凝聚态物理 > 无序系统与神经网络
[提交于 2024年8月30日
]
标题: 集成物理的神经网络用于场效应晶体管量子输运预测
标题: Physics-integrated Neural Network for Quantum Transport Prediction of Field-effect Transistor
摘要: 基于量子力学的输运模拟对于设计超短沟道场效应晶体管(FET)具有重要意义,因为它能够理解物理机制,但面临计算强度高的主要挑战。传统的机器学习有望加速FET设计的优化,但其在该领域的应用受到高保真数据集和物理知识整合不足的限制。在这里,我们引入了一个集成物理知识的神经网络框架,使用自行开发的高保真数据库预测亚5纳米栅极全绕(GAA)FET的输运曲线。数据库中的输运曲线来自文献和我们的第一性原理计算。除了硅之外,我们还包含了不同结构相的砷化铟、磷化铟和硒纳米线作为FET沟道材料。然后,我们构建了一个集成物理知识的超向量神经网络(PHVNN),其中添加了五个新的物理特征作为输入以预测输运特性,实现了足够低的平均绝对误差0.39。特别是,约98%的电流预测残差在一个数量级以内。使用PHVNN,我们高效地筛选出了对称的p型GAA FET,它们与n型FET具有相同的性能指标,这对于均质CMOS电路的制造至关重要。最后,我们的自动微分分析提供了对PHVNN的可解释见解,这突出了我们新输入参数的重要贡献,并提高了PHVNN的可靠性。我们的方法提供了一种有效的方法,用于快速筛选合适的GAA FET,有望加速下一代电子器件的设计过程。
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