JPS58100135A - 感光体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は感光体に関し、例えば電子写真感光体に好適な
アモルファスシリコン（以下、ａ−８ｉと略す。）感光
体に関するものである。

従来、電子写真感光体として、Ｓｅ、又はＳｅにＡａＴ
ｅ、　Ｓｂ等をドープした感光体、ＺｎＯやＣｄＳを樹
脂バインダーに分散させた感光体等が知られている０　
しかしながらこれらの感光体は、環境汚染性、熱的安定
性、機械的強度の点で問題がある。

一方、ａ−８ｉを母材として用いた電子写真感光体が近
年になって提案されている。　ａ　−８ｉは、Ｓｉ　−
Ｓｉの結合手が切れたいわゆるダングリングボンドを有
しておシ、この欠陥に起因してエネルギーギャップ内に
多くの局在単位が存在する。

このために、熱励起担体のホッピング伝導が生じて暗抵
抗が小さく、また光励起担体が局在準位にトリツプされ
て光導電・性が悪くなりている。　そこて、上記欠陥を
水素原子（Ｈ）で補償してＳｉにＨを結合させることに
よって、ダングリングボンドを埋めることが行なわれる
。

本発明者は、こうした水素含有ａ　−８ｉについて種々
検討を加えた結果、その形成方法や形成条件（基板温度
等）によってＳｌ中に含有される水素量、水素の入シ方
（８１とＨとの結合の仕方）が異なシ、これに伴なって
暗抵抗、光導電性等の如く特に電□　、′・ 子写真技術に必要な特性−も異なるととに着目し、本発
明に到達したのである。

即ち、本発明は、５ｉ−Ｈなる結合を主体として、２価
の水素化シリコン（ン５ｉＨ２）の波数２１００６Ｒ−
’における赤外線吸収強度（１１）と３価の水素化シリ
コン（−８ＩＨ）の波数２０００５１−　’　における
赤外線吸収強度（Ｉ２）の比が、〇二’　１／Ｉ２４０
．３（但、Ｉｔ紘２価の水素化シリコンの赤外線吸収強
度、１２は３価の水素化シリ；ンの赤外線吸収強度を示
す。）に設定された水素含有ａ−８ｔ層を光導電層とし
たことを特徴とするものである０　このように構成する
ととＫよって、ａ−８ｔ特有の利点（無害性、高耐熱性
、高機械的強度等）を示す上に、暗抵抗が高くて光導電
性も良好であシ、光導電層として極めて優れた水素含有
ａ　−８ｔの感光体を提供することができる。

本発明によれば、水素含有ａ　−８ｉにおける結合種（
コ５ｉＨｚ及びミＳｉＨ）の割合を上記赤外線吸収強度
比（ＩＭ２）で表わされる範囲に設定することが、暗抵
抗及び光導電性を充分にするために必須不可欠である。

　このことは本発明者によってはじめて見出され、かつ
確立されたものである０即ち、上記赤外線吸収強度比が
０．３を越えた場合には、暗抵抗及び光応答性共に悪い
か、或いは暗抵抗が高くても光応答性が悪くなるからで
ある。

よシ具体的に言えば、上記範囲内に赤外線吸収強度比を
設定して３価の水素化シリコン（−Ｅ−８Ｉｎ）を主体
に構成するヒとによって、Ｓｌのダングリングボンドを
充外にｉめることができ、しかも熱的に水素解離の生じ
Ｋ＜い３価の水素化シリコンの九峠に耐熱性も白玉させ
ることができる。　上記赤外線吸収強度比は更に０≦工
４□６０．１であるのが望ましいが、これは特に、熱的
に（２５０°Ｃ程度で）水素解離を生じ易い２価の水素
化シリコン−の割合を減らし、４５０°Ｃ付近でも水素
解離の生じない３価の水素化シリコンを圧倒的に多くし
て、感光体の耐熱性をよシ向上させ得るからである０こ
の意味でａ　−８１中の結合種はすべて３価の水素化シ
リコンからなっている（即ち、上記１１／Ｉ２ｗＩ！＝
０）のが望ましい。

