组卷网 > 高中物理综合库 > 电磁学 > 磁场 > 带电粒子在复合场中的运动 > 质谱仪 > 基于速度选择器的质谱仪
题型:解答题 难度:0.4 引用次数:1125 题号:16749693
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R1R2的四分之圆环,其两端中心位置MN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(xy)表示;
(3)偏转系统仅加磁场时离子注入晶圆的位置,用坐标(xy)表示。
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解答题 | 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。

(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
2016-12-08更新 | 1234次组卷
解答题 | 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OPOD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)
   
2023-08-05更新 | 160次组卷
解答题 | 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CD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,DMN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。
2023-05-21更新 | 385次组卷
共计 平均难度:一般