Multilagenbasierte Transmissionsoptiken für die Röntgenmikroskopie
Multilayer based transmission optics for x-ray microscopy
by Tobias Liese
Date of Examination:2012-05-15
Date of issue:2012-08-23
Advisor:Prof. Dr. Hans-Ulrich Krebs
Referee:Prof. Dr. Hans-Ulrich Krebs
Referee:Prof. Dr. Sarah Köster
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Format:PDF
Abstract
English
Microscopy in the x-ray regime (0,001 – 10 nm wavelength) is a well-established method filling the gap between light and electron microscopy. Focusing of x-rays using transmission optics like zone plates, spatial resolutions in the range of 10 nm were already experimentally reached. Nevertheless, fabricating high resolution and also efficient optics, high aspect ratios (between zone height and zone width) are needed. Hence, promising alternatives are one- or two-dimensional multilayer based transmission optics namely multilayer Laue lenses (line focus) and multilayer zone plates (point focus). This dissertation deals with the development and optimization of a novel fabrication method of such multilayer based transmission optics for soft (0,5 – 6 nm) and hard x-rays (< 0,5 nm), which involves the combination of pulsed laser deposition and focused ion beam technique. For this purpose, the main focus is placed on an elementary understanding of specific layer growth and real interface properties of appropriate material systems as well as a straightforward fabrication process of suitable devices without any defects. This innovative method establishes new physical and technological paths to highly focus both soft and hard x-rays with a spatial resolution below 10 nm.
Keywords: pulsed laser deposition; focused ion beam; x-ray microscopy; x-ray optics; zone plate; multilayer Laue lens; multilayer zone plate; thin films; interface; cumulative roughness; smoothing
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Die Mikroskopie mit kurzwelliger
Röntgenstrahlung (0,001 – 10 nm Wellenlänge) hat sich zunehmend als
komplementäres Bindeglied zwischen der Licht- und der
Elektronenmikroskopie etabliert. Die dazu notwendige Fokussierung
von Röntgenstrahlen mittels Transmissionsoptiken wie z. B.
Zonenplatten ist zu einer Standardmethode geworden, mit der sich
mittlerweile experimentelle Auflösungen von ungefähr 10 nm
erreichen lassen. Besonders schwierig ist hierbei jedoch die
Realisierung hoher Aspektverhältnisse (niedrige Zonenbreite bei
hoher Zonentiefe), um hochauflösende und gleichzeitig
beugungseffiziente Optiken herzustellen. Eine vielversprechende
Alternative stellt die Fabrikation von ein- oder zweidimensionalen
Zonenplattenstrukturen, sog. Multilagen-Laue-Linsen oder
Multilagen-Zonenplatten (Linien- oder Punktfokus) auf der Basis
aperiodischer Multischichten dar. Die vorliegende Dissertation
beschäftigt sich mit der Entwicklung und Optimierung einer
neuartigen Herstellungsmethode multilagenbasierter
Transmissionsoptiken für den weichen (0,5 – 6 nm) und harten
Röntgenwellenlängenbereich (< 0,5 nm), welche die Verwendung
zweier komplementärer Methoden umfasst: die gepulste
Laserdeposition und die fokussierte Ionenstrahltechnik. Im
Vordergrund steht dabei ein elementares physikalisches Verständnis
von gezieltem Schichtwachstum und realer Grenzflächeneigenschaften
geeigneter Materialsysteme sowie eine defektfreie und
unkomplizierte Fabrikation entsprechender Optiken zur effizienten
Fokussierung von Röntgenstrahlung mit möglichst hoher Auflösung.
Wie im Verlauf der Arbeit deutlich wird, eröffnet dieses innovative
Verfahren neue physikalische und technologische Wege zur
Nanofokussierung weicher und harter Röntgenstrahlung für die
Anwendung hochauflösender Röntgenmikroskopie im Bereich unter 10
nm.
Schlagwörter: Gepulste Laserdeposition; Fokussierte Ionenstrahltechnik; Röntgenmikroskopie; Zonenplatte; Multilagen-Laue-Linse; Multilagen-Zonenplatte; dünne Schichten; Grenzflächen; kumulative Rauigkeit; Glättung