとがそれぞれ可能となっている。
(Problem to be solved by the invention) As mentioned above, with the progress of technology in recent years, atoms and
Based on synthetic technology that can synthesize substances while controlling the microscopic scale such as the molecular scale, in-situ observations that can evaluate the atomic and molecular scale in real time, and theoretical models, Simulations using high-speed electronic computers are now possible.

しかし現状ではそれぞれの技術が比較的孤立しており、
その中では合威と評価は一体化されつつあるものの、そ
れでも物性予測によってフィードバックを掛けるところ
までは至っ−ていない。これでは新材料の探索はもちろ
ん、効率良く良質の材料を合成することすら困難である
However, currently each technology is relatively isolated,
Although results and evaluations are being integrated, it has not yet reached the point where feedback is provided through physical property predictions. This makes it difficult not only to search for new materials, but also to efficiently synthesize high-quality materials.

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、最新の技術を
有機的に組合わせてシステム化をはかり、合成過程の最
適化を行い、もって良質の材料を最も効率よく作威した
り、新材料を開発したりすることを可能とする物質の合
成制御システムを提供することを目的とする。
The present invention was created in view of the above points, and aims to systemize the latest technologies by organically combining them, optimize the synthesis process, and produce high-quality materials most efficiently and create new materials. The purpose is to provide a substance synthesis control system that enables the development of materials.

[発明の構成] (課題を解訣するための手段) 上記目的を達或するため本発明では、任意の物性を示す
物質を合戊する手段と、現在注目している物質の性質を
実時間の内にirrsitu観測し、評価する手段と、
適切な理論的モデルに基いてその系の物性を理論的に調
べられるシミュレーショ冫手段とを具備し、シミュレー
ションの実行特開に比べればそれより遅い速度で物質を
合成しながら、評価手段から得られた情報をその出発値
として同I,rにシミュレーションを行ってこのままの
条件で合成を続けたらどうなるかを千71111 L、
目的の合成物を得るためにここからどう修正を加えてい
けば良いかを推定して、これにしたがって、フィードバ
ック方式で合成の条件を制御することを特徴とする物質
の合成制御システムを構成する。
[Structure of the invention] (Means for solving the problem) In order to achieve the above object, the present invention provides a means for combining substances exhibiting arbitrary physical properties, and a method for measuring the properties of the substance of interest in real time. a means for observing and evaluating the irrsitu within the
It is equipped with a simulation tool that can theoretically investigate the physical properties of the system based on an appropriate theoretical model, and is capable of synthesizing materials at a slower speed compared to the simulation execution method, while obtaining the results obtained from the evaluation method. Using the obtained information as a starting value, perform a simulation on the same I, r, and find out what will happen if the synthesis continues under the same conditions.
A substance synthesis control system is constructed in which it estimates how modifications should be made from here to obtain the desired compound and controls the synthesis conditions in a feedback manner accordingly. .

本発明では、上にのべた物質の合成制御システムでの物
質の合成手段としては、原子・分子スケールといった微
視的なサイズでその構造を制御し得るものであって、現
在の技術水準では具体的には分子線エピタキシャル成長
法(MBE) 、有機金属化合物を使った熱分解気相戊
長法(MOCVD)、真空蒸着法、スパッタ法、イオン
クラスタービーム法(ICB)、ラングミュアー・ブロ
ジェット法(L B)等を利用した合成手段を持つこと
を特徴とする。
In the present invention, the means for synthesizing substances in the above-mentioned substance synthesis control system is one that can control the structure on a microscopic scale such as an atomic or molecular scale, and is not concrete at the current state of the art. Examples include molecular beam epitaxial growth (MBE), pyrolytic vapor deposition (MOCVD) using organometallic compounds, vacuum evaporation, sputtering, ion cluster beam (ICB), Langmuir-Blodgett ( It is characterized by having a synthesis means using L B), etc.

本発明では、上にのべた物質の合成制御システムでの物
質の評価方法としては、所望の物性を実特開のうちにそ
の場( 11 sltu)観測できるものであって、現
状の技術水準では、原子構造を微視的なレベルで決定で
きるものとして、低速電子線回折法(LEED)、反射
高速電子線回折法(RHEED)、広域X線吸収微細構
造(EXAFS)および表面広域X線吸収微細構逍(S
EXAFS)、透過型電子顕微鏡(TEM)、走査型電
子顕微,i(SEM)、走査型トンネル顕微m(STM
)、原子間力顕微鏡(AFM)、電界イオン顕微鏡(F
IM)等を具体例とし、電子状態を測定する手法として
は光電子分光(PES,XPS,UPS)やオージェ電
子分光(AES) 、’fjja分解能電子エネルギー
損失分光(HREELS,LEELS)、ベニングイオ
ン化電子分光、準安定分子分離分光(MDS)等があり
、振動スペクトルに関しては赤外吸収(IR)やラマン
分光法等があり1磁気的な性質を把握できるものとして
電子スピン共鳴(ESR)や核磁気共鳴(NMR) 、
熱中性子による散乱実験等を、さらに元素分析を行うた
めには2次イオン質量分析法(S IMS)やイオン中
和法(INS)等を具体例として持つことを特徴とする
In the present invention, the method for evaluating substances in the above-mentioned substance synthesis control system is one that allows for in-situ (11 sltu) observation of desired physical properties during actual patent application, and is a method that can be used at the current state of the art. , Low-energy electron diffraction (LEED), reflection high-speed electron diffraction (RHEED), extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), and surface wide-area X-ray absorption fine structure are methods that can determine the atomic structure at the microscopic level. Structure (S)
EXAFS), transmission electron microscope (TEM), scanning electron microscope, i (SEM), scanning tunneling microscope m (STM)
), atomic force microscope (AFM), field ion microscope (F
Examples of methods for measuring electronic states include photoelectron spectroscopy (PES, , metastable molecular separation spectroscopy (MDS), etc.; for vibrational spectra, there are methods such as infrared absorption (IR) and Raman spectroscopy;1 methods for understanding magnetic properties include electron spin resonance (ESR) and nuclear magnetic resonance. (NMR),
It is characterized by having specific examples such as scattering experiments using thermal neutrons, and secondary ion mass spectrometry (SIMS) and ion neutralization method (INS) for further elemental analysis.

本発明では、上にのべた物質の合成制御システムでの物
質の合成方法として、同じ原理に基づく装置を複数個有
し、この内のごく少数の合成系を詐価装置により In
 Sltu評価し、この情報に基づいてシミュレーショ
ンを行い、この桔果をすべての合成装置に反映させるこ
とを特徴とする。
In the present invention, as a substance synthesis method in the above-mentioned substance synthesis control system, a plurality of apparatuses based on the same principle are used, and a very small number of synthesis systems among these are injected using fraudulent equipment.
It is characterized in that it evaluates Sltu, performs simulation based on this information, and reflects this result on all synthesis devices.

さらに、本発明では、上にのべた物質の合成制御システ
ムでの物質の合成方法として、同じ原理に基づく装置を
単数或いは複数個有し、このうちの任意個を評価対象と
するとき、評価手段として、それぞれ異なる原理に話づ
く評価法で評価し、これらから得られた相補的な情報を
もとに理論的に系のシミュレーションを行い、この結果
をすべての合成装置に反映させることを特徴とする。 
最後に、本発明では、上にのべた物質の合成制御システ
ムに於いて、複数個の独立な高速計算機を擁し、評価装
置から得られた情報をもとに一群のプロセスパラメータ
を準備しそれぞれ少しずつ異なるプロセスパラメータを
設定して、該計算機を並列的に動作させることで同時に
シミュレーションを行い、この結果を比較して、所定の
手順乃至基準によって判断して最適なプロセスパラメー
タを透択しこの結果を合成装置に反映させることを特徴
とする。
Furthermore, in the present invention, when the substance synthesis method in the substance synthesis control system described above has one or more apparatuses based on the same principle, and any one of them is to be evaluated, the evaluation means The system is characterized in that it is evaluated using evaluation methods based on different principles, and the system is theoretically simulated based on the complementary information obtained from these evaluation methods, and the results are reflected in all synthesis equipment. do.
Finally, in the present invention, in the substance synthesis control system described above, a plurality of independent high-speed computers are provided, and a group of process parameters are prepared based on the information obtained from the evaluation device. Simultaneously run the computers in parallel by setting different process parameters, compare the results, and select the optimal process parameters based on predetermined procedures or criteria. is characterized in that it is reflected on the synthesis device.

(作用) 本発明でいう任意の物性を示す物質の合成法は、微視的
なスケールで制御された合成法、すなわち、制御を十分
に行えば要求される性質の物質を合成できる方法を意味
する。本発明ではこの物質合成の制御を理論的なモデル
に従ったシミュレーションによって物性の予測を行い、
これに基づいて、プロセスパラメータの制御を行うもの
である。ただし本発明では、従来のようにシミュレーシ
ョンはシミュレーションで別途行い、これをデータベー
スとして使用するのではない。本発明では、シミュレー
ションはその時点の合成状況と無関係に行われるわけで
はなく、合成している系を刻々微也的に様々な手法でM
 aPI・J・〔価して、これをシミュレーションの出
発値にとり、あるいはシミュレーション口体の制御変数
例えば系の温度や圧力など制御変数として使用し、シミ
ュレーションを行う。これによって合成過程を随時追い
掛けてフィードバソクを掛ける。これにより、安定に所
望な物質の合成を行うことが可能である。もちろん合成
が完全に理想的に行われるならば、この様な随特kll
!API・評価は本来必要無いはずである。プロセスパ
ラメータの出発値さえ厳密に決めればそれで良い笛であ
るが、火際には合成を進めていくと必ず当初の予想から
外れてくる。合成過捏はやはり理、想的には行われず、
必す系を揺動する要因があるからである。しかるにJ・
F価装置によって合成している現状を適確に捕らえれば
、これを新たな出発点として予測システムを起動するこ
とができる。
(Function) The method of synthesizing a substance exhibiting arbitrary physical properties as used in the present invention means a synthesis method controlled on a microscopic scale, that is, a method that can synthesize a substance with the required properties if sufficient control is performed. do. In the present invention, we control this material synthesis by predicting physical properties through simulations based on a theoretical model.
Based on this, process parameters are controlled. However, in the present invention, the simulation is not performed separately and used as a database as in the past. In the present invention, the simulation is not performed independently of the synthesis situation at that time, but the system being synthesized is minutely simulated using various techniques.
aPI.J [value] and use it as a starting value for the simulation, or use it as a control variable of the simulation port, such as the temperature and pressure of the system, to perform the simulation. This allows the synthesis process to be tracked at any time and a feedback filter is applied. Thereby, it is possible to stably synthesize a desired substance. Of course, if the synthesis were to be carried out completely ideally, such a special kll
! API/evaluation should not be necessary. As long as the starting values for the process parameters are determined strictly, it's fine, but as the synthesis progresses, the results will always deviate from the initial expectations. Synthetic over-manipulation is not done ideally or imaginatively,
This is because there are factors that oscillate the necessary system. However, J.
If the current state of synthesis using the F value device is accurately captured, a prediction system can be activated using this as a new starting point.

