JPH0786693B2 - 電子写真用感光体 - Google Patents
電子写真用感光体Info
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- JPH0786693B2 JPH0786693B2 JP4231942A JP23194292A JPH0786693B2 JP H0786693 B2 JPH0786693 B2 JP H0786693B2 JP 4231942 A JP4231942 A JP 4231942A JP 23194292 A JP23194292 A JP 23194292A JP H0786693 B2 JPH0786693 B2 JP H0786693B2
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- JP
- Japan
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- amorphous silicon
- layer
- protective layer
- surface protective
- interface
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子写真用感光体、特
にアモルファスシリコン電子写真用感光体に関するもの
である。
にアモルファスシリコン電子写真用感光体に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】SiH4 (モノシラン)ガス等を用いて
プラズマCVD法で得られるアモルファスシリコン(非
晶質シリコン、以下これをa−Siと略記することもあ
る)は、中に取り込まれる水素原子がSiのダングリン
グボンドと結合することによって局在準位を減少させる
ために、伝導型及びキャリヤ濃度が制御できる有用な半
導体材料となることが1976年、スピアにより発表さ
れた(Applied PhysicsLetter, Vol.28, No.2, 1976, J
an.)。
プラズマCVD法で得られるアモルファスシリコン(非
晶質シリコン、以下これをa−Siと略記することもあ
る)は、中に取り込まれる水素原子がSiのダングリン
グボンドと結合することによって局在準位を減少させる
ために、伝導型及びキャリヤ濃度が制御できる有用な半
導体材料となることが1976年、スピアにより発表さ
れた(Applied PhysicsLetter, Vol.28, No.2, 1976, J
an.)。
【0003】その後の研究により、a−Siは大面積の
膜が安価に得られることもあって、太陽電池や薄膜トラ
ンジスタなどの半導体素子製作にとって不可欠の材料に
なりつつある。そしてこのa−Si膜が無公害、高感
度、長寿命という優れた性質を有することから、電子写
真感光体への応用も考えられていた。しかし、開発初期
のa−Si膜の抵抗値が、感光体に必要な程度の高抵抗
ではなかったので、a−Si膜の電子写真用感光体とし
ての実用化はスピードダウンした。すなわち、感光体が
高抵抗でないと、コロナ放電でa−Si膜表面に帯電さ
せても暗減衰が大きく、電荷保持特性が悪くなってしま
うからである。この点は、例えば伝導型制御ができるこ
とを利用して、表面層付近にpn接合を形成し高抵抗化
することも考えられるが、種々の問題があって、まだ実
用化に至っていない。
膜が安価に得られることもあって、太陽電池や薄膜トラ
ンジスタなどの半導体素子製作にとって不可欠の材料に
なりつつある。そしてこのa−Si膜が無公害、高感
度、長寿命という優れた性質を有することから、電子写
真感光体への応用も考えられていた。しかし、開発初期
のa−Si膜の抵抗値が、感光体に必要な程度の高抵抗
ではなかったので、a−Si膜の電子写真用感光体とし
ての実用化はスピードダウンした。すなわち、感光体が
高抵抗でないと、コロナ放電でa−Si膜表面に帯電さ
せても暗減衰が大きく、電荷保持特性が悪くなってしま
うからである。この点は、例えば伝導型制御ができるこ
とを利用して、表面層付近にpn接合を形成し高抵抗化
することも考えられるが、種々の問題があって、まだ実
用化に至っていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、このa
−Si膜自体の抵抗率を高くすることで電荷保持特性の
向上を試み、Se系感光体に比較し見劣りしない高抵抗
を有するa−Si感光体を得ることに成功し、特開昭5
7−37352号公報に開示した。それによれば、Si
H4 ガスにN2 (窒素)ガス、B2 H6 (ジボラン)ガ
スを適当量混入しながらプラズマCVD法によってa−
Si膜を得るもので、これで得られたa−Si膜は、著
しく高抵抗でかつ光感度特性もよく、実際にも優れた画
像形成が達成された。しかし、実用的見地に立った場
合、寿命の点では必ずしも満足いくものではなかった。
その原因は次のことにあると考えられた。
−Si膜自体の抵抗率を高くすることで電荷保持特性の
向上を試み、Se系感光体に比較し見劣りしない高抵抗
を有するa−Si感光体を得ることに成功し、特開昭5
7−37352号公報に開示した。それによれば、Si
H4 ガスにN2 (窒素)ガス、B2 H6 (ジボラン)ガ
スを適当量混入しながらプラズマCVD法によってa−
Si膜を得るもので、これで得られたa−Si膜は、著
しく高抵抗でかつ光感度特性もよく、実際にも優れた画
像形成が達成された。しかし、実用的見地に立った場
合、寿命の点では必ずしも満足いくものではなかった。
