Pelicula în sine reflectă sau absoarbe selectiv lumina incidentă, iar culoarea sa este rezultatul proprietăților optice ale peliculei. Culoarea peliculelor subțiri este generată de lumina reflectată, așadar trebuie luate în considerare două aspecte, și anume culoarea intrinsecă generată de caracteristicile de absorbție ale materialelor peliculare subțiri netransparente pentru spectrul luminii vizibile și culoarea de interferență generată de reflexiile multiple ale materialelor peliculare subțiri transparente sau ușor absorbante.
1. Culoare intrinsecă
Caracteristicile de absorbție ale materialelor opace cu peliculă subțire în spectrul luminii vizibile duc la apariția unor culori intrinseci, iar cel mai important proces este tranziția energiei fotonice absorbite de electroni. În cazul materialelor conductive, electronii absorb energia fotonică din banda de valență parțial umplută pentru a trece la o stare de energie înaltă, neumplută, peste nivelul Fermi, ceea ce se numește tranziție în bandă. În cazul semiconductorilor sau materialelor izolatoare, există un gol energetic între banda de valență și banda de conducție. Doar electronii cu energie absorbită mai mare decât lățimea golului energetic pot traversa golul și pot trece de la banda de valență la banda de conducție, ceea ce se numește tranziție interbandă. Indiferent de tipul de tranziție, aceasta va provoca inconsecvență între lumina reflectată și lumina absorbită, ceea ce face ca materialul să își prezinte culoarea intrinsecă. Materialele cu lățimi ale benzii interzise mai mari decât limita ultravioletă vizibilă, cum ar fi cele mai mari de 3,5 eV, sunt transparente pentru ochiul uman. Lățimea benzii interzise a materialelor cu bandă interzisă îngustă este mai mică decât limita infraroșie a spectrului vizibil, iar dacă este mai mică de 1,7 eV, apare negru. Materialele cu lățimi de bandă în zona mediană pot prezenta culori caracteristice. Dopajul poate provoca tranziții interbandă în materialele cu goluri energetice mari. Elementele de dopare creează un nivel de energie între golurile energetice, împărțindu-le în două intervale energetice mai mici. Electronii care absorb energie mai mică pot suferi, de asemenea, tranziții, rezultând în materialul transparent original care prezintă culoare.
1. Culoare de interferență
Materialele subțiri transparente sau ușor absorbante prezintă culori de interferență datorită reflexiilor multiple ale luminii. Interferența este schimbarea amplitudinii care apare după suprapunerea undelor. În realitate, dacă există o peliculă de ulei pe suprafața bălții de apă, se poate observa că pelicula de ulei prezintă iridescență, care este culoarea produsă de interferența tipică a peliculei. Depunerea unui strat subțire de peliculă de oxid transparentă pe un substrat metalic poate obține multe culori noi prin interferență. Dacă o singură lungime de undă a luminii este incidentă din atmosferă pe suprafața stratului transparent, o porțiune din aceasta este reflectată pe suprafața peliculei subțiri și se întoarce direct în atmosferă; cealaltă parte suferă refracție prin pelicula transparentă și se reflectă la interfața substratului peliculei. Apoi, pelicula transparentă continuă să transmită și să se refracte la interfața dintre peliculă și atmosferă înainte de a se întoarce în atmosferă. Cele două vor duce la o diferență de cale optică și la interferențe suprapuse.
Data publicării: 30 iunie 2023