JPH0743543B2 - 光導電部材 - Google Patents

光導電部材

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JPH0743543B2
JPH0743543B2 JP59248087A JP24808784A JPH0743543B2 JP H0743543 B2 JPH0743543 B2 JP H0743543B2 JP 59248087 A JP59248087 A JP 59248087A JP 24808784 A JP24808784 A JP 24808784A JP H0743543 B2 JPH0743543 B2 JP H0743543B2
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photoconductive layer
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G5/00Recording-members for original recording by exposure, e.g. to light, to heat or to electrons; Manufacture thereof; Selection of materials therefor
    • G03G5/02Charge-receiving layers
    • G03G5/04Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor
    • G03G5/08Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor characterised by the photoconductive material being inorganic
    • G03G5/082Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor characterised by the photoconductive material being inorganic and not being incorporated in a bonding material, e.g. vacuum deposited
    • G03G5/08214Silicon-based
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は光(紫外から可視、赤外、X線、γ線等にわた
る領域の電磁波をいう)に感受性のある光導電部材に関
する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
固体撮像素子、電子写真感光体等における光導電層を構
成する光導電性材料は、その使用上の目的から暗所での
比抵抗が高く(通常1013Ωcm以上)、かつ光照射により
比抵抗が小さくなる性質をもつものでなくてはならな
い。
ここでは電子写真を例にとって、その原理及び感光体と
して必要な条件を簡単に説明する。電子写真は感光体表
面にコロナ放電により電荷をふらせ帯電させる。次に感
光体に光を照射すると電子と正孔の対ができそのどちら
か一方により表面の電荷が中和される。例えば正に帯電
させた場合、光照射によりできた対のうち電子によって
中和され感光体表面に正電荷の潜像が形成される。可視
化は感光体表面の電荷と異符号に帯電したトナーと呼ば
れる黒粉体を感光体表面にクーロン力によって吸引させ
ることによりなされる。このとき、感光体表面に電荷が
なくとも、トナーの電荷で感光体に引きつけられること
を避けるため、感光体と現像器の間に電荷による電場と
逆方向の電場が生ずるように現像器の電位を高くすると
いう処理がなされている。これを、現像バイアスとい
う。以上が原理であるが、つぎに感光体として必要な条
件を述べると、第1のコロナ放電により帯電した電荷が
光照射まで保持されること、第2に光照射により生成し
た電子と正孔の対が再結合することなく、一方が表面の
電荷を中和し、さらにもう一方は感光層の支持体まで短
時間に到達することなどがあげられる。
従来、光導電部材における光導電性層の形成に使用され
るものとして非晶質カルコゲナイド系材料がある。非晶
質カルコゲナイド系材料は、大面積化を容易に達成する
ことのできる優れた光導電性材料であるが、光吸収領域
端が可視領域から紫外領域に近いところまでにあるので
実用上可視領域における光感度が低く、また硬度が低い
ので電子写真感光体に応用した場合、寿命が短かいなど
幾つかの問題を有している。
このような問題点に基づき最近注目されている光導電性
材料にはアモルファスシリコンがある(以下、a-Siと記
す)。a-Siは吸収波長域が広く全整色(Panchromatic)
であり、光感度も高い。またa-Siは硬度も高く、電子写
真感光体に応用した場合、従来のものより10倍以上の寿
命を持つことが期待されている。さらにa-Siは、人体に
無害であり、単結晶シリコンと比較した場合、安価で容
易に大面積化を図ることができる等の多くの利点を有す
る。
しかしながら、a-Siは暗所での比抵抗(以下、暗抵抗と
いう)が通常108Ωcm〜1010Ωcm程度の低さであるか
ら、静電潜像を形成する電子写真感光体にあっては、そ