予測システムはこのまま現在のプロセスパラメータで合
成を続けていったときの状況を知ることができるばかり
ではなく、今からどういうパラメータに変更すれば当初
の目論見通りになるかを予測することも出来る。こうし
て当初の見込みからずれた分を吸収し、結果的に目標通
りの物質を得ることができる。
The prediction system can not only know what will happen if synthesis continues with the current process parameters, but also predict what parameters should be changed from now on to achieve the original plan. In this way, it is possible to absorb the amount that deviates from the initial estimate and obtain the target material as a result.

(丈施例) 以下に、本発明の丈施例を図面を参照しながら説明する
(Length Examples) Below, length examples of the present invention will be described with reference to the drawings.

丈施例I MBE法による超格子構造を持った半導体乃至金属の合
成とこれをLEED法あるいはRHEED法によって評
価し、計算機実験によって千aPIUながら、MBEを
制御することを例として述べる。システムの構成を第1
図に示す。11がMBE装置であり、MBE装置11に
は、RHEED用電子銃l2、RHEED用H#J装置
13が取り付けられている。観測装置13は、スクリー
ン14およびその像を撮像するカメラ15を有する。
EXAMPLE I We will describe as an example the synthesis of semiconductors or metals with a superlattice structure using the MBE method, evaluation of this using the LEED method or RHEED method, and the control of MBE at 1,000 aPIU through computer experiments. System configuration first
As shown in the figure. 11 is an MBE device, and the MBE device 11 is attached with an electron gun 12 for RHEED and an H#J device 13 for RHEED. The observation device 13 has a screen 14 and a camera 15 that captures an image of the screen.

M B E装置11にはまた、四重極型質量分析器16
が取り付けられている。構造解析用コンピュータl7は
、R}fEED制御信号を出すと共に、RHEED観A
p+装置13,質量分析器16から得られるデータを取
り込んで、構造解析を行うものである。横造角q析コン
ピュータ17により得られた構遣データは、子dpj用
コンピュータすなわちシミュレータ18に送られる。シ
ミュレータ18では、外部人力データおよび構遣データ
を元に、結晶成長を継続しながらその結晶成長を続けた
場合に得られる桔見の性質の予測等を行う。このシミュ
レーション桔果は制御用コンピュータ19に送られる。
The MBE device 11 also includes a quadrupole mass spectrometer 16.
is installed. The structural analysis computer 17 outputs the R}fEED control signal and also outputs the RHEED view A.
Structural analysis is performed by importing data obtained from the p+ device 13 and mass spectrometer 16. The structural data obtained by the horizontal angle q analysis computer 17 is sent to a child DPJ computer, ie, a simulator 18. The simulator 18 performs predictions of the properties of the wall that will be obtained if the crystal growth continues, based on the external human power data and the configuration data. The simulation results are sent to the control computer 19.

制御用コンピュータ19は、予め与えられる設=1仕?
,1と、ンミュレータ18から送られたデータを元に、
MBE装置11に対して各種の成長条件を制御する制御
信号を送出する。
The control computer 19 has a pre-given setting of 1 type.
, 1 and the data sent from the emulator 18,
Control signals for controlling various growth conditions are sent to the MBE apparatus 11.

M B E装置11は、高真空中でターゲットとする払
板に分子線源から分子線ビームを当てて結晶を成長させ
るものである。この方法では、まず、系全体を真空排気
して残留ガスをなるべく少なくする。同時に真空容器の
内壁からでる不純物ガスを取り除くため高温(〜200
℃)でベーキングしなければ成らない。分子線源にはク
ヌッセン・セルと呼ばれる上部に小さい穴の開いたルツ
ボを加熱することによって成分元素を蒸発させて得る。
The MBE apparatus 11 is for growing a crystal by applying a molecular beam beam from a molecular beam source to a target cutting plate in a high vacuum. In this method, the entire system is first evacuated to reduce residual gas as much as possible. At the same time, in order to remove impurity gas coming from the inner wall of the vacuum container,
It can only be made by baking at ℃). A molecular beam source is obtained by vaporizing component elements by heating a crucible with a small hole in the top called a Knudsen cell.

超格子を作るには幾つかの成分元素の分子線源を用意し
なければならない。このように複数のクヌッセン・セル
を持つ場合は開口部と基板との間にシャッターを設け、
これを制御することで任意の分子線が基板に当たるよう
にする必要がある。クヌッセン・セルの温度はO.l’
C程度の範囲で制御できるようになっており、この温度
調節で分子線の強度を調節する。分子線の強度は基板近
くにおかれた四重極型質量分析器16によって測定する
To create a superlattice, molecular beam sources of several component elements must be prepared. When having multiple Knudsen cells like this, a shutter is provided between the opening and the substrate.
It is necessary to control this so that any molecular beam hits the substrate. The temperature of the Knudsen cell is O. l'
The temperature can be controlled within a range of approximately C, and the intensity of the molecular beam is adjusted by controlling the temperature. The intensity of the molecular beam is measured by a quadrupole mass spectrometer 16 placed near the substrate.

四重!!!i!a質量分析器l6は極めて高感度で分子
を検出できるので1秒間に1原子層を成長させるような
微弱な分子線強度でも測定できる。分子線は基板に向か
って真っ直ぐに飛んでいかなくてはならない。このため
に不要な熱雑音を避ける必要がある。そこで通常はクヌ
ッセン・セルの囲りは液体窒素などで冷却された金属壁
で覆うことが多い。
Fourfold! ! ! i! Since the mass spectrometer 16 can detect molecules with extremely high sensitivity, it can measure even a weak molecular beam intensity that grows one atomic layer per second. The molecular beam must travel straight toward the substrate. For this reason, it is necessary to avoid unnecessary thermal noise. Therefore, the Knudsen cell is usually surrounded by a metal wall cooled with liquid nitrogen.

同口、シに基板自身も分子線の衝突による加熱を防ぎ・
一定の温度になるように工夫されている。
Similarly, the substrate itself also prevents heating due to molecular beam collisions.
It is designed to maintain a constant temperature.

この様な装置によってその成長速度を一秒間に一原子層
まで遅くできるので、制御するための時間が十分あるこ
とになる。これによって原子層の数まで制御した超格子
成長が可能である。またプロセス全体が低温下で行われ
るので、熱拡散による構造のボケが従来の方法に比較し
生じにくい。
With such a device, the growth rate can be slowed down to one atomic layer per second, so there is plenty of time for control. This allows superlattice growth that is controlled down to the number of atomic layers. Furthermore, since the entire process is carried out at low temperatures, the structure is less prone to blurring due to thermal diffusion compared to conventional methods.

このために理想的な界面を持った超格子構造を作成する
ことができる。
For this purpose, a superlattice structure with ideal interfaces can be created.

LEED法は電子の波動性を利用して、結晶表而の原子
配列によって回折を起こさせ、入射光と回折光との強度
の相互関係や入射光と回折光との角度の関係などの情報
を様々な逆格子ロッドに関して集める事で、その原子配
列を知ろうというものである。通常のLEEDで使用さ
れる入射電子線のエネルギーは1〜300eV程度なの
でド・ブロイ波長は0.7〜12A程度となり、原子間
距離と同程度になる。しかも入射エネルギーが小さいの
で原子の散乱断面積が大きく、このために表面から2乃
至3原子展しか達しないので回折パタンは表面近傍での
原子配列のみを反映している。
The LEED method uses the wave nature of electrons to cause diffraction through the atomic arrangement of the crystal surface, and obtains information such as the mutual relationship between the intensities of the incident light and the diffracted light, and the angular relationship between the incident light and the diffracted light. By collecting information about various reciprocal lattice rods, we are trying to learn their atomic arrangements. Since the energy of the incident electron beam used in normal LEED is about 1 to 300 eV, the de Broglie wavelength is about 0.7 to 12 A, which is about the same as the interatomic distance. Moreover, since the incident energy is small, the scattering cross section of the atoms is large, and because of this, only 2 or 3 atoms reach from the surface, so the diffraction pattern reflects only the atomic arrangement near the surface.

LEED法の理論的解析は多重散乱の影響を考慮した動
力学的な回折理論によって行われる。しかし第一義的に
は回折像はブラッグの反射の条件、すなわち入射電子線
と反射電子線での波数ベクトルの変化が逆格子ベクトル
に等しいという条件、を満たす逆格子ロッドで強いスポ
ットが得られる。
Theoretical analysis of the LEED method is performed using dynamic diffraction theory that takes into account the effects of multiple scattering. However, primarily, a strong spot can be obtained for a diffraction image with a reciprocal lattice rod that satisfies the Bragg reflection condition, that is, the change in wave number vector between the incident electron beam and the reflected electron beam is equal to the reciprocal lattice vector. .

多重散乱の影響はこれからのずれとして尖Mjにかかる
。さて、逆格子空間でのバタンから丈空間での原子配置
を一意的に決定することはかなり難しい問題である。推
定される原子配置をある程度の範囲には挾めることがで
きるが、一般にはそこから実空間での原子配置を幾つか
仮定し、それらのモデル構造をフーリエ変換し、電子線
回折像を直接計算して、これと実測されるバタンとを比
較することで最終的な構造を決定する。
The influence of multiple scattering is applied to the cusp Mj as a deviation from this. Now, it is quite a difficult problem to uniquely determine the atomic arrangement in the length space from the bang in the reciprocal lattice space. Although the estimated atomic configuration can be limited to a certain range, in general, several atomic configurations in real space are assumed, these model structures are Fourier transformed, and the electron diffraction images are directly generated. The final structure is determined by calculating and comparing this with the actually measured batan.

