材料表面处理与加工研究工具

模拟材料的表面处理与加工，涉及表面体系的刻蚀、沉积、化学反应等复杂的过程。QuantumATK 是包含建模、计算引擎和分析工具等完整工作流程的材料学计算模拟平台，可以使用基于量子力学和力场的计算工具，从热力学和动力学两个方面对这类问题进行研究。

QuantumATK 的优势

• 可靠且高效的 DFT 计算引擎，可以直接用于上千原子体系的能量、结构、电子态和动力学的研究
• 完整的机器学习力场训练、验证和使用流程，用于更大体系的动力学模拟，支持直接在图形界面上操作
• 直观的溅射/沉积/刻蚀模型和易用的模拟工具

表面处理模拟工具

• 表面处理模拟工具可以模拟溅射、刻蚀（ALE）和沉积（ALD）等工艺过程
  • 扫描一系列向表面“发射”的原子的冲击能量和入射角，以得到最大产率
• 为反应器尺度模型等提供所需的输入物理参数，如溅射产率和粘附系数
• 表面过程模拟可以在原子尺度上理解过程如何演化和趋势，提供溅射、刻蚀、沉积等过程的物理信息
• 支持的反应：气相反应，连续的刻蚀和沉积，自限的表面反应

热化学选择性分析工具

• 根据热化学条件筛选关键反应，寻找理想反应物和最佳反应条件
• 可以直接利用热化学数据库中的反应物和产物

热解的热化学模拟

新版本扩展了如下所示的表面处理模拟流程，新增在给定温度和压力下进行热化学热解模拟步骤，可以预测气相组成（平衡浓度）。

加速分子动力学模拟结晶过程

结晶在原子时间尺度上通常是一个缓慢的过程，因此使用普通的MD模拟结晶过程非常困难。在QuantumATK中，用户可以用新实现的加速MD方法模拟块体和界面材料中的结晶。

机器学习力场的应用

• 使用专门训练的 ML 力场（MTP）有效模拟热 ALD/ALE 过程，具有从头计算精度
• 为 HfO₂ 表面上的 HfCl₄ 沉积（ALD）提供训练好的 MTP 力场
• 使用特殊的 MTP 力场训练方法为新工艺/材料生成 ML-MTP 力场

参考

• QuantumATK功能列表
  • https://www.fermitech.com.cn/quantumatk/feature-list/
• 热化学研究工具示例
  • https://docs.quantumatk.com/tutorials/thermochemistry_analyzer/thermochemistry_analyzer.html
• 沉积反应示例计算
  • https://docs.quantumatk.com/tutorials/deposition_si/deposition_si.html
• 机器学习力场
  • https://www.fermitech.com.cn/quantumatk/tools-ml-ff/