[發明專利]生成式對抗網絡驅動的硅鍺超晶格發光新材料開發技術

在審

• 申請號: 202110668704.6
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113421621A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 劉元杰;林建涵
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G06F113/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種生成式對抗網絡驅動的硅鍺超晶格發光新材料開發技術，所述方法包括：使用第一性原理計算產生不同排列方式硅鍺超晶格能帶結構數據；構造生成式對抗網絡，對超晶格對應能帶結構的映射關系進行建模；使用模擬計算生成的樣本及少量實驗數據構造訓練數據集；對生成式對抗網絡中的生成模型和判別模型進行交錯聯合訓練；使用生成模型對不同排列方式的硅鍺超晶格材料體系進行搜索，選擇具有最優發光性能的結構；使用該方法獲得的生成模型能夠以遠高于第一性原理計算的速度對硅鍺超晶格能帶結構進行分析；可以實現大范圍的材料結構搜索，指導新型硅鍺發光材料的開發。

技術領域

本發明涉及材料計算領域，尤其涉及一種生成式對抗網絡驅動的硅鍺超晶格發光新材料開發技術。

背景技術

基于微電子技術的摩爾定律在不久的將來面臨失效，兼容當前微電子CMOS技術的硅基光電子片上集成技術有望成為未來信息技術的基石，延續摩爾定律。而缺乏高效發光的硅基片上光源成為了硅基光電子片上集成技術的最后阻礙，它的成功研制將引領整個半導體芯片技術的重大變革。高效硅鍺超晶格發光材料的研制是當前硅基發光材料重要的突破方向。

目前理論上通過第一性原理計算對硅鍺超晶格進行設計和驗證，指導實驗及測試。這種傳統的工作方法面臨兩方面的主要問題。首先，第一性原理計算資源開銷大，每計算一個樣本需大量時間及算力，能夠搜索的候選空間有限；而硅鍺超晶格可能存在的排列組合方式十分龐大，有限的搜索難以獲得有效結果。其次，第一性原理計算為近似計算，結果與實際情況有偏差，準確性不能完全保證。

發明內容

本發明鑒于上述情況而做出，其目的是提供一種生成式對抗網絡驅動的硅鍺超晶格發光新材料開發技術，只需要通過對有限模擬樣本及少量真實樣本的學習，獲得對能帶關鍵信息的評判能力。在使用階段能夠以遠高于第一性原理計算的速度，實現對不同排列方式的硅鍺超晶格發光性能的判別。該技術以生成式對抗網絡的形式將模擬樣本與真實樣本中蘊含的信息進行融合，在第一性原理計算的基礎上實現準確度的提升。運用該技術有望在大范圍搜索中發現具有優越發光性能的硅鍺超晶格新材料。

本發明提供一種生成式對抗網絡驅動的硅鍺超晶格發光新材料開發技術，所述技術方法包括：

使用第一性原理計算產生不同排列方式硅鍺超晶格能帶結構數據。

構造生成式對抗網絡，對超晶格對應能帶結構的映射關系進行建模。

優選的，所述生成式對抗網絡中的生成模型為循環神經網絡。

優選的，所述生成式對抗網絡中的判別模型為卷積神經網絡。

使用模擬計算生成的樣本及少量實驗數據構造訓練數據集。

進一步地，構造訓練數據集時，以模擬樣本為主，結合少量真實樣本。二者在訓練中的權重與其數量成反比。

對生成式對抗網絡中的生成模型和判別模型進行交錯聯合訓練。

使用生成模型對不同排列方式的硅鍺超晶格材料體系進行搜索，選擇具有最優發光性能的結構。

進一步地，在搜索過程中，可以結合實驗測試結果對模型進行繼續訓練和升級，提升結果準確性。

優選的，搜索過程可以在多臺計算設備上并行執行。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明的生成式對抗網絡驅動的硅鍺超晶格發光新材料開發技術流程圖。

具體實施方式