RHEED法では、LEED法が低エネルギーでの電子
線を使用するために、空間分解能に限界があるのに対し
て、高速の電子線を使用して分解能を上げることができ
る。しかし、これを固体表曲にまともにぶつけると、固
体の内部にまで電子が侵入してしまい、表面のみならず
固体内部での散乱も混じってしまう。これを避けるため
にRHEED法では、電子線を固体表面スレスレに入射
させて、反射波のみを蜆測し、表面からの情報だけを拾
うようにしている。得られる情報は電子線の回折パタン
なので、基本的にはLEEDと同じであるが、表面スレ
スレに電子線を打ち込むので、表面が平坦な時には綺麓
なRHEEDパタンが得られるが表面が汚れていると(
あるいは単原子層が綺麗に成長していなくて凹凸が存在
すると)、RHEEDパタンのスポットにストリークが
生じる。これによってM B E b’i.長中の固体
表面の平坦さを11ることかできる。すなわちMBE成
長させなからRHEEDパタンを見ていると、あるとき
綺麗なスポット像が得られ、それからMBE成長が進む
につれてそのスポットにストリークが現れだし、さらに
暫くするとまたストリークが消えて綺麗なスポットが得
られるのである。この綺麗なスポットが得られていると
きが平坦な結晶表面が得られているときである。もちろ
ん回折パタンの解折から二次元格子の単位ベクトルを求
めることも出来るし、RHEEDでも反射には表面原子
だけでなく表面から2乃至3原子層下までの情報を含ん
でいるので、これを解析すれば表面近傍の原子の位置を
知ることができる。
In the RHEED method, the spatial resolution is limited because the LEED method uses a low-energy electron beam, whereas the resolution can be increased by using a high-speed electron beam. However, when this is directly applied to the surface of a solid, electrons will penetrate into the interior of the solid, and scattering will occur not only on the surface but also inside the solid. In order to avoid this, in the RHEED method, an electron beam is incident on the solid surface, and only the reflected waves are observed, and only information from the surface is picked up. The information obtained is the diffraction pattern of the electron beam, so it is basically the same as LEED, but since the electron beam is shot into the surface, a clean RHEED pattern can be obtained when the surface is flat, but the surface is dirty. and(
Alternatively, if the monoatomic layer does not grow neatly and there are irregularities), streaks occur in the spots of the RHEED pattern. This allows M B E b'i. It is possible to estimate the flatness of a medium solid surface by 11 times. In other words, when looking at the RHEED pattern without MBE growth, at some point a beautiful spot image is obtained, then as the MBE growth progresses, a streak appears at that spot, and after a while, the streak disappears again and a beautiful spot appears. You can get it. When this beautiful spot is obtained, a flat crystal surface is obtained. Of course, it is also possible to find the unit vector of a two-dimensional lattice from the analysis of the diffraction pattern, and in RHEED, reflections include information not only about surface atoms but also about two to three atomic layers below the surface, so we can analyze this. This allows us to know the positions of atoms near the surface.

一方、原子間の相互作用を何等かの方法で決めれば古典
的な分子動力学法にしたがって、MBEのシミュレーシ
ョンを行うことができる。もちろん計算機の処理能力が
追いつけば、量子力学的なしかも非経験的な手法に基づ
いて瞬間瞬間の電子状態を求め、原子にかかる力を計算
する方法によってもMBEの素過程をシミュレートする
ことができる。LEED/RHEEDの解析から現在の
原子配置が分かるのでこれを出発値とし、理論的なモデ
ルに従い、現在のビーム強度、真空度、基板温度などの
データからこのままMBEを続けたときにどう原子レベ
ルで構遣が変わっていくかが予測される。したがって所
望な原子構遣がある場合にはこれに近付けるためにどう
いったプロセスパラメータを選べば良いかシミュレーシ
ョンの結果から推定される。
On the other hand, if the interactions between atoms are determined by some method, MBE simulation can be performed according to the classical molecular dynamics method. Of course, once the processing power of computers catches up, it will be possible to simulate the elementary processes of MBE by determining the instantaneous electronic states based on quantum mechanical and non-empirical methods and calculating the forces acting on atoms. can. Since the current atomic arrangement is known from the LEED/RHEED analysis, we use this as a starting value, and based on the theoretical model, we can determine what will happen at the atomic level if MBE continues as it is based on data such as the current beam intensity, degree of vacuum, and substrate temperature. It is predicted that the structure will change. Therefore, if there is a desired atomic structure, it is estimated from the simulation results what process parameters should be selected to approximate it.

ここでは古典的な理論モデルを使って解析・予lp1す
る場合についてもう少し詳細に述べよう。まず、何等か
の方法で原子間相互作用をその距離の関数として表して
おく。具体的には関数形を仮定し、この中に含まれるパ
ラメータを凝集エネルギーの丈7Ipj値や格子振動ス
ペクトルなどと一致するように訣定する。仮定される関
数形は柾々のものが考えられるので、これをどう選択す
るかは難しい問題であるが、単純半導体の場合は以下に
示すVFF!!ポテンシャルを仮定すると、良い結果を
得ることができる)jfが知られている。
Here, we will discuss in more detail the case of analyzing and predicting lp1 using a classical theoretical model. First, use some method to express the interaction between atoms as a function of their distance. Specifically, a functional form is assumed, and the parameters included therein are determined to match the cohesive energy height 7Ipj value, lattice vibration spectrum, etc. There are a number of assumed functional forms, so how to choose one is a difficult problem, but in the case of a simple semiconductor, the following VFF! ! Good results can be obtained by assuming the potential) jf is known.

V−aΣ(lrl   r』 l  dz)2+βΣ(
θ1, 一00 14k  )  2 + Voここで
『1は原子iの位置ベクトル、dllは原子?とjの間
の平衡な原子間距離、θ1,は原子i,j,kがなす角
度、θ0■,はその平衡値である。
V-aΣ(lrl r'l dz)2+βΣ(
θ1, 100 14k) 2 + VoHere, ``1 is the position vector of atom i, dll is the atom? The equilibrium interatomic distance between and j, θ1, is the angle formed by atoms i, j, and k, and θ0■, is its equilibrium value.

これらの平衡値は実測データを使えば良い。voはポテ
ンシャルの深さを意味するので凝集エネルギーの実測値
から推定できる。α.βは格子の固さを決めるパラメー
タであるが、適当なクラスターを仮定して、このクラス
ターの分子振動を計算すれば振動数はこれらのパラメー
タの函数であって、対応する実験結果(ラマン散乱の実
験,や赤外吸収の実験など)から最小二乗法により決め
ることができる。原子構造はこのようにして決められた
原子間相互作用にしたがって、古典的なニュートンの運
動方程式(あるいはこれと物理的に等価な方程式) rrx d2r/dt2−−gradV (r)を解き
この安定解から決めることができる。mは各原子の質量
である。ニュートンの運動方程式は時間に関する二階の
微分方程式であるので、適当な初期条件を与える必要が
あるが、これは上で述べたように実測値を使用して、計
算機で数値積分すれば良い。是板が固定されているとか
基板が分子線の衝突によってむやみに加熱されないとい
った考慮を微分方程式に対する境昇条件の形で取り込む
ことも可能である。なお、系(MBEによる成長面近傍
)の温度は原子の運動エネルギーからエネルギー等分配
則を仮定して推定することができる。降ってくる原子の
数は分子線の流量の実aFI値から見積もることが可能
であるので、こうして実δPI値に基いてMBE成長を
古県論的にシミュレート出来る。
Actual measurement data may be used for these equilibrium values. Since vo means the depth of the potential, it can be estimated from the measured value of cohesive energy. α. β is a parameter that determines the stiffness of the lattice, but if we assume an appropriate cluster and calculate the molecular vibration of this cluster, the frequency is a function of these parameters, and the corresponding experimental results (Raman scattering It can be determined by the method of least squares from experiments (experiments, infrared absorption experiments, etc.). The atomic structure is determined according to the interatomic interactions determined in this way, and this stable solution is obtained by solving the classical Newtonian equation of motion (or an equation physically equivalent to this) rrx d2r/dt2--gradV (r). You can decide from m is the mass of each atom. Since Newton's equation of motion is a second-order differential equation related to time, it is necessary to provide appropriate initial conditions, but this can be done by numerically integrating on a computer using actual measurements as described above. It is also possible to incorporate considerations such as the plate being fixed and the substrate not being unnecessarily heated due to collisions with molecular beams in the form of a rising condition for the differential equation. Note that the temperature of the system (near the growth surface by MBE) can be estimated from the kinetic energy of atoms by assuming the law of equal distribution of energy. Since the number of falling atoms can be estimated from the actual aFI value of the flow rate of the molecular beam, it is possible to simulate MBE growth based on the actual δPI value in a paleogenetic manner.

この様なシミュレーションからMBEプロセスのプロセ
スパラメータ依イj性を丈峙間のうちに行うことが出来
る。今のままでMBE成長を続けたらどの様に紀晶戊長
が進むかが予測されるし、これが望ましくないときはこ
れからパラメータの値を変えてより望ましい方向に持っ
ていく事が出来る。さらに、何度かプロセスパラメータ
の値を変史して現在の原子配置からどの様な桔晶成長が
起きるかを調べ、この中から最も適切な(所望の)ちの
を選択することによって、効率良<MBE成長が−==
J能である。もちろん、シミュレーション実行中もMB
EM長は同時進行の形で行われている。
From such a simulation, the process parameter dependence of the MBE process can be determined immediately. It is possible to predict how Kisho Bocho will progress if MBE growth continues as it is, and if this is not desirable, it is possible to change the parameter values to bring it in a more desirable direction. Furthermore, by changing the process parameter values several times to find out what type of crystal growth will occur from the current atomic arrangement, and selecting the most appropriate (desired) value from among these, we can improve efficiency. <MBE growth is −==
It is J-Noh. Of course, MB is also used during simulation execution.
EM length is being carried out simultaneously.

したがってずっとシミュレーションを行っていると、そ
の時々の実測結果を考慮できない。そこで、適当な時間
間隔で実測結果を取り込み、シミュレーションし、許さ
れた時間内に調べられるだけ調べて、パラメータを制御
し、それが終ったら、また、実測値を取り込んでシミュ
レーションを繰り返していけば良い。この適当な時間間
隔はもちろんあらかじめ設定した値を使っても良いが、
シミュレーション結果と実測値とが或る捏度ずれてきた
串を認識して、その段階でシミュレータをクリアし、実
測値を取り込んでシミュレーションをそこから開始し直
しても良い。
Therefore, if simulations are performed all the time, actual measurement results cannot be taken into account. Therefore, if you import actual measurement results at appropriate time intervals, perform a simulation, investigate as much as you can within the allowed time, control the parameters, and once that is completed, import the actual measurement values again and repeat the simulation. good. Of course, you can use a preset value for this appropriate time interval, but
It is also possible to recognize a skewer in which the simulation result and the actual measurement value deviate by a certain degree, clear the simulator at that stage, import the actual measurement value, and restart the simulation from there.

