Il existe une grande variété de matériaux à couches minces. Les métaux sélectionnés sont des choix populaires car ils sont malléables et sont facilement fabriqués en feuilles minces. Avec la science de la nanotechnologie, la manipulation d’atomes et de molécules, des éléments liquides et gazeux instables peuvent également être utilisés comme matériaux efficaces.
Les miroirs utilisent un film mince et, dans ce type d’application, des métaux comme l’aluminium, l’argent et le cuivre sont utilisés. L’étain est mélangé lorsque l’argent est utilisé pour que ce dernier se lie à la surface du verre. Des procédés plus modernes et économiques utilisent des métaux liquides comme matériaux en couches minces. Le nitrate d’argent, par exemple, est dilué avec d’autres produits chimiques, versé sur une surface et laissé sécher, ce qui donne un miroir.
Des appareils plus modernes utilisent également des couches minces, telles que des panneaux solaires, des télescopes de grande puissance et même des puces mémoire. Ces technologies nécessitent l’application de films minces avec une telle précision et une telle douceur que des composés plus avancés sont développés pour obtenir un revêtement uniforme. Le (di)séléniure de cuivre, d’indium et de gallium (CIGS) est l’un des matériaux à couches minces les plus populaires, en particulier pour les panneaux solaires, car ils peuvent absorber l’énergie solaire. Le silicone cristallin est également un composant standard pour les panneaux solaires.
Une solution à base de liquide a été recherchée comme matériau possible pour les couches minces. Les nanofibres et autres liquides forment un mélange qui, lorsqu’il est agité, peut recouvrir une surface en quelques secondes seulement. Cette solution peut produire des matériaux à couche mince qui sont plus abordables, plus respectueux de l’environnement et plus faciles à appliquer.
Le choix parmi divers matériaux de film mince peut dépendre de la technique d’application du film mince, qu’il s’agisse d’un dépôt chimique ou physique. Dans le dépôt chimique, les liquides ou les vapeurs subissent un changement chimique lorsqu’ils interagissent avec une surface, ce qui entraîne un revêtement uniforme de film mince. Un exemple courant de ceci est la galvanoplastie, un processus qui utilise un champ électrique pour recouvrir un objet d’ions métalliques. Le dépôt physique, en revanche, ne fait que modifier l’état d’un matériau, le transformant généralement en solide. Le dépôt par pulvérisation en est un exemple, dans lequel la surface solide éjecte quelques-uns de ses atomes vers un plasma, formant un film mince.
Outre les matériaux à couche mince, la surface, ou les matériaux cibles, est également un élément important. Le verre est le matériau cible standard, car il se lie bien avec de nombreux éléments. D’autres matériaux tels que la céramique, la feuille de métal et le plastique apparaissent comme des surfaces possibles pour les films minces car ils sont moins chers que le verre.