]> git.uio.no Git - u/mrichter/AliRoot.git/blobdiff - ITS/AliITSresponse.cxx
Cleaned up code and added some general Silicon diffusion functions and
[u/mrichter/AliRoot.git] / ITS / AliITSresponse.cxx
index 1311f06cad42cf49308744859184d85409799ce8..923fd218e28f128f6e28f519099df47b7cb9b4ec 100644 (file)
@@ -2,8 +2,232 @@
 //  Response class for set:ITS                //
 ////////////////////////////////////////////////
 
+#include <TMath.h>
 #include <TF1.h>
 #include <TString.h>
 #include "AliITSresponse.h"
 
 ClassImp(AliITSresponse)
+
+//______________________________________________________________________
+AliITSresponse::AliITSresponse(){
+    // Default Constructor
+
+    fdv = 0.000375;  // 300 microns and 80 volts.
+    fN  = 0.0;
+    fT  = 300.0;
+}
+//______________________________________________________________________
+AliITSresponse::AliITSresponse(Double_t thickness){
+    // Default Constructor
+
+    fdv = thickness/80.0;   // 80 volts.
+    fN  = 0.0;
+    fT  = 300.0;
+}
+//______________________________________________________________________
+Double_t AliITSresponse::MobilityElectronSiEmp(){
+    // Computes the electron mobility in cm^2/volt-sec. Taken from SILVACO
+    // International ATLAS II, 2D Device Simulation Framework, User Manual 
+    // Chapter 5 Equation 5-6. An empirical function for low-field mobiliity 
+    // in silicon at different tempeatures.
+    // Inputs:
+    //    none.
+    // Output:
+    //    none.
+    // Return:
+    //    The Mobility of electrons in Si at a give temprature and impurity
+    //    concentration. [cm^2/Volt-sec]
+    const Double_t m0  = 55.24; // cm^2/Volt-sec
+    const Double_t m1  = 7.12E+08; // cm^2 (degree K)^2.3 / Volt-sec
+    const Double_t N0  = 1.072E17; // #/cm^3
+    const Double_t T0  = 300.; // degree K.
+    const Double_t eT0 = -2.3; // Power of Temp.
+    const Double_t eT1 = -3.8; // Power of Temp.
+    const Double_t eN  = 0.73; // Power of Dopent Consentrations
+    Double_t m;
+    Double_t T = fT,N = fN;
+
+    if(N<=0.0){ // Simple case.
+       if(T==300.) return 1350.0; // From Table 5-1 at consentration 1.0E14.
+       m = m1*TMath::Power(T,eT0);
+       return m;
+    } // if N<=0.0
+    m = m1*TMath::Power(T,eT0) - m0;
+    m /= 1.0 + TMath::Power(T/T0,eT1)*TMath::Power(N/N0,eN);
+    m += m0;
+    return m;
+}
+//______________________________________________________________________
+Double_t AliITSresponse::MobilityHoleSiEmp(){
+    // Computes the Hole mobility in cm^2/volt-sec. Taken from SILVACO
+    // International ATLAS II, 2D Device Simulation Framework, User Manual 
+    // Chapter 5 Equation 5-7 An empirical function for low-field mobiliity 
+    // in silicon at different tempeatures.
+    // Inputs:
+    //    none.
+    // Output:
+    //    none.
+    // Return:
+    //    The Mobility of Hole in Si at a give temprature and impurity
+    //    concentration. [cm^2/Volt-sec]
+    const Double_t m0a = 49.74; // cm^2/Volt-sec
+    const Double_t m0b = 49.70; // cm^2/Volt-sec
+    const Double_t m1  = 1.35E+08; // cm^2 (degree K)^2.3 / Volt-sec
+    const Double_t N0  = 1.606E17; // #/cm^3
+    const Double_t T0  = 300.; // degree K.
+    const Double_t eT0 = -2.2; // Power of Temp.
+    const Double_t eT1 = -3.7; // Power of Temp.
+    const Double_t eN  = 0.70; // Power of Dopent Consentrations
+    Double_t m;
+    Double_t T = fT,N = fN;
+
+    if(N<=0.0){ // Simple case.
+       if(T==300.) return 495.0; // From Table 5-1 at consentration 1.0E14.
+       m = m1*TMath::Power(T,eT0) + m0a-m0b;
+       return m;
+    } // if N<=0.0
+    m = m1*TMath::Power(T,eT0) - m0b;
+    m /= 1.0 + TMath::Power(T/T0,eT1)*TMath::Power(N/N0,eN);
+    m += m0a;
+    return m;
+}
+//______________________________________________________________________
+Double_t AliITSresponse::DiffusionCoefficientElectron(){
+    // Computes the Diffusion coefficient for electrons in cm^2/sec. Taken 
+    // from SILVACO International ATLAS II, 2D Device Simulation Framework, 
+    // User Manual Chapter 5 Equation 5-53. Einstein relations for diffusion 
+    // coefficient. Note: 1 cm^2/sec = 10 microns^2/nanosec.
+    // Inputs:
+    //    none.
+    // Output:
+    //    none.
+    // Return:
+    //    The Diffusion Coefficient of electrons in Si at a give temprature
+    //    and impurity concentration. [cm^2/sec]
+    // const Double_t kb = 1.3806503E-23; // Joules/degree K
+    // const Double_t qe = 1.60217646E-19; // Coulumbs.
+    const Double_t kbqe = 8.617342312E-5; // Volt/degree K
+    Double_t m = MobilityElectronSiEmp();
+    Double_t T = fT;
+
+    return m*kbqe*T;  // [cm^2/sec]
+}
+//______________________________________________________________________
+Double_t AliITSresponse::DiffusionCoefficientHole(){
+    // Computes the Diffusion coefficient for Holes in cm^2/sec. Taken 
+    // from SILVACO International ATLAS II, 2D Device Simulation Framework, 
+    // User Manual Chapter 5 Equation 5-53. Einstein relations for diffusion 
+    // coefficient. Note: 1 cm^2/sec = 10 microns^2/nanosec.
