Сама пленка избирательно отражает или поглощает падающий свет, и ее цвет является результатом оптических свойств пленки. Цвет тонких пленок создается отраженным светом, поэтому необходимо учитывать два аспекта, а именно: собственный цвет, создаваемый характеристиками поглощения непрозрачных тонкопленочных материалов для видимого спектра света, и интерференционный цвет, создаваемый многократными отражениями прозрачных или слабо поглощающих тонкопленочных материалов.
1.Внутренний цвет
Характеристики поглощения непрозрачных тонкопленочных материалов в видимом спектре света приводят к появлению собственных цветов, и наиболее важным процессом является передача энергии фотонов, поглощенных электронами. Для проводящих материалов электроны поглощают энергию фотонов в частично заполненной валентной зоне для перехода в незаполненное состояние с высокой энергией выше уровня Ферми, что называется внутризонным переходом. Для полупроводников или изолирующих материалов существует энергетическая щель между валентной зоной и зоной проводимости. Только электроны с поглощенной энергией, большей ширины энергетической щели, могут пересечь щель и перейти из валентной зоны в зону проводимости, что известно как межзонный переход. Независимо от типа перехода, он вызовет несоответствие между отраженным светом и поглощенным светом, что заставляет материал проявлять свой собственный цвет. Материалы с шириной запрещенной зоны, большей, чем предел видимого ультрафиолета, например, больше 3,5 эВ, прозрачны для человеческого глаза. Ширина запрещенной зоны узкозонных материалов меньше инфракрасного предела видимого спектра, и если она меньше 1,7 эВ, материал кажется черным. Материалы с шириной полосы в средней области могут демонстрировать характерные цвета. Легирование может вызывать межзонные переходы в материалах с широкими энергетическими щелями. Легирующие элементы создают энергетический уровень между энергетическими щелями, разделяя их на два меньших энергетических интервала. Электроны, поглощающие более низкую энергию, также могут претерпевать переходы, в результате чего исходный прозрачный материал приобретает цвет.
1.Интерференционный цвет
Прозрачные или слабо поглощающие тонкие пленочные материалы демонстрируют интерференционные цвета из-за их многократного отражения света. Интерференция - это изменение амплитуды, которое происходит после наложения волн. В жизни, если на поверхности лужи есть масляная пленка, можно наблюдать, что масляная пленка имеет иризацию, которая является цветом, создаваемым типичной пленочной интерференцией. Нанесение тонкого слоя прозрачной оксидной пленки на металлическую подложку может получить много новых цветов посредством интерференции. Если одна длина волны света падает из атмосферы на поверхность прозрачного слоя, часть ее отражается от поверхности тонкой пленки и напрямую возвращается в атмосферу; другая часть подвергается преломлению через прозрачную пленку и отражается на границе раздела пленка-подложка. Затем продолжайте пропускать прозрачную пленку и преломляться на границе между пленкой и атмосферой, прежде чем вернуться в атмосферу. Оба приведут к оптической разности хода и наложенной интерференции.
Время публикации: 30 июня 2023 г.