この赤外線吸収強度比に関連して、ａ−８ｔ中の水素含
有量に社一定の望ましい範囲が存在することが確認され
た。　即ち、その水素含有量はａ−８ｔ　　に対して３
．５〜１２ａｔｏｍ＊　　（原子数の百分率）とするの
がよい。　これは、３．５ａｔｏｍ＊未満の場合、ダン
グリングボンドを補償しきれないために暗抵抗が低くな
シかつ光応答性も悪くなり、また１２ａｔｏｍ　％を越
えると、上記赤外線吸収強度比がＩｔ’ｓ≦０．３であ
っても光応答性は良いが暗抵抗はあｉ）高くはならず　
Ｉ　Ａ２＞　Ｏ−３のときには迎に暗抵抗は高いが光応
答性が悪くしかも２価の水素化シリコン電が増えて耐熱
不良、光照射中の抵抗変動が生じたシ、空気中放置時に
酸化され易い等の不安定さが生じるからである。　しか
るに、この水素量を３．５〜ｓｚａｉｏｍｓとしかつ上
記■ｖｌ　２を０．３以下とした場合には、暗抵抗及び
光応答性がバランス良く共に良好にすることができ、熱
的にも安定なａ　−８ｉとなる。　この場合、上記■４
？＞０６３　としたときに紘、水素量が３．５ａｔｏｍ
　Ｔｏに近くなると暗抵抗及び光応答性が共に悪（，１
２ａｔｏｍ　Ｔ。

に近いと暗抵：抗は高いが光応答性が不十分となり、暗
抵抗と光応答性とがバランスのとれた領域を見出すのが
困難である。　従って、本発明による感光体においては
、上記ＩＭ２を”ｖ１２≦０．３とする一方、ａ　−Ｓ
ｉ中の水素含有量も３．５〜１２ａｔｏｍ　９１ｐとす
るのが望ましい。　この範囲では、電荷保持能力に関連
した暗抵抗が１０’Ω・備程度以上と充分に高く、光非
照射時と光照射時の比抵抗の比（ＰＤ／ｐｏ：但、ｐＤ
は暗抵抗、ｐＧは緑色光照射時の比抵抗）をほぼ１０２
以上として光応答性を充分にすることができる。　上記
水素量は更に６〜１０ａｔｏｍ％であるのがよシ望まし
い。

なお、本発明において、ａ−８ｔのＳｉとＨとの結合の
仕方、結合するＨ量は赤外線吸収スペクトルで知ること
ができる。　つまシ、 波数２０００個−１付近に５ｉ−Ｈ（即ちヨ５ｉｎ）の
伸縮モード 波数２１００信−１付近にＳｉく１　（即ち；Ｓｉル）
の伸縮モード が夫々得られるから、波数位置によってＳｔ　−Ｈの結
合の仕方を、吸収強度によりて結合するＨ量を求めるこ
とができる。

本発明による水素含有ａ−８ｔはそれ自体、感光実際に
はその暗抵抗（〜１０１１Ω・百）をよシ高めて電荷保
持機能を発輝させるために酸素、窒素、炭素又はこれら
の複数種を含有させる。　これによって水素含有ａ−８
ｔＯ高抵抗化を図れるが、上記酸素等の含有量が多くな
ると逆に光感度が低下するので、その含有量は暗抵抗、
光応答性（光導電性）の双方を良好に保持し得る範囲で
必要最小限にすることが望ましい。

この水素含有ａ　−８ｉｔｉ−’般にＮ型の電気伝導性
を示すので、周期表の■族元素、特にｌｌａ族元素であ
るＢ、　ＡＩ、　Ｇａ、　Ｉｎ等のドーパントの添加に
よって真性化し、高抵抗化することができる。　或いは
、このドーピング量を増やしてＰ型化し、得られたＰ型
ａ　−ＳｉとＮ型ａ−８ｉとを積層するこ・ とによって、ＰＮ接合型の感光体として電荷保持を行な
わせることもできる。　この場合、Ｎ型ａ−８ｉは、周
期表■族、特にＶ＆族元素であるＰ１Ａ８、Ｓｂ等をａ
−８ｉヘト−ピングすることによって作成してもよい。

