Photoluminescence in Raman Scattering: Effects of HfO2 Template Layer on Ultrananocrystalline Diamond (UNCD) Films Grown on Stainless Steel Substrates

Abstract

The growth of polycrystalline diamond films can play an important role in industry if they can be grown on industrially used materials like aluminum (Al) or stainless steel (SS). A critical issue related to the growth of ultrananocrystalline diamond (UNCD) thin films on metals like SS, in a Hydrogen rich environment like the one present during growth of UNCD films, is the diffusion of Hydrogen (H) into the SS substrate, as it has been observed in prior research, which results in hydride formation in the SS that induce brittleness in the SS substrate. Several interface layers have been proposed described to avoid the H diffusion into the SS. However, HfO 2 has not been explored. The work reported here was focused on investigating the growth of UNCD films on commercially available SS substrates by using an interface layer of HfO 2 , which was found to be a good diffusion barrier for H to inhibit penetration into the SS substrate. The samples where characterized with SEM and Raman spectroscopy. A photoluminescence (PL) effect, observed in the Raman scattering analysis, is present in all the samples. The PL effect may be due to the interaction of the UNCD / HfO 2 interface. and the SS substrate rather than UNCD film alone. The novel result from the experiments described here, is the fact that it is possible to grow UNCD films on unseeded HfO2 layers on SS substrates. Keywords: ESTEC Conference Proceedings ResumenEl crecimiento de las películas de diamante policristalino podrían desempeñar un papel importante en la industria si pudiera crecer en materiales de uso industrial como aluminio (Al) o acero inoxidable (SS). Los problemas específicos con el crecimiento de películas delgadas de diamante ultrananocristalino (UNCD) en un ambiente rico en hidrógeno, discutido previamente, se debe a la alta difusión de Hydrógeno (H) en el SS y la formación de hidruros que inducen fragilidad en el SS. Se han propuesto introducir diferentes capas sobre la superficie del SS, para evitar la difusión de H en SS. Sin embargo, HfO 2 no ha sido explorado. Este trabajo se enfoca en investigar el crecimiento de láminas delgadas de UNCD sobre la superficie de sustratos comerciales de SS, creciendo una lámina ultradelgada de HfO 2 que prueba ser una buena barrera pare evitar la difusión de H que inhibe la penetración en el substrato. Las muestras se caracterizaron por espectroscopia SEM y Raman. Un efecto de fotoluminiscencia (PL) fue observado en todas las muestras. La hipótesis que se propone es que el efecto PL se debe principalmente a la interacción entre la lámina de HfO 2 y el sustrato SS en lugar de la lámina de UNCD. Un resultado sorprendente de los experimentos discutidos aquí, es el hecho de que es posible crecer láminas de UNCD sobre sustratos de HfO 2 /SS sin previa inserción de semillas de diamante nanocrystallino.Palabras claves: Diamante nano-cristalino (UNCD), foto fluorescencia, acero inoxidable, lámina, dióxido de hafnio.