Selve filmen reflekterer eller absorberer selektivt innfallende lys, og fargen er et resultat av filmens optiske egenskaper. Fargen på tynne filmer genereres av reflektert lys, så to aspekter må vurderes, nemlig den iboende fargen som genereres av absorpsjonsegenskapene til ikke-transparente tynne filmmaterialer for synlig lysspekter, og interferensfargen som genereres av flere refleksjoner av transparente eller svakt absorberende tynne filmmaterialer.
1. Intrinsisk farge
Absorpsjonsegenskapene til ugjennomsiktige tynnfilmmaterialer til det synlige lysspekteret fører til at det dannes iboende farger, og den viktigste prosessen er overgangen av fotonenergi som absorberes av elektroner. For ledende materialer absorberer elektronene fotonenergi i det delvis fylte valensbåndet for å gå over til en ufylt høyenergitilstand over Fermi-nivået, som kalles en overgang i båndet. For halvledere eller isolerende materialer er det et energigap mellom valensbåndet og ledningsbåndet. Bare elektroner med absorbert energi større enn bredden på energigapet kan krysse gapet og gå over fra valensbåndet til ledningsbåndet, kjent som interbåndovergang. Uansett hvilken type overgang det er, vil det føre til inkonsistens mellom reflektert lys og absorbert lys, noe som fører til at materialet viser sin iboende farge. Materialer med båndgapbredder større enn den synlige ultrafiolette grensen, slik som de som er større enn 3,5 eV, er transparente for det menneskelige øyet. Båndgapbredden til smale båndgapmaterialer er mindre enn den infrarøde grensen for det synlige spekteret, og hvis den er mindre enn 1,7 eV, ser det svart ut. Materialer med båndbredder i midtområdet kan ha karakteristiske farger. Doping kan forårsake overganger mellom bånd i materialer med store energigap. Dopingelementer skaper et energinivå mellom energigapene, og deler dem inn i to mindre energiintervaller. Elektroner som absorberer lavere energi kan også gjennomgå overganger, noe som resulterer i at det opprinnelige transparente materialet viser farge.
1. Interferensfarge
Transparente eller svakt absorberende tynnfilmmaterialer viser interferensfarger på grunn av deres multiple refleksjoner av lys. Interferens er endringen i amplitude som oppstår etter superponering av bølger. I livet, hvis det er en oljefilm på overflaten av vannpølen, kan det observeres at oljefilmen viser irisering, som er fargen som produseres av typisk filminterferens. Å avsette et tynt lag med transparent oksidfilm på et metallsubstrat kan oppnå mange nye farger gjennom interferens. Hvis en enkelt bølgelengde av lys faller inn fra atmosfæren på overflaten av det transparente laget, reflekteres en del av den på overflaten av den tynne filmen og returnerer direkte til atmosfæren. Den andre delen brytes gjennom den transparente filmen og reflekteres ved grensesnittet mellom filmsubstratet. Deretter fortsetter den å transmittere den transparente filmen og brytes ved grensesnittet mellom filmen og atmosfæren før den returnerer til atmosfæren. Begge deler vil resultere i optisk baneforskjell og superponert interferens.
Publisert: 30. juni 2023