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试卷云
电子束光刻技术原理简化如图甲所示,电子源发射的电子束经过多级直线加速器后,进入静电转向器,再通过偏移器后对晶圆上的光刻胶进行曝光。多级直线加速器由n个横截面积相同且共轴的金属圆筒依次水平排列,各金属圆筒依序接在交变电源的两极A、B上,交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示。序号为0的金属圆板中央有一个点状电子源,电子逸出的速度不计,转向器中有辐向电场,电子从M点水平射入,沿着半径为R的圆弧虚线(等势线)运动,并从N点竖直射出,沿着偏移器的中轴线进入,轴线垂直晶圆上表面并过中心O点,已知偏移器为长、间距均为L的平行金属板,两极板可加电压,偏移器下端到芯片的距离为L,电子质量为m、电荷量大小为e,交变电压的绝对值为u,周期为T。电子通过圆筒间隙的时间不计,不计电子重力及电子间的相互作用力,忽略相对论效应、极板边缘效应等其他因素的影响。
(1)若时刻进入圆筒间隙的电子能够被加速,求此时A、B的电势高低和经过一次加速后电子的速度;
(2)经过8个圆筒后被导出的电子恰能沿圆弧虚线运动,求第8个圆筒的长度和转向器虚线处电场强度的大小;
(3)第(2)问中的电子能经过偏移器,求偏移器间所加电压的范围;
(4)若电子均匀进入偏移器,要求电子均匀对称打在光刻胶的x轴上O点两侧,试定性画出加在偏移器上扫描电压随时间变化的规律(电子在偏移器运动时,可认为场强不变)。
【答案】(1)B点电势高,;(2),;(3);(4)
【知识点】带电粒子在周期性变化电场中的直线运动
【详解】(1)B点电势高
电子在加速过程应用动能定理,有
得
(2)电子在圆筒中做匀速直线运动,有
电子经过8次加速后,有
所以
电子在转向器中做匀速圆周运动,有
得
(3)电子在偏移器中做类平抛运动,有
可以得到
故所加电压的范围为
。
(4)要求图像满足如下特征:
①随时间t线性关系
②随时间t周期性关系
③随时间t有正负变化,且正负最大值相等
只要画出任意一种即可,其它满足要求的也给分。