JPS63187260A - 電子写真感光体 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、帯電特性、暗減衰特性、光感度特性及び耐環
境性等が優れた電子写真感光体に関する。

［従来の技術］ 水素（Ｈ）を含有するアモルファスシリコン（以下、ａ
−８ｉ：Ｈと略す）は、近年、光電変換材料として注目
されており、太陽電池、薄膜トランジスタ、及びイメー
ジセンサ等のほか、電子写真プロセスの感光体に応用さ
れている。

従来、電子写真感光体の光導電層を構成する材料として
、ＣｄＳ′、ＺｎＯ，Ｓｅ、若しくは５ｅ−Ｔｅ等の無
機材料又はポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＣＺ）
若しくはトリニトロフルオレノン（ＴＮＦ）等の有機材
料が使用されていた。

しかしながら、ａ−３’ｉ：ｌ−１はこれらの無機材料
又は有機材料に比して、無公害物質であるため回収処理
の必要がないこと、可視光領域で高い分光感度を有する
こと、並びに表面硬度が高く耐摩耗性及び耐衝撃性が優
れていること等の利点を有している。このため、ａ−３
ｉ：）−１は電子写真プロセスの感光体材料として注目
されている。

このａ−８ｉ：Ｈは、カールソン方式に基づく感光体の
材料として検討が進められているが、この場合、感光体
特性として抵抗及び光感度が高いことが要求される。し
かしながら、この両特性を単一の感光体層で満足させる
ことが困難であるため、光導電層と導電性支持体との間
に障壁層を設け、かつ表面保護、反射防止および表面電
位の向上等の目的のために、光導電層上に表面層を設け
た積層型の構造にすることにより、このような要求を満
足させている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、従来、表面層としてはａ−８ｉＣ１ａ−８Ｉ
　Ｎ、　ａ−８ｉ　Ｏ等からなる絶縁性単一層が用いら
れているが、このような表面層にはダングリングボンド
やボイド等の構造欠陥が多く存在しているため、感光体
特性に好ましくない影響を与えている。例えば、感光体
を帯電し、光照射をした場合、光導電層で光キャリアが
発生す、る。光キャリアのうち正孔は導電性支持体に向
かって走行し、電子は表面層に向かって走行する。この
場合、電子は表面層をトンネル効果で通過し、感光体表
面の電荷を中和する。従って、表面層の膜厚が厚い場合
には、キャリアは表面層を通過できず、感度が悪くなり
、画像メモリを生じてしまう。また、上述のように表面
層は多くの欠陥を含んでいるため、キャリアが欠陥にト
ラップされ、残留電位の上昇を招いてしまう。更に、次
サイクルで光照射を行なうと、表面層にトラップされた
キャリアの一部が感光体表面に向かって走行し、表面電
荷を中和するため、帯電能の低下を生じてしまう。

逆に、表面層が薄い場合には、感光体の表面電位が低下
し、複写機やプリンタ等のプロセス設計に負担を生じて
しまう。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって
、帯電能が優れており、残留電位が低く、かつ高感度の
電子写真感光体を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明者らは、種々研究を重ねた結果、電子写真感光体
の表面層として超格子構造を用いることにより、上記目
的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。

即ち、本発明の電子写真感光体は、導電性支持体、光導
電層および表面層を有する電子写真感光体であって、前
記表面層は、炭素濃度が異なる複数の炭素を含む非晶質
シリコン薄膜が交互に積層して構成され、かつそれぞれ
の薄膜の膜厚が３０〜５００人であることを特徴とする
。

炭素を含む非晶質シリコン（ａ−８ｉ　Ｃ）　＊膜中の
炭素濃度は、好ましくは１〜３０＠子％、より好ましく
は５〜１５原子％である。

（作　用） 本発明の電子写真感光体では、表面層が超格子構造を有
しており、超格子構造を構成するａ−８ＩＣ薄膜では量
子効果によりキャリアの寿命はバルク層より５〜１０倍
長い。また、それぞれのａ−８ｉＣｉ１ｍｌは膜厚が薄
いため、キャリアはトンネル効果によって容易にａ−ｓ
　＋　ｃｅ腹膜中通り抜けることができるので、キャリ
アの実効移動度はバルク層における移動度に等しく、即
ち、キャリアの走行性に優れている。

