Development of pixel super-resolution scanning transmission X-ray microscopy for material science

Die Entwicklung hochwertiger fokussierender Rontgenoptiken in den letzten Jahrzehnten hat die Transmissionsmikroskopie mit Rontgenstrahlung aus Synchrotronquellen ermoglicht. Proben lassen sich mit extrem hoher Ortsauflosung untersuchen, allerdings einerseits auf Kosten der Bildfeldgrose (bis zu 100 µm x 100 µm) und andererseits bei eingeschranktem Photonenenergiebereich (unter 20 keV), was den Einsatzbereich insbesondere in den Materialwissenschaften erheblich einschrankt. In dieser Arbeit fur den Bereich harter Rontgenstrahlung (17-35 keV) die so genannte rasternde superpixelauflosende Rontgentransmissionsmikroskopie entwickelt. Sie ermoglicht es, das Bildfeld zu vergrosern und zugleich die Scanzeit drastisch zu reduzieren, indem die Probe mit einem durch refraktive bikonkav-parabolische Multilinsen erzeugten Feld aus Fokuspunkten abge-rastert wird. Die hochauflosenden Bilder haben eine raumliche Auflosung, in der Grosenordnung der Rontgenfokusdurchmesser, und zwar auch wenn die Pixelgrose des zur Datenerfassung eingesetzten Bilddetektors viel groser ist als die Fokusgrose. Da das Schlusselelement der Technik eine Rontgenoptik ist, werden die Entwicklung und Herstellung einer (zwei)-dimensionalen brechenden Multilinse zur Fokussierung hochenergetischer Rontgenstrahlung vorgestellt, die mit Hilfe von Rontgentiefenlithographie und Galvanik hergestellt wurde. Es werden die Rontgencharakterisierung dieser Optiken und Mikroskopieexperimente vorgestellt, die an den Synchrotronquellen KARA (Deutschland), Diamond Light Source (England) und SPring-8 (Japan) durchgefuhrt wurden. Da die Hohe der herkommlichen refraktiven Multilinsen das Sichtfeld immer noch einschrankt (bestenfalls im Millimeterbereich), wurde eine Treppenanordnung aus zum Substrat geneigten RMLs entwickelt, die eine pixel-superauflosende Rasterrontgenmikroskopie mit einem Bildfeld von 1.64 cm × 1.64 cm bei einer Auflosung von 780 ± 40 nm unter Verwendung von 35 keV Rontgenstrahlung ermoglicht. Die Scanzeit betrug nur etwa vier Minuten. Die einzigartigen Moglichkeiten der rasternden superpixelauf-losenden Rontgentransmissionsmikroskopie mit harter Rontgenstrahlung wurde durch die Abbildung eines durch selektives Laserschmelzen aus Ti-6Al-4V hergestellten biomedizinischen Implantat-Abutments demonstriert. So wurde die Untersuchung ausgedehnter und dicker Proben fur die Materialwissenschaften demonstriert.