その原因は次のことにあると考えられた。
【0005】即ち、複写機やプリンタなどの装置内で
は、感光体表面は直接種々の刺激を受ける。それは、例
えばコロナ放電により生じるオゾンや窒化物の吸着及び
これらと空気中の水分やトナーなどによって生じる化学
活性種の付着による化学作用、クリーニングプレートに
よる擦過性や紙との摩擦による物理作用、取扱い時の触
指によるNaの付着拡散などであり、これらは大なり小
なり画質に悪影響を及ぼし、このような刺激が長期に亙
った場合、白スジ、白い点状欠陥、画像ボケ、カブリな
どを生じて著しい画質低下を招くのである。
は、感光体表面は直接種々の刺激を受ける。それは、例
えばコロナ放電により生じるオゾンや窒化物の吸着及び
これらと空気中の水分やトナーなどによって生じる化学
活性種の付着による化学作用、クリーニングプレートに
よる擦過性や紙との摩擦による物理作用、取扱い時の触
指によるNaの付着拡散などであり、これらは大なり小
なり画質に悪影響を及ぼし、このような刺激が長期に亙
った場合、白スジ、白い点状欠陥、画像ボケ、カブリな
どを生じて著しい画質低下を招くのである。
【0006】そこで本発明者等は、a−Si膜の保護方
法としてa−Si感光層の製造装置と同一装置内で同一
材料ガスを用い、流量や供給電力値など操作条件を変え
るだけで、a−Si膜上に連続的にアモルファス窒化シ
リコン膜を形成する方法を提案し、特開昭58−145
951号公報で開示した。このアモルファス窒化シリコ
ン膜を表面保護層として形成することにより、耐久性、
画像形成及び寿命の点で、特開昭57−37352号公
報で開示したa−Si感光体は、実用化の域に達したの
である。現在では、この表面保護層としてアモルファス
窒化シリコン膜だけでなく、アモルファス酸化シリコン
やアモルファス炭化シリコンなどの膜が検討されてい
る。
法としてa−Si感光層の製造装置と同一装置内で同一
材料ガスを用い、流量や供給電力値など操作条件を変え
るだけで、a−Si膜上に連続的にアモルファス窒化シ
リコン膜を形成する方法を提案し、特開昭58−145
951号公報で開示した。このアモルファス窒化シリコ
ン膜を表面保護層として形成することにより、耐久性、
画像形成及び寿命の点で、特開昭57−37352号公
報で開示したa−Si感光体は、実用化の域に達したの
である。現在では、この表面保護層としてアモルファス
窒化シリコン膜だけでなく、アモルファス酸化シリコン
やアモルファス炭化シリコンなどの膜が検討されてい
る。
【0007】上記表面保護層と感光体の特性との関係
を、従来の構造のものにつき図2で更に説明する。図2
(a)は、従来のa−Si感光体の一部断面図、図2
(b)〜(d)は、異なる状況下でのそのエネルギー帯
構造の模式図である。1はAl(アルミニウム)などの
導電性基板、2は導電性基板1上に形成された厚み1〜
50μmのa−Si感光層である。a−Si感光層2は
N2 ガス、B2 H6 ガス、場合によりPH3 (ホスフィ
ン)ガスを混合したSiH4 ガスをプラズマCVD法で
分解して形成したもので、水素原子を含む膜であり、1
012Ω・cm以上の高抵抗率がある。3はa−Si感光
層2上に形成された厚み0.01〜1μmの絶縁性を有
する表面保護層である。表面保護層3は、SiH4 ガス
及びN2 ガスを用いて連続的に形成されたアモルファス
窒化シリコン膜で、次に述べるエネルギー帯構造の図に
も示されているように、a−Si感光層2よりも禁制帯
幅が広い。
を、従来の構造のものにつき図2で更に説明する。図2
(a)は、従来のa−Si感光体の一部断面図、図2
(b)〜(d)は、異なる状況下でのそのエネルギー帯
構造の模式図である。1はAl(アルミニウム)などの
導電性基板、2は導電性基板1上に形成された厚み1〜
50μmのa−Si感光層である。a−Si感光層2は
N2 ガス、B2 H6 ガス、場合によりPH3 (ホスフィ
ン)ガスを混合したSiH4 ガスをプラズマCVD法で
分解して形成したもので、水素原子を含む膜であり、1
012Ω・cm以上の高抵抗率がある。3はa−Si感光
層2上に形成された厚み0.01〜1μmの絶縁性を有
する表面保護層である。表面保護層3は、SiH4 ガス
及びN2 ガスを用いて連続的に形成されたアモルファス
窒化シリコン膜で、次に述べるエネルギー帯構造の図に
も示されているように、a−Si感光層2よりも禁制帯
幅が広い。
【0008】図2(a)のa−Si感光体の使用前の平
衡状態におけるエネルギー帯構造を図2(b)で、また
コロナ放電により図2(a)のa−Si感光体の表面を
正帯電させたときのエネルギー帯構造を図2(c)で図
示してある。図中、EF はフェルミ準位、EV は価電子
帯の頂部、EC は伝導帯の底部を示す。図2(d)は図
2(a)のa−Si感光体に画像光を入射させた時のキ
ャリヤの発生状態を示すもので、入射光によってa−S
i感光層2内で電子・正孔対が発生し、電子は表面側に
正孔は導電性基板1側へ流れ、導電性基板1と表面の電
荷をそれぞれ中和する。
衡状態におけるエネルギー帯構造を図2(b)で、また
コロナ放電により図2(a)のa−Si感光体の表面を
正帯電させたときのエネルギー帯構造を図2(c)で図
示してある。図中、EF はフェルミ準位、EV は価電子
帯の頂部、EC は伝導帯の底部を示す。図2(d)は図
2(a)のa−Si感光体に画像光を入射させた時のキ
ャリヤの発生状態を示すもので、入射光によってa−S
i感光層2内で電子・正孔対が発生し、電子は表面側に
正孔は導電性基板1側へ流れ、導電性基板1と表面の電