の表面に帯電した電荷を保持することができない。もっ
とも、電子写真感光体においてはアモルファスシリコン
感光層と支持体との間に、窒化シリコン、炭化シリコ
ン、酸化シリコンなどを介在させることにより支持体か
らのキャリアの注入を防止することが試みられている。
しかしながら、この試みによりアモルファスシリコン感
光層と支持体との間に介在された上記材料からなる層の
厚みをを大きくすると、その上にあるa-Si層から支持体
へ流れるキャリアの通過を阻止することとなるので、結
果として残留電位が高くなるという問題が生じてしま
う。また、アモルファスシリコン感光層と支持体との間
に介在された上記材料からなる層の厚みをを小さくする
と、十分な電位保持能を持たせることができなくなって
しまい、また現像バイアスによる絶縁破壊が起るという
欠点を有している。
一方、導電性基体と光導電性層の間にP型あるいはn型
の導電性をもつ半導体膜を設ける方法もある。通常は硼
素(B)あるいは燐(P)を多量にドープしたP型ある
いはn型の非晶質シリコンを用いる。このような層を電
荷注入防止層と呼ぶ。この層における電荷注入防止能は
BあるいはPを多くドープすることにより向上するが、
そのような膜は膜内部の歪が大きく、その上に歪の異な
る膜を積層すると膜が剥離してしまうという不具合を有
している。また、非晶質シリコンの光吸収は広い波長域
にわたって起り、光吸収端付近でも徐々に吸収が減少す
るという様相を示す。すなわち、700nmから800nmの波長
域では吸収は減少するが零にはならず、僅かながら吸収
するものである。このような材料で光導電性層を作る場
合、電子写真感光体のように光導電性層の膜厚が厚い場
合には、長波長光を光導電性層の基体に近いところでも
吸収する。非晶質シリコンは電子、正孔とともにその易
動度はあまり高くないので、露光により感光体の表面よ
り遠い所で発生したキャリアは残り易い。電子写真装置
には1枚の画像を形成した後、感光体表面に残る電荷を
除去する除電と呼ばれるプロセスがあるが、これを光照
射で行なう場合には上記理由により残留した膜中のキャ
リアが次の画像を得るために行なう感光体表面の帯電に
よる表面電荷を中和してしまう。したがって、露光直後
の帯電能は暗中に放置した後の帯電能よりも大幅に低下
するという不具合が生じている。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情にもとづきなされたもので、残留電位
を生じしめることなく帯電能に優れ、紫外から近赤外に
まで及ぶ広い波長域において、高い光感度をもち、かつ
長期間の使用に耐え得る光導電部材を提供することを目
的とする。
〔発明の概要〕
導電性支持体上に電荷注入防止層、光導電性層および表
面被覆層を順次積層して成る光導電部材において、前記
電荷注入防止層は硼素あるいは燐を含有するP型あるい
はn型の非晶質炭化シリコンから構成され、前記表面被
覆層は所定量の炭素、窒素、あるいは酸素のいずれかを
含有した非晶質シリコンから構成され、前記光導電性層
は0.1μm乃至5.0μmの膜厚を有し硼素を含有する非晶
質シリコンから成る第1の光導電性層と、この第1の光
導電性層と前記表面被覆層との間に設けられ、硼素を含
有するとともに前記表面被覆層に含有される炭素、窒
素、あるいは酸素のいずれかの量よりも少量の窒素を含
有し、前記第1の光導電性層よりも高い比抵抗および前
記第1の光導電性層よりも大きくかつ前記表面被覆層よ
り小さい光学的バンドギャップを有する比晶質窒化シリ
コンから成る第2の光導電性層とから構成されることを
特徴とするものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図面に示す一実施例にもとづいて説明す
る。図中、(1)はたとえば電子写真感光体として使用
される光導電部材である。この光導電部材(1)は平板
状またはドラム状の導電性支持体(2)上に積層した非
晶質炭化シリコンから成る電荷注入防止層(3)と、こ
の電荷注入防止層(3)の上に0.1〜5.0μm膜厚のa-Si
層を積層した第1の光導電性層(4)と、この第1の光
導電性層(4)の上に積層した非晶質窒化シリコンから
成る第2の光導電性層(5)と、さらに好ましくは上記
第2の光導電性層(5)の上に500Å〜5μm膜厚の非
晶質炭化シリコン、窒化シリコンあるいは酸化シリコン
を積層した表面被覆層(6)とから構成される。
次に、各層について説明する。まず、電荷注入防止層
(3)として硼素(B)あるいは燐(P)などをドープ
したP型あるいはn型の非晶質炭化シリコンを積層する
理由は、a-Siは硼素(B)あるいは燐(P)を大量にド
ーピングすることにより膜中の歪が大きくなり膜が剥離
し易くなるのに対し非晶質炭化シリコンはこのような問
題がなく硼素(B)あるいは燐(P)を大量にドーピン
グすることが可能となり、電荷注入防止層(3)として
優れた膜が得られる。また、第1の光導電性層(4)の
役割は上部に積層した第2の光導電性層(5)に非晶質
窒化シリコンを使用したときの欠点を補なうことにあ
る。すなわち、非晶質窒化シリコンはa-Siと比較して光
学的バンドギャップが広く、感光波長域が狭い。したが
って、a-Si層は露光に用いられる光源に対応させて0.1
〜5.0μm程度の膜厚があればよい。
さらに、第2の光導電性層(5)はa-Siでもよいが、a-
