JPS6357784B2 - - Google Patents

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JPS6357784B2
JPS6357784B2 JP54079392A JP7939279A JPS6357784B2 JP S6357784 B2 JPS6357784 B2 JP S6357784B2 JP 54079392 A JP54079392 A JP 54079392A JP 7939279 A JP7939279 A JP 7939279A JP S6357784 B2 JPS6357784 B2 JP S6357784B2
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JP
Japan
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boron
ppm
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photoconductor layer
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JP54079392A
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Japanese (ja)
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JPS564150A (en
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Takao Kawamura
Kazuo Oota
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
Application filed by Minolta Co Ltd filed Critical Minolta Co Ltd
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Publication of JPS564150A publication Critical patent/JPS564150A/en
Publication of JPS6357784B2 publication Critical patent/JPS6357784B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はグロー放電分解法により生成されるア
モルフアスシリコン光導電体層を有するP−N接
合型の電子写真感光体に関する。 電子写真感光体としては既に様々な形態のもの
が提案されているが、この中でも広く実用化され
ているものとして導電性基板上にセレンまたはセ
レン合金を真空蒸着法により数10ミクロン厚に或
いは酸化亜鉛や硫化カドミウムを樹脂バインダー
とともに数10ミクロン厚に塗布により形成した単
層感光体がある。これら感光体は何れも電子写真
特性全般に渡つて比較的優れた性質を有している
が、その反面、環境汚染性、耐熱性、表面硬度及
び摩耗性等の点において問題があるという欠点を
有する。つまりセレン或いはセレン合金を光導電
体層とする感光体では複写機内の温度が上昇する
と結晶化が促進しこの熱的不安定性に起因して使
用不能な状態にまで劣化するばかりか、セレンは
人体への毒性が強く上記の如くセレンがその表面
に露出した感光体では環境汚染面からその取り扱
いには細心の注意を要する。また酸化亜鉛や硫化
カドミウムを樹脂と結合してなる光導電体層を使
用する感光体においても有害性が問題でありしか
もこの種の感光体は製造工程がきわめて複雑であ
るという欠点を有する。更に加えてセレンや酸化
亜鉛は表面硬度、摩耗性の点において充分でなく
残留トナー除去手段としてフアーブラシや弾性ブ
レードを使用する複写機では長期にわたる反復使
用ができない。 ところで上述の様にセレン或いはセレン合金を
光導電体層とする単層構造の感光体ではその使用
形態に応じて充分な表面電位にまで帯電されない
こと、換言すれば、電荷保持力及び暗減衰特性が
充分でないという欠点がある。このため光導電体
層の多数キヤリアである電荷とは反対極性の電荷
を多数キヤリアとする中間層を導電性基板と光導
電体層との間に形成した所謂P−N接合型の感光
体が電荷保持力及び暗減衰特性の向上に有効であ
ることが考えられる。これは米国特許第3041166
号明細書に示される通り、光導電体層としてP型
物質を選択すれば、中間層としてN型を使用し負
極性帯電し、またN型光導電体層に対してはP型
中間層を使用し正極性帯電するもので、これによ
り帯電及び暗減衰特性の改善を図つている。しか
しながらこの種のP−N接合型の感光体において
もP型物質としては純粋なセレンを、またN型物
質としてはセレンとTe、As、As2S3等の混合を
使用するため、結果的には環境汚染性、耐熱性、
表面硬度、摩耗性等の点については何ら改善され
ていないこととなる。 本発明は以上の事実に鑑みて成されたもので、
環境汚染性、耐熱性、表面硬度等に優れ且つ帯電
及び暗減衰特性にも著しく優れた電子写真感光体
を提供することを目的とし、具体的にはグロー放
電分解法により生成され不純物の添加によりP型
ともN型ともなるアモルフアスシリコンを光導電
体層及び中間層とする電子写真感光体を提供する
ことを目的とする。 上記目的を達成するために、本発明に係る電子
写真感光体は、厚さが10乃至100ミクロンで硼素
を含有しないかまたは真性半導体となるまでの量
の硼素を含有するアモルフアスシリコンを母体と
するN型の光導電体層と導電性基板との間に、該
光導電体層とは逆極性の電荷を多数キヤリアとす
る厚さが0.2乃至5ミクロンのアモルフアスシリ
コン中間層を設けたことを特徴とするものであ
り、また、厚さが10乃至100ミクロンでP型とな
る量より1000ppmまでの硼素を含有するアモルフ
アスシリコンを母体とするP型の光導電体層と導
電性基板との間に、該光導電体層とは逆極性の電
荷を多数キヤリアとする厚さが0.2乃至5ミクロ
ンのアモルフアスシリコン中間層を設けたことを
特徴とするものである。 以下、本発明を説明すると、本願発明者はまず
上記環境汚染性、耐熱性、表面硬度等に優れた感
光材料を探索した結果、半導体分野でその研究開
発が進められつつあるグロー放電分解法により生
成されるアモルフアスシリコン(amorphous
silicon、以下a−Siと略す)に着目し、電子写真
感光体分野への応用を研究してきた。 グロー放電分解法で生成されるa−Siはエネル
ギーギヤツプ内の欠陥準位密度が低く、一般のア
モルフアスは半導体としてはむしろ例外的な電気
特性を示すことに加えて、比較的低コストで大面
積の膜が製作可能な製造面での有用性をも合わせ
有する為、従来結晶シリコンを主体に進められて
きた太陽電池、フオトセル等の半導体応用技術分
野では、このa−Siを使用した技術開発が急速に
進められつつある。 このように半導体応用技術分野でその有用性が
認められつつあるa−Siを電子写真用感光材料、
特に光導電体としての応用を研究した結果、従来
の感光体が欠如していた無公害性、耐熱性、表面
硬度、摩耗性に対し理想的な特性を有することを
見い出した。 a−Siは後に詳述する通りグロー放電分解法に
より基板上に膜状に形成されるのであるが、不純
物を含有しない純粋なa−Si膜はその構造欠陥が
ドナーレベルを形成し通常はN型半導体として作
用し、また分光感度の点から見れば後述する通り
比視感度に近い約5700オングストローム程度でピ
ークを持ちその光導電性は極めて優れている。従
つてこのa−Siを導電性基板上に数10ミクロンの
厚さに形成して所謂単層感光体として使用するこ
とが考えられるが、a−Si自体は一般にその体積
抵抗が低く通常のコロナ帯電では十分な表面電位
にまで帯電できず、また暗減衰速度も早いため良
好な画像コントラストを得にくい難点を有してい
る。 ところがこのa−Siはそれ自体に硼素(化学記
号B)を添加することによつて元来N型半導体で
ある性質が真性半導体に近づき、より多量の硼素
を添化することによつてP型半導体となる。また
これとは逆に燐(化学記号P)を添加することに
よつてよりN型となり、夫々の添加量に応じてa
−Siの体積抵抗値が変化する。この事実はW.E.
