在半导体集成电路制造过程中需要生产出纯度很高的，可精确控制的一价硼离子束。具体流程如图甲所示，离子源腔室可产生包含有B+、B2+、BF+2、F-和e-的等离子体，这些离子从一条狭缝进入吸极并把带正电的离子选出来，正离子通过吸极后垂直于磁场方向进入分析磁体控制的空间，被分析磁体选出的离子束引人到加速管调速，最终获得满足需要的离子束进入工艺腔内。吸极结构示意图如图乙所示，吸极由两个带缝隙的平行金属板（即抑制电极和引出电极）构成，引出电极接地，离子源腔体和引出电极之间的吸极电压为U1，抑制电极和引出电极之间的抑制电压为U2。分析磁体提供截面半径为R的圆柱型匀强磁场区域，磁感应强度可调。已知等离子体中的多数离子动能很接近，设为Ek0，电子的动能比较大，忽略离子所受重力，元电荷为e。
（1）求从引出电极飞出的B+离子的动能Ek1，以及恰好不能通过抑制电极的电子在离子源中的动能Ek2。
（2）硼有两种同位素10B和11B，若10B离子B+质量为10m,在磁场中恰好偏转了90°角，求分析磁体提供的磁感应强度B的最小值。
（3）航天用集成电路要求生产芯片用的硼必须是11B。离子束进入磁场时并不严格平行而是有个很小的散开角θ，如图丙所示，如果θ较大将导致离开磁场时两种B+离子没有分离，请在（1），（2）问的基础上分析，为了使两种B+离子分离求这个散开角θ的范围。（提示：请考虑使用散开角度很小，离子轨道半径接近时的近似条件（结果可用根式表示）
B
F
+
2
【答案】（1）从引出电极飞出的B+离子的动能为Ek0+eU1，以及恰好不能通过抑制电极的电子在离子源中的动能为e（U1+U2）；
（2）磁体提供的磁感应强度B的最小值为；
（3）散开角θ的范围为。
（2）磁体提供的磁感应强度B的最小值为
10
m
（
E
k
0
+
e
U
1
）
e
R
（3）散开角θ的范围为
0
≤
θ
＜
（
21
-
2
110
）
rad
【解答】
【点评】
声明：本试题解析著作权属菁优网所有，未经书面同意，不得复制发布。
发布：2024/6/27 10:35:59组卷：15引用：2难度：0.2
相似题
-
1．如图1所示，在xOy坐标系中，两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称，极板长度和板间距均为l,紧靠极板的右边缘的有界匀强磁场区域由ΔAB0和矩形0BCD构成，其中∠OAB=60°，OD=OA．磁场方向垂直于xOy平面向里，D、A位于y轴上。位于极板左侧的粒子源沿x轴向右接连发射质量为m,电荷量为+q、速度相同的带电粒子，现在0～3t0时间内两板间加上如图2所示的电压，已知t=0时刻进入两板间的粒子，在t0时刻射入磁场时，恰好不会从磁场边界射出磁场区域且圆心在x轴上，上述l、m、q、t0为已知量，U0=
，不考虑P、Q两板电压的变化对磁场的影响，也不考虑粒子的重力及粒子间的相互影响，求：ml2qt02
（1）t=0时刻进入两板间的带电粒子射入磁场时的速度；
（2）匀强磁场的磁感应强度的大小及磁场区域的面积；
（3）t=t0时刻进入两板间的带电粒子在匀强磁场中运动的时间。
发布：2024/12/30 0:0:1组卷：89引用：2难度：0.7 -
2．如图，半径为d的圆形区域内有磁感应强度为B的匀强磁场，磁场垂直圆所在的平面。一带电量为q、质量为m的带电粒子从圆周上a点对准圆心O射入磁场，从b点折射出来，若α=60°，则带电粒子射入磁场的速度大小为（ ）发布：2025/1/6 0:30:5组卷：272引用：2难度：0.6 -
3．如图所示，三角形ABC内有垂直于三角形平面向外的匀强磁场，AB边长为L，∠CAB=30°，∠B=90°，D是AB边的中点。现在DB段上向磁场内射入速度大小相同、方向平行于BC的同种粒子（不考虑粒子间的相互作用和粒子重力），若从D点射入的粒子恰好能垂直AC边射出磁场，则AC边上有粒子射出的区域长度为（ ）发布：2025/1/3 0:30:3组卷：303引用：1难度：0.5
相关试卷