このように、表面層におけるキャリアの寿命が長く、か
つキャリアの走行性が優れているため、電子写真感光体
の感度は著しく向上することになる。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例になる電子写真感光体の断
面構造を示す図である。同図において、１は導電性支持
体である。該導電性支持体の上には障壁！２が形成され
、その上には光導電１１３が形成されている。更に、光
導電［１３の上には表面層４が形成されている。

以下、第１図に示す電子写真感光体の構成について、よ
り詳細に説明する。

導電性支持体１は、通常はアルミニウム製のドラムで構
成される。

障壁層２はμｃ−！９ｉ（微結晶シリコン）やａ−３ｉ
：）ｌを用いて形成してもよく、またａ−ＢＮ：Ｈ（窒
素および水素を添加したアモルファス硼素）を使用して
もよい。更に、絶縁性の躾を用いてもよい。例えば、μ
ｃ−８ｉ：Ｈ又はａ　−８ｉ：Ｈに炭素Ｃ１窒素Ｎ及び
酸素Ｏから選択された元素の一種以上を含有させること
により、高抵抗の絶縁性障壁層を形成することができる
。障壁層２の膜厚は１００人〜１０μ冒が好ましい。

μｃ−８（は、粒径が約数十オングストロームの微結晶
のシリコンと非晶質シリコンとの混合層により形成され
ているものと考えられ、以下のような物性上の特徴を有
している。第一に、Ｘ線回折測定では２θが２８〜２８
．５°付近にある結晶回折パターンを示し、ハローのみ
が現れる無定形のａ−８ｉから明確に区別される。第二
に、μｃ−５ｆの暗抵抗は１０１Ω・１２＋以上に調整
することができ、暗抵抗が１０！１Ω・１のポリクリス
タリンシリコンからも明確に区別される。

上記障壁層２は、導電性支持体１と光導電層３との間の
電荷の流れを抑制することにより感光体表面の電荷保持
機能を高め、感光体の帯電能を高めるために形成される
ものである。従って、半導体層を障壁層に用いてカール
ソン方式の感光体を構成する場合には、表面に帯電させ
た電荷の保持能力を低下させないために、障壁層２をＰ
型またはＮ型とする。即ち、感光体表面を正帯電させる
に表面を負帯電させる場合には障壁層２をＮ型とし、表
面電荷を中和するホールが光導電層へ注入されるのを防
止する。障壁層２から注入されるキャリアは光の入射で
光導電層３内に発生するキャリアに対してノイズとなる
から、上記のようにしてキャリアの注入を防止すること
は感度の向上をもたらす。なお、μｃ−３ｉ：Ｈやａ−
８ｉ：ＨをＰ型にするためには、周期律表の第■族に属
する元素、例えば硼素Ｂ１アルミニウムＡ、！、ガリウ
ムＧａ、インジウムＩｎ１及びタリウムＴＪ１等をドー
ピングすることが好ましい。また、μＣ−８ｉ：Ｈヤａ
−８Ｉ　：　）（ｆＮ型にするためには周゛期律表の第
Ｖ族に属する元素、例えば窒素、燐Ｐ、砒素ＡＳ、アン
チモンＳｂ１及びビスマス３ｉ等をドーピングすること
が好ましい。

障壁層２の上に形成される光導電層３は、ａ−８ｉ：Ｈ
又はμｃ−８ｉ：）−１により構成することができる。

光導電層３に光が入射するとキャリアが発生し、このキ
ャリアのうち一方の極性のものは感光体表面の帯電電荷
と中和し、他方の極性のものは光導電層３を走行して導
電性支持体に到達する。