SpearとP.G.Le Comberとにより1976年発行の
Philosophical Magazine(Vol.33、No.6)の第
935頁乃至第949頁に“Electronic properties of
substitutionally doped amorphous Si and Ge”
の題名の下に研究発表されている。更にa−Siの
体積抵抗はグロー放電分解法における製造条件の
設定、特にa−Si膜が形成される基板の設定温度
によつても変化する。従つて硼素の様な不純物を
適量添加し基板温度を適度に設定すれば比較的高
抵抗のa−Si膜を得られることが期待できる。そ
して現実的に後述する実施例より明らかな如く最
大1013Ω・cm程度の体積抵抗を有するa−Si膜が
得られ単層構造の感光体としてカールソン方式に
充分使用できるものである。しかしながらこのま
まではa−Siの電子写真への応用は著しく制約さ
れることとなる。なぜなら単層感光体として必要
な高抵抗性をa−Siに持たせるためには上述の通
り不純物の添加量と基板温度の設定が限定される
からである。しかるに不純物を含有しないa−Si
はもとより上記添加量以外の硼素または燐を含有
するa−Siは電子写真感光体に使用し得ないこと
になる。またa−Siが充分に高抵抗であつて、例
えば500乃至600ボルトの表面電位にまで帯電する
ことができたとしても、使用する複写機によつて
はそれ以上の高電位に帯電されることを要求され
る場合がある。 本発明はa−Siが持つ無公害性、耐熱性等に対
する優れた利点に加えて、a−Siが硼素や燐の添
加により容易にその性質がP型、N型に変化する
点に注目し、a−SiをP−N接合型の感光体とし
て使用することにより帯電及び暗減衰特性の向上
を図つたものである。 即ち、本発明に係るP−N接合型電子写真感光
体は第1図に示す通り、導電性基板1上にグロー
放電分解法により生成され厚さが約0.2乃至5ミ
クロンのP型またはN型アモルフアスシリコン中
間層2と、その上に同様にグロー放電分解法によ
り生成され厚さが約10乃至100ミクロンで該中間
層2の多数キヤリアの電荷とは反対極性の電荷を
多数キヤリアとするP型またはN型アモルフアス
シリコン光導電体層3を順次積層して構成され
る。そして光導電体層3としてP型a−Siを選択
する場合は中間層2としてN型の性質を有するa
−Siを使用し、作像工程においては負極性帯電す
る。一方、N型の性質を有するa−Siを光導電体
層3とするときは中間層2としてP型a−Siを使
用し、正極性帯電する。 以上の構成において、N型光導電体層3及びP
型中間層2を有する感光体を例にとつてその作用
を説明すると、暗状態で正極コロナ帯電すること
により光導電体層は正極に荷電され、他方導電性
基板1には負極性の電荷が誘導される。このとき
光導電体層3と中間層2の界面接合部において電
場がかかり、これにより夫々逆極の多数キヤリア
が反対方向へと移動する。つまりN型光導電体層
3においては電子がその表面方向へ、P型中間層
2では正孔が基板1側へと移動し両層内では電
子、正孔が存在しない状態、つまり空乏状態とな
りこれが帯電及び暗減衰特性を著しく向上する。
また別の見方をすれば導電性基板1に誘導される
電荷は常に中間層2の多数キヤリアとする電荷と
は反対極性であるので、基板からの電荷の注入が
確実に抑制されるため帯電及び暗減衰特性が向上
する。光導電体層及び中間層が上記とは夫々逆型
である場合はその作用は単に逆となるだけで同様
に優れたP−N効果を奏する。 ところでここで上記の如くして高電位に帯電さ
れた感光体に対して画像露光した場合について考
えると、本発明ではN型光導電体層に対しては正
極帯電、P型光導電体層に対しては負極性帯電と
所謂逆バイアス帯電によるため、露光により発生
する正孔と電子のうち多数キヤリアである電荷の
方が帯電された電荷との中和のため光導電体層の
表面側へ、そして少数キヤリアが基板側へと移動
する。しかしながら少数キヤリアはその寿命が短
く余り移動できないのが通常である。つまり、例
えばN型光導電体層の表面近傍で露光により発生
する正孔と電子のうち、電子は多数キヤリアであ
るが故に容易に表面側へ移動するものの正孔は実
質移動できず結果として良好な画像が得られない
ことになる。このことは光導電体層の持つN型ま
たはP型傾向が強ければ強い程顕著となり、逆に
弱くなる程、少数キヤリアの寿命が延びる。つま
り真性半導体の近い領域にあるP型またはN型半
導体では正孔、電子ともほぼ同程度に移動でき、
P型またはN型傾向が強くなるにしたがつて少数
キヤリアの寿命が低下する。従つて、本発明にお
けるN型またはP型光導電体層3は夫々N型また
はP型傾向が比較的弱いものであること、換言す
れば本発明の光導電体層は少数キヤリアがその層
を移動するに充分な程度の寿命を有することがで
きるP型またはN型a−Siである必要がある。 ところでグロー放電分解法により生成されるa
−Siは上述した通り元来N型半導体である性質に
加え、硼素を添加することによつて除々にN型傾
向が弱まり真性半導体となり、更に硼素添加量を
増大することによりP型半導体となる。またこれ
とは逆に燐を添加することによつてより強いN型
となる。そしてこれら硼素、燐の添加はa−Si自
体の体積抵抗を変化せしめるとともにグロー放電
法における基板温度の条件も体積抵抗に大きな影
響を与える。即ち、後述する実施例からも理解で
きるようにa−Siは基板温度を約50℃乃至250℃
の範囲に設定することにより不純物を一切含有し
ない場合においても基板温度の低下に従つてその
体積抵抗が約108Ω・cmから1011Ω・cm近くまで
向上すること、a−Siに燐を添加することにより
体積抵抗は低下し約50ppmの燐含有で105Ω・cm
程度となり強いN型半導体となること、逆に硼素
の添加によつて体積抵抗は向上し、次第にN型傾
向が弱くなり一定量、例えば約90乃至160ppmの
硼素含有でa−Siは実質真性半導体となりもつと
も高抵抗となること、そしてそれ以上の硼素含有
でa−SiはP型半導体となるとともに体積抵抗は
低下し、1000ppmの硼素含有で約109Ω・cm、
10000ppm余りで105Ω・cm程度まで低下し強いP
型となる。尚、硼素、燐の添加による体積抵抗の
変化は製造条件に応じて多少誤差があり、この
点、a−Siが真性半導体となる一定の硼素含有量
も多少の巾を見なければならない。 一方、帯電及び暗減衰特性からみて、光導電体
層3は前述した通り比較的弱いP型またはN型で
あることが必要であるが、これ以外にも帯電時に
おける横方向へのリークを避けるためある程度の
体積抵抗を有している必要がある。これは後述す
る実験からも裏付けられる通り、約109Ω・cmの
体積抵抗があればよくまたこの程度の抵抗までを
有するa−Siは少数キヤリアの寿命も充分であ
る。これに対し中間層は強いP型またはN型でも
よくその体積抵抗も105Ω・cm程度まで使用可能
である。 これら事実より、本発明においては、光導電体
層3としてN型a−Siを選ぶ場合は、不純物を一
切含有しないa−Siまたは真性半導体となるまで
の量の硼素を含有したa−Siを使用できる。ここ
で多少の製造誤差はあるものの本発明に係る実施
例によれば約90乃至160ppmの硼素含有のある一
点でa−Siが真性半導体となることからみて、0
から約90乃至160ppmまでの硼素を含有するa−
Siが使用できる。そしてこのN型光導電体層3と
隣接するP型中間層2には最低限真性半導体より
P型となる量であつて、最大約10000ppmまでの
硼素を含有するa−Siが使用できる。換言すれば
約90乃至160ppmの硼素含有のある一点で真性半
導体となるのでそれ以上乃至10000ppmまでの硼
素を含有するa−Siを使用する。一方、光導電体
層3としてP型a−Siを選択する場合はP型とな
る量より1000ppmまでの硼素を含有するa−Siを
使用し、これに対してN型中間層としては0から
真性半導体となるまでの量の硼素を含有するa−
Si、不純物を一切含有しないa−Siまたは約
50ppmまでの燐を含有するa−Siが使用できる。 これら硼素、燐の添加量はa−Siの体積抵抗に
影響を与えるものであるから、別の見方をすれば
P型またはN型半導体層としてはその組成に関係
なく約109Ω・cm以上の体積抵抗を有するa−Si
を、またP型またはN型中間層としては約105
Ω・cm以上の体積抵抗を有するa−Siが使用でき
る。 ここでグロー放電分解法により生成されるP
型、N型a−Siの製造方法について説明する。 第2図はa−Siを生成するためのグロー放電分
解装置を示し、図中の第1、第2、第3ポンプ
4,5,6には夫々SiH4、PH3、B2H6ガスが密
封されている。これらガスは対応する第1、第
2、第3調整弁7,8,9を開放することにより
放出され、その流量がメータリングバルブ10,
11,12により規制され主管13へと送られ
る。尚、14,15,16は流量計、17は止め
弁である。主管13を通じて流れるガスは反応管
18へと送り込まれるが、この反応管の周囲には
共振振動コイル19が巻回されておりそれ自体の
共振振動パワーは例えば100〜300Wattsが適当で
ある。反応管18内部にはその上にa−Si膜が形
成される、例えばアルミニウムやNESAガラスの
ような基板20がモータ21により回動可能であ
るターンテーブル22上に載置されており、該基
板20自体は適当な加熱手段により約50乃至250
℃の温度に加熱されている。また反応管18内部
はa−Si膜形成時に高度の真空状態(ガス圧:
0.5乃至2.0Torr)を必要とすることにより回転ポ
ンプ23と拡散ポンプ24に連結されている。 以上の構成のグロー放電分解装置において、純
粋なa−Si膜を基板20上に形成するときは第1
調整弁7を開放して第1ポンプ4よりSiH4ガス
を、また燐あるいは硼素を含有するときは第2ま
たは第3調整弁8,9をも開放して第2、第3ポ
ンプ5,6よりPH3ガス、B2H6ガスを放出する。
放出量はメータリングバルブ10,11,12に
より規制され、SiH4ガスあるいはSiH4ガスと
PH3またはB2H6ガスとの混合ガスが反応管18
へと送られる。そして反応管18内部が0.5乃至
2.0Torr程度のガス圧、基板温度50乃至250℃、
また共振振動コイルのパワーが100乃至300watts
と設定されていることと相俟つてグロー放電が起
こり、送り込まれたガスがSiH4のみのときは
SiH4→Si+2H2の反応により純粋なa−Si膜が、
混合ガスのときは2(SiH4+PH3)→2Si+7H2
たはSiH4+B2H6→Si+B2+5H2の反応により燐
または硼素を含有したa−Si膜が約0.1乃至0.5ミ
クロン/分の早さで基板20上に形成される。こ
の様にしてP型、N型のa−Si膜が形成されるこ
とより、本発明の感光体ではまず厚さ0.2乃至5
ミクロンのa−Si中間層を形成し、次いでその中
間層の多数キヤリアとは逆極性の電荷を多数キヤ
リアとするa−Si光導電体層を厚さ10乃至100ミ
クロンに形成するものである。以上において、上
記基板温度の設定は得られるa−Si膜の体積抵抗
に大きな影響を与え、基板温度の上昇にほぼ比例
して体積抵抗が低下する傾向を示す。このことに
より本発明においては基板温度は約50乃至250℃
とするのが望ましい。 以下、実施例について説明する。 実施例 1 上述した第2図に示すグロー放電分解装置によ
り、SiH4を分解し、アルミニウム基板上に、厚
さ1ミクロンの純粋なa−Si膜を形成した。尚、
製作条件として、ガス圧を0.5Torr、アルミニウ
ム基板温度を200℃、共振振動パワーを100watts
膜形成速度を1分当り0.1ミクロンに設定した。 次に同一条件の下でSiH4に対し、B2H6
各々、50、200、500、800、1000、1500、2000、
5000、10000、20000、100000ppm含有せしめた混
合ガスをグロー放電法により分解し、各々5、
20、50、80、100、150、200、500、1000、2000、
10000ppmの硼素を含有する厚さが1ミクロンの
a−Si膜をアルミニウム基板上に形成した。尚、
硼素の含有量は日立イオンマイクロアナライザー
を使用して測定した。 同様にSiH4に対し、PH3を各々適量に含有せ
しめた混合ガスをグロー放電分解して、5ppm、
10ppmと50ppmの燐を含有する厚さ1ミクロンの
a−Si膜を形成した。 次にこれらa−Si膜と体積抵抗値(導電率)と
