Lapisan tipis itu sendiri secara selektif memantulkan atau menyerap cahaya yang datang, dan warnanya merupakan hasil dari sifat optik lapisan tersebut. Warna lapisan tipis dihasilkan oleh cahaya yang dipantulkan, sehingga dua aspek perlu dipertimbangkan, yaitu warna intrinsik yang dihasilkan oleh karakteristik penyerapan bahan lapisan tipis non-transparan terhadap spektrum cahaya tampak, dan warna interferensi yang dihasilkan oleh pantulan ganda dari bahan lapisan tipis transparan atau yang sedikit menyerap cahaya.
1. Warna intrinsik
Karakteristik penyerapan material film tipis buram terhadap spektrum cahaya tampak menyebabkan munculnya warna intrinsik, dan proses terpenting adalah transisi energi foton yang diserap oleh elektron. Untuk material konduktif, elektron menyerap energi foton di pita valensi yang terisi sebagian untuk bertransisi ke keadaan energi tinggi yang tidak terisi di atas tingkat Fermi, yang disebut transisi dalam pita. Untuk semikonduktor atau material isolator, terdapat celah energi antara pita valensi dan pita konduksi. Hanya elektron dengan energi yang diserap lebih besar dari lebar celah energi yang dapat melintasi celah dan bertransisi dari pita valensi ke pita konduksi, yang dikenal sebagai transisi antar pita. Apa pun jenis transisinya, akan menyebabkan ketidaksesuaian antara cahaya yang dipantulkan dan cahaya yang diserap, yang menyebabkan material tersebut menunjukkan warna intrinsiknya. Material dengan lebar celah pita lebih besar dari batas ultraviolet tampak, seperti yang lebih besar dari 3,5 eV, transparan bagi mata manusia. Lebar celah pita (bandgap) pada material dengan celah pita sempit lebih kecil dari batas inframerah spektrum tampak, dan jika kurang dari 1,7 eV, material tersebut tampak hitam. Material dengan lebar pita di area tengah dapat menunjukkan warna-warna karakteristik. Doping dapat menyebabkan transisi antar pita pada material dengan celah energi lebar. Unsur doping menciptakan tingkat energi di antara celah energi, membaginya menjadi dua interval energi yang lebih kecil. Elektron yang menyerap energi lebih rendah juga dapat mengalami transisi, sehingga material transparan asli dapat menampilkan warna.
1. Warna interferensi
Material film tipis transparan atau sedikit menyerap cahaya menunjukkan warna interferensi karena pantulan cahaya yang berulang. Interferensi adalah perubahan amplitudo yang terjadi setelah superposisi gelombang. Dalam kehidupan nyata, jika ada lapisan minyak di permukaan genangan air, dapat diamati bahwa lapisan minyak tersebut menunjukkan iridesensi, yaitu warna yang dihasilkan oleh interferensi film tipikal. Dengan melapisi substrat logam dengan lapisan tipis film oksida transparan, banyak warna baru dapat diperoleh melalui interferensi. Jika cahaya dengan panjang gelombang tunggal datang dari atmosfer ke permukaan lapisan transparan, sebagian darinya dipantulkan pada permukaan film tipis dan langsung kembali ke atmosfer; bagian lainnya mengalami pembiasan melalui film transparan dan dipantulkan pada antarmuka film-substrat. Kemudian terus melewati film transparan dan mengalami pembiasan pada antarmuka antara film dan atmosfer sebelum kembali ke atmosfer. Kedua proses ini akan menghasilkan perbedaan jalur optik dan interferensi superposisi.
Waktu posting: 30 Juni 2023