　但、Ｐ型化及びＮ型化のためのドーピングはいずれも
ａ　−８ｔ中に欠陥が少ないことが必要であるが、本発
明によるａ　−８ｉは上記した如くに欠陥が少なくて最
適である０　上記の１［［ａ族のドーピングによって真
性化され九ａ　−８ｉは、暗抵抗＞１０”Ωｅａｔであ
シ、かつ２００ｐＷ／ｃｍ２の５３０ｎｍの光照射時の
抵抗〜１０１０Ω・倒であって、暗抵抗及び光導電性共
に良好であシ、特に電子写真感光体として実用可能な特
性を示すＯまた、電荷保持を更に確実に行なわせるため
には、光導電層（水素含有ａ−８ｉ層）を支持体上に形
成し、これら光導電層−支持体間及び／又は光導電層上
に、電荷担体に対し障壁を形成する電荷ブロッキング層
を設けてもよい０　この電荷ブロッキング層は、８ＬＯ
ｘ、　ＡｌＯｘ、　Ｔｉ（ｂｃ、　５ｔｙｘ等の絶縁体
をはじめ、ポリカーボネート、ポリビニルブチラール、
ポリウレタン等の有機化合物、或いは半導体からなって
いてよいＯまた、露光の際に光導電層の表面での反射を
防止する目的で或いは光導電層の表面保護のために、反
射防止層、表面保護層を設けてよく、これらの形成材料
は上記電荷ブロッキング層と同じものであってよい０本
発明による水素含有ａ　−８ｔを形成するには、グロー
放電法、蒸着法、スパッタ法等を採用できる。　グルー
放電法では、基板温度を２５０〜４７０°Ｃト高くシ、
圧力を０．０１〜０．Ｉ　Ｔｏｒｒと低くし、ＲＦパワ
ーを低くすればよい０　蒸着法として後述する図示した
方法では、基板温度を３５０〜４７０°Ｃ１基板印加電
圧を−３〜−１０ＫＶとしてよい０　上記のａ−８ｉの
形成方法においては、熱的安定性の良い結合＠　（Ｅ−
５ｉＨ）が主体となるようにし、このために基板温度を
高く（必要あれば基板に電圧を印加）して成膜時のＳｔ
とＨの運動エネルギーを大きぐすれば、ダングリングボ
ンド等の欠陥が少なくてＨ含有量の少ない（必要限度の
Ｈを導入し　　゛た）ａ−８ｉ層を形成するのがよい。

　形成された水素含有ａ−８ｉ層のｉ厚は、目的とする
電子写真特性等の感光特性、使用条件によって適宜決定
されるが、一般に０．３〜１００／Ｊｍ１特に０．５〜
６０ｐｍであるのがよい。

次に、上記した本発明による感光体を図面について更に
詳細に説明する。

第１図社、本発明による感光体の一例を概略図示するも
のであって、１は導電性支持体、２線電荷ブロッキング
層、３は水素含有ａ−８ｔ層である。

支持体ｌ　１ｔＡｌやステンレス等の金属をはじめ、ガ
ラス、紙、プラスチックの表面を導電処理したものから
なっておシ、形状はドラム状、ベルト状であってよい。

　電荷プａツキング層２及び＊−８ｉ層３については既
に説明した。

第２図は、上述した赤外線吸収強度比（１１／Ｉ、）に
よるａ−８１のＨ含有量とその固有抵抗との関係を示す
実験データである。　これによれば、本発明による０≦
ＩＭ２≦０．３　　の範囲では’ｎ／ｐＧを大きくとれ
ると共に、ａ−８１のＨ量を３．５〜１２ａｔｏｍ＊（
特にｇ′〜ｔｏａｔｏｍ９Ｇ）　　のときには暗抵抗、
Ｐｎ／ｐ。

共に充分となシ、感光体の母材として好適となることが
分る。　なお、ζこで照射した光は２００　＃　ｓ５３
０ｎｍでありた。

第３図は、上記ａ−８ｔに酸素を含有せしめたときに得
られた暗抵抗、光応答性を示すものである。

これによれば、本発明による上記赤外線吸収強度比（、
−５ｉ）ｈ／９ＳｉＨｓ＊０．１）及び水素濃度（８ａ
ｔｏｍチ）においては、酸素流量（即ちａ−８ｔ中の酸
素濃度）の増加に伴なって暗抵抗及び光照射時の抵抗が
共に増大するが、酸素流ｔｍ釈することによって暗抵抗
を充分にしかつ光感度も良好にできることが分る。　こ
れに対し、上記赤外線吸収強度比及び水素濃度が大きく
なると、暗抵抗は高くはなるが、光感度（即ち、暗抵抗
と光照射時の抵抗との比）を充分にとれず、電子写真感
光体としては不適当になることが分る。