の関係を調べたところ第3図の実線Aで示される
様な結果が得られた。尚、図において硼素及び燐
の含有量は夫々B2H6/SiH4、PH3/SiH4のモル
比で示し括弧内にppm含有量を示す。つまり、
B2H6/SiH4が10-6は2ppmの硼素が、10-5
20ppm、10-4は200ppm、10-3は2000ppm、10-2
は20000ppmの硼素が含有されており、PH3
SiH4が10-6は1ppmの燐が、10-5は10ppm、10-4
は100ppm、10-3は1000ppmの燐が含有されてい
ることを示す。第2図の実線Aの結果は前述した
W.E.SpearとP.G.LeComberとが示すところの結
果とほぼ対応している。 これとは別に、アルミニウム基板温度を120℃
とした以外は全て同一条件の下で、厚さが夫々1
ミクロンの純粋なa−Si膜、5、20、50、80、
150、200、500、1000、2000、10000ppmの硼素を
含有するa−Si膜、更に各々5、10、50ppmの燐
を含有するa−Si膜を形成した。そしてこれらa
−Si膜と体積抵抗との関係を測定したところ第3
図の点線カーブBで示す結果が得られた。 第3図の結果より、まず基板温度200℃の下で
形成した不純物を一切含有しない純粋なa−Si膜
は体積抵抗が約8×108Ω・cm程度で、また基板
温度120℃の下では約1010Ω・cmであり、共にN
型半導体に属することが理解できる。また基板温
度200℃の条件の下に生成された5ppmの硼素を含
有するa−Siはその体積抵抗が約2×109Ω・cm、
20ppmの硼素含有で約3×1010Ω・cm、50ppm含
有で、約6×1010Ω・cm、80ppm含有で約1011
Ω・cm、100ppmで4×1011Ω・cmとなりN型か
ら真性半導体に近ずく。そして150ppmで8×
1011Ω・cmまで向上し真性半導体を通りこしてP
型となる。ところがこれを境に体積抵抗は急激に
低下し、200ppmの硼素含有で5×1010Ω・cm、
500ppm含有で108Ω・cm、1000ppmで6×106
Ω・cm、2000ppmで2×105Ω・cm、そして
10000ppmで105Ω・cm以下となり所謂P型の傾向
が強くなる。尚、燐を含有するa−Siはその添加
量の増大に応じてN型傾向が強くなるが、その反
面体積抵抗は次第に低下していき5ppmの燐含有
で約9×107Ω・cm、10ppmで5×106Ω・cm、
50ppmで105Ω・cmの体積抵抗を示した。 一方、基板温度120℃の下で生成された硼素を
含有するa−Si膜は200℃の場合と比して大体に
おいて10倍から100倍程度体積抵抗が増大してい
る。即ち、基板温度120℃の下で生成された5ppm
の硼素を含有するa−Si膜はその体積抵抗が約2
×1010Ω・cm、20ppmの硼素含有で4×1011Ω・
cm、50ppm含有で9×1011Ω・cm100ppmで9×
1012Ω・cmとなりN型から真性に近ずき、
150ppmで体積抵抗が8×1012Ω・cmのP型半導
体となる。そしてそれ以上の硼素含有でa−Siの
P型傾向が強まるとともにその体積抵抗は低下す
る。つまり200ppmの硼素含有で体積抵抗は2×
1011Ω・cm、500ppmで約1010Ω・cm、1000ppm
で109Ω・cm、2000ppmで3×107Ω・cm、そして
10000ppmで6×105Ω・cmとなる。これに対し燐
を含有するa−Siは基板温度200℃の場合とほぼ
同じ体積抵抗値を示した。 以上の測定結果より、元来N型半導体であるa
−Siは硼素を含有することによりその体積抵抗は
次第に増大するとともにN型傾向が弱まり、約
100乃至150ppm、多少の製造誤差を勘案して約90
乃至160ppmの硼素含有のある一点で真性半導体
となることが分かる。このことよりN型光導電体
層としては一定量までの硼素つまり真性半導体と
なるまでの硼素を含有したa−Siが使用でき、他
方、P型光導電体層としてはそれぞれ以上の硼素
を含有するa−Siであつて、つまり最低限真性半
導体よりP型となる量以上の硼素を含有するa−
Siを使用できる。しかしながら、N型、P型光導
電体層は夫々少数キヤリアである正孔、電子に対
してある程度の寿命を持たせる必要があり、この
点P型、N型の度合いが強すぎてもいけない。そ
して後述する光減衰特性の実験からみて、N型光
導電体層の下限としては硼素を一切含有しないa
−Siまでが使用でき、またP型光導電体層として
は約1000ppmまでの硼素を含有するa−Siが使用
可能であることが確認された。これは第3図との
関係でa−Siの体積抵抗が約109Ω・cm以上であ
ることをさしている。P型、N型中間層としては
これも後述する実験より理解できるように約105
Ω・cm以上の体積抵抗を有するa−Siが使用でき
ることより、P型としては最低限P型となる量で
あつて最大約10000ppmまでの硼素を含有するa
−Siが、またN型としては約50ppmまでの燐を含
有するa−Si、純粋なa−Siあるいは真性半導体
となるまでの量の硼素を含有するa−Siが使用で
きる。 実施例 2 この実施例においてはa−Siの分光感度特性を
調べた。まず実施例1で示したグロー放電分解法
により基板温度120℃の下でアルミニウム基板上
に厚さ30ミクロンの純粋なa−Si膜を形成した。
この感光体試料を(C)とする。次いでこの感光体を
コロナ帯電により約100ボルトの表面電位に荷電
し光照射した。照射光はフイルターを使用して波
長域4000乃至8000オングストローム間を順次可変
していき光電流との関係を測定した。この結果は
第4図のカーブCによつて示される通りで、これ
より明らかな様にa−Siは比視感度に近い約5700
オングストロームでピークを持ち優れた分光感度
特性を有する。 次に同一の条件の下でアルミニウム基板上に
20ppmの硼素を含有する厚さ30ミクロンのa−Si
膜を形成し、同様の方法で分光感度を測定した。
その結果は第4図のカーブDによつて示される通
りで、ピークは約6000オングストロームとこれも
良好な分光感度特性を有する。従つてa−Siは感
度特性の点から見て感光体に良好に使用し得るこ
とが裏付けられた。 実施例 3 第2図のグロー放電分解装置でもつて第1表に
示すように計16種類のP−N接合型の感光体試料
を作成した。まず試料(E)及至(I)は基板温度200℃
の下で生成されたもので何れもアルミニウム基板
上にP型a−Si中間層が、そしてその上にN型a
−Si光導電体層が形成されてなるもので、第1表
から読みとれるよう例えば(E)はP型中間層として
200ppmの硼素を含有するa−Siからなり、N型
光導電体層としては純粋なa−Siからなる試料を
意味し、また試料(F)はP型中間層として500ppm
の硼素を含有するa−Si、N型光導電体層として
50ppmの硼素を含有するa−Siからなることを示
す。試料(J)乃至(N)はやはりP型中間層とN型
光導電体層からなるものであるが何れも基板温度
が120℃の下で作成されたものである。これらと
は異なり試料(O)乃至(T)はP型光導電体層
とN型中間層からなるもので、このうち試料
(O)乃至(Q)は基板温度200℃の下に、試料
(R)乃至(T)は120℃の下に生成されたもので
ある。尚、各試料とも基板としてアルミニウムを
使用し、中間層の厚さは1ミクロンに、光導電体
層の厚さは30ミクロンとした。尚、比較試料とし
て厚さ30ミクロンの純粋なa−Siから単層構造の
感光体を基板温度120℃の下に作成した。これを
試料(U)とする。
The present invention relates to a PN junction type electrophotographic photoreceptor having an amorphous silicon photoconductor layer produced by a glow discharge decomposition method. Various types of electrophotographic photoreceptors have already been proposed, but one that has been widely put into practical use is one in which selenium or selenium alloys are deposited on a conductive substrate to a thickness of several tens of microns by vacuum evaporation or oxidized. There is a single-layer photoreceptor made by coating zinc or cadmium sulfide together with a resin binder to a thickness of several tens of microns. All of these photoreceptors have relatively excellent electrophotographic properties in general, but on the other hand, they have drawbacks such as problems in environmental pollution, heat resistance, surface hardness, and abrasion resistance. have In other words, in a photoreceptor whose photoconductor layer is made of selenium or a selenium alloy, when the temperature inside the copying machine increases, crystallization is promoted, and this thermal instability not only deteriorates the photoreceptor to an unusable state, but also selenium is harmful to the human body. Photoreceptors with exposed selenium on their surfaces must be handled with great care in view of environmental pollution. Furthermore, photoreceptors using a photoconductor layer made of zinc oxide or cadmium sulfide combined with a resin also have the problem of toxicity, and this type of photoreceptor also has the drawback of an extremely complicated manufacturing process. Furthermore, selenium and zinc oxide have insufficient surface hardness and abrasion resistance, and cannot be used repeatedly over a long period of time in copying machines that use fur brushes or elastic blades as means for removing residual toner. However, as mentioned above, photoreceptors with a single-layer structure in which selenium or a selenium alloy is used as a photoconductor layer are not charged to a sufficient surface potential depending on the type of use; in other words, the charge retention ability and dark decay characteristics are poor. The disadvantage is that it is not sufficient. For this reason, a so-called P-N junction type photoreceptor in which an intermediate layer having a majority carrier of charges opposite to the majority carrier of the photoconductor layer is formed between the conductive substrate and the photoconductor layer. It is thought that this is effective in improving charge retention and dark decay characteristics. This is US Patent No. 3041166
