Film sam selektivno odbija ali absorbira vpadno svetlobo, njegova barva pa je posledica optičnih lastnosti filma. Barva tankih filmov nastane zaradi odbite svetlobe, zato je treba upoštevati dva vidika, in sicer intrinzično barvo, ki jo ustvarijo absorpcijske lastnosti neprozornih tankih filmskih materialov za vidni svetlobni spekter, in interferenčno barvo, ki jo ustvarijo večkratni odboji prozornih ali rahlo absorbirajočih tankih filmskih materialov.
1. Notranja barva
Absorpcijske značilnosti neprozornih tankoplastnih materialov v vidnem svetlobnem spektru vodijo do pojava intrinzičnih barv, najpomembnejši proces pa je prehod energije fotonov, ki jo absorbirajo elektroni. Pri prevodnih materialih elektroni absorbirajo energijo fotonov v delno zapolnjenem valentnem pasu in preidejo v nezapolnjeno visokoenergijsko stanje nad Fermijevo ravnjo, kar imenujemo prehod znotraj pasu. Pri polprevodnikih ali izolacijskih materialih obstaja energijska vrzel med valentnim pasom in prevodnim pasom. Le elektroni z absorbirano energijo, ki je večja od širine energijske vrzeli, lahko prečkajo vrzel in preidejo iz valentnega pasu v prevodni pas, kar imenujemo medpasovni prehod. Ne glede na vrsto prehoda bo prišlo do neskladja med odbito in absorbirano svetlobo, zaradi česar material pokaže svojo intrinzično barvo. Materiali s širino pasovne vrzeli, ki je večja od meje vidnega ultravijoličnega sevanja, na primer tisti, ki so večji od 3,5 eV, so za človeško oko prozorni. Širina pasovne vrzeli pri materialih z ozko pasovno vrzeljo je manjša od infrardeče meje vidnega spektra, in če je manjša od 1,7 eV, so videti črni. Materiali s pasovnimi širinami v srednjem območju lahko kažejo značilne barve. Dopiranje lahko povzroči medpasovne prehode v materialih s širokimi energijskimi režami. Dopirni elementi ustvarijo energijsko raven med energijskima režama in ju razdelijo na dva manjša energijska intervala. Tudi elektroni, ki absorbirajo nižjo energijo, lahko preidejo, kar povzroči, da ima prvotni prozoren material barvo.
1. Barva interference
Prozorni ali rahlo vpojni tankoslojni materiali kažejo interferenčne barve zaradi večkratnih odbojev svetlobe. Interferenca je sprememba amplitude, ki se pojavi po superpoziciji valov. V življenju, če je na površini vodne luže oljni film, lahko opazimo, da oljni film kaže iridescenco, kar je barva, ki nastane zaradi tipične interference filma. Z nanosom tanke plasti prozornega oksidnega filma na kovinsko podlago lahko z interferenco dobimo številne nove barve. Če iz atmosfere na površino prozornega sloja pade svetloba ene valovne dolžine, se del le-te odbije od površine tankega filma in se neposredno vrne v atmosfero; drugi del se lomi skozi prozorni film in se odbije na vmesniku med filmom in podlago. Nato se svetloba še naprej prepušča skozi prozorni film in lomi na vmesniku med filmom in atmosfero, preden se vrne v atmosfero. Oboje povzroči optično razliko poti in superpozicijsko interferenco.
Čas objave: 30. junij 2023