荷をそれぞれ中和する。
【0009】表面保護層3がある場合には、電子が移動
し表面保護層3をトンネル効果で通過して表面に達すれ
ば、表面電荷を中和させることができる。しかし、例え
ば表面保護層3の厚みが大きく電子が表面保護層3の障
壁を乗り越えられなければ、a−Si感光層2と表面保
護層3との界面Sにトラップされ中和されない表面電荷
によって残留電位の大きさが決まるのである。当初、絶
縁性を有する表面保護層3は、a−Si感光層2の表面
を保護する機能が重視されていたが、a−Si感光層2
の抵抗率が大きくとれない段階では、a−Si感光層2
からのキャリヤの移動注入によって、表面電荷が中和さ
れることを阻止するブロッキング層としての役割も重要
であった。このため表面保護層3を厚く形成すると、キ
ャリヤのトンネルができず、残留電位が極めて大きくな
ってしまう。
し表面保護層3をトンネル効果で通過して表面に達すれ
ば、表面電荷を中和させることができる。しかし、例え
ば表面保護層3の厚みが大きく電子が表面保護層3の障
壁を乗り越えられなければ、a−Si感光層2と表面保
護層3との界面Sにトラップされ中和されない表面電荷
によって残留電位の大きさが決まるのである。当初、絶
縁性を有する表面保護層3は、a−Si感光層2の表面
を保護する機能が重視されていたが、a−Si感光層2
の抵抗率が大きくとれない段階では、a−Si感光層2
からのキャリヤの移動注入によって、表面電荷が中和さ
れることを阻止するブロッキング層としての役割も重要
であった。このため表面保護層3を厚く形成すると、キ
ャリヤのトンネルができず、残留電位が極めて大きくな
ってしまう。
【0010】その結果、図2(d)に示したようにa−
Si感光層2と表面保護層3の界面S近傍に空間電荷領
域を形成し、これがキャリヤの移動を一層阻止すること
になるので、表面保護層3の厚みは数十Å、厚くても1
000Å以下の極めて薄いものでなければならなかっ
た。そのため、a−Si感光層2に対する表面保護機能
が十分でなかった。逆に、表面保護層3の厚みがある限
度以上になると、もはやカールソン法は採り得ず、NP
法などの全く別の複写方式を考えなければならない。し
かし、前述の特開昭57−37352号公報で開示した
方法により、本発明者等は、a−Si感光層2の抵抗率
を十分に大きくしているので、0.01〜1μmと比較
的厚い表面保護層を形成し、残留電位が多少生じても全
体に対する比率を小さくできるので、S/N比が十分に
とれる。このためカールソン法が採用できるとともに、
表面保護の目的が達成され、同時に長寿命化が可能とな
ったのである。
Si感光層2と表面保護層3の界面S近傍に空間電荷領
域を形成し、これがキャリヤの移動を一層阻止すること
になるので、表面保護層3の厚みは数十Å、厚くても1
000Å以下の極めて薄いものでなければならなかっ
た。そのため、a−Si感光層2に対する表面保護機能
が十分でなかった。逆に、表面保護層3の厚みがある限
度以上になると、もはやカールソン法は採り得ず、NP
法などの全く別の複写方式を考えなければならない。し
かし、前述の特開昭57−37352号公報で開示した
方法により、本発明者等は、a−Si感光層2の抵抗率
を十分に大きくしているので、0.01〜1μmと比較
的厚い表面保護層を形成し、残留電位が多少生じても全
体に対する比率を小さくできるので、S/N比が十分に
とれる。このためカールソン法が採用できるとともに、
表面保護の目的が達成され、同時に長寿命化が可能とな
ったのである。
【0011】しかしながら、本発明者等は表面保護層と
してアモルファス窒化シリコン膜を形成して複写機を試
作し、精度の良い実験を更に繰り返した。その結果、上
記アモルファス窒化シリコン膜の形成条件によっては、
極めて不都合な場合が生じることが判明し、表面保護膜
に要求されるものは厚みだけでなく、組成も問題としな
ければならないことを見出したのである。すなわち、本
発明は、画質の低下を生じさせることなく、しかも長期
間使用しても感光体を十分安定して保護し得る構造及び
組成でなるアモルファス窒化シリコン膜の絶縁保護層を
有する電子写真用感光体を提供することにある。
してアモルファス窒化シリコン膜を形成して複写機を試
作し、精度の良い実験を更に繰り返した。その結果、上
記アモルファス窒化シリコン膜の形成条件によっては、
極めて不都合な場合が生じることが判明し、表面保護膜
に要求されるものは厚みだけでなく、組成も問題としな
ければならないことを見出したのである。すなわち、本
発明は、画質の低下を生じさせることなく、しかも長期
間使用しても感光体を十分安定して保護し得る構造及び
組成でなるアモルファス窒化シリコン膜の絶縁保護層を
有する電子写真用感光体を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の電子写真用感光
体は、基板上にアモルファスシリコン感光層,p型アモ
ルファスシリコン層及び表面保護層を有するアモルファ
スシリコン電子写真用感光体において、前記p型アモル
ファスシリコン層は前記アモルファスシリコン感光層と
前記表面保護層との間に30〜1000Åの厚さを有す
ると共に、前記p型アモルファスシリコン層の平衡状態
におけるフェルミ準位に対する伝導帯の底部の高さが、
平衡状態における前記アモルファスシリコン感光層のフ
ェルミ準位に対する伝導帯の高さよりも高くなるように
p型不純物を含有し、前記表面保護層は500〜100
00Åの範囲の厚さ有するシリコンを含有するアモルフ
ァス化合物により構成され、この化合物のシリコン含有
