La pellicola stessa riflette o assorbe selettivamente la luce incidente e il suo colore è il risultato delle proprietà ottiche della pellicola stessa. Il colore delle pellicole sottili è generato dalla luce riflessa, quindi è necessario considerare due aspetti: il colore intrinseco generato dalle caratteristiche di assorbimento dei materiali non trasparenti della pellicola sottile per lo spettro della luce visibile e il colore di interferenza generato dalle riflessioni multiple dei materiali trasparenti o leggermente assorbenti della pellicola sottile.
1. Colore intrinseco
Le caratteristiche di assorbimento dei materiali opachi in film sottile nello spettro della luce visibile determinano la comparsa di colori intrinseci, e il processo più importante è la transizione dell'energia dei fotoni assorbiti dagli elettroni. Nei materiali conduttivi, gli elettroni assorbono l'energia dei fotoni nella banda di valenza parzialmente riempita per passare a uno stato ad alta energia non riempito al di sopra del livello di Fermi, fenomeno noto come transizione in banda. Nei semiconduttori o nei materiali isolanti, esiste un gap energetico tra la banda di valenza e la banda di conduzione. Solo gli elettroni con energia assorbita superiore all'ampiezza del gap energetico possono attraversarlo e passare dalla banda di valenza alla banda di conduzione, fenomeno noto come transizione interbanda. Indipendentemente dal tipo di transizione, si verifica una discrepanza tra la luce riflessa e quella assorbita, che determina la presenza del colore intrinseco nel materiale. I materiali con un gap di banda superiore al limite dell'ultravioletto visibile, come quelli con un gap superiore a 3,5 eV, sono trasparenti all'occhio umano. La larghezza del band gap dei materiali a banda stretta è inferiore al limite infrarosso dello spettro visibile e, se è inferiore a 1,7 eV, appaiono neri. I materiali con larghezze di banda nella zona intermedia possono esibire colori caratteristici. Il drogaggio può causare transizioni interbanda nei materiali con ampi gap energetici. Gli elementi droganti creano un livello energetico tra i gap energetici, dividendoli in due intervalli energetici più piccoli. Anche gli elettroni che assorbono energia inferiore possono subire transizioni, con il risultato che il materiale originariamente trasparente presenta un colore.
1. Colore di interferenza
I materiali in film sottile trasparenti o leggermente assorbenti mostrano colori di interferenza a causa delle molteplici riflessioni della luce. L'interferenza è la variazione di ampiezza che si verifica dopo la sovrapposizione delle onde. Nella vita reale, se c'è una pellicola d'olio sulla superficie di una pozzanghera d'acqua, si può osservare che la pellicola d'olio presenta iridescenza, che è il colore prodotto dalla tipica interferenza di film. Depositando un sottile strato di ossido trasparente su un substrato metallico è possibile ottenere molti nuovi colori tramite interferenza. Se una singola lunghezza d'onda della luce incide dall'atmosfera sulla superficie dello strato trasparente, una parte di essa viene riflessa sulla superficie del film sottile e ritorna direttamente nell'atmosfera; l'altra parte subisce rifrazione attraverso il film trasparente e si riflette all'interfaccia tra il film e il substrato. Quindi continua a trasmettere attraverso il film trasparente e si rifrange all'interfaccia tra il film e l'atmosfera prima di tornare nell'atmosfera. I due fenomeni daranno luogo a una differenza di percorso ottico e a un'interferenza sovrapposta.
Data di pubblicazione: 30 giugno 2023