Selve filmen reflekterer eller absorberer selektivt indfaldende lys, og dens farve er et resultat af filmens optiske egenskaber. Farven på tynde film genereres af reflekteret lys, så to aspekter skal overvejes, nemlig den iboende farve, der genereres af absorptionsegenskaberne for ikke-transparente tyndfilmsmaterialer for synligt lysspektrum, og interferensfarven, der genereres af multiple refleksioner af transparente eller let absorberende tyndfilmsmaterialer.
1. Intrinsisk farve
Absorptionsegenskaberne ved uigennemsigtige tyndfilmsmaterialer til det synlige lysspektrum fører til fremkomsten af iboende farver, og den vigtigste proces er overgangen af fotonenergi absorberet af elektroner. For ledende materialer absorberer elektronerne fotonenergi i det delvist fyldte valensbånd for at overgå til en ufyldt højenergitilstand over Fermi-niveauet, hvilket kaldes en in-band-overgang. For halvledere eller isolerende materialer er der et energigab mellem valensbåndet og ledningsbåndet. Kun elektroner med absorberet energi større end bredden af energigabet kan krydse gabet og overgå fra valensbåndet til ledningsbåndet, kendt som interband-overgang. Uanset hvilken type overgang det er, vil det forårsage inkonsistens mellem reflekteret lys og absorberet lys, hvilket får materialet til at udvise sin iboende farve. Materialer med båndgabbredder større end den synlige ultraviolette grænse, såsom dem større end 3,5 eV, er transparente for det menneskelige øje. Båndgabbredden for smalle båndgabsmaterialer er mindre end den infrarøde grænse for det synlige spektrum, og hvis den er mindre end 1,7 eV, fremstår den sort. Materialer med båndbredder i midterområdet kan udvise karakteristiske farver. Doping kan forårsage overgange mellem bånd i materialer med store energigab. Dopingelementer skaber et energiniveau mellem energigabene og deler dem i to mindre energiintervaller. Elektroner, der absorberer lavere energi, kan også gennemgå overgange, hvilket resulterer i, at det oprindelige transparente materiale udviser farve.
1. Interferensfarve
Transparente eller let absorberende tyndfilmsmaterialer udviser interferensfarver på grund af deres multiple refleksioner af lys. Interferens er den ændring i amplitude, der opstår efter superponering af bølger. I livet, hvis der er en oliefilm på overfladen af vandpytten, kan det observeres, at oliefilmen udviser irisering, som er den farve, der produceres ved typisk filminterferens. Aflejring af et tyndt lag transparent oxidfilm på et metalsubstrat kan opnå mange nye farver gennem interferens. Hvis en enkelt bølgelængde af lys falder ind fra atmosfæren på overfladen af det transparente lag, reflekteres en del af den på overfladen af den tynde film og vender direkte tilbage til atmosfæren; den anden del brydes gennem den transparente film og reflekteres ved filmsubstratgrænsefladen. Fortsæt derefter med at transmittere den transparente film og brydes ved grænsefladen mellem filmen og atmosfæren, før den vender tilbage til atmosfæren. Begge dele vil resultere i en optisk stiforskel og superponeret interferens.
Opslagstidspunkt: 30. juni 2023