TEMAS: A Flexible Non-AI Algorithm for Metrology of Single-Core and Core-Shell Nanoparticles from TEM Images

An essential application of electron microscopy is to provide feedback to tune the fabrication of nanoparticles (NPs). Real samples tend to follow a size distribution commonly linked to the synthesis process used and in turn to their functional properties. This study presents an algorithm for measuring particle size distributions in electron microscopy images. State-of-the-art methods based on Artificial Intelligence (e.g., Deep Learning) require extensive datasets of labeled images similar to those expected to be analyzed, and extensive supervised re-training is often required for cross-domain application. In contrast, the non-AI algorithm described in this study is accurate and can be quickly set up for measuring new experimental images in different domains. The accuracy of the method is validated quantitatively and comparing graphical and descriptive statistics. Different size distributions are measured on images of platinum and gold nanocatalysts supported on carbon black, amorphous carbon, and titanium dioxide crystals. Also, images of platinum-iron core-shell NPs supported on thin amorphous carbon film are successfully analyzed. The limitation of evaluating different algorithms for NPs metrology is the lack of standards that different researchers can use as ground truth. In order to overcome this limitation, the images and the ground truth measurements presented here are shared as an open dataset. © 2023 The Authors. Particle & Particle Systems Characterization published by Wiley-VCH GmbH

Methodology to improve the yield and performance on analog circuits using geometric programming.

Este trabalho propõe uma metodologia de projeto para fabricação ou Design Methodology for Manufacturing (DFM) utilizando a Programação Geométrica (PG) e os métodos tipo Newton para resolver problemas de otimização não-linear, os quais definem e assistem o projeto de circuitos analógicos. Depois, essa metodologia é aplicada e validada através do projeto de uma fonte de referência. Nos últimos anos, a tendência do aumento na densidade de transistores previsto pela lei de Moore tornou o problema do projeto dos circuitos dimensionalmente mais complexo. Além disso, uma maior densidade de transistores implica na diminuição das dimensões características do processo tornando-o mais sensível às variações de processo e as condições ambientais. As diferenças apresentadas entre o circuito projetado e aquele testado dão evidências de perdas de rendimento, as quais são atribuídas numa grande proporção ao processo de projeto. Devido à grande responsabilidade que o projetista tem neste problema, o projeto analógico deve ser focado para novas abordagens que levem em conta o desempenho e o rendimento conjuntamente. Em primeiro lugar, a metodologia proposta obtém um ponto inicial com um conjunto de especificações de desempenho adequadas, o qual vai ser usado na análise do impacto que tem o mismatch e as variações de processo sobre as especificações. Uma vez que o comportamento estatístico e determinístico do circuito foi caracterizado, uma nova estratégia de melhoria de rendimento foi implementada usando PG. A intenção de obter um projeto com um conjunto de especificações de bom desempenho envolve diretamente o rendimento do circuito, pois um conjunto de especificações ótimo obtido através da estrutura típica da PG não garante a obtenção de um projeto comercial e competitivo. Assim, este trabalho estabelece um método de projeto que combina a facilidade na obtenção do ótimo global da Programação Geométrica com uma nova análise de mismatch e de pior caso a qual permitiu uma redução nos tempos de computação mantendo semelhantes os valores de desempenho nominais. Usando a metodologia de projeto para fabricação proposta neste trabalho foi obtido um projeto de uma fonte de referência com um rendimento maior que 37% comparado com uma estratégia de projeto típica, sem nenhuma penalização significativa nas especificações de desempenho.This work proposed a Design Methodology for Manufacturing (DFM) using Geometric Programming (GP) and Newton-like methods to solve non-linear optimization problems, which define and aid the design of analog circuits. Afterwards, this methodology is applied and validated through the design of a voltage reference circuit. Over the last years, the tendency of the increasing on the transistor density predicted by the Moore Law has turned the circuit design problem dimensionally more complex. Additionally, a higher transistor density implies shrinkage on the feature dimensions of the process making it more sensitive to the process variations and environmental conditions. The differences between the designed circuit and the tested one give an evidence of yield losses, which are attributed in a great proportion to the design process. Due to the high responsibility of the designer on this problem, the analog design must be focused on new approaches that jointly manage performance and yield. In first place, the proposed methodology obtain a initial point with a suitable set of performance specifications, which will be used to analyze the impact of the mismatch and process variation over the design specifications. Once the statistical and deterministic behavior of the circuit was characterized, a new yield improvement strategy is implemented using Geometric Programming. Attempting to obtain a design with a set of high performance specifications directly involves the circuit yield, because an optimal performance set obtained by the traditional framework of GP does not assure the obtaining of a marketable and competitive design. So, this works establish a design method that combine the advantage of obtaining global optimum in Geometric Programming with a new mismatch and worst-case analysis that enabled a reduction in their computation time and maintain the initial nominal performance values. Using the design methodology for manufacturing proposed in this work, a voltage reference design with 37% better yield than one obtained with a typical design strategy without any significant penalty on their performance specs was achieved