Deep neural network-assisted radio frequency inductively coupled plasma discharge simulation

感应耦合等离子体 人工神经网络 无线电频率 等离子体 等离子体原子发射光谱 材料科学 物理 计算机科学 电信 人工智能 核物理学
作者
Zhao Yang,Wenyi Chen,Zongcheng Miao,Jie Liu,Shuo Gao,Haiyan Yang,Ganggang Shi,Xiao‐Hua Zhou
出处
期刊:Plasma Sources Science and Technology [IOP Publishing]
标识
DOI:10.1088/1361-6595/add95c
摘要

Abstract Since the increasing structural complexity of plasma systems and the growing degree of multi-parameter coupling, numerical simulations encounter challenges like high model complexity, convergence difficulties, and substantial computational costs. This study develops a deep neural network (DNN), as an auxiliary prediction tool for plasma discharge simulation, to efficiently and accurately investigate the radio frequency inductively coupled plasma discharge. The simulation data was used to create the training dataset for the DNN. Validation showed the DNN predictions matched simulation results, achieving a relative error as low as 0.01%. The prediction results indicate that the DNN model can provide satisfactory prediction results like plasma discharge characteristics (e.g., species densities, ionization rate, electron power absorption rate, and electron mean energy) and plasma chemical reaction mechanisms under multi-input parameter coupling conditions (e.g., power, pressure, and O2 ratio) based on the target output parameters. Compared with time-intensive traditional fluid simulations, the DNN model can efficiently and accurately provide predictions closely matching simulation results within 1 s, significantly improving computational efficiency. This research confirms the feasibility of DNN-assisted plasma discharge simulation, providing an efficient and accurate auxiliary computing method for plasma studies.
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