比が前記p型アモルファスシリコン層との界面から該表
面保護層表面に向かって漸次少なくなると共に、この表
面保護層の前記p型アモルファスシリコン層との界面の
平衡状態におけるフェルミ準位に対する伝導帯の底部の
高さが、その界面の平衡状態における前記p型アモルフ
ァスシリコン層のフェルミ準位に対する伝導帯の底部の
高さ以上で、且つ、表面に向かって漸次高くなるように
形成されていることを特徴とする。更に、前記表面保護
層が水素を含むアモルファス窒化シリコンで形成され、
その組成比Si/Nがp型アモルファスシリコン層との
界面から前記表面保護層表面へ向かって漸次小さくなる
ように構成されていることも特徴としている。
体は、基板上にアモルファスシリコン感光層,p型アモ
ルファスシリコン層及び表面保護層を有するアモルファ
スシリコン電子写真用感光体において、前記p型アモル
ファスシリコン層は前記アモルファスシリコン感光層と
前記表面保護層との間に30〜1000Åの厚さを有す
ると共に、前記p型アモルファスシリコン層の平衡状態
におけるフェルミ準位に対する伝導帯の底部の高さが、
平衡状態における前記アモルファスシリコン感光層のフ
ェルミ準位に対する伝導帯の高さよりも高くなるように
p型不純物を含有し、前記表面保護層は500〜100
00Åの範囲の厚さ有するシリコンを含有するアモルフ
ァス化合物により構成され、この化合物のシリコン含有
比が前記p型アモルファスシリコン層との界面から該表
面保護層表面に向かって漸次少なくなると共に、この表
面保護層の前記p型アモルファスシリコン層との界面の
平衡状態におけるフェルミ準位に対する伝導帯の底部の
高さが、その界面の平衡状態における前記p型アモルフ
ァスシリコン層のフェルミ準位に対する伝導帯の底部の
高さ以上で、且つ、表面に向かって漸次高くなるように
形成されていることを特徴とする。更に、前記表面保護
層が水素を含むアモルファス窒化シリコンで形成され、
その組成比Si/Nがp型アモルファスシリコン層との
界面から前記表面保護層表面へ向かって漸次小さくなる
ように構成されていることも特徴としている。
【0013】
【作用】以下、本発明の構成・作用等を実験例とともに
詳述する。アモルファス窒化シリコン膜を表面保護膜と
して考えた場合、化学的にも構造的にも最も安定なもの
は、化学量論的組成のSi3 N4 膜が最適と考えられ
る。しかし、プラズマCVD法では、化学量論的組成の
Si3 N4 膜の作製は困難であり、水素が含有されると
ともに組成比Si/Nも0.8〜1.5となり、化学量
論的組成比Si/N=0.75よりもSiが少しばかり
過剰になるのが通例である。出来るだけSi3 N4 の化
学量論的組成に近づけるには、N2 ガスとSiH4 ガス
との比率、高周波電力を大きくし、基板温度も許される
限り高くすればよい。そこで、基板上にSiH4 ガス、
N2 ガス及びB2 H6 ガスを適量混合して一定条件で一
定厚みのアモルファスシリコン感光層を形成したのち、
生成条件を変えて、その層上に表面保護層としてのアモ
ルファス窒化シリコン層を一定厚みで形成し、実際の複
写性能を調べた。その結果を以下に述べる。
詳述する。アモルファス窒化シリコン膜を表面保護膜と
して考えた場合、化学的にも構造的にも最も安定なもの
は、化学量論的組成のSi3 N4 膜が最適と考えられ
る。しかし、プラズマCVD法では、化学量論的組成の
Si3 N4 膜の作製は困難であり、水素が含有されると
ともに組成比Si/Nも0.8〜1.5となり、化学量
論的組成比Si/N=0.75よりもSiが少しばかり
過剰になるのが通例である。出来るだけSi3 N4 の化
学量論的組成に近づけるには、N2 ガスとSiH4 ガス
との比率、高周波電力を大きくし、基板温度も許される
限り高くすればよい。そこで、基板上にSiH4 ガス、
N2 ガス及びB2 H6 ガスを適量混合して一定条件で一
定厚みのアモルファスシリコン感光層を形成したのち、
生成条件を変えて、その層上に表面保護層としてのアモ
ルファス窒化シリコン層を一定厚みで形成し、実際の複
写性能を調べた。その結果を以下に述べる。
【0014】(A)まず、Si3 N4 の化学量論的組成
に出来るだけ近いアモルファス窒化シリコン膜を形成し
た。表面保護層の厚みは1500Åであり、形成された
膜は組成比Si/N=0.8,抵抗率=1015Ω・c
m,光学的バンドギャップEO=5eVであつた。これ
を感光体に用いて複写を行ったところ、1 枚目は鮮明な
画像が得られたが、連続した2枚目からは画像が著しく
ボケ始め、数枚目以降はほとんど実用にならない画像で
あつた。この感光体を逆極性で帯電させ表面電位を零に
して再び複写を行ったが、複写の2枚目以後は上記と同
様の現象を呈し、いずれにせよ、表面保護層としての役
目は十分安定して達成できても、高画質を連続して得る
ことは不可能なことが分かった。
に出来るだけ近いアモルファス窒化シリコン膜を形成し
た。表面保護層の厚みは1500Åであり、形成された
膜は組成比Si/N=0.8,抵抗率=1015Ω・c
m,光学的バンドギャップEO=5eVであつた。これ
を感光体に用いて複写を行ったところ、1 枚目は鮮明な
画像が得られたが、連続した2枚目からは画像が著しく
ボケ始め、数枚目以降はほとんど実用にならない画像で
あつた。この感光体を逆極性で帯電させ表面電位を零に
して再び複写を行ったが、複写の2枚目以後は上記と同
様の現象を呈し、いずれにせよ、表面保護層としての役
目は十分安定して達成できても、高画質を連続して得る
ことは不可能なことが分かった。
【0015】(B)次に、ガス流量、高周波電力を変え
