在芯片制造过程中,离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入工作原理示意图,离子经加速后沿水平方向进入速度选择器,然后通过磁分析器,选择出特定比荷的离子,经偏转系统后注入处在水平面内的晶圆(硅片)。速度选择器、磁分析器和偏转系统中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B,方向均垂直纸面向外;速度选择器和偏转系统中的匀强电场场强大小均为E,方向分别为竖直向上和垂直纸面向外。磁分析器截面是内外半径分别为R1和R2的四分之圆环,其两端中心位置M和N处各有一个小孔;偏转系统中电场和磁场的分布区域是同一边长为L的正方体,其底面与晶圆所在水平面平行,间距也为L。当偏转系统不加电场及磁场时,离子恰好竖直注入到晶圆上的O点(即图中坐标原点,x轴垂直纸面向外)。整个系统置于真空中,不计离子重力,打在晶圆上的离子,经过电场和磁场偏转的角度都很小。当
很小时,有
。求
(1)离子通过速度选择器后的速度大小v和磁分析器选择出来离子的比荷;
(2)偏转系统仅加电场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示;
(3)偏转系统仅加磁场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示。
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(1)离子通过速度选择器后的速度大小v和磁分析器选择出来离子的比荷;
(2)偏转系统仅加电场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示;
(3)偏转系统仅加磁场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示。
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更新时间:2022-09-09 15:07:39
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解答题
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较难
(0.4)
【推荐1】在粒子物理学的研究中,经常用电场和磁场来控制或者改变粒子的运动.一粒子源产生离子束,已知离子质量为m,电荷量为+e 。不计离子重力以及离子间的相互作用力。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2016/1/28/1575815657660416/1575815658119168/STEM/5a7503c6-992c-41c5-9cef-ca503a5c2668.png?resizew=550)
(1)如图1所示为一速度选择器,两平行金属板水平放置,电场强度E与磁感应强度B相互垂直.让粒子源射出的离子沿平行于极板方向进入速度选择器,求能沿图中虚线路径通过速度选择器的离子的速度大小v。
(2)如图2所示为竖直放置的两平行金属板A、B,两板中间均开有小孔,两板之间的电压UAB随时间的变化规律如图3所示.假设从速度选择器出来的离子动能为Ek=100eV,让这些离子沿垂直极板方向进入两板之间.两极板距离很近,离子通过两板间的时间可以忽略不计.设每秒从速度选择器射出的离子数为N0 = 5×1015个,已知e =1.6×10-19C.从B板小孔飞出的离子束可等效为一电流,求从t = 0到t = 0.4s时间内,从B板小孔飞出的离子产生的平均电流I。
(3)接(1),若在图1中速度选择器的上极板中间开一小孔,如图4所示.将粒子源产生的离子束中速度为0的离子,从上极板小孔处释放,离子恰好能到达下极板。求离子到达下极板时的速度大小v,以及两极板间的距离d。
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(1)如图1所示为一速度选择器,两平行金属板水平放置,电场强度E与磁感应强度B相互垂直.让粒子源射出的离子沿平行于极板方向进入速度选择器,求能沿图中虚线路径通过速度选择器的离子的速度大小v。
(2)如图2所示为竖直放置的两平行金属板A、B,两板中间均开有小孔,两板之间的电压UAB随时间的变化规律如图3所示.假设从速度选择器出来的离子动能为Ek=100eV,让这些离子沿垂直极板方向进入两板之间.两极板距离很近,离子通过两板间的时间可以忽略不计.设每秒从速度选择器射出的离子数为N0 = 5×1015个,已知e =1.6×10-19C.从B板小孔飞出的离子束可等效为一电流,求从t = 0到t = 0.4s时间内,从B板小孔飞出的离子产生的平均电流I。
(3)接(1),若在图1中速度选择器的上极板中间开一小孔,如图4所示.将粒子源产生的离子束中速度为0的离子,从上极板小孔处释放,离子恰好能到达下极板。求离子到达下极板时的速度大小v,以及两极板间的距离d。
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较难
(0.4)
【推荐2】某种质谱仪的原理如图,高速原子核从A点沿AC方向进入平行正对的金属平板之间,板间有方向如图,大小为E的匀强电场,还有垂直于纸面,磁感应强度为
的匀强磁场(图中未画出)。符合条件的原子核能从C沿半径方向射入半径为R的圆形磁场区,磁感应强度大小为
,方向垂直于纸面向外,接收器安放在与圆形磁场共圆心的弧形轨道上,其位置由OP与OD的夹角描述,不考虑原子核所受重力,电子电量为e,则:
(1)若某原子核的原子序数为Z,实验中接收器在
所对应位置能接收到原子核,求该原子核的质量m?
