Kalvo itsessään heijastaa tai absorboi valikoivasti tulevaa valoa, ja sen väri on seurausta kalvon optisista ominaisuuksista. Ohuiden kalvojen väri syntyy heijastuneesta valosta, joten on otettava huomioon kaksi näkökohtaa: läpinäkymättömien ohutkalvomateriaalien näkyvän valon spektrin absorptio-ominaisuuksien synnyttämä luontainen väri ja läpinäkyvien tai hieman absorboivien ohutkalvomateriaalien useiden heijastusten synnyttämä interferenssiväri.
1. Luonnollinen väri
Läpinäkymättömien ohutkalvomateriaalien absorptio-ominaisuudet näkyvän valon spektrissä johtavat luontaisten värien esiintymiseen, ja tärkein prosessi on elektronien absorboiman fotonienergian siirtyminen. Johtavissa materiaaleissa elektronit absorboivat fotonienergiaa osittain täytetyssä valenssivyöhykkeessä siirtyäkseen täyttämättömään korkeaenergiseen tilaan Fermi-tason yläpuolella, mitä kutsutaan kaistan sisäiseksi siirtymäksi. Puolijohteissa tai eristemateriaaleissa valenssivyöhykkeen ja johtamisvyöhykkeen välillä on energiarako. Vain elektronit, joiden absorboima energia on suurempi kuin energiaraon leveys, voivat ylittää aukon ja siirtyä valenssivyöhykkeeltä johtamisvyöhykkeelle, mitä kutsutaan kaistan sisäiseksi siirtymäksi. Olipa siirtymä mikä tahansa, se aiheuttaa epäjohdonmukaisuutta heijastuneen ja absorboituneen valon välillä, mikä saa materiaalin näyttämään luontaisen värinsä. Materiaalit, joiden kaistanleveys on suurempi kuin näkyvän ultravioletin raja, kuten yli 3,5 eV:n materiaalit, ovat läpinäkyviä ihmissilmälle. Kapean kaistanleveyden omaavien materiaalien kaistanleveys on pienempi kuin näkyvän spektrin infrapunaraja, ja jos se on alle 1,7 eV, materiaali näyttää mustalta. Keskimmäisellä alueella olevien kaistanleveyksien omaavat materiaalit voivat näyttää ominaisia värejä. Doping voi aiheuttaa kaistanvälisiä siirtymiä materiaaleissa, joissa on leveitä energia-aukkoja. Doping-aineet luovat energiatason energia-aukkojen väliin jakaen ne kahteen pienempään energia-alueeseen. Myös pienempää energiaa absorboivat elektronit voivat käydä läpi siirtymiä, jolloin alkuperäinen läpinäkyvä materiaali näyttää värilliseltä.
1. Häiriöväri
Läpinäkyvät tai hieman absorboivat ohutkalvomateriaalit esittävät interferenssivärejä niiden useiden valoheijastusten vuoksi. Interferenssi on amplitudin muutos, joka tapahtuu aaltojen superposition jälkeen. Elämässä, jos vesilammikon pinnalla on öljykalvo, voidaan havaita, että öljykalvossa on iridescencea, joka on tyypillisen kalvointerferenssin tuottama väri. Kerrostamalla ohut läpinäkyvä oksidikalvokerros metallialustalle voidaan saada monia uusia värejä interferenssin kautta. Jos yksi valoaallonpituus osuu ilmakehästä läpinäkyvän kerroksen pinnalle, osa siitä heijastuu ohutkalvon pinnalta ja palaa suoraan ilmakehään. Toinen osa taittuu läpinäkyvän kalvon läpi ja heijastuu kalvoalustan rajapinnassa. Sitten läpinäkyvä kalvo jatkaa läpäisyään ja taittuu kalvon ja ilmakehän rajapinnassa ennen kuin palaa ilmakehään. Nämä kaksi johtavat optisen reitin eroon ja päällekkäiseen interferenssiin.
Julkaisun aika: 30. kesäkuuta 2023