Siは比抵抗が低く、帯電能ならびに電位保持能も満足す
べきものではない。これに対して非晶質窒化シリコンは
比抵抗が高いため、a-Siと比較して帯電能ならびに電位
保持能に20〜30%程度の向上があった。
また、これらの光導電性層(4),(5)に少量の硼素
(B)をドーピングすることにより比抵抗は更に高くな
り、正孔の易動度、すなわち動き易さもドーピングしな
い場合よりも高くなるので好ましい結果が得られる。
つぎに、上記構成にもとづく本発明の光導電部材の成膜
方法を説明する。まず、導電性支持体(2)を真空反応
室(図示しない)に取付け、反応室内を図示しないメカ
ニカルブースターポンプと油回転ポンプにより10-3〜10
-4Torrの真空状態とする。このとき、上記支持体(2)
は100℃〜400℃の温度に保持しておく。
つぎに、反応室内にSi原子を含むガス、例えばSiH4,Si2
H6,SiF4等のガスを導入し、0.1〜1Torr程度の圧力にな
るように排気速度を調節し定常状態になるまで待機す
る。
つぎに、反応室内の電極間に13.56MHzの高周波電力を印
加することにより成膜することができる。
また、a-Siは周期律表第IIIa族元素もしくはVa族元素の
ドーピングにより価電子制御が可能であり、比抵抗の制
御も可能である。さらに、窒素、炭素、または酸素の添
加により比抵抗を高くすることができる。また、不純物
添加の方法は、成膜時において、反応室内にSi原子を含
むガスと添加したい元素を含むガスとを混合することに
より成膜が可能となる。
そこで、上記成膜方法を用いて例えばAlの円筒状支持体
に積層し、電子写真感光体とした一例を説明する。ま
ず、導電性支持体(2)上に硼素(B)が1×10-3乃至
1.0atomic%を含む非晶質炭化シリコンを積層して電荷
注入防止層(3)とする。このときの成膜条件はSiH4
スに対してCH4ガスを20%乃至100%程度混合し、Heガス
で希釈したB2H6(濃度20,000ppm)ガスをSiH4ガスに対
し1〜10%程度混合している。
つぎに、a-Siから成る第1の光導電性層(4)を膜厚0.
1〜5μm積層するには硼素(B)を少量ドーピングす
ることが望ましく、そのときにはSiH4ガスに対しHeガス
で希釈したB2H6(濃度20ppm)ガスを1〜10%程度混合
して成膜する。
つぎに、非晶質窒化シリコンから成る第2の光導電性層
(5)はN2もしくはNH3ガスをSiH4ガスに対し5〜40%
程度混合する以外はa-Siから成る第1の光導電性層
(4)と同様である。このとき、得られる膜の光学的バ
ンドギャップは1.7eVまたは1.9eVとなり、a-Siに比較し
て大きい利点がある。
さらに、表面被覆層(6)はSiH4に対し同量かそれ以上
のCH4,C2H6,C2H2,O2,N2,NH3ガスを混合して成膜する
が、その膜厚は500Å〜5.0μm程度が好ましく、光学的
バンドギャップも2.0eV以上の大きなものが得られる。
このように成層されたAlの円筒状支持体(2)を電子写
真感光体として用いた結果、正帯電用として充分使用可
能な帯電能と電荷保持能を有しており、10万枚以上のコ
ピーにも画像の乱れがなく、長期間の使用に耐え得るこ
とが立証されている。
一方、上記電荷注入防止層(3)に硼素(B)の代りに
燐(P)をドーピングすると負帯電用となり、上記同様
の電子写真用感光体が得られるものである。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば光導電部材の表面に
残留電位がなく、帯電能および電荷保持能に優れている
ため、長期間に亘り寿命を伸ばすことができるという格
別な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例を示す光導電部材の模式的構成
図である。1 ……光導電部材、2……導電性支持体 3……電荷注入防止層、4……第1の光導電性層 5……第2の光導電性層、6……表面被覆層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性支持体上に電荷注入防止層、光導電
    性層および表面被覆層を順次積層して成る光導電部材に
    おいて、前記電荷注入防止層は硼素あるいは燐を含有す
    るP型あるいはn型の非晶質炭化シリコンから構成さ
    れ、前記表面被覆層は所定量の炭素、窒素、あるいは酸
    素のいずれかを含有した非晶質シリコンから構成され、
    前記光導電性層は0.1μm乃至5.0μmの膜厚を有し硼素
    を含有する非晶質シリコンから成る第1の光導電性層
    と、この第1の光導電性層と前記表面被覆層との間に設
    けられ、硼素を含有するとともに前記表面被覆層に含有
    される炭素、窒素、あるいは酸素のいずれかの量よりも
    少量の窒素を含有し、前記第1の光導電性層よりも高い
    比抵抗および前記第1の光導電性層よりも大きくかつ前
    記表面被覆層より小さい光学的バンドギャップを有する
    非晶質窒化シリコンから成る第2の光導電性層とから構
    成されることを特徴とする光導電部材。
JP59248087A 1984-11-26 1984-11-26 光導電部材 Expired - Lifetime JPH0743543B2 (ja)

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