nlsop.c

   1 /*
   2  * nlsop.c
   3  *
   4  * this program tries helping to understand the amorphous depuration
   5  * and recrystallization of SiCx while ion implanation. hopefully the program
   6  * will simulate the stabilization of the selforganizing structure in the
   7  * observed behaviour.
   8  *
   9  * refs:
  10  *  - J. K. N. Lindner. Habilationsschrift, Universitaet Augsburg.
  11  *  - Maik Haeberlen. Diplomarbeit, Universitaet Augsburg.
  12  */
  13
  14 #define _GNU_SOURCE
  15 #include <stdio.h>
  16 #include <stdlib.h>
  17 #include <string.h>
  18 #include <sys/types.h>
  19 #include <sys/stat.h>
  20 #include <fcntl.h>
  21 #include <unistd.h>
  22
  23 #include "nlsop.h"
  24
  25 #include "dfbapi.h"
  26 #include "random.h"
  27
  28 #define MAKE_AMORPH(N) *(N)|=AMORPH
  29 #define MAKE_CRYST(N) *(N)&=~AMORPH
  30
  31 int usage(void)
  32 {
  33  puts("usage:");
  34  puts("-h \t\t help");
  35  puts("-n \t\t no user interaction");
  36  printf("-a <value> \t slope of nuclear energy loss (default %f)\n",A_EL);
  37  printf("-b <value> \t nuclear energy loss offset (default %f)\n",B_EL);
  38  printf("-x <value> \t # x cells (default %d)\n",X);
  39  printf("-y <value> \t # x cells (default %d)\n",Y);
  40  printf("-z <value> \t # x cells (default %d)\n",Z);
  41  printf("-X <value> \t display x (default %d)\n",X/2-1);
  42  printf("-Y <value> \t display y (default %d)\n",Y/2-1);
  43  printf("-Z <value> \t display z (default %d)\n",Z/2-1);
  44  printf("-s <value> \t steps (default %d)\n",STEPS);
  45  printf("-d <value> \t refresh display (default %d)\n",REFRESH);
  46  printf("-r <value> \t amorphous influence range (default %d)\n",RANGE);
  47  printf("-f <value> \t pressure = <value> * 1/distance^2 (default %f)\n",A_AP);
  48  printf("-p <value> \t pressure offset (default %f)\n",B_AP);
  49  printf("-A <value> \t slope of linear c distribution (default %f)\n",A_CD);
  50  printf("-B <value> \t linear c distribution offset (default %f)\n",B_CD);
  51  printf("-C <value> \t initial c concentration (default %d)\n",CC);
  52  puts("-L <file> \t load from file");
  53  puts("-S <file> \t save to file");
  54  puts("-R <file> \t read from random file");
  55
  56  return 1;
  57 }
  58
  59 int process_cell(3d_lattice *3d_l,u32 x,u32 y,u32 z,int r,double a,double b,int *t_c)
  60 {
  61  unsigned char *thiz;
  62  int *conc;
  63  int i,j;
  64  double p;
  65
  66  thiz=3d_l->status+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  67  conc=3d_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  68  p=b*URAND_MAX;
  69  for(i=-r;i<=r;i++)
  70  {
  71   for(j=-r;j<=r;j++)
  72   {
  73    if(!(i==0 && j==0))
  74    {
  75     if(*(d3_l->status+((x+d3_l->max_x+i)%d3_l->max_x)+((y+d3_l->max_y+j)%d3_l->max_x)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH) p+=a*URAND_MAX/(i*i+j*j);
  76    }
  77   }
  78  }
  79  p*=*conc;
  80  if(!(*thiz&AMORPH))
  81  {
  82   if(rand_get(URAND_MAX)<=p)
  83   {
  84    MAKE_AMORPH(thiz);
  85    *t_c=*t_c+1-*conc;
  86   } else *t_c+=1;
  87  } else
  88  {
  89   /* assume 1-p probability */
  90   if(rand_get(URAND_MAX)>p)
  91   {
  92    MAKE_CRYST(thiz);
  93    *t_c=*t_c+1+*conc;
  94   } else *t_c+=1;
  95  }
  96
  97  return 1;
  98 }
  99
 100 int distrib_c(3d_lattice *3d_l,int t_c,double a,double b)
 101 {
 102  int i,j,k,total,area,sum;
 103  int temp,left;
 104  int *area_h;
 105  u32 x,y,z;
 106
 107  area=d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 108  area_h=(int *)malloc(d3_l->max_z*sizeof(int));
 109
 110  total=0;