As shown in the specification, if a P-type material is selected for the photoconductor layer, an N-type material is used as the intermediate layer and the material is negatively charged, and a P-type intermediate layer is used for the N-type photoconductor layer. This is used to positively charge the battery, thereby improving charging and dark decay characteristics. However, even in this type of P-N junction photoreceptor, pure selenium is used as the P-type material, and a mixture of selenium and Te, As, As 2 S 3 , etc. is used as the N-type material, so the result is Environmental pollution resistance, heat resistance,
This means that there is no improvement in terms of surface hardness, abrasion resistance, etc. The present invention has been made in view of the above facts.
The purpose is to provide an electrophotographic photoreceptor that is excellent in environmental pollution resistance, heat resistance, surface hardness, etc., and also has outstanding charging and dark decay characteristics. An object of the present invention is to provide an electrophotographic photoreceptor in which a photoconductor layer and an intermediate layer are made of amorphous silicon, which is both P-type and N-type. In order to achieve the above object, an electrophotographic photoreceptor according to the present invention is made of amorphous silicon having a thickness of 10 to 100 microns and containing no boron or an amount of boron that becomes an intrinsic semiconductor. An amorphous silicon intermediate layer with a thickness of 0.2 to 5 microns is provided between the N-type photoconductor layer and the conductive substrate, which carries many charges of opposite polarity to the photoconductor layer. It is characterized by a P-type photoconductor layer having a thickness of 10 to 100 microns and containing up to 1000 ppm of boron, which is P-type, as a matrix, and a conductive substrate. In between, there is provided an amorphous silicon intermediate layer having a thickness of 0.2 to 5 microns and carrying a majority of charges of opposite polarity to that of the photoconductor layer. The present invention will be explained below. As a result of searching for a photosensitive material with excellent environmental pollution resistance, heat resistance, surface hardness, etc., the inventor of the present invention discovered that the glow discharge decomposition method, which is currently being researched and developed in the semiconductor field, was developed. The amorphous silicon produced
We have focused on silicon (hereinafter abbreviated as a-Si) and have been researching its application to the field of electrophotographic photoreceptors. A-Si produced by the glow discharge decomposition method has a low density of defect levels in the energy gap, and general amorphous amorphous metal exhibits rather exceptional electrical properties as a semiconductor, as well as being relatively low cost. Because it is also useful in terms of manufacturing, allowing the production of large-area films, technology using a-Si has been widely used in semiconductor application technology fields such as solar cells and photocells, which have traditionally been based on crystalline silicon. Development is progressing rapidly. In this way, a-Si, whose usefulness is being recognized in the field of semiconductor application technology, is used as a photosensitive material for electrophotography.
In particular, as a result of research into its application as a photoconductor, it was discovered that it has ideal properties in terms of pollution-free properties, heat resistance, surface hardness, and abrasion resistance, which conventional photoconductors lacked. As will be explained in detail later, a-Si is formed in the form of a film on a substrate by a glow discharge decomposition method, but in a pure a-Si film containing no impurities, its structural defects form a donor level, and normally N In terms of spectral sensitivity, it has an extremely excellent photoconductivity, with a peak at about 5,700 angstroms, which is close to the relative luminous efficiency, as will be described later. Therefore, it is conceivable to form this a-Si to a thickness of several tens of microns on a conductive substrate and use it as a so-called single-layer photoconductor, but a-Si itself generally has a low volume resistivity and cannot be used as a normal corona. When charging, it is difficult to charge the surface to a sufficient surface potential, and the dark decay rate is also fast, making it difficult to obtain good image contrast. However, by adding boron (chemical symbol B) to this a-Si, its originally N-type semiconductor property approaches that of an intrinsic semiconductor, and by adding a larger amount of boron, it becomes a P-type semiconductor. Becomes a semiconductor. Conversely, by adding phosphorus (chemical symbol P), it becomes more N-type, and depending on the amount of each addition, a
-The volume resistance value of Si changes. This fact is WE
Published in 1976 by Spear and PGLe Comber.