て、Si3 N4 の化学量論的組成からよりずれたアモル
ファス窒化シリコン膜を実験(A)と同じ1500Å厚
で形成した。この膜は組成比Si/N=1.2,抵抗率
=2×1014Ω・cm,光学的バンドギャップEO =
3.8eVであつた。これを感光体に用いて複写を行っ
たところ、1枚目より鮮明な画像が得られ、連続複写に
対しても特に問題となる点はなかった。しかし、間欠的
な耐久試験を繰り返し行った結果、2万枚目ぐらいから
白スジや画像のむらが目立ってきたので、寿命の点でま
だ満足出来るものではなかった。上記(A),(B)の
実験結果から、表面保護層としてのアモルファス窒化シ
リコン膜の組成が、安定なSi3 N4 の組成に近いほ
ど、感光体としての本来の特性が損なわれてしまうこと
が分かった。他の実験結果も参考にして検討したとこ
ろ、次のことが原因であると結論された。
て、Si3 N4 の化学量論的組成からよりずれたアモル
ファス窒化シリコン膜を実験(A)と同じ1500Å厚
で形成した。この膜は組成比Si/N=1.2,抵抗率
=2×1014Ω・cm,光学的バンドギャップEO =
3.8eVであつた。これを感光体に用いて複写を行っ
たところ、1枚目より鮮明な画像が得られ、連続複写に
対しても特に問題となる点はなかった。しかし、間欠的
な耐久試験を繰り返し行った結果、2万枚目ぐらいから
白スジや画像のむらが目立ってきたので、寿命の点でま
だ満足出来るものではなかった。上記(A),(B)の
実験結果から、表面保護層としてのアモルファス窒化シ
リコン膜の組成が、安定なSi3 N4 の組成に近いほ
ど、感光体としての本来の特性が損なわれてしまうこと
が分かった。他の実験結果も参考にして検討したとこ
ろ、次のことが原因であると結論された。
【0016】感光層としてa−Si膜の禁制帯幅が1.
7〜1.9eVであるのに対し、絶縁性を有する表面保
護層としてのアモルファス窒化シリコン膜の禁制帯幅は
これより大きいので、図2(b)〜(d)に示したよう
に界面Sにおいて障壁が形成され、感光層で発生したキ
ャリヤが移動して表面近傍にきたとき、キャリヤが表面
保護層をトンネルして表面電荷と中和するためには、障
壁の高さと幅がある一定値以下でなければならない。キ
ャリヤが表面保護層を速やかに通過できにくい場合に
は、入射光が繰り返し照射されることによつて、キャリ
ヤはa−Si感光層と表面保護層との界面Sに蓄積され
るから、図2(d)に示すような空間電荷領域が形成さ
れる。
7〜1.9eVであるのに対し、絶縁性を有する表面保
護層としてのアモルファス窒化シリコン膜の禁制帯幅は
これより大きいので、図2(b)〜(d)に示したよう
に界面Sにおいて障壁が形成され、感光層で発生したキ
ャリヤが移動して表面近傍にきたとき、キャリヤが表面
保護層をトンネルして表面電荷と中和するためには、障
壁の高さと幅がある一定値以下でなければならない。キ
ャリヤが表面保護層を速やかに通過できにくい場合に
は、入射光が繰り返し照射されることによつて、キャリ
ヤはa−Si感光層と表面保護層との界面Sに蓄積され
るから、図2(d)に示すような空間電荷領域が形成さ
れる。
【0017】この領域はエネルギー帯を曲げることにな
るので、新たな障壁を形成し、キャリヤの表面への移動
を一層阻止することになるから残留電位の増加、光感度
の低下、帯電位の低下をもたらす。それだけでなく、界
面S近傍に蓄積されたキャリヤによって表面に平行な導
電チャンネルが形成されるから、キャリヤが分散されや
すくなる。また、転写帯電時においてキャリヤがゆさぶ
られ、絶縁保護層を介しての電荷結合も行われるから、
結果として分解能が低下し、画像がボケたものになると
考えられる。すなわち、図3(a)に示すように、感光
体表面を一様電位VS に帯電させ、一定の空間周波数で
明所暗所に分割したときの電位変化がシャープな変化を
するように出来れば、分解能が優れ、画面ボケは発生し
ない。しかし、表面保護層が適切でないと、図3(b)
に示すように、明暗の変化がゆるやかとなり、分解能が
劣り残留電位VR が生じて、画像ボケを起こすことが分
かったのである。
るので、新たな障壁を形成し、キャリヤの表面への移動
を一層阻止することになるから残留電位の増加、光感度
の低下、帯電位の低下をもたらす。それだけでなく、界
面S近傍に蓄積されたキャリヤによって表面に平行な導
電チャンネルが形成されるから、キャリヤが分散されや
すくなる。また、転写帯電時においてキャリヤがゆさぶ
られ、絶縁保護層を介しての電荷結合も行われるから、
結果として分解能が低下し、画像がボケたものになると
考えられる。すなわち、図3(a)に示すように、感光
体表面を一様電位VS に帯電させ、一定の空間周波数で
明所暗所に分割したときの電位変化がシャープな変化を
するように出来れば、分解能が優れ、画面ボケは発生し
ない。しかし、表面保護層が適切でないと、図3(b)
に示すように、明暗の変化がゆるやかとなり、分解能が
劣り残留電位VR が生じて、画像ボケを起こすことが分
かったのである。
【0018】この対策として、前記実験(A)における
組成の表面保護層を用いた場合は、複写1回ごとに空間
電荷を中和するような方法、例えば逆特性帯電や同時露
光交流帯電などを行うことが考えられる。しかし、その
ための作業条件の設定は、精密で複雑なものとなり実用
的ではない。また、これを避けるため前記実験(B)に
おけるように、表面保護層の条件をゆるめ、障壁の高さ
を低くして若干の導電性を持たせれば、複写特性は一時
的には良いのであるが、表面保護能力が低下して長時間