実施例2 MOCVD法による超格子構造を持った半導体乃至金属
の合成とこれを光電子分光(PES)法やオージェ電子
分光(AES)法でその電子状態を調べ、その結果を計
算機による電子状態の計算と比較しながら、フィードバ
ックを掛けて、合成を制御するシステムの実施例を次に
述べる。全体のシステム構成は第2図のようになる。2
1がMOCVD装置、22は原料ガス供給系であり、M
OCVD装置21にはオージェスペクトロメータ23が
取り付けられている。24はオージェ過程角q析用コン
ピュータ、25はシミュレータ、26は判断と嚢数制御
を行う制御用コンピュータである。システムの基本構成
は第1図と向様である。
Example 2 Synthesis of a semiconductor or metal with a superlattice structure by MOCVD method, examining its electronic state using photoelectron spectroscopy (PES) or Auger electron spectroscopy (AES), and calculating the electronic state using a computer. Next, an example of a system that controls synthesis by applying feedback will be described while comparing with the following. The overall system configuration is shown in Figure 2. 2
1 is an MOCVD apparatus, 22 is a raw material gas supply system, and M
An Auger spectrometer 23 is attached to the OCVD apparatus 21. 24 is a computer for Auger process angle q analysis, 25 is a simulator, and 26 is a control computer for making judgments and controlling the number of capsules. The basic configuration of the system is shown in Figure 1.

有機金屈の表面での化学反応を利用して桔晶成長させる
MOCVD法はCVD法の中でも最も制御しやすいもの
として注[」を集めている。一方、超格子に関しては多
くの理論的な予IIlllもあって、とくに原子オーダ
ーでの制御が不可欠になっている。とくに11原子順を
均一に成長させる技術は大変Lll!要である。これを
可能にするものとして、lli原子層エビタキシー(A
LE)法がある。これは、通常のMBE法が分子線を話
仮にぶつけて結晶を成長していくのに対して、分子の固
体表面での反応の選択性を利用したものであって、原理
的にALEを可能とするものである。MBEでALEを
実現するにはこれを細かに観察し続けて、例えばLEE
Dパタンか変化したときを狙って、分子線源のシャッタ
ーを操作するなどの方法が採られている。しかし、固体
表面での反応の特異性を利用すれば自動的に(単原子層
だけ成長してその成長をとまらせるなど)成長をコント
ロールすることができる。これには固体近傍での光励起
反応の特異性を具体例として挙げることができる。この
様にMOCVD法はMBEに無い優れた特性を持ってい
るが、装置パラメータの多さがこの普及を妨げている。
The MOCVD method, which uses chemical reactions on the surface of organic metals to grow crystals, is attracting attention as being the easiest to control among CVD methods. On the other hand, there are many theoretical predictions regarding superlattices, and control on the atomic order has become essential. In particular, the technology to uniformly grow 11 atoms is extremely difficult! It is essential. This is possible through lli atomic layer epitaxy (A
LE) There is a law. In contrast to the usual MBE method, which grows crystals by bombarding molecular beams, this method takes advantage of the selectivity of the reaction of molecules on the solid surface, and in principle makes ALE possible. That is. In order to realize ALE with MBE, we must continue to observe this in detail and, for example, LEE.
Methods such as operating the shutter of the molecular beam source are used to detect when the D pattern changes. However, by taking advantage of the specificity of reactions on solid surfaces, it is possible to automatically control growth (for example, by growing only a monoatomic layer and stopping that growth). A specific example of this is the specificity of photoexcitation reactions near solids. As described above, the MOCVD method has excellent characteristics that MBE does not have, but the large number of equipment parameters is preventing its widespread use.

これには細かい物性の測定・評価が不可欠である。For this purpose, detailed measurement and evaluation of physical properties is essential.

AES法は内殻電子を電子衝突などによってたたき出し
、ここに出来た正孔が電磁波の放射を伴わないで緩和し
ていくとき電子(通常価電子)が放出されるオージェ過
程を利用して価電子帯の状熊密度を直接調べるものであ
る。この電子状態はこれが起因する元素に極めて強く依
存するのでこれによって元素分析することも可能である
。所で、理論的にオージェ過程そのものを調べるのはか
なり難しい。オージェ過程は根本的に多体問題であるの
でこれを直接解くことは現時点の物性理論では不可能で
ある。しかし、AES法で得られる電子状態は局所的な
状態密度を反映するものであるので、表一を含んだ系の
電子状態を計算しこれから求められる電子の状態密度ス
ペクトルに基いて角q釈することが可能である。これに
はある原子配置を仮定して(あるいは仮定せずに系全体
のエネルギーを非経験的に計算してこの最小値を与える
原子配列を使ってもよい)、この系でシュレーディンガ
一方程式を躬き、状態密度を直接求める。
The AES method uses the Auger process, in which inner-shell electrons are ejected by electron collision, and electrons (usually valence electrons) are released when the holes created here relax without electromagnetic radiation. This method directly examines the density of banded bears. Since this electronic state extremely strongly depends on the element it originates from, it is also possible to perform elemental analysis based on this. By the way, it is quite difficult to investigate the Auger process itself theoretically. Since the Auger process is fundamentally a many-body problem, it is impossible to solve it directly using current condensed matter theory. However, since the electronic state obtained by the AES method reflects the local density of states, the electronic state of the system including Table 1 is calculated and the angle q is calculated based on the electron state density spectrum obtained from this. Is possible. To do this, assume a certain atomic arrangement (or you can calculate the energy of the entire system ab initio and use the atomic arrangement that gives this minimum value without assuming it), and then calculate the Schrödinger equation for this system. I made a mistake and found the density of states directly.

これを実験との比較によって、仮定した原子配置が正し
かったかどうかが分かる。電子状態の計算は非経験的に
行えるとはいえ、ここでいう非経験的な手法とは経験的
な、すなわち場当り的なパラメータを持ち込まないと言
うことであって、必ず、ある種の近似を使って計算する
。例えば多電子問題を一体近似するとか、制限された空
間の中で基底状態を探索するとかは現状では避け得ない
。もちろん、理論物理の立場からは串の本質をなるべく
抽出するような近似を行っており、こうした近似を行っ
ても実験に直接比較できる結果を与えている。この様な
わずかな近似は避け得ないがそれでも実験と比較できる
理論的な結果が得られる。
By comparing this with experiment, it can be determined whether the assumed atomic arrangement was correct. Although electronic state calculations can be performed ab initio, the ab initio method here means that no empirical, or ad hoc, parameters are introduced, and it is inevitable that some kind of approximation will be used. Calculate using. For example, it is unavoidable at present to approximate a many-electron problem integrally or to search for a ground state in a restricted space. Of course, from the standpoint of theoretical physics, approximations are made to extract as much of the essence of the skewer as possible, and even with these approximations, results are still directly comparable to experiments. Although such slight approximations are unavoidable, theoretical results can still be obtained that can be compared with experiments.

半導体の光物性、例えば光吸収スペクトルなどは固体内
特有の素励起(エキシトン、ポラリトン、ブラズモンな
ど)が関係していることもあるが、基本的にはそのバン
ド構造に越いて理解・予測される。光デバイスなどに半
導体を利用する場合そうした光学特性は極めて重要な物
理量になるが、これを思い通りに設計するにはこうした
電子状態の計算とそれに伴う予測が重要である。物理理
論の現状では、光学特性を先に与えておいてこれに合致
する電子状態(バンド構造)を椎定することは難しいが
、この逆、電子状態から光学特性を理論的に推定するこ
とは比較的たやすい。もちろん電子状態と光学特性とは
一対一対応すべきものであるが、積分値が同じ値になる
からといって被積分函数が同じにならないことと同様の
状況である。
Optical properties of semiconductors, such as optical absorption spectra, may be related to elementary excitations unique to solids (exciton, polariton, plasmon, etc.), but basically they can be understood and predicted beyond their band structure. . Optical properties are extremely important physical quantities when semiconductors are used in optical devices, but calculations of electronic states and associated predictions are important in order to design them as desired. In the current state of physical theory, it is difficult to first give optical properties and then determine the electronic state (band structure) that matches them, but conversely, it is difficult to theoretically estimate optical properties from the electronic states. It's relatively easy. Of course, there should be a one-to-one correspondence between the electronic state and the optical property, but this is the same situation as the integrands not being the same just because the integral values are the same.

具体的には光吸収スペクトルは誘電函数の虚数部ε2 
(ω)から14られるが、これはε2 (ω)一 1/ω2fΣ2/ (2 π) 3l < vkl p
 l vh>  B  6   [E   (k)  
−E   (k’  )  −−)5  ω コ  d
kである。和は電子に占有されているK点と占有されて
いないk′点でとる。pは運動量演算子である。この表
式では温度の効果は考慮されていない。
Specifically, the optical absorption spectrum is the imaginary part ε2 of the dielectric function.
14 from (ω), which is ε2 (ω)-1/ω2fΣ2/ (2 π) 3l < vkl p
l vh> B 6 [E (k)
-E (k') --)5 ω d
It is k. The sum is taken at point K, which is occupied by electrons, and point k', which is not occupied by electrons. p is the momentum operator. This formula does not take temperature effects into account.

H 阻瓜度でのε2 (ω)には電子のフエルミ分4i
を考慮する必要がある。波動函数 ■,はシュレーディンガ一方程式の固有函数系として求
められるので電子状態を計算機で解けば数値的に得られ
、上式によってこの系の光吸収スペクトルが理論的に分
かる。これと設計(1−様にある光学特性とを比較し、
所望の物質が合成されるようにフィードバックをかけて
いくことが出来る。
H ε2 (ω) at the degree of inhibition has the Fermi component 4i of the electron.
need to be considered. Since the wave function ■ is determined as a system of eigenfunctions of Schrödinger's equation, it can be obtained numerically by solving the electronic state with a computer, and the optical absorption spectrum of this system can be theoretically understood from the above equation. Compare this with the optical characteristics in the design (1-),
Feedback can be applied so that the desired substance is synthesized.

その他の光学特性も同様な手法で求めることができる。Other optical properties can also be determined using a similar method.

半導体超格子では電子状態は通常のバンド措造に比べて
細かい横造を持ったサブバンドを形或する′ilが知ら
れている。サブバンド構造は超格子の厚さによって直接
制御され、またこの構造は半導体超格子に特有の光吸収
スペクトルを与える。これはこの系での光吸収スペクト
ルがサブバンド間の状態遷移によっているからである。
It is known that in a semiconductor superlattice, electronic states form subbands with finer horizontal structures than normal band structures. The subband structure is directly controlled by the superlattice thickness, and this structure gives semiconductor superlattices a characteristic optical absorption spectrum. This is because the optical absorption spectrum in this system depends on state transitions between subbands.

