O próprio filme reflete ou absorve seletivamente a luz incidente, e sua cor é o resultado das propriedades ópticas do filme. A cor de filmes finos é gerada pela luz refletida, portanto, dois aspectos precisam ser considerados: a cor intrínseca gerada pelas características de absorção de materiais de filmes finos não transparentes para o espectro de luz visível e a cor de interferência gerada por múltiplas reflexões de materiais de filmes finos transparentes ou ligeiramente absorventes.
1. Cor intrínseca
As características de absorção de materiais de filme fino opacos para o espectro de luz visível levam ao aparecimento de cores intrínsecas, e o processo mais importante é a transição da energia do fóton absorvida pelos elétrons. Para materiais condutores, os elétrons absorvem energia do fóton na banda de valência parcialmente preenchida para fazer a transição para um estado de alta energia não preenchido acima do nível de Fermi, o que é chamado de transição dentro da banda. Para semicondutores ou materiais isolantes, há uma lacuna de energia entre a banda de valência e a banda de condução. Somente elétrons com energia absorvida maior que a largura da lacuna de energia podem atravessar a lacuna e fazer a transição da banda de valência para a banda de condução, conhecida como transição interbanda. Não importa o tipo de transição, ela causará inconsistência entre a luz refletida e a luz absorvida, o que faz com que o material exiba sua cor intrínseca. Materiais com larguras de lacuna de banda maiores que o limite ultravioleta visível, como aqueles maiores que 3,5 eV, são transparentes ao olho humano. A largura da banda proibida de materiais com banda proibida estreita é menor que o limite infravermelho do espectro visível e, se for menor que 1,7 eV, aparece preta. Materiais com larguras de banda na faixa intermediária podem exibir cores características. A dopagem pode causar transições entre bandas em materiais com grandes lacunas de energia. Elementos dopantes criam um nível de energia entre as lacunas de energia, dividindo-as em dois intervalos de energia menores. Elétrons que absorvem menos energia também podem sofrer transições, resultando na cor do material transparente original.
1. Cor de interferência
Materiais de filme fino transparentes ou levemente absorventes exibem cores de interferência devido às suas múltiplas reflexões de luz. Interferência é a mudança na amplitude que ocorre após a superposição de ondas. Na vida, se houver um filme de óleo na superfície da poça d'água, pode-se observar que o filme de óleo apresenta iridescência, que é a cor produzida pela interferência típica de filme. Depositar uma fina camada de filme de óxido transparente em um substrato de metal pode obter muitas cores novas por meio de interferência. Se um único comprimento de onda de luz é incidente da atmosfera na superfície da camada transparente, uma parte dele é refletida na superfície do filme fino e retorna diretamente para a atmosfera; a outra parte sofre refração através do filme transparente e reflete na interface do substrato do filme. Em seguida, continue a transmitir o filme transparente e refratar na interface entre o filme e a atmosfera antes de retornar à atmosfera. Os dois resultarão em diferença de caminho óptico e interferência sobreposta.
Horário de publicação: 30/06/2023