La película refleja o absorbe selectivamente la luz incidente, y su color es el resultado de sus propiedades ópticas. El color de las películas delgadas se genera por la luz reflejada, por lo que deben considerarse dos aspectos: el color intrínseco generado por las características de absorción de los materiales de película delgada no transparentes para el espectro de luz visible, y el color de interferencia generado por múltiples reflexiones de materiales de película delgada transparentes o ligeramente absorbentes.
1.Color intrínseco
Las características de absorción de los materiales opacos de película delgada al espectro de luz visible conducen a la aparición de colores intrínsecos, y el proceso más importante es la transición de la energía fotónica absorbida por los electrones. Para materiales conductores, los electrones absorben energía fotónica en la banda de valencia parcialmente llena para la transición a un estado de alta energía no lleno por encima del nivel de Fermi, que se llama una transición en banda. Para semiconductores o materiales aislantes, hay una brecha de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción. Solo los electrones con energía absorbida mayor que el ancho de la brecha de energía pueden cruzar la brecha y la transición de la banda de valencia a la banda de conducción, conocida como transición interbanda. Sin importar qué tipo de transición, causará inconsistencia entre la luz reflejada y la luz absorbida, lo que hace que el material exhiba su color intrínseco. Los materiales con anchos de banda prohibida mayores que el límite ultravioleta visible, como aquellos mayores de 3.5 eV, son transparentes para el ojo humano. El ancho de banda prohibida de los materiales con banda prohibida estrecha es menor que el límite infrarrojo del espectro visible, y si es menor de 1,7 eV, se ven negros. Los materiales con anchos de banda intermedios pueden exhibir colores característicos. El dopaje puede causar transiciones entre bandas en materiales con amplios intervalos de energía. Los elementos dopantes crean un nivel de energía entre los intervalos de energía, dividiéndolos en dos intervalos más pequeños. Los electrones que absorben menor energía también pueden experimentar transiciones, lo que resulta en que el material transparente original presente color.
1.Color de interferencia
Los materiales de película delgada transparentes o ligeramente absorbentes exhiben colores de interferencia debido a sus múltiples reflejos de luz. La interferencia es el cambio de amplitud que ocurre tras la superposición de ondas. En la vida real, si hay una película de aceite sobre la superficie de un charco de agua, se puede observar que presenta iridiscencia, que es el color producido por la interferencia típica de película. Depositar una capa delgada de película de óxido transparente sobre un sustrato metálico puede obtener muchos colores novedosos mediante interferencia. Si una sola longitud de onda de luz incide desde la atmósfera sobre la superficie de la capa transparente, una parte se refleja en la superficie de la película delgada y regresa directamente a la atmósfera; la otra parte sufre refracción a través de la película transparente y se refleja en la interfaz entre la película y el sustrato. Luego, la película transparente continúa transmitiendo y refractándose en la interfaz entre la película y la atmósfera antes de regresar a la atmósfera. Esto resultará en una diferencia de trayectoria óptica e interferencia superpuesta.
Hora de publicación: 30 de junio de 2023