ところで、電子の移動度はデバイスを作った場合そのス
イッチング速度を決める重要なパラメータである。電子
の移動度が大きいほど高速スイッチング動作が可能であ
る。このために現在広く用いられているシリコンよりは
GaAsの方が魅力的である。一方半導体超格子では変
調ドーブを行うことによって空間電殉によるバンドの曲
りが生じ、これによって伝導電子と不純物イオンとが異
なる1φに7−〆在することができ、このためにクーロ
ン故乱の効果が著しく弱められる。したがって高速動作
再能なデバイスを作ることが可能である。これが半導体
超格子の注目された第一の理由であった。以上の理由か
ら分かるように半導体超格子での電子の移動度は超格子
の厚さやドーブ量およびその空間的なプロファイルに大
きく依存する。このためにこれらを調節しつつ所望の特
性を得ることが大切である。さて、電子の移動度μは理
想的にはボルツマン方提式を仮定して次式で与えられる
By the way, electron mobility is an important parameter that determines the switching speed of a device. The higher the mobility of electrons, the higher the speed of switching operation. This makes GaAs more attractive than the currently widely used silicon. On the other hand, in a semiconductor superlattice, modulation doping causes band bending due to space charge loss, which allows conduction electrons and impurity ions to exist in different 1φ, and this causes the effect of Coulomb decay. is significantly weakened. Therefore, it is possible to create a device capable of high-speed operation. This was the first reason why semiconductor superlattices attracted attention. As can be seen from the above reasons, the mobility of electrons in a semiconductor superlattice largely depends on the thickness of the superlattice, the amount of doping, and its spatial profile. For this reason, it is important to obtain desired characteristics while adjusting these. Now, the electron mobility μ is ideally given by the following equation assuming the Boltzmann method.

μ一eτ/m r−’−f (vk−V1 ’ )” EQ (k,k
−)dΩ / v t ・E ここでτは緩和時間、Q(k,k)は散乱確率、■,は
波数ベクトルkの電子の速度、Eはかけている本場、m
は電子の質量、eは素電荷である。
μ1eτ/m r−′−f (vk−V1′)” EQ (k, k
−) dΩ / v t ・E where τ is the relaxation time, Q (k, k) is the scattering probability, ■, is the velocity of the electron with wave number vector k, E is the applied home, m
is the mass of the electron, and e is the elementary charge.

この積分やあるいは散乱確率を計算するには自己無撞る
な波動函数とエネルギー固付値が必要である。散乱中心
゛としては不純物イオンと格子の不完全性および超格子
の昇面からの散乱があり得る。
To calculate this integral or scattering probability, we need a self-consistent wave function and an energy fixed value. Scattering centers may include impurity ions, lattice imperfections, and scattering from ascending planes of the superlattice.

これらの効果を取り込むことで散乱確率が評価され、電
子の移動度を予IIF+することができる。
By incorporating these effects, the scattering probability can be evaluated, and the electron mobility can be predicted by IIF+.

さらに半導体超格子の例でいえば、何等かの理由で合成
装置の制御がうまくいかなくて或る層の厚さが予定して
いた膜厚よりも厚くなってしまったとき、通常の超柊子
作或法ではこのロットは粂却するしか方法が無かったが
、本丈施例に示したように、一層だけ厚くなってしまっ
た超格子構造での電子状態を計算し、これから、例えば
光吸収スペクトルが要求仕様にあるならば、これを計算
し、現在の系と要求されている量とのずれを計算したあ
とで、この上にどの位の厚みで超格子構造を威長させれ
ば要求に合うかを求め、これに必要なプロセスパラメー
タをシミュレータ25で推定することが出来る。これに
よって最終的には設計仕様通りのものを得ることが可能
である。
Furthermore, using the example of a semiconductor superlattice, if for some reason the synthesis equipment does not control well and the thickness of a certain layer becomes thicker than expected, the normal superlattice In the production method, there was no choice but to scrap this lot, but as shown in the Honjo example, we calculated the electronic state in the superlattice structure that had become even thicker, and from this, we could calculate, for example, light absorption. If the spectrum is within the required specifications, calculate this, calculate the deviation between the current system and the required amount, and then determine how thick the superlattice structure should be made to be on top of this. The process parameters required for this can be estimated by the simulator 25. In this way, it is possible to finally obtain a product that meets the design specifications.

もちろん光特性やあるいは電子の移動度だけを調べてい
けば、所望の物ができるわけではない。
Of course, it is not possible to create the desired product by examining only optical properties or electron mobility.

これらの特性が望ましいものであっても、この構造自体
が不安定であればそうした物質は安定に存在し得ない。
Even if these properties are desirable, such substances cannot exist stably if the structure itself is unstable.

構造安定性は、前にも述べたように、電子状態から論じ
ることができるので、現状の合成を続けたときに好まし
い諸特性を保ちながら、安定に7i在し得るかをシミュ
レートしていくことも大切である。そして大局的に見て
最適化されたパラメータ、すなわち光特性上はもつと良
い解があるのだが、構造安定性と抱き合わせるとこの程
度が精一杯という範囲で選択していくのが肝要である。
As mentioned earlier, structural stability can be discussed from the electronic state, so we will simulate whether 7i can exist stably while maintaining the desired properties when the current synthesis is continued. That is also important. From a broader perspective, there are optimized parameters, that is, a good solution in terms of optical properties, but when combined with structural stability, it is important to select within the range that is the best possible. .

本実施例によりこれが実現できる。This embodiment can achieve this.

実施例3 皿列に動作する複数の合成装置が用意されている場合の
尖施例を次に説明する。
Embodiment 3 Next, a third embodiment will be described in which a plurality of synthesis devices operating in a row of dishes are provided.

本発明によって構成されるシステムは話本的には第1図
或いは第2図に示したように物質の合成制御の一貫シス
テムであるが、とくに原子分子レベルで制御できる合成
法は工業的な意味で生産性が著しく悪いと言われている
。したがって、もともと生産性の悪いと言われている合
成法でいかに良く制御しても、合成される物質の質は向
上するが、生産性すなわちスルーブットはさほど改善さ
れない。そうした合成装置個々にJf価装置と予測シス
テムを用意するのは経済的ではない。ところで、合成装
置が原子分子レベルで制御出来るならば、これを並列動
作させるとき、条件を崩えればまったく同じ動作、すな
わち合成が可能である−jj(を意味する。したがって
、評価装置および予lPjシステムをすべての会成装置
に用意する必要はまったくない。
The system constructed by the present invention is essentially an integrated system for controlling the synthesis of substances as shown in Figures 1 and 2, but the synthesis method that can be controlled at the atomic and molecular level has an industrial meaning. It is said that productivity is extremely poor. Therefore, no matter how well the synthesis method is controlled, which is said to have poor productivity, the quality of the synthesized substance will improve, but the productivity, or throughput, will not improve much. It is not economical to provide a Jf number device and a prediction system for each such synthesizer. By the way, if the synthesizer can be controlled at the atomic and molecular level, when operating it in parallel, the exact same operation, that is, synthesis is possible if the conditions are broken. There is no need to provide a system for every component.

?じ原理に話づく合成装置が複数個ある場合、この内の
幾つかの装置を代表装置としてこれに評価装置をつける
。基本的にはこれは一つの装置で良い。第3図はその様
な実施例のシステム構成である。図の場合、複数のMB
E装置31■,312,・・・,31.が並列に設けら
れている。例えば夫施例1に示したようにLEED/R
HEEDで固体表面を刈べながらMBE法による結晶成
長を行う場合、一ケ所の合戊装置、第3図の例ではMB
E装置311にLEED評価装置32が設けられる。こ
のL E E D Fl−価装置32でL E E D
/RHEEDパターンをとり、これを角’l析装置33
でM析して、その角ダ析結果を元にシミュレータ34に
よって分子動力学シミュレーションを行う。シミュレー
ション結果によって制御用コンピュータ35で判断およ
び変数制御を行い、制御信号をすべてのMBE装置31
1〜317に送る。
? If there are multiple synthesis devices based on the same principle, some of them are designated as representative devices and an evaluation device is attached to them. Basically, this can be done with one device. FIG. 3 shows the system configuration of such an embodiment. In the case of figure, multiple MB
E device 31■, 312,..., 31. are installed in parallel. For example, as shown in Example 1, LEED/R
When crystal growth is performed by the MBE method while the solid surface can be harvested using HEED, there is only one merging device, MB in the example in Figure 3.
A LEED evaluation device 32 is provided in the E device 311. With this L E E D Fl-value device 32, L E E D
/RHEED pattern is taken and analyzed by the angle analyzer 33.
A molecular dynamics simulation is performed using the simulator 34 based on the results of the angle analysis. Based on the simulation results, the control computer 35 makes decisions and controls variables, and sends control signals to all MBE devices 31.
Send to 1-317.

制御が十分であれば、他のMBE装置からでも同じLE
ED/RHEEDパターンが得られるはずである。した
がって、一ケ所からサンプリングすれば良い。計算機上
で行われる定量的な分子動力学シミュレーションはもち
ろん同じ人力データに対して同じ結果を常に与える。し
たがってこれを也数の計算機で行っても無駄が多いだけ
である。
If the control is sufficient, the same LE can be used from other MBE devices.
An ED/RHEED pattern should be obtained. Therefore, it is sufficient to sample from one place. Quantitative molecular dynamics simulations performed on computers, of course, always give the same results based on the same human data. Therefore, even if this is done using a number calculator, it is just wasteful.

シミュレーションから得られる結果にしたがって、すべ
ての装置のプロセスパラメータを制御する。
Control the process parameters of all equipment according to the results obtained from the simulation.

この粘果、生産性が高くかつ制御された合成ができる。This mucilage allows for highly productive and controlled synthesis.

