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在芯片制造过程中,离子注入是其中一道重要的工序。如图,是离子注入工作原理示意图,离子经电场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上的晶圆(硅片)。速度选择器、磁分析器和偏转系统中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匀强电场的电场强度大小均为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的四分之一圆弧,其两端中心位置M和N处各有一小孔;偏转系统中电场和磁场的分布区域是一棱长为L的正方体,晶圆放置在偏转系统底面处。当偏转系统不加电场和磁场时,离子恰好竖直注入到晶圆上的O点,O点也是偏转系统底面的中心。以O点为原点建立xOy坐标系,x轴垂直纸面向外。整个系统置于真空中,不计离子重力,经过偏转系统直接打在晶圆上的离子偏转的角度都很小。已知当α很小时,满足:sinα≈α,cosα≈1-
1
2
α2

(1)求离子通过速度选择器后的速度大小v及磁分析器选择出的离子的比荷;
(2)当偏转系统仅加电场时,求离子注入到晶圆上的位置坐标(x1,y1);
(3)当偏转系统仅加磁场时,设离子注入到晶圆上的位置坐标为(x2,y2),请利用题设条件证明:y2=x1
(4)当偏转系统同时加上电场和磁场时,求离子注入到晶圆上的位置坐标(x3,y3),并简要说明理由。

【答案】(1)离子通过速度选择器后的速度大小为
E
B
,磁分析器选择出的离子的比荷为
q
m
=
2
E
R
1
+
R
2
B
2

(2)当偏转系统仅加电场时,离子注入到晶圆上的位置坐标为(
L
2
R
1
+
R
2
,0);
(3)证明如上
(4)当偏转系统同时加上电场和磁场时,离子在偏转系统内的运动可视为沿x轴和y轴两个分运动的合运动,由于分运动具有独立性。所以离子注入到晶圆上的位置坐标为(
L
2
R
1
+
R
2
L
2
R
1
+
R
2
)。
【解答】
【点评】
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发布:2024/4/20 14:35:0组卷:192引用:3难度:0.6
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    m
    l
    2
    q
    t
    0
    2
    ,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:
    (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:87引用:2难度:0.7
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    发布:2025/1/3 0:30:3组卷:302引用:1难度:0.5
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