光導電層の上に表面層４が形成されている。表面層４は
、炭素濃度の異なる複数のａ−８ｉＣ：Ｈを積層してな
る超格子構造を有している。光導電層３を構成するａ−
３ｉ：）１等は、その屈折率が３乃至３．４と比較的大
きいため、表面での光反射が起きやすい。このような光
反射が生じると、光導電層３に吸収される光量の割合い
が低下し、光損失が大きくなる。このため、表面Ｍ４を
設けて反射を防止することとしている。また、表面層４
を設けることにより、光導電層３が損傷から保護される
。さらに、表面層を形成することにより、帯電能が向上
し、表面に電荷がよくのるようになる。

障壁層２、光導電層３および表面層４を構成するａ−８
ｉ　：Ｈ，ａ−８ｉＣ：ＨおよびμＣ−８ｉ：Ｈにおけ
る水素の含有量は、０．０１〜３０原子％が好ましく、
１〜２５原子％がより好ましい。このような水素の含有
量により、シリコンのダングリングボンドが補償され、
暗抵抗と明抵抗とが調和のとれたものとなり、光導電特
性が向上する。

ａ−８ｉ：８層をグロー放電分解法により成膜するには
、原料としてＳｉＨ＋及び５ｉ２Ｈｓ等のシラン類ガス
を反応室に導入し、高周波によりグロー放電することに
より薄層中にＨを添加することができる。必要に応じて
、シラン類のキャリアガスとして水素又はヘリウムガス
を使用することができる。一方、ＳｉＦ＋ガス及びＳ　
ｉ　ＣＪＬ＋ガス等のハロゲン化ケイ素を原料ガスとし
て使用することができる。また、シラン類ガスとハロゲ
ン化ケイ素ガスとの混合ガスで反応させても、同様にＨ
を含有するａ−Ｓ＋：＋を成膜することができる。なお
、グロー放電分解法によらず、例えば、スパッタリング
等の物理的な方法によってもこれ等の薄層を形成するこ
とができる。

表面層４を構成するａ−８Ｉ　Ｃ：　Ｈを形成するには
、上述の方法において、原料ガス中にＣＨ４、Ｃ２Ｈ４
等を添加すればよい。

μｃ−３ｉ層も、ａ−３ｉ：Ｈと同様に、高周波グロー
放電分解法により、シランガスを原料として、成膜する
ことができる。この場合に、支持体の温度をａ−８ｉ　
　：Ｈを形成する場合よりもＡく設定し、高周波電力も
ａ−８ｔ：Ｈの場合よりも高く設定すると、μｃ−８ｔ
：Ｈを形成しやすくなる。また、支持体温度及び高周波
電力を高くすることにより、シランガスなどの原料ガス
の流量を増大させることができ、その結果、成膜速度を
早くすることができる。□また、原料ガスのＳ　ｉ　Ｈ
４及び５ｉ２Ｈｓ等の高次のシランガスを水素で希釈し
たガスを使用することにより、μＣ−３ｔ：Ｈを一層高
効率で形成することができる。

このように構成される電子写真感光体の表面を、コロナ
放電により約５００■の正電圧で帯電させた状態で光（
ｈν）が入射すると、光導電層３において電子と正孔の
キャリアが発生する。この伝導帯の電子は、感光体内の
電界により表面層４側に向けて加速され、正孔は導電性
支持体１側に向けて加速される。この場合、従来の高抵
抗の絶縁性単一層からなる表面層を用いると、前述のよ
うに、膜厚が厚いと光導電層から表面へ流れるキャリア
が表面層を通過できず、その結果、感度が悪くなり、ま
たダングリングボンド等の欠陥にキャリアがトラップさ
れ、残留電位の上昇を招いてしまう。一方、膜厚が薄い
と感光体の表面電位が低下し、複写機やプリント等のプ
ロセス設計に負担を生じてしまう。°これに対し、本発
明の感光体のように、表面層を超格子構造とするとポテ
ンシャル井戸層においては、量子効果のために、超格子
構造でない単一層の場合に比して、キャリアの寿命が５
乃至１０倍と長い。また、超格子構造においては、バン
ドギャップの不連続性により、周期的なバリア層が形成
されるが、キャリアはトンネル効果で容易にバイアス層
を通り扱けるので、キャリアの実効移動度はバルクにお
ける移動度と同等であり、キャリアの走行性が優れてい
る。以上のごとく、薄層を積層した超格子構造によれば
、高光導電特性を得ることができ、従来の感光体よりも
鮮明な画像を得ることができる。