Philosophical Magazine (Vol.33, No.6)
On pages 935 to 949, “Electronic properties of
substitutionally doped amorphous Si and Ge”
The research has been published under the title. Furthermore, the volume resistance of a-Si also changes depending on the setting of manufacturing conditions in the glow discharge decomposition method, particularly the set temperature of the substrate on which the a-Si film is formed. Therefore, it can be expected that by adding an appropriate amount of impurities such as boron and setting the substrate temperature appropriately, an a-Si film with relatively high resistance can be obtained. In reality, as will be clear from the examples described later, an a-Si film having a maximum volume resistance of about 10 13 Ω·cm can be obtained and can be used satisfactorily as a photoreceptor with a single layer structure in the Carlson method. However, if this situation continues, the application of a-Si to electrophotography will be severely restricted. This is because, as mentioned above, the amount of impurities added and the setting of the substrate temperature are limited in order to provide a-Si with the high resistance required for a single-layer photoreceptor. However, a-Si containing no impurities
Of course, a-Si containing boron or phosphorus in amounts other than those mentioned above cannot be used in electrophotographic photoreceptors. Furthermore, even if a-Si has a sufficiently high resistance and can be charged to a surface potential of, for example, 500 to 600 volts, it may be charged to an even higher potential depending on the copying machine used. may be requested. The present invention focuses on the fact that, in addition to the excellent advantages of a-Si in terms of non-polluting properties and heat resistance, a-Si easily changes its properties into P-type and N-type by adding boron or phosphorus. , a-Si is used as a P-N junction type photoreceptor to improve charging and dark decay characteristics. That is, as shown in FIG. 1, the P-N junction type electrophotographic photoreceptor according to the present invention is formed on a conductive substrate 1 by a glow discharge decomposition method, and has a thickness of about 0.2 to 5 microns. An amorphous silicon intermediate layer 2 and a P layer formed thereon by a glow discharge decomposition method and having a thickness of about 10 to 100 microns and having a majority carrier of charges having a polarity opposite to that of the majority carrier of the intermediate layer 2. It is constructed by sequentially stacking type or N type amorphous silicon photoconductor layers 3. When P-type a-Si is selected as the photoconductor layer 3, the intermediate layer 2 is made of a-Si having N-type properties.
-Si is used and is negatively charged in the image forming process. On the other hand, when a-Si having N-type properties is used as the photoconductor layer 3, P-type a-Si is used as the intermediate layer 2 and is positively charged. In the above configuration, the N-type photoconductor layer 3 and the P
To explain the effect using a photoreceptor having a mold intermediate layer 2 as an example, the photoconductor layer is positively charged by positive corona charging in a dark state, while the conductive substrate 1 is negatively charged. be guided. At this time, an electric field is applied at the interface junction between the photoconductor layer 3 and the intermediate layer 2, thereby causing the majority carriers of opposite polarity to move in opposite directions. In other words, electrons move toward the surface of the N-type photoconductor layer 3, and holes move toward the substrate 1 side of the P-type intermediate layer 2, resulting in a state in which neither electrons nor holes exist in both layers, that is, a depletion state. This significantly improves charging and dark decay properties.
From another perspective, the charge induced in the conductive substrate 1 is always of the opposite polarity to the majority carrier charge in the intermediate layer 2, so the injection of charge from the substrate is reliably suppressed, so that charging and Dark decay characteristics are improved. If the photoconductor layer and the intermediate layer are of the opposite type to those described above, the effects will simply be reversed and the same excellent PN effect will be achieved. Now, if we consider the case where a photoconductor charged to a high potential as described above is imagewise exposed, in the present invention, the N-type photoconductor layer is positively charged, and the P-type photoconductor layer is positively charged. On the other hand, due to negative polarity charging and so-called reverse bias charging, among the holes and electrons generated by exposure, the majority carrier charge moves toward the surface side of the photoconductor layer to neutralize the charged charge. , and the minority carriers move to the substrate side. However, minority carriers usually have a short lifespan and cannot be moved much. In other words, for example, among the holes and electrons generated by exposure near the surface of the N-type photoconductor layer, the electrons are majority carriers and therefore easily move toward the surface, but the holes cannot substantially move, resulting in a good result. This means that you will not be able to obtain a good image. This becomes more pronounced as the N-type or P-type tendency of the photoconductor layer becomes stronger, and conversely, the weaker the tendency, the longer the life of minority carriers becomes. In other words, in a P-type or N-type semiconductor located close to an intrinsic semiconductor, holes and electrons can move to almost the same extent.
As the P-type or N-type tendency becomes stronger, the life of the minority carrier decreases. Therefore, the N-type or P-type photoconductor layer 3 in the present invention has a relatively weak N-type or P-type tendency, respectively. It needs to be P-type or N-type a-Si that can have a life span long enough to allow movement. By the way, a produced by glow discharge decomposition method
-As mentioned above, Si is originally an N-type semiconductor, but by adding boron, the N-type tendency gradually weakens and it becomes an intrinsic semiconductor, and by further increasing the amount of boron added, it becomes a P-type semiconductor. . On the other hand, by adding phosphorus, it becomes stronger N-type. The addition of boron and phosphorus changes the volume resistivity of a-Si itself, and the substrate temperature conditions in the glow discharge method also have a large effect on the volume resistivity. That is, as can be understood from the examples described later, a-Si has a substrate temperature of approximately 50°C to 250°C.
By setting it in the range of 10 8 Ω・cm to nearly 10 11 Ω・cm as the substrate temperature decreases even when no impurities are included, the volume resistivity increases from approximately 10 8 Ω・cm to nearly 10 11 Ω・cm. By adding phosphorus, the volume resistivity decreases to 10 5 Ω・cm with approximately 50 ppm phosphorus content.
On the other hand, by adding boron, the volume resistivity improves, and the N-type tendency gradually weakens, and when a certain amount of boron is contained, for example, about 90 to 160 ppm, a-Si becomes a substantially intrinsic semiconductor. However, with a higher boron content, a-Si becomes a P-type semiconductor and its volume resistivity decreases; with a boron content of 1000 ppm, it becomes approximately 10 9 Ω・cm,
At more than 10000ppm, it decreases to about 10 5 Ω・cm and has a strong P.
Becomes a mold. Incidentally, the change in volume resistivity due to the addition of boron or phosphorus has some error depending on the manufacturing conditions, and in this respect, the constant boron content at which a-Si becomes an intrinsic semiconductor must also have some range. On the other hand, from the viewpoint of charging and dark decay characteristics, the photoconductor layer 3 needs to be relatively weak P-type or N-type as described above, but it is also necessary to avoid lateral leakage during charging. Therefore, it is necessary to have a certain volume resistance. This is supported by the experiments described later, as long as it has a volume resistance of about 10 9 Ω·cm, and a-Si having a resistance up to this level has a sufficient minority carrier life. On the other hand, the intermediate layer may be of strong P type or N type, and its volume resistivity can be up to about 10 5 Ω·cm. Based on these facts, in the present invention, when N-type a-Si is selected as the photoconductor layer 3, a-Si containing no impurities or a-Si containing an amount of boron to become an intrinsic semiconductor is selected. Can be used. Although there are some manufacturing errors here, according to the embodiments of the present invention, a-Si becomes an intrinsic semiconductor at a point containing about 90 to 160 ppm of boron.
a- containing boron from about 90 to 160 ppm
Si can be used. For the P-type intermediate layer 2 adjacent to the N-type photoconductor layer 3, a-Si containing boron can be used in an amount that makes it more P-type than an intrinsic semiconductor, and up to about 10,000 ppm at most. In other words, since a certain point containing about 90 to 160 ppm of boron becomes an intrinsic semiconductor, a-Si containing boron of more than 90 to 10,000 ppm is used. On the other hand, when P-type a-Si is selected as the photoconductor layer 3, a-Si containing up to 1000 ppm of boron is used as the P-type, whereas for the N-type intermediate layer, boron is from 0 to 1000 ppm. a- containing enough boron to become an intrinsic semiconductor
Si, a-Si containing no impurities or approx.
A-Si containing up to 50 ppm phosphorus can be used. The amount of boron and phosphorus added affects the volume resistivity of a-Si, so from another perspective, as a P-type or N-type semiconductor layer, it is approximately 10 9 Ω・cm or more regardless of its composition. a-Si with a volume resistivity of
and about 10 5 as a P-type or N-type intermediate layer.
A-Si having a volume resistivity of Ω·cm or more can be used. Here, P generated by glow discharge decomposition method
The manufacturing method of type and N type a-Si will be explained. Fig. 2 shows a glow discharge decomposition device for producing a-Si, and the first, second, and third pumps 4, 5, and 6 in the figure are supplied with SiH 4 , PH 3 , and B 2 H 6 gas, respectively. is sealed. These gases are released by opening the corresponding first, second, and third regulating valves 7, 8, and 9, and the flow rate is adjusted to the metering valve 10,
11 and 12 and sent to the main pipe 13. Note that 14, 15, and 16 are flow meters, and 17 is a stop valve. The gas flowing through the main pipe 13 is sent into the reaction tube 18, and a resonance vibration coil 19 is wound around the reaction tube, and its resonance vibration power is suitably, for example, 100 to 300 Watts. Inside the reaction tube 18, a substrate 20 made of, for example, aluminum or NESA glass, on which an a-Si film is formed, is placed on a turntable 22 that can be rotated by a motor 21. 20 itself is about 50 to 250 depending on a suitable heating means.
