필름 자체는 입사광을 선택적으로 반사하거나 흡수하며, 그 색상은 필름의 광학적 특성에 의해 결정됩니다. 박막의 색상은 반사광에 의해 생성되므로, 두 가지 측면을 고려해야 합니다. 하나는 투명하지 않은 박막 재료의 가시광선 스펙트럼 흡수 특성에 의해 생성되는 고유 색상이고, 다른 하나는 투명하거나 흡수성이 약한 박막 재료의 다중 반사에 의해 생성되는 간섭 색상입니다.
1. 고유색
불투명 박막 재료의 가시광선 스펙트럼 흡수 특성은 고유 색상을 나타내며, 가장 중요한 과정은 전자가 흡수한 광자 에너지의 전이입니다. 전도성 재료의 경우, 전자는 부분적으로 채워진 원자가띠에서 광자 에너지를 흡수하여 페르미 준위 위의 채워지지 않은 고에너지 상태로 전이하는데, 이를 밴드 내 전이(in-band transition)라고 합니다. 반도체나 절연 재료의 경우, 원자가띠와 전도띠 사이에 에너지 갭이 있습니다. 에너지 갭보다 큰 흡수 에너지를 가진 전자만이 갭을 통과하여 원자가띠에서 전도띠로 전이할 수 있으며, 이를 밴드 간 전이(interband transition)라고 합니다. 어떤 종류의 전이이든 반사광과 흡수광 사이의 불일치를 유발하여 재료가 고유 색상을 나타내게 됩니다. 밴드 갭 폭이 가시광선 자외선 한계보다 큰 재료(예: 3.5eV 이상)는 사람의 눈에 투명합니다. 좁은 밴드갭 물질의 밴드갭 폭은 가시광선 스펙트럼의 적외선 한계보다 작으며, 1.7eV 미만이면 검은색으로 보입니다. 중간 영역에 대역폭을 갖는 물질은 특징적인 색상을 나타낼 수 있습니다. 도핑은 넓은 에너지 갭을 갖는 물질에서 밴드 간 전이를 유발할 수 있습니다. 도핑된 원소는 에너지 갭 사이에 에너지 준위를 생성하여 두 개의 더 작은 에너지 간격으로 나눕니다. 더 낮은 에너지를 흡수하는 전자도 전이를 겪을 수 있으며, 이로 인해 원래 투명한 물질이 색상을 나타낼 수 있습니다.
1. 간섭색
투명하거나 흡수성이 약한 박막 물질은 빛의 다중 반사로 인해 간섭 색상을 나타냅니다. 간섭은 파동이 중첩된 후 발생하는 진폭의 변화입니다. 실제로 물웅덩이 표면에 기름막이 있으면 기름막이 무지개빛을 띠는 것을 관찰할 수 있는데, 이는 전형적인 필름 간섭에 의해 생성되는 색상입니다. 금속 기판에 투명한 산화막을 얇게 증착하면 간섭을 통해 다양한 새로운 색상을 얻을 수 있습니다. 단일 파장의 빛이 대기에서 투명막 표면에 입사하면 일부는 박막 표면에서 반사되어 대기로 직접 돌아갑니다. 나머지 일부는 투명막을 통과하여 굴절되고 필름 기판 경계면에서 반사됩니다. 그런 다음 투명막을 계속 투과시키고 필름과 대기의 경계면에서 굴절된 후 대기로 돌아갑니다. 이 두 가지 현상으로 인해 광경로차와 중첩 간섭이 발생합니다.
게시 시간: 2023년 6월 30일