の使用には耐えられないことが示された。
組成の表面保護層を用いた場合は、複写1回ごとに空間
電荷を中和するような方法、例えば逆特性帯電や同時露
光交流帯電などを行うことが考えられる。しかし、その
ための作業条件の設定は、精密で複雑なものとなり実用
的ではない。また、これを避けるため前記実験(B)に
おけるように、表面保護層の条件をゆるめ、障壁の高さ
を低くして若干の導電性を持たせれば、複写特性は一時
的には良いのであるが、表面保護能力が低下して長時間
の使用には耐えられないことが示された。
【0019】前述のように、従来の感光体の問題点は、
感光層の禁制帯幅と比較した表面保護層の禁制帯幅の違
いからくる障壁の高さと、障壁の急峻な変化及び界面に
阻止蓄積されるキャリヤによる空間電荷領域の発生によ
ることが分かった。そこで本発明者等は、感光層と表面
保護層との間に更にp型アモルファスシリコン層を設け
ることにより、空間電荷領域と導電チャンネルの形成を
実質的に避け得るアモルファスシリコン電子写真用感光
体を発明するに至ったのである。
感光層の禁制帯幅と比較した表面保護層の禁制帯幅の違
いからくる障壁の高さと、障壁の急峻な変化及び界面に
阻止蓄積されるキャリヤによる空間電荷領域の発生によ
ることが分かった。そこで本発明者等は、感光層と表面
保護層との間に更にp型アモルファスシリコン層を設け
ることにより、空間電荷領域と導電チャンネルの形成を
実質的に避け得るアモルファスシリコン電子写真用感光
体を発明するに至ったのである。
【0020】
【実施例】図1は、本発明アモルファスシリコン電子写
真用感光体の一実施例を示し、図1(a)はその一部断
面図、図1(b)はそのエネルギー帯構造の模式図で、
図中、符号1〜3,EC ,EF 及びEV は図2と同一で
ある。そうして、4はアモルファスシリコン感光層2と
表面保護層3との間に形成されたp型アモルファスシリ
コン層である。導電性基板1上のアモルファスシリコン
感光層2はN2 ガス、B2 H6 ガス、場合によりPH3
ガスを混合したSiH4 ガスを用いプラズマCVD法に
より形成されている。その上層のp型アモルファスシリ
コン層4の形成には、B2 H6 ガスなどを不純物ガスと
して用いればよいが、強いp型にした場合、p型伝導に
よる表面抵抗の低下が画質に悪影響を与えるので、適当
な抵抗率と厚みを有している必要がある。実験の結果、
p型アモルファスシリコン層4の抵抗率は1011Ω・c
m以上の暗抵抗率を有していることが望ましく、厚みは
30〜1000Åの範囲と考えられる。
真用感光体の一実施例を示し、図1(a)はその一部断
面図、図1(b)はそのエネルギー帯構造の模式図で、
図中、符号1〜3,EC ,EF 及びEV は図2と同一で
ある。そうして、4はアモルファスシリコン感光層2と
表面保護層3との間に形成されたp型アモルファスシリ
コン層である。導電性基板1上のアモルファスシリコン
感光層2はN2 ガス、B2 H6 ガス、場合によりPH3
ガスを混合したSiH4 ガスを用いプラズマCVD法に
より形成されている。その上層のp型アモルファスシリ
コン層4の形成には、B2 H6 ガスなどを不純物ガスと
して用いればよいが、強いp型にした場合、p型伝導に
よる表面抵抗の低下が画質に悪影響を与えるので、適当
な抵抗率と厚みを有している必要がある。実験の結果、
p型アモルファスシリコン層4の抵抗率は1011Ω・c
m以上の暗抵抗率を有していることが望ましく、厚みは
30〜1000Åの範囲と考えられる。
【0021】本実施例感光体におけるエネルギー帯構造
は、図1(b)で図示されている。すなわち、p型アモ
ルファスシリコン層4とアモルファスシリコン感光層2
との界面S1 の平衡状態におけるp型アモルファスシリ
コン層4のフェルミ準位に対する伝導帯の底部EC の高
さは、界面S1 の平衡状態におけるアモルファスシリコ
ン感光層2のフェルミ準位に対する伝導帯の底部EC の
高さ以上である。また、表面保護層3とp型アモルファ
スシリコン層4との界面S2 の平衡状態における表面保
護層3のフェルミ準位に対する伝導帯の底部EC の高さ
は、界面S2 の平衡状態におけるp型アモルファスシリ
コン層4のフェルミ準位に対する伝導帯の底部EC の高
さ以上である。更に、表面保護層3の平衡状態における
フェルミ準位EF に対する伝導帯の底部EC の高さは、
アモルファスシリコン感光層2のフェルミ準位EF に対
する伝導帯の底部EC の高さに比較して、界面S2 から
表面保護層3の表面へ向かって漸次高くなっている。図
では連続的に漸次高くなっているが、段階的に漸次高く
形成してもよい。
は、図1(b)で図示されている。すなわち、p型アモ
ルファスシリコン層4とアモルファスシリコン感光層2
との界面S1 の平衡状態におけるp型アモルファスシリ
コン層4のフェルミ準位に対する伝導帯の底部EC の高
さは、界面S1 の平衡状態におけるアモルファスシリコ
ン感光層2のフェルミ準位に対する伝導帯の底部EC の
高さ以上である。また、表面保護層3とp型アモルファ
スシリコン層4との界面S2 の平衡状態における表面保
護層3のフェルミ準位に対する伝導帯の底部EC の高さ
は、界面S2 の平衡状態におけるp型アモルファスシリ
コン層4のフェルミ準位に対する伝導帯の底部EC の高
さ以上である。更に、表面保護層3の平衡状態における
フェルミ準位EF に対する伝導帯の底部EC の高さは、
アモルファスシリコン感光層2のフェルミ準位EF に対
する伝導帯の底部EC の高さに比較して、界面S2 から
表面保護層3の表面へ向かって漸次高くなっている。図