It is heated to a temperature of °C. Furthermore, the interior of the reaction tube 18 is in a highly vacuum state (gas pressure:
0.5 to 2.0 Torr) and is connected to the rotary pump 23 and the diffusion pump 24. In the glow discharge decomposition apparatus having the above configuration, when forming a pure a-Si film on the substrate 20, the first
The regulating valve 7 is opened to supply SiH 4 gas from the first pump 4, and when phosphorus or boron is contained, the second or third regulating valves 8 and 9 are also opened to supply the second and third pumps 5 and 6. Releases PH3 gas and B2H6 gas .
The amount of discharge is regulated by metering valves 10, 11, 12, and the amount of discharge is regulated by metering valves 10, 11 , and 12 .
The mixed gas with PH 3 or B 2 H 6 gas is in the reaction tube 18.
sent to. And the inside of the reaction tube 18 is 0.5 to
Gas pressure around 2.0Torr, substrate temperature 50 to 250℃,
Also, the power of the resonant vibration coil is 100 to 300 watts.
In combination with the setting, glow discharge occurs, and when the fed gas is only SiH 4 ,
A pure a-Si film is formed by the reaction of SiH 4 →Si+2H 2 .
In the case of a mixed gas, the reaction of 2(SiH 4 + PH 3 ) → 2Si + 7H 2 or SiH 4 + B 2 H 6 → Si + B 2 + 5H 2 forms an a-Si film containing phosphorus or boron at a rate of about 0.1 to 0.5 microns/min. The film is then formed on the substrate 20. Since P-type and N-type a-Si films are formed in this way, the photoreceptor of the present invention has a thickness of 0.2 to 5.
A micron-thick a-Si intermediate layer is formed, and then an a-Si photoconductor layer with a thickness of 10 to 100 microns is formed in which the majority carriers are of opposite polarity to the majority carriers in the intermediate layer. In the above, the setting of the substrate temperature has a great influence on the volume resistance of the obtained a-Si film, and the volume resistance tends to decrease almost in proportion to the increase in the substrate temperature. Therefore, in the present invention, the substrate temperature is approximately 50 to 250°C.
It is desirable to do so. Examples will be described below. Example 1 SiH 4 was decomposed using the glow discharge decomposition apparatus shown in FIG. 2 described above to form a pure a-Si film with a thickness of 1 micron on an aluminum substrate. still,
The manufacturing conditions are: gas pressure of 0.5Torr, aluminum substrate temperature of 200℃, and resonance vibration power of 100watts.
Film formation rate was set at 0.1 microns per minute. Next, under the same conditions, B 2 H 6 was added to SiH 4 at 50, 200, 500, 800, 1000, 1500, 2000, respectively.
A mixed gas containing 5,000, 10,000, 20,000, and 100,000 ppm was decomposed by the glow discharge method, and 5,
20, 50, 80, 100, 150, 200, 500, 1000, 2000,
A 1 micron thick a-Si film containing 10000 ppm boron was formed on an aluminum substrate. still,
Boron content was measured using a Hitachi ion microanalyzer. Similarly, a mixed gas containing appropriate amounts of PH 3 and SiH 4 was decomposed by glow discharge to produce 5 ppm,
1 micron thick a-Si films containing 10 ppm and 50 ppm phosphorus were formed. Next, the relationship between these a-Si films and the volume resistance value (electrical conductivity) was investigated, and the results shown by the solid line A in FIG. 3 were obtained. In the figure, the contents of boron and phosphorus are shown in molar ratios of B 2 H 6 /SiH 4 and PH 3 /SiH 4 , respectively, and the ppm content is shown in parentheses. In other words,
B 2 H 6 /SiH 4 is 10 -6 with 2 ppm boron, 10 -5 is
20ppm, 10 -4 is 200ppm, 10 -3 is 2000ppm, 10 -2
contains 20000ppm boron and has a PH 3 /
SiH 4 is 10 -6 is 1 ppm phosphorus, 10 -5 is 10 ppm, 10 -4
indicates that it contains 100ppm, and 10 -3 indicates that it contains 1000ppm of phosphorus. The results of solid line A in Figure 2 are as described above.
The results almost correspond to those shown by WESpear and PGLeComber. Separately, increase the aluminum substrate temperature to 120℃
All under the same conditions except that the thickness was 1
Micron pure a-Si film, 5, 20, 50, 80,
A-Si films containing 150, 200, 500, 1000, 2000, and 10000 ppm of boron, and further a-Si films containing 5, 10, and 50 ppm of phosphorus, respectively, were formed. and these a
-When we measured the relationship between the Si film and the volume resistance, we found that
The results shown by the dotted curve B in the figure were obtained. From the results shown in Figure 3, first, a pure a-Si film containing no impurities formed at a substrate temperature of 200°C has a volume resistivity of approximately 8 × 10 8 Ω・cm; Then, it is about 10 10 Ω・cm, and both N
It can be understood that it belongs to type semiconductor. Furthermore, a-Si containing 5 ppm boron produced under the condition of a substrate temperature of 200°C has a volume resistivity of approximately 2×10 9 Ω・cm,
Approximately 3×10 10 Ω・cm when containing 20 ppm boron, approximately 6×10 10 Ω・cm when containing 50 ppm, and approximately 10 11 when containing 80 ppm
Ω・cm, at 100ppm, it becomes 4×10 11 Ω・cm, approaching from an N-type to an intrinsic semiconductor. and 8x at 150ppm
Improved to 10 11 Ω・cm and passed through the intrinsic semiconductor to P.
Becomes a mold. However, after this point, the volume resistivity suddenly decreased to 5×10 10 Ω・cm with 200 ppm boron content.
10 8 Ω・cm with 500ppm content, 6×10 6 with 1000ppm
Ω・cm, 2×10 5 Ω・cm at 2000ppm, and
At 10,000 ppm, it becomes less than 10 5 Ω·cm, and the so-called P-type tendency becomes stronger. Furthermore, as the amount of a-Si containing phosphorus increases, its N-type tendency becomes stronger, but on the other hand, the volume resistivity gradually decreases to approximately 9 x 10 7 Ωcm at a phosphorus content of 5 ppm. 5×10 6 Ω・cm at 10ppm,
It exhibited a volume resistivity of 10 5 Ω·cm at 50 ppm. On the other hand, an a-Si film containing boron produced at a substrate temperature of 120°C has a volume resistivity approximately 10 to 100 times greater than that at 200°C. That is, 5ppm generated under a substrate temperature of 120℃
The a-Si film containing boron has a volume resistivity of approximately 2
×10 10 Ω・cm, 4×10 11 Ω・with 20ppm boron content
cm, 9×10 with 50ppm 11 Ω・cm9× with 100ppm
10 12 Ω・cm, approaching from N-type to intrinsic,
At 150 ppm, it becomes a P-type semiconductor with a volume resistance of 8 x 10 12 Ωcm. If the boron content exceeds that amount, the P-type tendency of a-Si becomes stronger and its volume resistivity decreases. In other words, with 200ppm boron content, the volume resistance is 2×
10 11 Ω・cm, 500ppm Approximately 10 10 Ω・cm, 1000ppm
10 9 Ω・cm at 2000ppm, 3×10 7 Ω・cm at 2000ppm, and
At 10000ppm, it becomes 6×10 5 Ω・cm. On the other hand, a-Si containing phosphorus showed almost the same volume resistance value as when the substrate temperature was 200°C. From the above measurement results, a which is originally an N-type semiconductor
-As Si contains boron, its volume resistivity gradually increases and its N-type tendency weakens.
100 to 150ppm, approximately 90% considering some manufacturing errors
It can be seen that it becomes an intrinsic semiconductor at a point containing boron of 160 ppm to 160 ppm. Therefore, as the N-type photoconductor layer, a-Si containing up to a certain amount of boron, that is, until it becomes an intrinsic semiconductor, can be used, while as the P-type photoconductor layer, a-Si containing boron of up to a certain amount can be used. a-Si, that is, a-Si containing at least an amount of boron that makes it more P-type than an intrinsic semiconductor.