以下に第３図を参照し、上記実施例の電子写真感光体を
グロー放電法により製造する装置、並びに製造方法を説
明する。同図において、ガスボンベ２１．２２，２３．
２４には、例えば夫々Ｓ　ｉ　Ｈ４、Ｂ２　Ｈ６、Ｈ２
、ＣＨ４等の原料ガスが収容されている。これらガスボ
ンベ内のガスは、流量調整用のバルブ２６及び配管２７
を介して混合器２８に供給されるようになっている。各
ボンベには圧力計２５が設置されており、該圧力計２５
を監視しつつパルプ２６を調整することにより混合器２
８に供給する各原料ガスの流量及び混合比を調節できる
。混合器２８にて混合されたガスは反応容器２９に供給
される。反応容器２９の底部３１には、回転軸３０が鉛
直方向の回りに回転可能に取付けられている。該回転軸
３０の上端に、円板状の支持台３２がその面を回転軸３
０に垂直にして固定されている。反応容器２９内には、
円筒状の電極３３がその軸中心を回転軸３０の軸中心と
一致させて底部３１上に設置されている。

感光体のドラム基体３４が支持台３２上にその軸中心を
回転軸３０の軸中心と一致させて載置されており、この
ドラム基体３４の内側にはドラム基体加熱用のヒータ３
５が配設されている。電極３３とドラム基体３４との間
には高周波′Ｒ源３６が接続されており、電極３３およ
びドラム基体３４間に高周波電流が供給されるようにな
っている。回転軸３０はモータ３８により回転駆動され
る。反応容器２９内の圧力は圧力計３７により監視され
、反応容器２９はゲートバルブ３８を介して真空ポンプ
等の適宜の排気手段に連結されている。

上記製造装置により感光体を製造する場合には、反応容
器２９内にドラム基体３４を設置した後、ゲートバルブ
３９を開にして反応容器２９内を約０．１ＴＯｒｒの圧
力以下に排気する。次いで、ボンベ２１．２２，２３．
２４から所要の反応ガスを所定の混合比で混合して反応
容器２９内に導入する。この場合に、反応容器２９内に
導入するガス流量は反応容器２９内の圧力が０．１乃至
１．０Ｔ　ｏｒｒになるように設定する。次いで、モー
タ３８を作動させてドラム基体３４を回転させ、ヒータ
３５によりドラム基体３４を一定温度に加熱すると共に
、高周波電源３６により電極３３とドラム基体３４との
間に高周波電流を供給して、両者間にグロー放電を形成
する。これにより、ドラム基体３４上にμｃ−８ｔ：Ｈ
やａ−８ｉ：Ｈが堆積する。なお、原料ガス中にＮ２０
、ＮＨ３、ＮＯ２、Ｎ２　、ＣＨ４，０２Ｈ４、Ｏｚガ
ス等を使用することにより、窒素、炭素、酸素をμＣ−
８ｉ：Ｈやａ−８ｉ：Ｈ中に含有させることができる。

このように、この発明に係る電子写真感光体は、クロー
ズドシステムの製造装置で製造することができるため、
人体に対して安全である。

次に、この発明に係る電子写真感光体を成模し、電子写
真特性を試験した結果について説明する。

試験例 必要に応じて、干渉防止のために、酸処理、アルカリ処
理及びサンドブラスト処理を施した直径が８０層ｇ＋、
幅が３５０ｍのアルミニウム製ドラム基体を反応容器内
に装着し、反応容器を約１０４トルの真空度に排気した
。ドラム基体を２５０”Ｃに加熱し、１０ｒｐ層で自転
させつつ、Ｓ　Ｉ　８４ガスを５００ＳＣＣＭ、８２　
Ｈ６ガスをＳｉＨ＋ガスに対する流量比で１０°３とい
う流量で反応器内に導入し、反応器内の圧力を１ＴＯｒ
ｒに調節し、１３．５６ＭＨ２の高周波電力を印加して
プラズマを発生させ、ドラム基体上にＰ型ａ−８ｉ：Ｈ
かうなる障壁層を形成した。