では連続的に漸次高くなっているが、段階的に漸次高く
形成してもよい。
【0022】アモルファスシリコン感光層2の生成方法
及び厚みは、作用で述べたのと同じである。すなわち、
導電性基板1上にSiH4 ガス、N2 ガス、B2 H6 ガ
スを用いてプラズマCVD法でアモルファスシリコン感
光層2を形成する。アモルファスシリコン感光層2の暗
抵抗率は、1012Ω・cm以上である。表面保護層3で
あるアモルファス窒化シリコン膜の形成は、最初に生成
条件を作用で述べた実験(B)と同じ条件に設定し、連
続的に条件を変えて組成を変化させた。最終的には、生
成条件は作用で述べた実験(A)と同一条件になるよう
にして行い、アモルファス窒化シリコン膜を1500Å
の厚みに形成した。このアモルファス窒化シリコン膜の
組成比Si/Nは、表面に向かって1.2から0.8ま
でほぼ連続的に変化していた。
及び厚みは、作用で述べたのと同じである。すなわち、
導電性基板1上にSiH4 ガス、N2 ガス、B2 H6 ガ
スを用いてプラズマCVD法でアモルファスシリコン感
光層2を形成する。アモルファスシリコン感光層2の暗
抵抗率は、1012Ω・cm以上である。表面保護層3で
あるアモルファス窒化シリコン膜の形成は、最初に生成
条件を作用で述べた実験(B)と同じ条件に設定し、連
続的に条件を変えて組成を変化させた。最終的には、生
成条件は作用で述べた実験(A)と同一条件になるよう
にして行い、アモルファス窒化シリコン膜を1500Å
の厚みに形成した。このアモルファス窒化シリコン膜の
組成比Si/Nは、表面に向かって1.2から0.8ま
でほぼ連続的に変化していた。
【0023】本実施例の感光体(アモルファス窒化シリ
コン膜厚みは1500Å)を用いて複写試験をした結
果、1枚目より鮮明な画像が得られ、連続複写に対して
も何らの問題も生じなかった。また、長期の間欠耐久試
験においても、10万枚目まで問題となるような欠陥は
全く発生せず、寿命の点でも完全に満足できるものであ
った。種々実験の結果、アモルファス窒化シリコン膜厚
みは500〜10000Åの範囲で、また、そのバンド
ギャップは2.0〜5.0eVの間で拡がるようにすれ
ば、同様な試験成績が得られることが分かった。
コン膜厚みは1500Å)を用いて複写試験をした結
果、1枚目より鮮明な画像が得られ、連続複写に対して
も何らの問題も生じなかった。また、長期の間欠耐久試
験においても、10万枚目まで問題となるような欠陥は
全く発生せず、寿命の点でも完全に満足できるものであ
った。種々実験の結果、アモルファス窒化シリコン膜厚
みは500〜10000Åの範囲で、また、そのバンド
ギャップは2.0〜5.0eVの間で拡がるようにすれ
ば、同様な試験成績が得られることが分かった。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明の電子写真用
感光体は、アモルファスシリコン感光層とアモルファス
窒化シリコン膜である表面保護層との間に、p型アモル
ファスシリコン層を設けることにより、画像ボケの一因
である空間電荷領域と導電チャンネルの形成を実質的に
避けることができる。また、表面保護層の平衡状態にお
けるフェルミ準位に対する伝導帯の底部の高さが、表面
保護層自体の表面へ向かって漸次高くなるように形成さ
れているので、長期間の使用にも十分に耐え、p型アモ
ルファスシリコン層の形成とあいまって、画質の低下を
生じさせることなく、良好な複写が達成できるのでる。
また、表面保護層により、アモルファスシリコン感光層
を十分安定して保護でき、10万枚以上の複写可能も実
証した。以上、本発明をアモルファス窒化シリコン膜を
中心に述べたが、アモルファス酸化シリコン膜やアモル
ファス炭化シリコン膜を用いた表面保護層にも、適用さ
れることはもちろんである。
感光体は、アモルファスシリコン感光層とアモルファス
窒化シリコン膜である表面保護層との間に、p型アモル
ファスシリコン層を設けることにより、画像ボケの一因
である空間電荷領域と導電チャンネルの形成を実質的に
避けることができる。また、表面保護層の平衡状態にお
けるフェルミ準位に対する伝導帯の底部の高さが、表面
保護層自体の表面へ向かって漸次高くなるように形成さ
れているので、長期間の使用にも十分に耐え、p型アモ
ルファスシリコン層の形成とあいまって、画質の低下を
生じさせることなく、良好な複写が達成できるのでる。
また、表面保護層により、アモルファスシリコン感光層
を十分安定して保護でき、10万枚以上の複写可能も実
証した。以上、本発明をアモルファス窒化シリコン膜を
中心に述べたが、アモルファス酸化シリコン膜やアモル
ファス炭化シリコン膜を用いた表面保護層にも、適用さ
れることはもちろんである。
【図1】(a)本発明電子写真用感光体の実施例の一部
断面図である。 (b)本発明電子写真用感光体の実施例のエネルギー帯
構造の模式図である。
断面図である。 (b)本発明電子写真用感光体の実施例のエネルギー帯
構造の模式図である。
【図2】(a)従来のa−Si感光体の一部断面図であ
る。 (b)従来のa−Si感光体のエネルギー帯構造の模式
図である。 (c)従来のa−Si感光体のエネルギー帯構造の模式
図である。 (d)従来のa−Si感光体のエネルギー帯構造の模式
図である。
る。 (b)従来のa−Si感光体のエネルギー帯構造の模式
図である。 (c)従来のa−Si感光体のエネルギー帯構造の模式
図である。 (d)従来のa−Si感光体のエネルギー帯構造の模式
図である。
【図3】(a)感光体の帯電特性、解像力、残留電位を