Si can be used. However, it is necessary for the N-type and P-type photoconductor layers to have a certain lifespan with respect to holes and electrons, which are minority carriers, respectively, and in this respect, the degree of P-type and N-type photoconductor layers must not be too strong. Based on experiments on light attenuation characteristics described later, the lower limit for the N-type photoconductor layer is a that does not contain any boron.
It was confirmed that up to -Si can be used, and a-Si containing up to about 1000 ppm of boron can be used as the P-type photoconductor layer. In relation to FIG. 3, this means that the volume resistivity of a-Si is approximately 10 9 Ω·cm or more. The P-type and N-type intermediate layers are approximately 10 5 as will be understood from the experiments described later.
Since a-Si, which has a volume resistivity of Ω cm or more, can be used, a-Si containing boron at a minimum amount of about 10,000 ppm as a P-type, and a maximum of about 10,000 ppm, can be used.
-Si, and as the N type, a-Si containing up to about 50 ppm phosphorus, pure a-Si, or a-Si containing boron in an amount that makes it an intrinsic semiconductor can be used. Example 2 In this example, the spectral sensitivity characteristics of a-Si were investigated. First, by the glow discharge decomposition method shown in Example 1, a pure a-Si film with a thickness of 30 microns was formed on an aluminum substrate at a substrate temperature of 120°C.
This photoreceptor sample is referred to as (C). Next, this photoreceptor was charged to a surface potential of about 100 volts by corona charging and irradiated with light. The irradiation light was sequentially varied within a wavelength range of 4,000 to 8,000 angstroms using a filter, and the relationship with the photocurrent was measured. This result is shown by curve C in Figure 4, and as is clear from this, a-Si has a luminous efficiency of about 5700, which is close to the relative luminous efficiency.
It has a peak at angstroms and has excellent spectral sensitivity characteristics. then on an aluminum substrate under the same conditions.
30 micron thick a-Si containing 20 ppm boron
A film was formed and the spectral sensitivity was measured in the same manner.
The result is shown by curve D in FIG. 4, which has a peak of about 6000 angstroms, which also has good spectral sensitivity characteristics. Therefore, it was confirmed that a-Si can be satisfactorily used in photoreceptors from the viewpoint of sensitivity characteristics. Example 3 Using the glow discharge decomposition apparatus shown in FIG. 2, a total of 16 types of PN junction type photoreceptor samples were prepared as shown in Table 1. First, samples (E) to (I) have a substrate temperature of 200℃.
In both cases, a P-type a-Si intermediate layer is formed on an aluminum substrate, and an N-type a-Si intermediate layer is formed on the aluminum substrate.
-Si photoconductor layer is formed, and as can be seen from Table 1, for example (E) is a P-type intermediate layer.
This refers to a sample consisting of a-Si containing 200 ppm of boron, which means a sample consisting of pure a-Si as an N-type photoconductor layer, and sample (F) containing 500 ppm as a P-type intermediate layer.
a-Si containing boron, as an N-type photoconductor layer
It shows that it is made of a-Si containing 50 ppm of boron. Samples (J) to (N) also consist of a P-type intermediate layer and an N-type photoconductor layer, but all were prepared at a substrate temperature of 120°C. Unlike these, samples (O) to (T) consist of a P-type photoconductor layer and an N-type intermediate layer. R) to (T) were produced at 120°C. In each sample, aluminum was used as the substrate, the thickness of the intermediate layer was 1 micron, and the thickness of the photoconductor layer was 30 microns. As a comparison sample, a photoreceptor having a single layer structure made of pure a-Si and having a thickness of 30 microns was prepared at a substrate temperature of 120°C. This is designated as sample (U).

【表】 次にこれら各試料(E)乃至(T)並びに比較試料
(U)について帯電能と暗減衰特性の実験を行つ
た。まず帯電能特性の実験は5.5KVの高電圧源に
接続されたコロナ帯電器でもつて夫々の試料を暗
所で帯電しその表面電位を測定することにより行
つた。そして暗減衰速度の特性は帯電された各試
料を暗所に放置し表面電位の減衰を測定すること
により行つた。これら測定結果は第5図乃至第7
図に示す通りで第5図には試料(E)〜(I)の、第6図
には試料(J)〜(N)の、そして第7図には試料
(O)〜(T)の結果を示す。尚、比較試料(U)
の測定結果のみについては本発明との対比を容易
にするため第5図と第6図の両方に示す。 まず試料(E)乃至(I)の特性が示される第5図を見
ると、試料(I)を除いては何れも優れた帯電及び暗
減衰特性を有しており、特に試料(G)が最も高電位
(約790ボルト)に帯電され、その暗減衰速度も非
常に優れている。また光導電体層として体積抵抗
が109Ω・cmたらずしかない純粋なa−Siを用い
る試料(E)においても中間層との積層により600ボ
ルト以上に帯電され、しかも暗減衰速度も極めて
良好である。これは基板温度120℃の下で生成さ
れた体積抵抗が約1010Ω・cmの純粋なa−Siを単
層構造とする試料(U)と比較するとその差は顕
著である。つまり、試料(U)は点線カーブで示
される通りその帯電電位は400ボルトに満たず暗
減衰速度も早い。試料(I)はP−N接合型であるに
もかかわらずその帯電及び暗減衰特性は悪いがこ
れはN型光導電体層の体積抵抗が約9×107Ω・
cmと低いためで結果として感光体横方向へのリー
クが生じるためであると認められる。 次に試料(J)乃至(N)の測定結果が示される第
6図から明らかな様に何れも優れた帯電、暗減衰
特性を有している。試料(M)を除いては何れの
試料も第5図に示した試料(E)乃至(H)と比して帯電
及び暗減衰特性とも向上している。これは光導電
体層及び中間層とも基板温度120℃の下に生成さ
れたものでその体積抵抗が増大しているためであ
ると考えられる。尚、試料(M)は他の試料と比
してその特性は劣つているが、これは中間層の体
積抵抗が約6×105Ω・cmと低いためである。し
かし500ボルト近くまで帯電され、その暗減衰速
度も比較的良好であるので充分に感光体として使
用し得るものである。しかし逆に中間層の最低体
積抵抗としては105Ω・cm程度であることを物語
つておりこのことよりP型中間層としては硼素を
約10000ppmまで含有してなるa−Siであること
が望ましい。 第7図はP型光導電体層とN型中間層からなる
感光体試料(O)乃至(T)の測定結果を示す
が、試料(T)を除いては良好な特性を有するこ
とが分かる。試料(T)が感光体として使用し得
ないのは光導電体層として体積抵抗が3×107
Ω・cmしかないためであると認められる。これに
対し体積抵抗が109Ω・cmで硼素1000ppmを含有
するa−Siを光導電体層とする資料(S)は帯電
特性が約500ボルトまで向上し実用可能である。
しかしこれがほぼ限度で光導電体層として約109
Ω・cm以上の体積抵抗を有することを裏付けてい
る。又、資料(Q)は暗減衰特性が劣るがこれは
中間層として体積抵抗が約105Ω・cmの燐を含有
するa−Siを使用している為で、このことからも
中間層として105Ω・cm以上の体積抵抗を必要と
することを裏付けている。 最後に上記の如くして帯電した試料のうち、
(E)・(I)・(K)・(P)・(S)・(T)について光減

特性の実験を行つた。これは光導電体層としての
P型及びN型の許容度合いを調べるためである。
実験は帯電された試料を2800〓のタングステンラ
ンプで全面照射することにより行つた。当然のこ
とながら光導電体層の光減衰特性は少数キヤリア
の移動寿命に応じて左右されることとなる。 第8図はその結果を示し、このなかで光導電体
層として真性半導体領域に近いa−Siを使用する
試料(K)と(P)が最も優れた光減衰特性を示して
おり少数キヤリアの移動寿命が長いことを物語つ
ている。そして光減衰特性は光導電体層のP型ま
たはN型特性が強くなるにしたがつて低下してい
き、燐5ppmを含有するa−Si及び硼素2000ppm
を含有するa−Siを夫々光導電体層とする試料
(I)、(T)に至つては著しく低下しコントラスト
像を得ることができない。ところが純粋なa−Si
及び1000ppmの硼素を含有するa−Siを夫々光導
電体層とする試料(E)、(S)は許容できる光減衰
特性を示している。しかし良好な像を得るには試
料(E)、(S)の示す特性が限度で、この点からし
てN型光導電体層としては純粋なa−Siまたは真
性半導体となるまでの量の硼素を含有するa−Si
が使用でき、P型光導電体層としては最低限P型
となる量であつて約1000ppmまでの硼素を含有す
るa−Siが使用できる。この結果を第3図の結果
と勘案すると体積抵抗にして約109Ω・cm以上の
a−Siが光導電体層として使用できることを裏付
けている。
[Table] Next, experiments were conducted on the charging ability and dark decay characteristics of each of these samples (E) to (T) and the comparative sample (U). First, experiments on chargeability characteristics were conducted by charging each sample in the dark with a corona charger connected to a 5.5KV high voltage source and measuring the surface potential. The characteristics of the dark decay rate were determined by leaving each charged sample in a dark place and measuring the decay of the surface potential. These measurement results are shown in Figures 5 to 7.