しかもtr価装置と予Alll用のシミュレータは1セ
ットしか用意する必要がないので、経済性にも優れてい
る。もちろん必要があれば、合成装置間の合戊能力のバ
ラツキや評価装置による評価の精度などを考直にいれて
シミュレーションを行うことも可能である。バラツキそ
のものを評価してこれを4慮することはなかなか困難で
あるが、結果が人力パラメータにそれ程敏感でない領域
で推定することが考えられる。すなわち許容範囲を決め
ておき、その範囲内でプロセスパラメータを決めるので
ある。この結果をすべての合成装置にフィードバックす
れば良い。本来、精度良く物質を含成しようとすれば、
プロセスパラメータに結果が敏感でない領域を選んで合
戊しなければならない。この様な領域は多くの場合存在
する。したがってこれよりも合戊装置間の能力のバラツ
キが小さければ問題無い。
Furthermore, since it is necessary to prepare only one set of the tr value device and the simulator for pre-All, it is also excellent in economical efficiency. Of course, if necessary, it is also possible to perform a simulation taking into consideration the variation in the combining ability between synthesizers, the accuracy of evaluation by the evaluation device, and the like. Although it is quite difficult to evaluate the variation itself and take it into account, it is possible to estimate it in a region where the results are not so sensitive to human parameters. In other words, a permissible range is determined and process parameters are determined within that range. This result can be fed back to all synthesis devices. Originally, if we try to contain substances with high precision,
Regions whose results are not sensitive to process parameters must be selected and merged. Such areas often exist. Therefore, there is no problem as long as the variation in performance between the combining devices is smaller than this.

このようにして、一台では生産性の悪い合成装置でも並
列的に動作させることによって生産能力を上げることが
できるし、制御もまた単一的に行えることになる。
In this way, production capacity can be increased by operating a single synthesis device in parallel, even if the synthesis device has poor productivity, and control can also be performed in a single device.

実施例4 並列に動作する複数の合成装置があり、更にこれらに異
柾の複数の評価装置を設ける場合の実施例を次に説明す
る。
Embodiment 4 Next, an embodiment will be described in which there are a plurality of synthesis devices operating in parallel, and a plurality of different evaluation devices are provided in addition to these devices.

固体表面を解析する丈験的な手段は色々ある。There are various experimental methods for analyzing solid surfaces.

実験によっては表面近傍の電子状態を特徴づけるもので
あったり、表面での原子の位置を反映した結果を与える
ものであったりする。またこれを解析する理論的な枠組
も、それぞれの丈験に対応する物理的なプロセスを直接
反映したものでなくてはならない。しかし、より大局的
な立場から見ればこれらすべての現象は密接に関係しあ
っている。
Some experiments characterize the electronic state near the surface, and others provide results that reflect the positions of atoms on the surface. The theoretical framework for analyzing this must also directly reflect the physical processes that correspond to each experience. However, from a broader perspective, all these phenomena are closely related.

例えば、表面の電子状態は当然表面近傍の原子の配列・
位置によって決まるし、また原子の位置は系全体のエネ
ルギーが最小になるように決まっているはずなので、こ
れにはその電子状態が直接的な影響を与える。すなわち
、物理的な言い方をすれば、口然Wは色々な可能性の中
から、ある物狸童を最小にするようなものしか実現され
ないという『最小作用の原理』にしたがって、ただ一つ
の可能性を選択しているのである。このため、自己無撞
着な桔果が常に要求されるわれであるが、様々な訂価技
術によって得られる物はこうした自己無撞着角tのある
断面でしかない。このため色々なJ・F価手段を使って
総合的に得られるものが現失の系の唯一の記述でなけれ
ばならない。予Alll法にも同様なところがある。古
典的な分子動力学法と量子忌的な記述法の両方で整合性
の採れた形で一つの自然を表現することが可能であろう
For example, the electronic state of the surface naturally depends on the arrangement of atoms near the surface.
This is determined by the position of the atom, and the position of the atom must be determined so that the energy of the entire system is minimized, so its electronic state has a direct effect on this. In other words, in physical terms, Kuchinen W is only one possibility according to the ``principle of least action,'' which states that out of various possibilities, only the one that minimizes a certain naughty child is realized. You are choosing your gender. For this reason, self-consistent cross-sections are always required, but what can be obtained by various revaluation techniques is only a cross-section with such a self-consistent angle t. For this reason, the only description of the system of loss must be one that can be obtained comprehensively using various J/F value methods. The Pre-All method has similar aspects. It would be possible to express a single nature in a consistent manner using both the classical molecular dynamics method and the quantum-based description method.

実施例3に記したように原子・分子スケールで制御され
た合成法は概して坐産性において劣っている場合が多い
。そこで複数の合成装置を並列動作させることが要求さ
れるが、この状態を評価装置によって評価するとき、同
じ評価法でなく、異なる現象をM iil?+できるよ
うに異なった評価装置を合成装置に取り付けて、物理的
には同じ状態を色々な観測手段で観測する方法があり得
る。これによって得られる情報は多面的なものとなり、
その系の記述はより完全なものとなろう。具体的には先
の火施例と同様なMBE法による半導体の薄膜を成長さ
せて超格子構造を得る場合を考えよう。
As described in Example 3, synthetic methods controlled on an atomic/molecular scale are generally inferior in terms of isoproducibility. Therefore, it is required to operate multiple synthesis devices in parallel, but when evaluating this state using an evaluation device, different phenomena are evaluated rather than using the same evaluation method. A possible method is to attach different evaluation devices to the synthesis device so that the same physical state can be observed using various observation means. The information obtained is multifaceted,
The description of the system will be more complete. Specifically, let us consider the case where a superlattice structure is obtained by growing a semiconductor thin film using the MBE method similar to the previous example.

この場合、原子の位置を直接調べるにはこれまでに論じ
たようにLEEDやRHEED等のように逆格子空間で
これを求めるものや、STMやAFMなどの実空間で直
接求める方法、また短距離秩序をより細かく刈べろもの
としてSEXAFSなどが老えられる。同じ原子配置か
らはすべて同じ原子位置を桔果として与える蜆測結果が
褥られなければならない。多くの場合は、色々な実験は
相捕的な結果を与える。したがって、只一つの実験から
計算機によるシミュレーションに必要なパラメータすべ
てを決めることは困難な場合が多いし、同様に只一つの
実験から合成装置の制御因子を完全に決定することは難
しい。電子状態が関与する大験桔果はとくに原子位置に
関する実験結果と整合性を取ることはかなり困難である
In this case, in order to directly investigate the position of the atom, there are methods such as LEED and RHEED that measure it in reciprocal space, methods that measure it directly in real space such as STM and AFM, and short-distance methods such as STM and AFM. SEXAFS etc. are becoming old as things that need to be finely cut down on order. From the same atomic arrangement, we must find the results of measurements that give the same atomic position as a result. In many cases, different experiments give complementary results. Therefore, it is often difficult to determine all the parameters necessary for computer simulation from a single experiment, and similarly, it is difficult to completely determine the control factors of a synthesizer from a single experiment. It is particularly difficult to reconcile large experimental findings involving electronic states with experimental results regarding atomic positions.

理論的にM B E戊長の素過程を追うためには、まず
、固体表面での原子配列が分からなくてはならない。こ
れによって、固体表面での電子状態を理論的に知ること
ができる。もちろん、理想的な系であれば系の全エネル
ギーを最小化させることで原子溝逍を決定できるはずで
あるが、現丈の系ではコンタミネーションなどによって
理想的な状況になっているとは限らない。したがって吸
着原子・分子の詳細を含めて現丈の原子・分子配置を知
る必要がある。これには上記のようにLEED,RHE
ED,STM,AFM,SEXAFSなどが用いられる
。さて、電子状態、とくに表面に固Hの準位は大変微妙
な要因で決まる事が多い。最近、単純金属表面に吸着′
シたアルカリ金属原子による仕I■函数の低下は吸着原
子と母粗金属間の電Tが真空領域に押し出されることに
よって起きる現象であることが明らかにされたが、この
様に微妙な関係で電荷分布が決まり、したがって電子状
態も決まる。MBEの素過程では照射された分子が母相
との間である種の化学変化を引き起こしていると考えら
れるので、表面準位の相対的な位置関係が決定的に重要
である。原子配置の実験的な誤差の範囲内でも単位関係
には大きな寄与をすることも十分あり得る。このために
、電子状態を実験的に知ることも大切であり、これには
オージ工電子分光やXPS−UPSによって平均的な電
子状態を知ることは重要であると同時にSTSなどによ
って直接的に電子の局所的な状態密度を得ることも重要
である。
In order to theoretically follow the elementary process of M B E excursion, we must first understand the atomic arrangement on the solid surface. This allows us to theoretically know the electronic state on the solid surface. Of course, in an ideal system, it should be possible to determine the atomic energy by minimizing the total energy of the system, but in the current system, the situation may not be ideal due to contamination, etc. do not have. Therefore, it is necessary to know the current atomic and molecular arrangement, including details of adatoms and molecules. This includes LEED, RHE as mentioned above.
ED, STM, AFM, SEXAFS, etc. are used. Now, the electronic state, especially the level of solid H on the surface, is often determined by very delicate factors. Recently, adsorption on simple metal surfaces′
It has been revealed that the decrease in the function I due to alkali metal atoms is a phenomenon that occurs when the electric current between the adatom and the base metal is pushed out into the vacuum region. The charge distribution and therefore the electronic state are determined. In the elementary process of MBE, it is thought that the irradiated molecules cause some kind of chemical change with the parent phase, so the relative positional relationship of the surface states is crucially important. Even within the range of experimental errors in atomic arrangement, it is quite possible that it will make a large contribution to the unit relationship. For this reason, it is important to know the electronic state experimentally. For this purpose, it is important to know the average electronic state by using optical electron spectroscopy or XPS-UPS, and at the same time, it is important to know the electronic state directly by STS. It is also important to obtain the local density of states of .

第4図に本尖施例のシステム構或を示す。複数個の合成
装置としてこの実施例では、MBE装置41.〜41.
を用いた場合を示している。これらの装置により得られ
る膜の評価には、LEED/RHEED評価装置42、
SEXAFS評価装置43およびLEELS評価装置4
4を使用する。
FIG. 4 shows the system configuration of the present embodiment. In this embodiment, the plurality of synthesis devices include an MBE device 41. ~41.
This shows the case where . For evaluation of films obtained by these devices, a LEED/RHEED evaluation device 42,
SEXAFS evaluation device 43 and LEELS evaluation device 4
Use 4.

もちろんこれ以外のさらに多くの評価法を装備しても良
いし、また技術的に可能であれば、一つの合成装置に複
数個の評価装置をつけても良い。この場合は、当然、同
時に観測することは不可能となるが、時分割方式で処理
することが可能である。
Of course, more evaluation methods other than these may be provided, and if technically possible, a single synthesis device may be equipped with a plurality of evaluation devices. In this case, it is naturally impossible to observe simultaneously, but it is possible to process in a time-sharing manner.

