Nanofabrication processes for high-aspect ratio X-ray zone plates

The field of nanofabrication is vast, and there are many methods available to facilitate the fabrication of different types of structures. Nanostructured materials make up critical infrastructure in fields like medical technology, energy storage and production, computer science and more. These can come in many different shapes, including particles, crystallites, patterned structures and more. A common material for nanostructures of more deterministic natures is silicon. Processing silicon can be done in many ways, and within nanofabrication, methods are sorted as either top-down or bottom-up. Each term describes the process of reaching the desired size of the structure by either breaking down a bulk (top-down) or building up from smaller particles (bottom-up). Through combining different methods of nanofabrication, advanced nanostructures for complicated applications can be made. One area where such nanostructures are needed is X-ray imaging. Nanostructures make up the optical components responsible for the focusing of the light. For this purpose, there are many options available. One is zone plates, which are circular gratings with radially decreasing features that through diffraction focus the X-rays to a spot. The resolution of a zone plate is determined by the size of the outermost zone. As X-ray imaging is a technique commonly used for imaging of very small samples, such as viruses, cells, particles, or crystals, a zone plate needs to offer the possibility to resolve small features. This leads to the outermost zone of the zone plate needing to be very small, preferably on the nanoscale. For efficiency, a high aspect ratio is desirable. To achieve this, precise nanofabrication is key, and the processes for fabricating these devices are many, complex, and depend on good control and optimization to get the best results. The purpose of this thesis is to investigate and improve these methods for the fabrication of zone plate nanostructures for X-ray imaging purpose
Nanofabrikation är ett brett fält, där det finns många olika metoder för att möjliggöra och underlätta tillverkningen av olika sorters strukturer. Nanostrukturerade material spelar en viktig roll i många olika fält, däribland medicinsk teknologi, energilagring och produktion, datavetenskap med mera. Dessa material kan förekomma i många olika former. Partiklar, kristalliter, mönstrade strukturer med mera. Ett vanligt förekommande material för nanostrukturer av mer deterministisk art är kisel. Kisel kan bearbetas på många sätt, och inom nanofabrikation delar man upp metoderna i två kategorier - \textit{top-down} och \textit{bottom-up}. I det första fallet når man ett nanostrukturerat material genom att bryta upp en bulk i mindre delar. I det andra fallet gäller det omvända, där strukturer konstrueras från mindre beståndsdelar. Genom att kombinera metoder från de två kategorierna kan komplicerade strukturer tillverkas. Inom röntgenavbildning finns det en tillämpning för nanostrukturer, då dessa utgör de optiska komponenter som fokuserar infallande röntgenstrålar. Det finns olika sätt att göra detta på. En är genom att använda sig at zonplattor, som är cirkulära gitter med radiellt minskande mått. Dessa strukturer fokuserar ljus genom diffraktion till en punkt. Upplösningen för en zonplatta styrs av storleken på den yttersta zonen. Då röntgenavbildning kan användas för att avbilda väldigt små objekt, exempelvis virus, celler, små partiklar eller kristaller, så behöver även den minsta zonen hos en zonplatta vara mycket liten, helst i nanoskala. För bästa effektivitet behöver relationen tjocklek-bredd hos en zonplatta vara hög. Detta uppnås genom precis nanofabrikation, och de ingående processerna är många, komplexa och är alla beroende av god kontroll och optimering för att ge bästa möjliga resultat. Syftet med den här avhandlingen är att utvärdera och optimera metoder för tillverkningen av nanostrukturerade zonplattor för röntgenavbildning. Detta inkluderar elektronstrå
QC 2024-02-02