第４図は、本発明による感光体を製造するのに使用可能
な装置の一例を示すものである０　この装置においては
、真空蒸着槽を形成するペルジャー４に対し、バタ７：
フイバルプ５付きの排気管６を介して真空ポンプ（図示
せず）か接続され、この真空ポンプによってペルジャー
４内は例えば１Ｏ−３〜１０−’　Ｔｏｒｒの高真空状
−となされる。　ペルジャー４内には、感光体基板又は
基体としての金属ドラム７が口重可能に支持され、その
内部に配されたヒータ８によつて１５０〜５００°Ｃ（
望ましくは３５０〜４７Ｇ’Ｃ）に加熱されると共に、
直流電源９によりて０〜ｌ０ＫＶの負のバイアス電圧（
望ましくは−３〜−１０ＫＶのバイアス電圧）が印加さ
れる。　そして、ドラム７を一定速度で回転せしめた状
態で、ドラム外周面の被蒸着領域と対向して開口した水
素ガス導入管１０から、放電管１１で活性化された水素
ガス（活性水素又は水素イオン）がペルジャー４内に導
入される。　これによって、シリコン蒸発源１２から加
熱蒸発されたシリコンをドラム７上に堆積すると同時に
、上記活性水素又は水素イオンを堆積シリコンに結合せ
しめ、そのダングリングボンドが水素で補償され九ａ−
８ｉからなる光導電層を形成する０　図中、１３はドラ
ム７の被蒸着領域を決めるマスク、１４は蒸着源１２上
のシャ１ツタ−である。　この装置において、堆積する
ａ＝ｓｉ中に酸素を含有させるために、ペルジャー４内
に０２を所定量導入する０２導入管（図示せず）を接続
する。　と００２は同導入管中に配した放電管・により
活性化又はイオン化して導入してもよい。

次に、本発明の具体的な実施例を説明する。

上記した蒸着装置において、ペルジャー内にシリコン蒸
発源を設け、基板を４００°Ｃに保持し、ペルジャー内
の圧力が１０−’Ｔｏｒｒに達した後、ペルジャーに接
続した水素放電管で活性化又社イオン化させた水素をｔ
ｏｏｅｅ／ｍｉｎの割合でペルジャー内に導入しｔｏ　
　同時に、酸素ガスを０．１，１゜ｘｏｃｃ／ｍｉ・ｎ
にした状態で電子銃加熱方式でＳｔを蒸発せしめ、基板
上にａ−８ｉ層を形成した（基板には−４，５ＫＶの電
圧を印加）。　このプロセスを以下に「製造条件ｌ」と
称する０ この製造条件１で得られたａ−８１層、例えばＡＩ基板
に膜厚３μｍ　に堆積させ九ａ−８ｔ膜について、フー
リエ変換赤外分光光度計（ジャスコインターナシｌナル
社製ＦＴ８１５Ｃ／’Ｄ型）による測定によれば、波数
２０（ｌｏｏｍ−’でのう５ｔ−Ｈのピークが殆んどで
あシ、また赤外線吸収強度から求めたＨｔは７ａｔｏｍ
＊であった。

一方、石英ガ９ス基板に膜厚ｓｏｏｏｉｏａ−８ｔを形
成し、その抵抗測定を行なったところ、導入した０２量
を約１６ｅ／ｗｉｎの場合に暗抵抗１．ＯＸ　１０１ｓ
Ω１１５１、光照射時（２００ｐＷ／ｃｙｓ　２、ｓ　
ｓ　ｏ　ｎｍ）の抵抗４Ｘ１０”Ω・国であシ、電子写
真感光体として使用可能であることを確認した。

比較のために、基板温度２５０°Ｃ１基板電圧−０，５
ＫＶにして、上記と同様にａ−Ｓｉ層を作成した。

これを「製造条件２」と称するが、仁の条件ではａ−８
ｉの赤外線吸収強度比（ＩＭ２）〜ｌであシ、Ｈ含有量
的ｚｏａｔｏｍ＊でありた。　この製造条件２によシ石
英ガラス基板上に形成し九ａ−８ｉの抵抗測定によれば
、電荷保持に最低限必要な１０１２Ω・画の暗抵抗を得
るだけの酸素を含有し九ａ−８ｔは、光照射時（２００
Ｐ　Ｗ／ｅｘａ　２、ｓａｏｎｍ）にｔｏ１１Ω・国の
抵抗を示し、光導電性が著しく悪いヒとが分った。

上記の製造条件１及び２に従って、Ａｌ基板上に１５量
ｍＤａ−８ｉ膜を夫々形成し、これらのコｐす帯電、光
照射　による電荷減衰特性を調べたところ、次の結果が
得られ、製造条件１の優位性を確認した。

