Filmen i sig reflekterar eller absorberar selektivt infallande ljus, och dess färg är resultatet av filmens optiska egenskaper. Färgen på tunna filmer genereras av reflekterat ljus, så två aspekter måste beaktas, nämligen den inneboende färgen som genereras av absorptionsegenskaperna hos icke-transparenta tunna filmmaterial för synligt ljusspektrum, och interferensfärgen som genereras av multipla reflektioner av transparenta eller svagt absorberande tunna filmmaterial.
1. Inneboende färg
Absorptionsegenskaperna hos ogenomskinliga tunnfilmsmaterial till det synliga ljusspektrumet leder till uppkomsten av inneboende färger, och den viktigaste processen är övergången av fotonenergi som absorberas av elektroner. För ledande material absorberar elektronerna fotonenergi i det delvis fyllda valensbandet för att övergå till ett ofyllt högenergitillstånd över Fermi-nivån, vilket kallas en övergång inom bandet. För halvledare eller isolerande material finns det ett energigap mellan valensbandet och ledningsbandet. Endast elektroner med absorberad energi större än energigapets bredd kan korsa gapet och övergå från valensbandet till ledningsbandet, känd som interbandsövergång. Oavsett vilken typ av övergång det är, kommer det att orsaka inkonsekvens mellan reflekterat ljus och absorberat ljus, vilket gör att materialet uppvisar sin inneboende färg. Material med bandgapbredder större än den synliga ultravioletta gränsen, såsom de som är större än 3,5 eV, är transparenta för det mänskliga ögat. Bandgapbredden hos smala bandgapmaterial är mindre än den infraröda gränsen för det synliga spektrumet, och om den är mindre än 1,7 eV ser det svart ut. Material med bandbredder i mittenområdet kan uppvisa karakteristiska färger. Dopning kan orsaka övergångar mellan band i material med breda energigap. Dopande element skapar en energinivå mellan energigap och delar dem i två mindre energiintervall. Elektroner som absorberar lägre energi kan också genomgå övergångar, vilket resulterar i att det ursprungliga transparenta materialet uppvisar färg.
1. Interferensfärg
Transparenta eller svagt absorberande tunnfilmsmaterial uppvisar interferensfärger på grund av deras multipla ljusreflektioner. Interferens är den förändring i amplitud som sker efter superposition av vågor. Om det i livet finns en oljefilm på ytan av vattenpölen kan man observera att oljefilmen uppvisar irisering, vilket är den färg som produceras av typisk filminterferens. Genom att deponera ett tunt lager av transparent oxidfilm på ett metallsubstrat kan man få många nya färger genom interferens. Om en enda våglängd av ljus infaller från atmosfären på ytan av det transparenta lagret, reflekteras en del av den på ytan av den tunna filmen och återvänder direkt till atmosfären; den andra delen bryts genom den transparenta filmen och reflekteras vid filmsubstratets gränssnitt. Fortsätt sedan att transmittera den transparenta filmen och brytas vid gränssnittet mellan filmen och atmosfären innan den återvänder till atmosfären. Dessa två kommer att resultera i optisk vägskillnad och superponerad interferens.
Publiceringstid: 30 juni 2023