La película en sí 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 es necesario considerar 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 las múltiples reflexiones de los materiales de película delgada transparentes o ligeramente absorbentes.
1. Color intrínseco
Las características de absorción de los materiales de película delgada opacos en el espectro de luz visible dan lugar a la aparición de colores intrínsecos, y el proceso más importante es la transición de la energía del fotón absorbida por los electrones. En los materiales conductores, los electrones absorben energía de fotón en la banda de valencia parcialmente llena para transitar a un estado de alta energía vacío por encima del nivel de Fermi, lo que se denomina transición dentro de la banda. En los semiconductores o materiales aislantes, existe 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 cruzarla y transitar de la banda de valencia a la banda de conducción, lo que se conoce como transición interbanda. Independientemente del tipo de transición, se producirá una inconsistencia entre la luz reflejada y la luz absorbida, lo que hace que el material muestre su color intrínseco. Los materiales con anchos de banda prohibida mayores que el límite del ultravioleta visible, como aquellos mayores de 3,5 eV, son transparentes al ojo humano. El ancho de banda prohibida de los materiales de 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 presentar colores característicos. El dopaje puede provocar transiciones interbanda en materiales con brechas de energía amplias. Los elementos dopantes crean un nivel de energía entre las brechas de energía, dividiéndolas en dos intervalos de energía más pequeños. Los electrones que absorben menor energía también pueden experimentar transiciones, lo que provoca que el material, originalmente transparente, presente color.
1. Color de interferencia
Los materiales de película delgada transparentes o ligeramente absorbentes exhiben colores de interferencia debido a sus múltiples reflexiones de la 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 en la superficie de un charco de agua, se puede observar que dicha película presenta iridiscencia, que es el color producido por la interferencia típica de la película. Al depositar una capa delgada de película de óxido transparente sobre un sustrato metálico, se pueden obtener muchos colores novedosos mediante la 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 película-sustrato. Luego, continúa transmitiéndose a través de la película transparente y refractándose en la interfaz entre la película y la atmósfera antes de regresar a la atmósfera. Esto dará como resultado una diferencia de trayectoria óptica y una interferencia superpuesta.
Fecha de publicación: 30 de junio de 2023