これらの評価装置から得られる表面に関する情報はそれ
ぞれの原狸にしたがって、解析装置45,46および4
7によって解析される。LEED/RHEEDパタン角
q析装置45からは逆格子空間におけるパターンからこ
のフーリエ解析を行ってグローバルな領域での原子配列
を得ることができる。SEXAFSバタン解析装置46
からは原子間の粘合輩已離、とくに吸着子の固体表向か
らの晶さなどを多重散8L理論にしたがってjilるこ
とかできる。LEELSバタン解析装置47によっては
直接的に叱子の状態密度曲線が?1,多られる。夫験的
にはこうして表向に関する十分な情報が得られるので、
まず、これにコンシステントな粘果をちえるモデルを設
定する。111に原子配列や吸若子の泣置を与えて、シ
ュレーディンガ一方程式を角’l <と、たとえ電子状
態を自己無撞着に解いたにしても、導入が避けられない
二三の近似法(例えば多7は子問題を一体近似すること
や、真の波動函数を既知の基底函数で展開するときにこ
の完全性を取り切れないために生じる問題など)などの
ために失測されている電子状態を再現できない可能性が
ある。
Information about the surface obtained from these evaluation devices is sent to analysis devices 45, 46 and 4 according to each original raccoon.
7. The LEED/RHEED pattern angle q analyzer 45 performs this Fourier analysis on the pattern in the reciprocal lattice space to obtain the atomic arrangement in the global region. SEXAFS slam analysis device 46
From this, it is possible to determine the viscosity separation between atoms, especially the crystallinity of the adsorbent from the solid surface, according to the multidispersion 8L theory. Depending on the LEELS baton analysis device 47, the density of state curve of Chiko can be directly calculated. 1. There are many. Empirically, this gives us sufficient information about the appearance;
First, we set up a model that can produce consistent viscous fruit. 111 with the atomic arrangement and the position of the sucker, the Schrödinger equation becomes the angle 'l For example, many electrons are missing due to unitary approximation of the child problem, problems that arise due to not being able to take completeness when expanding the true wave function with known basis functions, etc. It is possible that the situation cannot be reproduced.

そこで、これらをすべて満足させるモデルを立てること
が必要になる。モデルの立て方にもいろいろあり得るで
あろうが、最も勝算のあるやり方は成るべく物理的なイ
メージを壊さないようにすることである。すなわち、む
やみやたらに経験的なパラメータを導入するのではな<
、括本的には一体近似はほぼ成り立っているとして、直
接的なクーロンエネルギーや運動エネルギーは物理的な
ものを採用する。しかし、多体効果を直接表している屯
子相関項はその物理的な妥当性がはっきりしない場合が
多いので、これを良く知られている補間公式によって評
価するのではなく、ある程度パラメータ化して実測と合
わせられる余地を残しておくことが考えられる。さらに
、理論的なモデルを一つに限る必要もないので、幾つか
の理論モデルを経験的なパラメータもふくめた形で用意
しておくこともできる。この中から現在の評価粘果をな
るべく矛盾無く再現できるものをある判断基準を話に選
択して、その理論モデルを採用する方注もある。
Therefore, it is necessary to create a model that satisfies all of these requirements. There are many ways to create a model, but the one with the best chance of success is to avoid destroying the physical image as much as possible. In other words, do not introduce empirical parameters unnecessarily.
, Basically, assuming that the unitary approximation is almost valid, we use physical values for direct Coulomb energy and kinetic energy. However, since the physical validity of the Tonko correlation term, which directly represents the many-body effect, is often unclear, it is not evaluated using well-known interpolation formulas, but rather is parameterized to some extent and compared to actual measurements. It is possible to leave some room for matching. Furthermore, since there is no need to limit the number of theoretical models to one, it is also possible to prepare several theoretical models that also include empirical parameters. Some people choose a theoretical model from among these that can reproduce the current evaluation results without contradiction as much as possible, and adopt that theoretical model.

このようにして理論と現実との食い違いを最小にしたう
えで、現71三のプロセスパラメータでMBE成長させ
続けた結果どう薄膜が或長じていくかを、シミュレータ
48によりシミュレーションすることが可能である。ま
たプロセスパラメータを幾つか振って、それぞれがどの
様に成長するか実時間のうちに調べ、これらの結果と現
在合成したものとを比較して制御用コンピュータ49に
よって最適のプロセルパラメータが選択されて、これが
M B E装置411〜41.にフィードバックされる
In this way, while minimizing the discrepancy between theory and reality, it is possible to use the simulator 48 to simulate how the thin film will grow as a result of continued MBE growth using the current 713 process parameters. be. In addition, by changing several process parameters and examining in real time how each of them grows, these results are compared with the currently synthesized one, and the control computer 49 selects the optimal process parameters. , this is the MBE device 411-41. will be given feedback.

理論的なモデルに経験的なパラメータを持ち込むことを
ここでは考えているので、シミュレータ48てはまずこ
のモデルパラメータのフィッテイングを行い、現7Eの
理1モデルで実験値を旨く再現することを確認した上で
、種々のプロセスパラメータに対する予測をある限られ
た時間内に行わなければならない。その手順例を第5図
に示す。
Since we are considering bringing empirical parameters into the theoretical model, we first fit these model parameters using the simulator 48, and confirmed that the current 7E Theory 1 model reproduces the experimental values well. Then, predictions for various process parameters must be made within a limited time. An example of the procedure is shown in FIG.

シミュレー夕はこの場合大変規模の大きなものになると
予想され、処理すべき計算量も膨大であるが、将来の超
高速計算機であればこれを実時間の内に処理できる可能
性は十分ある。
In this case, the scale of the simulation is expected to be very large, and the amount of calculation to be processed is enormous, but there is a good chance that future ultra-high-speed computers will be able to process this in real time.

丈施例5 複数のシミュレー夕を組み込んだ失施例を次に説明する
Example 5 A failed example incorporating multiple simulations will be described below.

本発明ではJ・F価装置から得た情報をもとに理論的な
モデルにしたがって計算機などによって実時間のうちに
合成が今の状況からどう嚢化していくかを調べ、最適な
パラメータを合成に先駆けて知り、これをリアルタイム
で合成にフィードバックさせることを択案している。こ
れには現在の状況をこのまま続けたらどうなるか、とい
う問題以上に、現n.7点の物質の状況にプロセスパラ
メータをいろいろ振って幾つかの場合をシミュレーショ
ンする必要がある。これらのシミュレーションはもちろ
ん完全に独立であるから、計算機自体を複数台備えれば
、これらを並列動作させて同時に処理することが可能で
ある。これはシミュレーンヨンヲ行ウ計算機が並列=1
”算機(パラレルプロセッサやヘクl・ルプロセッサ)
であるかいなかということとは全く別の問題である。
In the present invention, based on the information obtained from the JF value device, we use a computer to examine how the synthesis will change from the current situation in real time according to a theoretical model, and then synthesize the optimal parameters. The idea is to learn about this in advance and feed it back into the synthesis in real time. This goes beyond the question of what will happen if the current situation continues as it is. It is necessary to simulate several cases by varying the process parameters for the seven material situations. These simulations are of course completely independent, so if multiple computers are provided, it is possible to run them in parallel and process them at the same time. This means that the computer running the simulation is parallel = 1
``Calculating machine (parallel processor or heckle processor)
Whether it is or is not is a completely different question.

第6図にこの失施例のシステム構成を示す。こ、こても
M B C装置61を用いており、これにLEED評価
装置62およびLEEDバタン解析装置63が設けられ
ている。そしてこの414析装置63からの共通の構逍
データとそれぞれ異なる外部人力データが取り込まれる
現数のシミュレータ641〜64nが併設されている。
FIG. 6 shows the system configuration of this failed example. This also uses an MBC device 61, which is equipped with a LEED evaluation device 62 and a LEED baton analysis device 63. Further, the current number of simulators 641 to 64n, into which common structural data from the 414 analysis device 63 and different external human power data are taken in, are also provided.

シミュレーションI15果は先の各夫施例と同様に制御
用コンピュータ65に送られる。
The simulation I15 results are sent to the control computer 65 in the same way as in the previous embodiments.

ここではシミュレータ64,〜64nに用いる理論的な
モデルは同一のものとし、ンミュレーションに使用する
人力データも現在の物質の状態を評価したものであるか
ら同一である。これに異なるプロセスパラメータを入れ
てシミュレーションを行うのである。例えば温度を現状
の侭で合成させる場合、1℃/分で加熱していく場合、
0.5℃/分で冷やしていく場合などを同時に調べるこ
とができる。得られた桔果は制御用コンピュータ65で
相互に比較され、また現在合威している物質の詭計仕様
に最も近くなるものが選択され、これが合成装置にフィ
ードバックされていく。
Here, the theoretical models used in the simulators 64, to 64n are the same, and the human data used for simulation is also the same because it is based on evaluation of the current state of the material. Simulations are performed by adding different process parameters to this. For example, when synthesizing at the current temperature, heating at 1°C/min,
It is possible to simultaneously investigate cases such as cooling at a rate of 0.5°C/min. The obtained results are compared with each other in the control computer 65, and the one closest to the specified specifications of the currently synthesized substance is selected, and this is fed back to the synthesis device.

なお複数の計算機を持ち、同時にシミュレーション可能
である場合は同一の理論的モデルにしたがって計算を行
うことは必ずしも必要ではない。
Note that if you have multiple computers and can perform simulations at the same time, it is not necessarily necessary to perform calculations according to the same theoretical model.

