當(dāng)前位置： 2022年上海市楊浦區(qū)高考物理模擬試卷> 試題詳情

在芯片制造過程中，離子注入是其中一道重要的工序。如圖，是離子注入工作原理示意圖，離子經(jīng)電場(chǎng)加速后沿水平方向進(jìn)入速度選擇器，然后通過磁分析器，選擇出特定比荷的離子，經(jīng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后注入處在水平面上的晶圓（硅片）。速度選擇器、磁分析器和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中勻強(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)中勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小均為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的四分之一圓弧，其兩端中心位置M和N處各有一小孔；偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布區(qū)域是一棱長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方體，晶圓放置在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)底面處。當(dāng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)不加電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，離子恰好豎直注入到晶圓上的O點(diǎn)，O點(diǎn)也是偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)底面的中心。以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)建立xOy坐標(biāo)系，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，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)直接打在晶圓上的離子偏轉(zhuǎn)的角度都很小。已知當(dāng)α很小時(shí)，滿足：sinα≈α，cosα≈1-
1
2
α²。

（1）求離子通過速度選擇器后的速度大小v及磁分析器選擇出的離子的比荷；
（2）當(dāng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)僅加電場(chǎng)時(shí)，求離子注入到晶圓上的位置坐標(biāo)（x₁，y₁）；
（3）當(dāng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)僅加磁場(chǎng)時(shí)，設(shè)離子注入到晶圓上的位置坐標(biāo)為（x₂，y₂），請(qǐng)利用題設(shè)條件證明：y₂=x₁；
（4）當(dāng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)同時(shí)加上電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，求離子注入到晶圓上的位置坐標(biāo)（x₃，y₃），并簡(jiǎn)要說明理由。

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

【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：178引用：3難度：0.6

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（　?。?/h2>
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P點(diǎn)，則（　　）

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（ ?。?/h2>

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（　?。?/h2>