Il film stesso riflette o assorbe selettivamente la luce incidente e il suo colore è il risultato delle proprietà ottiche del film. Il colore dei film sottili è generato dalla luce riflessa, quindi è necessario considerare due aspetti: il colore intrinseco generato dalle caratteristiche di assorbimento dei materiali a film sottile non trasparenti per lo spettro della luce visibile e il colore di interferenza generato da riflessioni multiple di materiali a film sottile trasparenti o leggermente assorbenti.
1. Colore intrinseco
Le caratteristiche di assorbimento dei materiali a film sottile opachi nello spettro della luce visibile portano alla comparsa di colori intrinseci, e il processo più importante è la transizione dell'energia dei fotoni assorbita dagli elettroni. Per i materiali conduttivi, gli elettroni assorbono l'energia dei fotoni nella banda di valenza parzialmente riempita per passare a uno stato di alta energia non riempito al di sopra del livello di Fermi, che è chiamato transizione in banda. Per i semiconduttori o i materiali isolanti, esiste un gap energetico tra la banda di valenza e la banda di conduzione. Solo gli elettroni con energia assorbita maggiore dell'ampiezza del gap energetico possono attraversare il gap e passare dalla banda di valenza a quella di conduzione, nota come transizione interbanda. Indipendentemente dal tipo di transizione, causerà incoerenza tra la luce riflessa e quella assorbita, che fa sì che il materiale mostri il suo colore intrinseco. I materiali con larghezze di gap energetico superiori al limite dell'ultravioletto visibile, come quelli superiori a 3,5 eV, sono trasparenti all'occhio umano. La larghezza di banda dei materiali a banda stretta è inferiore al limite infrarosso dello spettro visibile e, se inferiore a 1,7 eV, appare nera. I materiali con larghezze di banda nella zona centrale possono presentare colori caratteristici. Il drogaggio può causare transizioni interbanda in materiali con ampi gap energetici. Gli elementi di drogaggio creano un livello energetico tra i gap energetici, dividendoli in due intervalli energetici più piccoli. Anche gli elettroni che assorbono meno energia possono subire transizioni, con conseguente colorazione del materiale trasparente originale.
1. Colore di interferenza
I materiali a film sottile trasparenti o leggermente assorbenti mostrano colori di interferenza dovuti alle loro molteplici riflessioni di luce. L'interferenza è la variazione di ampiezza che si verifica dopo la sovrapposizione di onde. In natura, se sulla superficie di una pozzanghera d'acqua è presente una pellicola d'olio, si può osservare che la pellicola presenta iridescenza, che è il colore prodotto dalla tipica interferenza della pellicola. Depositando un sottile strato di pellicola di ossido trasparente su un substrato metallico si possono ottenere molti nuovi colori per interferenza. Se una singola lunghezza d'onda di luce incide dall'atmosfera sulla superficie dello strato trasparente, una parte di essa viene riflessa sulla superficie della pellicola sottile e ritorna direttamente nell'atmosfera; l'altra parte subisce rifrazione attraverso la pellicola trasparente e si riflette all'interfaccia tra la pellicola e il substrato. Quindi continua a trasmettere la pellicola trasparente e a rifrangersi all'interfaccia tra la pellicola e l'atmosfera prima di tornare nell'atmosfera. Questi due fenomeni provocheranno una differenza di cammino ottico e un'interferenza sovrapposta.
Data di pubblicazione: 30 giugno 2023