次いで、ＳｉＨ＋ガスを５００ＳＣＧＭＳＨ２ガスを２
０Ｏ８ＣＧＭＳ８２　ＨＳガスをＳ　ｉ　Ｈ４ガスとの
流量比１０−６で反応室内に導入し、５００Ｗの高周波
電力を加えて３０μ■のｉ型ａ−８ｉ：Ｈからなる光導
電層を形成した。

次に、Ｓ　ｉ　Ｈ４ｊｆガスＦｒ：１００ＳＣＣＭ％Ｈ
２ガスを２００８ＣＣＭ、ＣＨ４ガスを１８１Ｍ導入し
て反応室内の圧力を０．８Ｔｏｒｒとし、２００Ｗの高
周波電力を印加して５０人のａ−８ｉＣ：Ｈ薄ＩＩ（炭
素濃度：３１３ｉ子％）を形成した。次いでＣＨ４ガス
を１５０ＳＣＣＭ導入し、５０人のａ−８ＩＣ：Ｈ薄膜
（炭素濃度１５原子％）を形成した。このような操作を
繰返し、炭素濃度が異なる１５層づつのａ−８ｉ　Ｃ：
　Ｈｔｉｌｌｌｌからなる１５００人の表面層を形成し
た。

このようにして形成した感光体表面を約５００Ｖで正帯
電し、白色光をを露光すると、この光は光導電層で吸収
され、電子正孔対のキャリアが発生する。この試験例に
おいては、多数のキャリアが発生し、キャリアの寿命が
高く、高い走行性が得られた。これにより、鮮明で高品
質の画像が得られた。また、この試験例で製造された感
光体を、繰返し帯電させたところ、転写ｉｉＩ像の再現
性及び安定性は極めて良好であり、更に、耐コロナ性、
耐湿性及び耐摩耗性等の耐久性が優れていることが実証
された。

なお、薄層の種類は、上記試験例のように２種類に限ら
ず、３種類以上の薄層を繰返し積層してもよい。要する
に、炭素濃度が相違するａ−８ｉ薄層の境界が形成され
れば良い。

［発明の効果〕 本発明によれば、表面層に超格子構造を用いているため
、表面層におけるキャリアの走行性が良好であるととも
にキャリアの寿命が長く、かつ帯電特性の優れた電子写
真感光体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る電子写真感光体を示す断
面図、第オ図は本発明の実施例に係る電子写真感光体の
製造装置を示す図である。 １・・・導電性支持体、２・・・障壁層、３・・・光導
電層、４・・・表面層。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ｉＡ　１　凶 第２図 手続補正書 昭和　　祁２．１月、２５日

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性支持体、光導電層および表面層を有する電
   子写真感光体において、前記表面層は、炭素濃度が異な
   る複数の炭素を含む非晶質シリコン薄膜を交互に積層し
   て構成され、かつそれぞれの薄膜の膜厚が３０〜５００
   Åであることを特徴とする電子写真感光体。
2. （２）前記表面層は、周期律表第III族又は第Ｖ族に属
   する元素から選択された少なくとも一種の元素を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子写真感
   光体。
3. （３）前記光導電層は、周期律表第III族又は第Ｖ族に
   属する元素から選択された少なくとも一種の元素を含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子写真
   感光体。
4. （４）前記光導電層は、炭素、酸素および窒素のうちの
   少なくとも一種を含むことを、特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の電子写真感光体。
5. （５）前記光導電層の少なくとも一部は、非晶質半導体
   又は少なくとも一部が微結晶化した半導体からなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子写真感光
   体。
6. （６）前記導電性支持体と光導電層との間に、非晶質半
   導体又は少なくとも一部が微結晶化した半導体からなる
   障壁層を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の電子写真感光体。
7. （７）前記障壁層は、周期律表第III族又は第Ｖ族に属
   する元素から選択された少なくとも一種の元素を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子写真感
   光体。
8. （８）前記障壁層は、炭素、酸素および窒素のうちの少
   なくとも一種を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の電子写真感光体。