説明するための波形図である(画像ボケがない場合の波
形)。 (b)感光体の帯電特性、解像力、残留電位を説明する
ための波形図である(画像ボケがある場合の波形)。
説明するための波形図である(画像ボケがない場合の波
形)。 (b)感光体の帯電特性、解像力、残留電位を説明する
ための波形図である(画像ボケがある場合の波形)。
1 導電性基板 2 アモルファスシリコン(a−Si)感光層 3 表面保護層又は絶縁保護層 4 p型アモルファスシリコン層 EF フェルミ準位 EV 価電子帯の頂部 EC 伝導帯の底部 VS 一様電位 S 界面 S1 界面 S2 界面
Claims (2)
- 【請求項1】 基板上にアモルファスシリコン感光層,
p型アモルファスシリコン層及び表面保護層を有するア
モルファスシリコン電子写真用感光体において、前記p
型アモルファスシリコン層は前記アモルファスシリコン
感光層と前記表面保護層との間に30〜1000Åの厚
さを有すると共に、前記p型アモルファスシリコン層の
平衡状態におけるフェルミ準位に対する伝導帯の底部の
高さが、平衡状態における前記アモルファスシリコン感
光層のフェルミ準位に対する伝導帯の高さよりも高くな
るようにp型不純物を含有し、 前記表面保護層は500〜10000Åの範囲の厚さを
有するシリコンを含有するアモルファス化合物により構
成され、該化合物のシリコン含有比が前記p型アモルフ
ァスシリコン層との界面から該表面保護層表面に向かっ
て漸次少なくなると共に、該表面保護層の前記p型アモ
ルファスシリコン層との界面の平衡状態におけるフェル
ミ準位に対する伝導帯の底部の高さが、該界面の平衡状
態における前記p型アモルファスシリコン層のフェルミ
準位に対する伝導帯の底部の高さ以上で、且つ、表面に
向かって漸次高くなるように形成されていることを特徴
とする電子写真用感光体。 - 【請求項2】 前記表面保護層が水素を含むアモルファ
ス窒化シリコンで形成され、その組成比Si/Nがp型
アモルファスシリコン層との界面から前記表面保護層表
面へ向かって漸次小さくなるように構成されていること
を特徴とする請求項1に記載の電子写真用感光体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4231942A JPH0786693B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 電子写真用感光体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4231942A JPH0786693B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 電子写真用感光体 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59144032A Division JPS6123158A (ja) | 1984-07-11 | 1984-07-11 | 電子写真用感光体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06342221A JPH06342221A (ja) | 1994-12-13 |
| JPH0786693B2 true JPH0786693B2 (ja) | 1995-09-20 |
Family
ID=16931482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4231942A Expired - Lifetime JPH0786693B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 電子写真用感光体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0786693B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9410799B2 (en) | 2003-09-15 | 2016-08-09 | Nuvotronics, Inc. | Device package and methods for the fabrication and testing thereof |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6083957A (ja) * | 1983-10-13 | 1985-05-13 | Sharp Corp | 電子写真感光体 |
| JPS60184256A (ja) * | 1984-03-02 | 1985-09-19 | Sharp Corp | 光導電材 |
-
1992
- 1992-08-31 JP JP4231942A patent/JPH0786693B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9410799B2 (en) | 2003-09-15 | 2016-08-09 | Nuvotronics, Inc. | Device package and methods for the fabrication and testing thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06342221A (ja) | 1994-12-13 |
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