Desenvolvimento de zone plates construídas via técnica de atomic layer deposition

Abstract

A proposta deste trabalho é a construção e caracterização, a partir de equipamentos e materiais disponíveis no Instituto de Física (UFRGS), de um microdispositivo que tenha potencial aplicação para a focalização de raios-x, i.e., uma zone plate, por meio de um processo de fabricação alternativo que se utiliza de um substrato cilíndrico revestido por multicamadas depositadas via Atomic Layer Deposition (ALD). Para tal, foi modelado um sistema formado por um tubo capilar de 315 μm de diâmetro recoberto por uma estrutura de camadas alternadas de óxidos transparentes e opacos a raios-x (HfO2 e Al2O3, respectivamente) e que poderia ser viável ser depositado por ALD e funcionar como uma potencial zone plate para focalizar raios-x. No total foram realizadas oito deposições (quatro de cada óxido), conforme o modelo pré-estabelecido. As camadas obtidas foram caracterizadas utilizando, principalmente, elipsometria espectral, para avaliar suas espessuras e se estas foram obtidas de acordo com as dimensões desejadas. Problemas técnicos no reator ALD ocasionaram que duas camadas (uma de óxido de háfnio e outra de alumínio) ficassem fora das dimensões desejadas. Entretanto, mesmo com estes problemas técnicos, as outras 6 camadas ficaram dentro do intervalo de espessuras desejada ou com desvios máximos em torno de 4%. A utilização da técnica de ALD se mostra como uma alternativa viável para a construção deste tipo de dispositivo.

The purpose of this work was the construction and characterization, using the equipment and materials available at the Institute of Physics (UFRGS), of a microdevice that has potential application for x-ray focusing, i.e. a zone plate, through an alternative manufacturing process that uses a cylindrical substrate coated by multilayers deposited by Atomic Layer Deposition (ALD). For such purpose, is was modeled a system formed by a capillary tube of 315 μm of diameter covered by a structure of alternating layers of oxides, one transparent to X-ray and the other one opaque to X-ray (HfO2 and Al2O3, respectively) and which could be viable to be deposited by ALD and to work as a potential zone plate to focus X-ray. In total, eight depositions (four of each oxide) were performed, according to the pre-established model. The layers obtained were characterized using optical techniques, mainly spectral ellipsometry, to evaluate if their thicknesses were obtained according to the desired dimensions. Technical problems in the ALD reactor caused that two layers (one of hafnium oxide and other of aluminum oxide) would remain out of the desired dimensions. However, even with these technical problems, the other six layers were within the desired thickness range or showed maximum deviations of around 4%. The use of the ALD technique is shown to be a viable alternative for the construction of this type of device.