例えば理論的モデルに精度の点で幾つかのレベルがある
とき、具体的には原子配列を調べるのに、占典力学に立
脚した分子動力学やモンテカルロ法を使うレベルと非経
験的な電子論に基づきシュレーディンガ一方捏式を角/
tいて系の全エネルギーの最小化から原子陀置を決める
レベルとがあるとして、前者は計算量の点で圧倒的に後
者に比較して白゜利であるが、前者の理論的な妥当性お
よび結果の信頼性は後者に比べると見劣りがする。この
様な場合、とくに計算が間に合わなくて実時間のうちに
合成装置を11リ御できなくなるのを防ぐ,ユめ(:、
とりあえずば=1鼻量の少ない方式でフィードバ,,ク
を天IH2r間のうちにかけるのであるが、同時1: 
後追51算てもいいから、べつの21算機でより信頼度
の高い理論的なモデルでシミュレーションを続行して、
その妥当性を確認したり、或いはズレが生じる場合には
適宜これを吸収する方向にプロセスパラメータを変史し
ていくことが可能である。このようにしてンミュレーシ
ョンの情度を上げることができる。物性理論から導かれ
る理論的なモデルにはいろいろなレベルがあるので、こ
のそれぞれに応じてシミュレーションを行うことも出来
る。
For example, when there are several levels of precision in a theoretical model, there are two levels: one is to use molecular dynamics or the Monte Carlo method based on astronomical mechanics, and the other is to use non-empirical electronic theory to investigate the atomic arrangement. Based on Schrödinger's formula
Assuming that there is a level in which the placement of atoms is determined by minimizing the total energy of the system, the former has an overwhelming advantage over the latter in terms of computational complexity, but the theoretical validity of the former is questionable. and the reliability of the results pales in comparison to the latter. In such cases, it is especially important to prevent calculations from being completed in time and the synthesizer to be unable to be controlled in real time.
For the time being, I will use a method with a small amount of 1 nose and apply feedback between 1H and 2R, but at the same time 1:
You can do the 51 calculations later, but you can continue the simulation with a more reliable theoretical model using another 21 calculation machine.
It is possible to confirm its validity, or if a deviation occurs, to change the process parameters in a direction to absorb the deviation as appropriate. In this way, the emotion of emulation can be increased. Since there are various levels of theoretical models derived from condensed matter theory, simulations can be performed according to each level.

第6図のシステム構成ではこのような制御もてきる。The system configuration shown in FIG. 6 allows such control.

以上の夫施例の記述において合成〆去、評価法、子Ul
法のそれぞれにつき具体的な方法を挙げてシステム構或
を示したが、もちろんこれは説明を分かり易くするため
であり、それぞれがどの様な原理に基づいてち、合成法
と評価法と予測広とが本允明の方針に沿って組み合わさ
れ、システム化されるならば、それは本発明に含まれる
。また、これまでに述べてきた実施例をいろいろな組み
合わせもシステムを構成することは可能であるが、これ
らも当然本発明に含まれるべきである。
In the description of the husband example above, composition elimination, evaluation method, child Ul
Although we have listed specific methods for each method and shown the system structure, this is of course to make the explanation easier to understand. If these are combined and systemized according to Masaaki Hon's policy, they are included in the present invention. Further, it is possible to configure a system by combining various embodiments described so far, and these should naturally be included in the present invention.

なお本発明はシステム構或技術そのものであるから、物
質の合成・評価・予測のそれぞれを行う装置が一体化さ
れているか否かには依存しない。
Note that, since the present invention is a system configuration or technology itself, it does not depend on whether or not devices for synthesizing, evaluating, and predicting substances are integrated.

すなわち、一体化した装置でも良く、一体化できなけれ
ばシステムとして構成されればそれでも十分である。
In other words, it may be an integrated device, and if it cannot be integrated, it is sufficient to configure it as a system.

[発明の効果] 以上述べたように、本発明によれば原子・分子のレベル
で合成を行い、これを?IL視的に評価し、この結果を
もとにして実時間で物性の予測を行うことで、物質合成
を微視的なレベルで制御できる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, synthesis is performed at the atomic/molecular level. Material synthesis can be controlled at the microscopic level by visually evaluating IL and predicting physical properties in real time based on the results.

このために設計仕様に従って、所望の性質を持った物質
を、あたかも自動車やテレビを設計するかの如く、設計
すること、すなわち『物質設計』が具体的に可能となる
。またこれだけでなく、新物質の合成が可能となり、極
めて大きな効果が期待できるし、まったく新しい分野の
創造・開発が行われるであろう。
This makes it possible to specifically design materials with desired properties according to design specifications, just like designing a car or television, that is, "material design." In addition to this, it will become possible to synthesize new substances, which is expected to have extremely large effects, and will lead to the creation and development of completely new fields.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例1のシステム構成を示す図、 第2図は本発明の実施例2のシステム構成を示す図、 第3図は本発明の実施例3のシステム構成を示す図、 第4図は本発明の実施例4のシステム構成を示す図、 第5図は大施例4におけるシミュレーション手順の一例
を示す図、 第6図は本発明の丈施例5のシステム横成を示す図であ
る。 11・・・MBE装置、12・・・RHEED用電子銃
、13・・・RHEED川蜆測装置、14・・・スクリ
ーン、15・・・カメラ、16・・・四重極型質量分析
器、17・・・構造解析用コンピュータ、18・・・シ
ミュレータ、19・・・制御用コンピュータ、21・・
・MOCVD装置、22・・・原料ガス供給系、23・
・・オージェスペクト口メータ、24・・・オージェ解
析用コンピュータ、25・・・シミュレータ、26・・
・制御用コンピュータ、311〜317・・・MBE装
置、32・・・LEED評価装置、33・・・LEED
パタン解析装置、34・・・シミュレータ、35・・・
制御用コンピュータ、411〜41.・・・MBE装置
、42・・・LEED評鋤装置、43・・・SEXAF
S;#ド価装置、44・・・LEELS評価装置、45
・・・LEEDバタン角乍析装置、46・・・SEXA
FSパタン評価装置、47・・・LEELSバタン評価
装置、48・・・シミュレー夕、49・・・制御用コン
ピュータ、61・・・MBE装置、62・・・LEED
評価装置、63・・・LEEDパタン角’l析装置、6
4,〜64.・・・シミュレータ、65・・・制御用コ
ンピュータ。
FIG. 1 is a diagram showing the system configuration of Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the system configuration of Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating the system configuration of Embodiment 3 of the present invention. , Fig. 4 is a diagram showing the system configuration of the fourth embodiment of the present invention, Fig. 5 is a diagram showing an example of the simulation procedure in the large embodiment 4, and Fig. 6 is a diagram showing the system configuration of the large embodiment 5 of the present invention. FIG. 11... MBE device, 12... RHEED electron gun, 13... RHEED river observation device, 14... Screen, 15... Camera, 16... Quadrupole mass spectrometer, 17... Structural analysis computer, 18... Simulator, 19... Control computer, 21...
・MOCVD apparatus, 22... Raw material gas supply system, 23.
... Auger spectrum mouth meter, 24 ... Auger analysis computer, 25 ... simulator, 26 ...
- Control computer, 311-317... MBE device, 32... LEED evaluation device, 33... LEED
Pattern analysis device, 34...Simulator, 35...
Control computer, 411-41. ...MBE device, 42...LEED evaluation plow device, 43...SEXAF
S; #Do value device, 44... LEELS evaluation device, 45
...LEED batan angle analysis device, 46...SEXA
FS pattern evaluation device, 47...LEELS baton evaluation device, 48...Simulator, 49...Control computer, 61...MBE device, 62...LEED
Evaluation device, 63... LEED pattern angle analysis device, 6
4, ~64. ...Simulator, 65...Control computer.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)物質を合成する手段と、 合成される物質の性質を実時間でその場観測し、かつ評
価する手段と、 この評価手段から得られる情報を出発値として適切な理
論的モデルに基いて、このままの条件で合成を続けたら
どうなるかを予測し、目的の物質を得るためにここから
どう修正を加えていけば良いかを推定する、物質の合成
速度に比べて十分速い実行速度を持つシミュレーション
手段と、このシミュレーション手段の結果を前記合成手
段にフィードバックして合成の条件を制御する手段と、 を有することを特徴とする物質の合成制御システム。
(1) A means of synthesizing a substance, a means of observing and evaluating the properties of the synthesized substance on the spot in real time, and using the information obtained from this evaluation means as a starting point based on an appropriate theoretical model. , predicts what will happen if synthesis continues under the same conditions, and estimates how to make modifications from here to obtain the desired substance.It has an execution speed that is sufficiently fast compared to the synthesis speed of the substance. A substance synthesis control system comprising: a simulation means; and a means for feeding back the results of the simulation means to the synthesis means to control synthesis conditions.
(2)前記物質の合成手段は、分子線エピタキシャル成
長(MBE)装置、有機金属化合物を用いた気相成長(
MOCVD)装置、真空蒸着装置、スパッタ装置、イオ
ンクラスタービーム(ICB)装置、ラングミュアー・
ブロジェット(LB)膜形成装置のいずれかである請求
項1記載の物質の合成制御システム。
(2) The means for synthesizing the substance is a molecular beam epitaxial growth (MBE) device, a vapor phase growth method using an organometallic compound (
MOCVD) equipment, vacuum evaporation equipment, sputtering equipment, ion cluster beam (ICB) equipment, Langmuir
The substance synthesis control system according to claim 1, which is any one of Blodgett (LB) film forming apparatuses.
(3)前記評価手段は、 低速電子線回折法(LEED)、反射高速電子線回折法
(RHEED)、広域X線吸収微細構造(EXAFS)
および表面広域X線吸収微細構造(SEXAFS)、透
過型電子顕微鏡(TEM)、走査型電子顕微鏡(SEM
)、走査型トンネル顕微鏡(STM)、原子間力顕微鏡
(AFM)若しくは電界イオン顕微鏡(FIM)を用い
て原子構造を評価する手段、 光電子分光(PES,XPS,UPS)、オージェ電子
分光(AES)、高分解能電子エネルギー損失分光(H
REELS,LEELS)、ペニングイオン化電子分光
若しくは準安定分子分離分光(MDS)を用いて電子状
態を測定する手段、赤外吸収(IR)若しくはラマン分
光法を用いて振動スペクトルを測定する手段、 電子スピン共鳴(ESR)、核磁気共鳴(NMR)若し
くは熱中性子による散乱実験を用いて磁気的性質を評価
する手段、または 二次イオン質量分析法(SIMS)若しくはイオン中和
法(INS)を用いて元素分析を行う手段、 のいずれかである請求項1記載の物質の合成制御システ
ム。
(3) The evaluation means are low-energy electron diffraction (LEED), reflection high-energy electron diffraction (RHEED), and extended X-ray absorption fine structure (EXAFS).
and surface extensive X-ray absorption fine structure (SEXAFS), transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM)
), means for evaluating atomic structure using scanning tunneling microscopy (STM), atomic force microscopy (AFM) or field ion microscopy (FIM), photoelectron spectroscopy (PES, XPS, UPS), Auger electron spectroscopy (AES) , high-resolution electron energy loss spectroscopy (H
REELS, LEELS), means for measuring electronic states using Penning ionization electron spectroscopy or metastable molecular separation spectroscopy (MDS), means for measuring vibrational spectra using infrared absorption (IR) or Raman spectroscopy, electron spin Means of evaluating magnetic properties using resonance (ESR), nuclear magnetic resonance (NMR) or thermal neutron scattering experiments, or secondary ion mass spectrometry (SIMS) or ion neutralization techniques (INS) The substance synthesis control system according to claim 1, which is a means for performing an analysis.
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