 111  sum=0;
 112  for(i=0;i<d3_l->max_z;i++)
 113  {
 114   area_h[i]=0;
 115   for(j=0;j<area;j++)
 116   {
 117    if(!(*(d3_l->status+(i*area)+j)&AMORPH))
 118    {
 119     sum+=(i+1)*a+b;
 120     area_h[i]+=1;
 121    }
 122   }
 123  }
 124  for(i=0;i<d3_l->max_z;i++)
 125  {
 126   temp=((i+1)*a+b)*t_c/(sum+area_h[i]);
 127   if(temp>1)
 128   {
 129    for(j=0;j<area;j++)
 130    {
 131     if(!(*(d3_l->status+(i*area)+j)&AMORPH))
 132     {
 133      *(d3_l->extra+(i*area)+j)=temp;
 134      total+=temp;
 135     }
 136    }
 137   }
 138   left=(((i+1)*a+b)*t_c/sum)%area_h[i];
 139   while(left)
 140   {
 141   x=get_rand(d3_l->max_x);
 142   y=get_rand(d3_l->max_y);
 143   if(!(*(d3_l->status+(i*area)+x+y*d3_l->max_x)&AMORPH))
 144   {
 145    *(d3_l->extra+(i*area)+x+y*d3_l->max_x)+=1;
 146    total+=1;
 147    left-=1;
 148   }
 149  }
 150  left=t_c-total;
 151  while(left)
 152  {
 153   x=get_rand(d3_l->max_x);
 154   y=get_rand(d3_l->max_y);
 155   z=get_rand_lgp(d3_l->max_z,a,b);
 156   if(!(*(d3_l->status+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH))
 157   {
 158    *(d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)+=1;
 159    left-=1;
 160    total+=1;
 161   }
 162  }
 163
 164  return 1;
 165 }
 166
 167 int main(int argc,char **argv)
 168 {
 169  u32 max_x,max_y,max_z,x,y,z,x_c,y_c,z_c;
 170  int i,quit,escape,nowait;
 171  double a_el,b_el,a_cd,b_cd,a_ap,b_ap;
 172  int cc,steps,range,refresh;
 173  char s_file[MAX_CHARS];
 174  char l_file[MAX_CHARS];
 175  char r_file[MAX_CHARS];
 176  d3_lattice d3_l;
 177
 178  max_x=X;
 179  max_y=Y;
 180  max_z=Z;
 181  x=X/2-1;
 182  y=Y/2-1;
 183  z=Z/2-1;
 184  steps=STEPS;
 185  range=RANGE;
 186  refresh=REFRESH;
 187  a_el=A_EL;
 188  b_el=B_EL;
 189  a_cd=A_CD;
 190  b_cd=B_CD;
 191  a_ap=A_AP;
 192  b_ap=B_AP;
 193  cc=CC;
 194  nowait=0;
 195  strcpy(s_file,"");
 196  strcpy(l_file,"");
 197  strcpy(r_file,"");
 198
 199  for(i=1,i<argc,i++)
 200  {
 201   if(argv[i][0]=='-')
 202   {
 203    switch(argv[i][1])
 204    {
 205     case 'h':
 206      usage();
 207      return -1;
 208     case 'n':
 209      nowait=1;
 210      break;
 211     case 'a':
 212      a_el=atof(argv[++i]);
 213      break;
 214     case 'b':
 215      b_el=atof(argv[++i]);
 216      break;
 217     case 'x':
 218      max_x=atoi(argv[++i]);
 219      break;
 220     case 'y':
 221      max_y=atoi(argv[++i]);
 222      break;
 223     case 'z':
 224      max_z=atoi(argv[++i]);
 225      break;
 226     case 'X':
 227      x=atoi(argv[++i]);
 228      break;
 229     case 'Y':
 230      y=atoi(argv[++i]);
 231      break;
 232     case 'Z':
 233      z=atoi(argv[++i]);
 234      break;
 235     case 's':
 236      steps=atoi(argv[++i]);
 237      break;
 238     case 'd':
 239      refresh=atoi(argv[++i]);
 240      break;
 241     case 'r':
 242      range=atoi(argv[++i]);
 243      break;
 244     case 'f':
 245      a_ap=atof(argv[++i]);
 246      break;
 247     case 'p':
 248      b_ap=atof(argv[++i]);
 249      break;
 250     case 'A':
 251      a_cd=atof(argv[++i]);
 252      break;
 253     case 'B':
 254      b_cd=atof(argv[++i]);
 255      break;
 256     case 'C':
 257      cc=atoi(argv[++i]);
 258      break;
 259     case 'L':
 260      strcpy(l_file,argv[++i]);
 261      break;
 262     case 'S':
 263      strcpy(s_file,argv[++i]);
 264      break;
 265     case 'R':
 266      strcpy(r_file,argv[++i]);
 267      break;
 268     default:
 269      usage();
 270      return -1;
 271    }
 272   } else usage();
 273  }
 274
 275
 276  return 1;
 277 }