(2)现用此仪器分析氢的同位素,若在
的位置能接收到氕核,那么应该将接收器放于哪个位置能接收到氚核?(用
表示)
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(1)若某原子核的原子序数为Z,实验中接收器在
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(2)现用此仪器分析氢的同位素,若在
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较难
(0.4)
名校
【推荐3】在芯片制造过程中,离子注入是其中一道重要的工序。如图所示的是离子注入原理的示意图,离子经电场加速后沿水平方向进入速度选择器,速度为的离子射出后进入磁分析器Ⅰ,只有特定比荷的离子才能进入偏转系统Ⅱ,再注入水平放置的硅片上。磁分析器Ⅰ中的匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外,磁分析器Ⅰ的截面是矩形,矩形的长为
,宽为
,在其宽和长的中心位置C和D处各有一个小孔;半径为L的圆形偏转系统Ⅱ内存在垂直于纸面向外、磁感应强度大小可调的匀强磁场,D、M、N在一条竖直直线上,
为圆形偏转系统的直径,最低点M到硅片的距离
,不计离子重力。
(1)求能通过D点进入磁偏转系统的离子的比荷;
(2)若偏转系统磁感应强度大小的取值范周为
,求硅片上离子往入的宽度。
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(1)求能通过D点进入磁偏转系统的离子的比荷;
(2)若偏转系统磁感应强度大小的取值范周为
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较难
(0.4)
【推荐1】如图所示,在xoy平面直角坐标系中,直角三角形ACD内存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。线段CO=OD=d,θ=30°。在第四象限正方形ODFG内存在沿+x方向、大小为E=
的匀强电场,沿AC在第三象限放置一个足够大平面荧光屏,屏与y轴平行。一个电子从坐标原点沿+y方向射入磁场,恰好不从AD边射出磁场。已知电子的质量为m,电荷量为-e。试求:
(1)电子射入磁场时的速度大小;
(2)电子打在荧光屏上的位置坐标。
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(1)电子射入磁场时的速度大小;
(2)电子打在荧光屏上的位置坐标。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/3/7/2931124431511552/2931252830142464/STEM/8c197b0c-01a3-442e-bee0-954242936b30.png?resizew=259)
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较难
(0.4)
名校
【推荐2】如图所示,真空中有一个半径r=0.5m的圆柱形匀强磁场区域,磁场的磁感应强度大小B=2×10-3T,方向垂直于纸面向外,x轴与圆形磁场相切于坐标系原点O,在x=0.5m和x=1.5m之间的区域内有一个方向沿y轴正方向的匀强电场区域,电场强E=1.5×103N/C,在x=1.5m处竖有一个与x轴垂直的足够长的荧光屏,一粒子源在O点沿纸平面向各个方向发射速率相同、比荷
C/kg的带正电的粒子,若沿y轴正方向射入磁场的粒子恰能从磁场最右侧的A点沿x轴正方向垂直进入电场,不计粒子的重力及粒子间的相互作用和其他阻力.求:
(1)粒子源发射的粒子进入磁场时的速度大小;
(2)沿y轴正方向射入磁场的粒子从射出到打到荧光屏上的时间(计算结果保留两位有效数字);
(3)从O点处射出的粒子打在荧光屏上的纵坐标区域范围.
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f8a680f5a01c2ddb2173aadecbb8b26a.png)
(1)粒子源发射的粒子进入磁场时的速度大小;
(2)沿y轴正方向射入磁场的粒子从射出到打到荧光屏上的时间(计算结果保留两位有效数字);
(3)从O点处射出的粒子打在荧光屏上的纵坐标区域范围.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/3/4/2153411965509632/2156268505292800/STEM/287630e8-c173-4b7e-a861-349fed61c656.png?resizew=211)
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解答题
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较难
(0.4)
【推荐3】如图所示,在空间直角坐标系中,yOz平面右侧存在沿z轴负方向的匀强磁场,左侧存在沿y轴正方向的匀强磁场,左、右两侧磁场的磁感应强度大小相等;yOz平面左侧还有沿y轴负方向的匀强电场。现从空间中坐标为(d,0,0)的P点发射一质量为m,电荷量为+q(q>0)的粒子,粒子的速度方向沿xOy平面且与y轴正方向相同;经时间t后粒子恰好垂直于y轴进入yOz平面左侧,粒子从z轴上某点返回yOz平面右侧,不计粒子的重力。求:
(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小;
(2)匀强电场的电场强度E的大小;
(3)粒子返回yOz平面右侧时的速度v的大小。
(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小;
(2)匀强电场的电场强度E的大小;
(3)粒子返回yOz平面右侧时的速度v的大小。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2024/2/23/0a8b33ca-d78f-4af4-bd40-8bdb2ad5b1c6.png?resizew=194)
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