As shown in the figures, Fig. 5 shows samples (E) to (I), Fig. 6 shows samples (J) to (N), and Fig. 7 shows samples (O) to (T). Show the results. In addition, comparative sample (U)
Only the measurement results are shown in both FIG. 5 and FIG. 6 to facilitate comparison with the present invention. First, looking at Figure 5, which shows the characteristics of samples (E) to (I), all of them except sample (I) have excellent charging and dark decay properties, and sample (G) in particular has excellent charging and dark decay properties. It is charged to the highest potential (approximately 790 volts) and has an extremely fast dark decay rate. In addition, even in sample (E), which uses pure a-Si with a volume resistivity of only 10 9 Ω・cm as the photoconductor layer, it is charged to more than 600 volts due to the stacking with the intermediate layer, and the dark decay rate is extremely high. In good condition. This difference is remarkable when compared with sample (U), which has a single layer structure of pure a-Si and has a volume resistance of about 10 10 Ω·cm, which was produced at a substrate temperature of 120°C. In other words, as shown by the dotted line curve, sample (U) has a charged potential of less than 400 volts and a fast dark decay rate. Although sample (I) is a P-N junction type, its charging and dark decay characteristics are poor, but this is because the volume resistivity of the N-type photoconductor layer is approximately 9×10 7 Ω・
It is recognized that this is because the leakage occurs in the lateral direction of the photoconductor as a result. Next, as is clear from FIG. 6, which shows the measurement results of samples (J) to (N), all of them have excellent charging and dark decay characteristics. Except for sample (M), all the samples have improved charging and dark decay characteristics compared to samples (E) to (H) shown in FIG. This is considered to be because both the photoconductor layer and the intermediate layer were formed at a substrate temperature of 120° C., and their volume resistivity increased. It should be noted that sample (M) has inferior characteristics compared to the other samples, but this is because the volume resistivity of the intermediate layer is as low as about 6×10 5 Ω·cm. However, since it is charged to nearly 500 volts and its dark decay rate is relatively good, it can be used satisfactorily as a photoreceptor. However, on the contrary, it is said that the minimum volume resistance of the intermediate layer is about 10 5 Ω・cm, and from this it is desirable that the P-type intermediate layer be a-Si containing up to about 10,000 ppm of boron. . Figure 7 shows the measurement results of photoreceptor samples (O) to (T) consisting of a P-type photoconductor layer and an N-type intermediate layer, and it can be seen that all except sample (T) have good characteristics. . Sample (T) cannot be used as a photoconductor because the volume resistivity of the photoconductor layer is 3×10 7
It is recognized that this is because there is only Ω・cm. On the other hand, the material (S) in which the photoconductor layer is made of a-Si having a volume resistivity of 10 9 Ω·cm and containing 1000 ppm of boron has improved charging characteristics to about 500 volts and is practical.
However, this is almost the limit and the photoconductor layer has about 10 9
This proves that it has a volume resistivity of Ω・cm or more. In addition, material (Q) has poor dark decay characteristics, but this is because it uses a-Si containing phosphorus with a volume resistivity of approximately 10 5 Ωcm as the intermediate layer. This confirms that a volume resistance of 10 5 Ω・cm or more is required. Finally, among the samples charged as above,
Experiments were conducted on the optical attenuation characteristics of (E), (I), (K), (P), (S), and (T). This is to check the tolerance level of P type and N type as a photoconductor layer.
The experiment was carried out by irradiating the entire surface of the charged sample with a 2800° tungsten lamp. Naturally, the light attenuation characteristics of the photoconductor layer will depend on the migration lifetime of the minority carriers. Figure 8 shows the results. Among these, samples (K) and (P), which use a-Si close to the intrinsic semiconductor region as the photoconductor layer, show the best optical attenuation characteristics, and are This shows that it has a long moving life. The optical attenuation characteristics decrease as the P-type or N-type characteristics of the photoconductor layer become stronger.
Samples with photoconductor layers made of a-Si containing
When it comes to (I) and (T), the contrast decreases significantly and a contrast image cannot be obtained. However, pure a-Si
Samples (E) and (S) in which the photoconductor layer is made of a-Si containing 1000 ppm of boron, respectively, exhibit acceptable light attenuation characteristics. However, in order to obtain a good image, the characteristics exhibited by samples (E) and (S) are the limit, and from this point of view, as an N-type photoconductor layer, the amount of a-Si or intrinsic semiconductor must be reduced. a-Si containing boron
As the P-type photoconductor layer, a-Si containing boron in a minimum amount of P-type up to about 1000 ppm can be used. Taking this result into consideration with the result shown in FIG. 3, it is confirmed that a-Si having a volume resistivity of approximately 10 9 Ω·cm or more can be used as a photoconductor layer.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る電子写真感光体の構成
図、第2図はアモルフアスシリコンを生成するた
めのグロー放電分解装置の概略図、第3図はアモ
ルフアスシリコンに硼素及び燐を含有した場合の
体積抵抗の変化を示す図、第4図はアモルフアス
シリコン膜の分光感度特性を示す図、第5図乃至
第7図は本発明に係る電子写真感光体の帯電及び
暗減衰特性を示す図、第8図は光減衰特性を示す
図である。 1……導電性基板、2……中間層、3……光導
電体層、4,5,6……第1、第2、第3ポン
プ、13……主管、18……反応管、19……共
振振動コイル、20……基板。
Fig. 1 is a block diagram of an electrophotographic photoreceptor according to the present invention, Fig. 2 is a schematic diagram of a glow discharge decomposition device for producing amorphous silicon, and Fig. 3 is a schematic diagram of a glow discharge decomposition device for producing amorphous silicon. FIG. 4 is a diagram showing the spectral sensitivity characteristics of the amorphous silicon film, and FIGS. 5 to 7 are the charging and dark decay characteristics of the electrophotographic photoreceptor according to the present invention. 8 are diagrams showing optical attenuation characteristics. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Conductive substrate, 2... Intermediate layer, 3... Photoconductor layer, 4, 5, 6... First, second, third pump, 13... Main pipe, 18... Reaction tube, 19 ...Resonant vibration coil, 20... Board.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 厚さが10乃至100ミクロンで硼素を含有しな
いかまたは真性半導体となるまでの量の硼素を含
有するアモルフアスシリコンを母体とするN型の
光導電体層と導電性基板との間に、該光導電体層
とは逆極性の電荷を多数キヤリアとする厚さが
0.2乃至5ミクロンのアモルフアスシリコン中間
層を設けたことを特徴とする電子写真感光体。 2 厚さが10乃至100ミクロンでP型となる量よ
り1000ppmまでの硼素を含有するアモルフアスシ
リコンを母体とするP型の光導電体層と導電性基
板との間に、該光導電体層とは逆極性の電荷を多
数キヤリアとする厚さが0.2乃至5ミクロンのア
モルフアスシリコン中間層を設けたことを特徴と
する電子写真感光体。
[Scope of Claims] 1. An N-type photoconductor layer with a thickness of 10 to 100 microns and made of amorphous silicon that does not contain boron or contains boron in an amount that makes it an intrinsic semiconductor, and conductivity. There is a layer between the substrate and the photoconductor layer that has a thickness that carries many charges of opposite polarity to that of the photoconductor layer.
An electrophotographic photoreceptor comprising an amorphous silicon intermediate layer of 0.2 to 5 microns. 2. Between the conductive substrate and a P-type photoconductor layer whose base material is amorphous silicon containing up to 1000 ppm of boron, which is P-type with a thickness of 10 to 100 microns. 1. An electrophotographic photoreceptor comprising an amorphous silicon intermediate layer having a thickness of 0.2 to 5 microns and carrying a large number of charges of opposite polarity.
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