+    // Inputs:
+    //    none.
+    // Output:
+    //    none.
+    // Return:
+    //    The Defusion Coefficient of Hole in Si at a give temprature and 
+    //    impurity concentration. [cm^2/sec]
+    //    and impurity concentration. [cm^2/sec]
+    // const Double_t kb = 1.3806503E-23; // Joules/degree K
+    // const Double_t qe = 1.60217646E-19; // Coulumbs.
+    const Double_t kbqe = 8.617342312E-5; // Volt/degree K
+    Double_t m = MobilityHoleSiEmp();
+    Double_t T = fT;
+
+    return m*kbqe*T;  // [cm^2/sec]
+}
+//______________________________________________________________________
+Double_t AliITSresponse::SpeedElectron(){
+    // Computes the average speed for electrons in Si under the low-field 
+    // approximation. [cm/sec].
+    // Inputs:
+    //    none.
+    // Output:
+    //    none.
+    // Return:
+    //    The speed the holes are traveling at due to the low field applied. 
+    //    [cm/sec]
+    Double_t m = MobilityElectronSiEmp();
+
+    return m/fdv;  // [cm/sec]
+}
+//______________________________________________________________________
+Double_t AliITSresponse::SpeedHole(){
+    // Computes the average speed for Holes in Si under the low-field 
+    // approximation.[cm/sec].
+    // Inputs:
+    //    none.
+    // Output:
+    //    none.
+    // Return:
+    //    The speed the holes are traveling at due to the low field applied. 
+    //    [cm/sec]
+    Double_t m = MobilityHoleSiEmp();
+
+    return m/fdv;  // [cm/sec]
+}
+//______________________________________________________________________
+Double_t AliITSresponse::SigmaDiffusion3D(Double_t l){
+    // Returns the Gaussian sigma^2 == <x^2+y^2+z^2> [cm^2] due to the defusion 
+    // of electrons or holes through a distance l [cm] caused by an applied
+    // voltage v [volt] through a distance d [cm] in any material at a
+    // temperature T [degree K]. The sigma diffusion when expressed in terms
+    // of the distance over which the diffusion occures, l=time/speed, is 
+    // independent of the mobility and therefore the properties of the
+    // material. The charge distributions is given by 
+    // n = exp(-r^2/4Dt)/(4piDt)^1.5. From this <r^2> = 6Dt where D=mkT/e
+    // (m==mobility, k==Boltzman's constant, T==temparature, e==electric 
+    // charge. and vel=m*v/d. consiquently sigma^2=6kTdl/ev.
+    // Inputs:
+    //    Double_t l   Distance the charge has to travel.
+    // Output:
+    //    none.
+    // Return:
+    //    The Sigma due to the diffution of electrons. [cm]
+    const Double_t con = 5.17040258E-04; // == 6k/e [J/col or volts]
+
+    return TMath::Sqrt(con*fT*fdv*l);  // [cm]
+}
+//______________________________________________________________________
+Double_t AliITSresponse::SigmaDiffusion2D(Double_t l){
+    // Returns the Gaussian sigma^2 == <x^2+z^2> [cm^2] due to the defusion 
+    // of electrons or holes through a distance l [cm] caused by an applied
+    // voltage v [volt] through a distance d [cm] in any material at a
+    // temperature T [degree K]. The sigma diffusion when expressed in terms
+    // of the distance over which the diffusion occures, l=time/speed, is 
+    // independent of the mobility and therefore the properties of the
+    // material. The charge distributions is given by 
+    // n = exp(-r^2/4Dt)/(4piDt)^1.5. From this <x^2+z^2> = 4Dt where D=mkT/e
+    // (m==mobility, k==Boltzman's constant, T==temparature, e==electric 
+    // charge. and vel=m*v/d. consiquently sigma^2=4kTdl/ev.
+    // Inputs:
+    //    Double_t l   Distance the charge has to travel.
+    // Output:
+    //    none.
+    // Return:
+    //    The Sigma due to the diffution of electrons. [cm]
+    const Double_t con = 3.446935053E-04; // == 4k/e [J/col or volts]
+
+    return TMath::Sqrt(con*fT*fdv*l);  // [cm]
+}
+//______________________________________________________________________
+Double_t AliITSresponse::SigmaDiffusion1D(Double_t l){
+    // Returns the Gaussian sigma^2 == <x^2> [cm^2] due to the defusion 
+    // of electrons or holes through a distance l [cm] caused by an applied
+    // voltage v [volt] through a distance d [cm] in any material at a
+    // temperature T [degree K]. The sigma diffusion when expressed in terms
+    // of the distance over which the diffusion occures, l=time/speed, is 
+    // independent of the mobility and therefore the properties of the
+    // material. The charge distributions is given by 
+    // n = exp(-r^2/4Dt)/(4piDt)^1.5. From this <r^2> = 2Dt where D=mkT/e
+    // (m==mobility, k==Boltzman's constant, T==temparature, e==electric 
+    // charge. and vel=m*v/d. consiquently sigma^2=2kTdl/ev.
+    // Inputs:
+    //    Double_t l   Distance the charge has to travel.
+    // Output:
+    //    none.
+    // Return:
+    //    The Sigma due to the diffution of electrons. [cm]
+    const Double_t con = 1.723467527E-04; // == 2k/e [J/col or volts]
+
+    return TMath::Sqrt(con*fT*fdv*l);  // [cm]
+}