當(dāng)前位置： 2021年江蘇省常州市前黃高級(jí)中學(xué)高考物理一模試卷> 試題詳情

在芯片制造過(guò)程中，離子注入是其中一道重要的工序。如圖所示是離子注入工作原理示意圖，離子經(jīng)加速后沿水平方向進(jìn)入速度選擇器，然后通過(guò)磁分析器，選擇出特定比荷的離子，經(jīng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后注入處在水平面內(nèi)的晶圓（硅片）。速度選擇器、磁分析器和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向均垂直紙面向外；速度選擇器和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小均為E，方向分別為豎直向上和垂直紙面向外。磁分析器截面是內(nèi)外半徑分別為R₁和R₂的四分之一圓環(huán)，其兩端中心位置M和N處各有一個(gè)小孔；偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布區(qū)域是同一棱長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方體，其偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)底面與晶圓所在水平面平行，間距也為L(zhǎng)。當(dāng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)不加電場(chǎng)及磁場(chǎng)時(shí)，離子恰好豎直注入到晶圓上的O點(diǎn)（即圖中坐標(biāo)原點(diǎn)，x軸垂直紙面向外）。整個(gè)系統(tǒng)置于真空中，不計(jì)離子重力，打在晶圓上的離子，經(jīng)過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)的角度都很小。當(dāng)α很小時(shí)，有sinα≈tanα≈α，cosα≈1-
1
2
α²。求：

（1）離子通過(guò)速度選擇器后的速度大小v和磁分析器選擇出來(lái)離子的比荷
q
m
；
（2）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)僅加電場(chǎng)時(shí)離子注入晶圓的位置，用坐標(biāo)（x,y）表示；
（3）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)僅加磁場(chǎng)時(shí)離子注入晶圓的位置，用坐標(biāo)（x,y）表示；
（4）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)同時(shí)加上電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)離子注入晶圓的位置，用坐標(biāo)（x,y）表示，并說(shuō)明理由。

【考點(diǎn)】帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)；牛頓第二定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用；牛頓第二定律與向心力結(jié)合解決問(wèn)題；從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度解決電場(chǎng)中的問(wèn)題．

【答案】見試題解答內(nèi)容

【解答】

【點(diǎn)評(píng)】

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發(fā)布：2024/4/20 14:35:0組卷：1153引用：5難度：0.3

相似題

1．如圖所示，一對(duì)長(zhǎng)平行柵極板水平放置，極板外存在方向垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，極板與可調(diào)電源相連，正極板上O點(diǎn)處的粒子源垂直極板向上發(fā)射速度為v₀、帶正電的粒子束，單個(gè)粒子的質(zhì)量為m、電荷量為q,一足夠長(zhǎng)的擋板OM與正極板成37°角傾斜放置，用于吸收打在其上的粒子，C、P是負(fù)極板上的兩點(diǎn)，C點(diǎn)位于O點(diǎn)的正上方，P點(diǎn)處放置一粒子靶（忽略靶的大小），用于接收從上方打入的粒子，CP長(zhǎng)度為L(zhǎng)₀，忽略柵極的電場(chǎng)邊緣效應(yīng)、粒子間的相互作用及粒子所受重力，sin37°=
3
5
。
（1）若粒子經(jīng)電場(chǎng)加速一次后正好打在P點(diǎn)處的粒子靶上，求可調(diào)電源電壓U₀的大小；
（2）調(diào)整電壓的大小，使粒子不能打在擋板OM上，求電壓的最小值U_min；
（3）若L₀=
5
m
v
0
q
B
，當(dāng)電壓從零開始連續(xù)緩慢增加時(shí)，求粒子靶最多能接收到幾種能量的粒子。（假定在每個(gè)粒子的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電壓恒定）
發(fā)布：2024/10/19 11:0:2組卷：23引用：1難度：0.5
解析
2．如圖所示，電子射線管放在U形磁鐵的N極和S極之間，射線管的P和Q兩極分別接在直流高壓電源的正極和負(fù)極，此時(shí)熒光屏上顯示的電子束運(yùn)動(dòng)徑跡將（　　）
A．向上偏轉(zhuǎn) B．向下偏轉(zhuǎn)
C．不發(fā)生偏轉(zhuǎn) D．先向上偏轉(zhuǎn)后向下偏轉(zhuǎn)
發(fā)布：2024/10/20 4:0:2組卷：8引用：2難度：0.7
解析

3．如圖所示，在xOy平面內(nèi)，有一曲線，其函數(shù)關(guān)系滿足
y
=
x
2
4
，在曲線上有一點(diǎn)P，其x軸坐標(biāo)x=2m,在y軸上有一Q點(diǎn)，其坐標(biāo)為
（
0
，
1
+
2
3
）
。從Q點(diǎn)沿平行于x軸方向以初速度v₀射入一質(zhì)量為m=2×10^-9kg、帶電量大小為q=10^-5C的帶電粒子（不計(jì)重力），在一象限存在垂直于xOy平面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，該帶電粒子恰好通過(guò)P點(diǎn)，則（　?。?/h2>

A．該帶電粒子帶正電，初速度

B．該帶電粒子從Q到P的時(shí)間為

C．該帶電粒子的軌道半徑

D．若保持其它條件不變，將磁場(chǎng)撤去，加一沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，該粒子也恰好從P點(diǎn)射出，則電場(chǎng)強(qiáng)度

發(fā)布：2024/10/25 13:30:2組卷：30引用：2難度：0.7

解析

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A．向上偏轉(zhuǎn)	B．向下偏轉(zhuǎn)
C．不發(fā)生偏轉(zhuǎn)	D．先向上偏轉(zhuǎn)后向下偏轉(zhuǎn)

2．如圖所示，電子射線管放在U形磁鐵的N極和S極之間，射線管的P和Q兩極分別接在直流高壓電源的正極和負(fù)極，此時(shí)熒光屏上顯示的電子束運(yùn)動(dòng)徑跡將（ ）

2．如圖所示，電子射線管放在U形磁鐵的N極和S極之間，射線管的P和Q兩極分別接在直流高壓電源的正極和負(fù)極，此時(shí)熒光屏上顯示的電子束運(yùn)動(dòng)徑跡將（　　）