次に、上記ａ−８ｉに代えて、Ａｌを９０ｐｐｒｌドー
プした水素含有ａ−８ｔを形成した。　このａ−８ｔの
作成に当っては、ペルジャー内にＳｔ蒸発源と共にＡＩ
蒸発源を配置し、上記したと同様にＳｉ蒸発、活性化又
はイオン化水素の導入を行なうと同時に、抵抗加熱方式
でＡＩを蒸発させた。　ａ−８ｉのＡＩ含有量はＩＭＡ
で測定した。　またその抵抗測定によれｉｆ、　ａ−８
ｉＯ暗抵抗１．２Ｘ１０１４Ω・儒、光照射時の抵抗９
×ｌＯΩ・（であシ、共に充分であることが分りた。

以上、本発明を例示したが、上述の例は本発明の技術的
思想に基いて更に変形が可能である。

例えば、上述した製造装置は種々変更可能であるし、ま
た感光体の作成方法も蒸着法以外のグロー放電法等を採
用してよい。　また、本発明による感光体は電子写真用
以外の他の用途にも適用可能であシ、用途に応じてその
形状等を任意に変化させることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明を例示するものであって、第１図は感光体
の断面図、第２図は感光体を構成するａ−８ｔの水素含
有量による抵抗値変化を比較して示すグラフ、第３図は
同ａ−８ｉを形成する際の酸素流量による抵抗値変化を
比較して示すグラフ、第４図はａ−８ｔ悪感光の製造装
置の一例を示す断面図である。 なお、図面に用いられている符号において、１−−−−
−−−−一支持体 ２−−−−−−−一電荷プロッキング層３−−−＝−−
−−ａ　−Ｓｉ膜 ７−−−−−−−−感光体ドラム ８−−−−−−−−−ヒータ １０−−−−−−−一水素導入管 １１−−−−−−−−一放電管 １２−−−−−−−−　Ｓｔ蒸預沖　　　　　である◇
ＡｒＵｉＪ 第４０ 水 １発）手続補正書 昭和５８年７月７７日 １、　ＩＩＦ件の表示 昭和５６　　年　　　特許願第　１７８１２１　　号２
、発明の名称　　感光体 ３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 住　所　東京都立川市柴崎町３−９−１７鈴木ビル２６
、補正により増加する発明の数　　　　　　２−一、８
　前止の内′谷 （１）、明細書第９頁１３〜１７行目の「この・−・よ
い。」を「この電荷ブロッキング層は、５ｉＯＸ％　Ａ
ｌ０Ｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＮｘ等の無機化合物、ポリカー
ボネート、ポリビニルブチラール、ポリウレタン等の有
機化合物からなる絶縁体、或いは５ｉＣｘ等の半導体で
形成されていてもよい。１と訂正します。 −以上一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．２価の水素化シリコン（：＝　５ｉＨｚ　）と３価
   の水素化シリコン（−８ｉｎ）とを結合種として構造中
   に夫々有するアモルファスシリコン層を光導電層とし、
   波数２１００５１−’における前記２価の水素化シリコ
   ンの赤外線吸収強度（工１）と、波数２０００鋼−１に
   おける前記３価の水素化シリコンの赤外線吸収強度（■
   りとの比（Ｉｆ／Ｉ、）がＯ≦１１／１２≦０．３　に
   設定されていることを特徴とする感光体。 ２、赤外線吸収強度比（ＩＭ２）が０≦ＩＶＸ、２≦０
   ．１である、特許請求の範囲の第１項に記載した感光体
   ０ ３、　アモルファスシリコンに対して３．５〜１２　ａ
   ｔｏｍ％（原子数の百分率）の水素が結合されている、
   特許請求の範囲の第１項又は第２項に記載した感光体。 ４、　アモルファスシリコンに対シて６〜１０　＆ｔｏ
   ｍ％の水素が結合されている、特許請求の範囲の第３項
   に記載した感光体。 ５、光導電層が酸素、窒素及び炭素の少なくとも１１１
   を含有している、特許請求の範囲の第１項〜第４項のい
   ずれか１項に記載した感光体。 ６、光導電層が■族元素のドーピングによって真性化さ
   れている、特許請求の範囲の第１項〜第５項のいずれか
   １゛項に記載した感光体。 ７、光導電層が支持体上に形成され、これら光導電層−
   支持体間及び／又は光導電層上に電荷ブロッキング層が
   設けられている、特許請求の範囲の第１項〜第６項のい
   ずれか１項に記載した感光体。