DD279329A1 - Verfahren zur herstellung photoleitender schichten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung photoleitender Schichten durch plasmachemische Gasphasenabscheidung unter Verwendung eines geeigneten Reaktionsgases, wobei die photoleitenden Schichten insbesondere fuer elektrophotographische Prozesse verwendbar sind. Erfindungsgemaess wird einem siliziumhaltigen Reaktionsgas, beispielsweise Monosilan, als zusaetzliches Gas Thriethylbor zugesetzt, wobei die Konzentration von Triethylbor im Bereich von 0,01 bis 40% liegt, und zwar vorzugsweise zwischen 0,1 bis 1%. Dabei kann als zusaetzliches Gas auch ein Gemisch des Ausgangsstoffes Triethylbor mit Trimethylbor im Mischungsverhaeltnis Trimethylbor zu Triethylbor von 1:1 bis 1:100 in Gegenwart von 0,01 bis 1% Trimethyl- oder Triethylaluminium zum Einsatz kommen. Fig.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung photoleitender Schichten durch plasmachemische Gasphasenabscheidung unter Verwendung einer Hochfrequenz- bzw. Gleichstromentladungseinrichtung. Derartige Schichten sind bevorzugt einsetzbar für elektrophotographische Kopiergeräte bzw. Laserdrucker.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, photoleitende Schichten für die Elektrophotographie auf der Grundlag ^ amorphen hydrogenierten Siliziums, a-Si:H, durch die Zersetzung eines siliziumhaltigen Reaktionsgases, z. B. Monosilan, und entsprechende Dotanten herzustellen, wie es z. B. in der DE-OS 3536089 beschrieben wird. Da für die Anwendung der Schichten in elektrophotographischen Einrichtungen ein hohes Photo- zu Dunkelleitfähigkeitsverhältnis bei möglichst niedriger Dunkelleitfähigkeit notwendig ist, wer 'in nach der DE-OS 3525907 die im undotierten Zustand leicht η-leitenden a-Si:H-Schichten durch die Zugabe von Diboran zum Entladungsgasgemisch so dotiert, daß das Ferminiveau des Halbleiters in die Mitte der Beweglichkeitslücke verschoben

Die Verwendung von Diboran, B₂H₆, ist nachteilig, da es ein extrem toxisches Gas (MAK₀ = 0,1 ppm) ist, das für seine sichere Handhabung einen hohen Aufwand an sichorheitstechnischen Einrichtungen benötigt und damit die Produktionskosten für photoleitende Schicht m wesentlich erhöht. Problematisch ist dabei auch die Umweltbelastung, da geringe Mengen des Ausgangsproduktes Diboran immer noch im Abgas enthalten sind. Eine alternative Lösung für die Bordotierung von a-Si:H-Schichten würde wesentliche Umweltbelastungen vermeiden sowie Produktionskosten verringern.

Des weiteren ist es bekannt, Ionenimplantation als Dotierverfahren für amorphes Silizium einzusetzen (P. G. Le Comber und W.E.Spear; „Amorphous Semiconductors" ed. M.H.Brodsky, Berlin 1979).

Von Nachteil ist, daß dieses Verfahren nur einen geringen Wirkungsgrad aufweist sowie durch die benötigte Temperung zur Schichtausheilung aufwendig und begrenzt ist.

Am nächsten komnr.t der Erfindung ein bekanntes Dotierverfahren mit der Verbindung Ga(CH₃I₃ als Ausgangsstoff (V. Gross u.a.; Journal of Non-Crystalline Solids 97 & 98 [1987|, S.643-646).

Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht auch hier in der hohen Giftigkeit dieser metallorganischen Verbindung.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Systeme photoleitende Schichten hoher Qualität mit geringem sicherheitstechnischen Aufwand und mit entsprechender Berücksichtigung des Umweltschutzes herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von photoleitenden Schichten mittels plasmachemischer Gasphasenabscheidung mi*, einer hohen Photoempfindlichkeit bei geringer Dunkoileitfähigkeit anzugeben. Vor allem ist dabei das Problem zu lösen, daß von der allgemein herkömmlichen Techru logie abzugehen ist, wegen vorteilhaft ökonomische: Ergebnisse hochtoxischo Ausgangsstoffe) für die Dotierung einzusetzen, bei deren Verwendung sicherheitstechnische Maßnahmen durchzuführen sind und trotzdem eine Umweltbelastung nicht vermieden werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Herstellung der photoleitenden Schichten ein Reaktionsgas verwendet wird, das mindestens aus Monosilan und Triethylbor, (CjHs)₃B, besteht. Die Konzentration von Triethylbor im Reaktionsgas wird so gewählt, daß das Fnoto- zu Dunkelleitfähigkeitsverhältnis in der hergestellten Schicht ein Maximum aei minimaler Dunkelleitfähigkeit erreicht. Dabei können die Werte für die Konzentration des Triethylbor im Bereich von 0,01 bis 40%, und zwar vorzugsweise zwischen 0,1-1 % liegen. Des weiteren ist es möglich, daß im Reaktionsgas als zusätzliches Gas ein Gemisch von Triethylbor und Trimethylbor im Mischungsverhältnis Trimethylbor zu Triethylbor von 1:1 bis 1:100 in Gegenwart von 0,01 bis 1 % Trimethyl- oder Triothylaluminium des Ausgangsstoffes zum Einsatz kommt.

Triethyl V - ist eine leichtbewegliche, farbloso Flüssigkeit. Der Siedepunkt jnter Normaldruck ist 95⁰C und der Dampfdruck bei 49,5X 21,065kPa. Bei Luftkontakt verbrennt diese Flüssigkeit weitgehend zu ungefährlichen Verbindungen. Die Verwendung

von Triethylbor bringt große Vorteile mit sich. Die Möglichkeit, mit diesem nichttoxischen Stoff als Flüssigkeit während des Transportes, der Lagerung und als Ausgangsstoff bei der Schichtherstellung zu arbeiten, senkt im Unterschied zur Arbeit mit Diboran als Ausgangsstoff wesentlich die Kosten für die Handhabung und die Sicherheitstachnik. Im Gegensatz zur Schichthersteliung unter Verwendung von Diboran enthält Triethylbor Kohlenstoff, der in dem aufgeführten Konzentrationsbereich vorteilhaft auf die Schichteigenschaften Einfluß nehmen kann.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll dio Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt: Ein Diagramm über die Beeinflussung des Photo- zu Dunkelleitfähigkeitsverhältnisses von a-Si:H-Schichten durch Triethylbor. Die Herstellung der photoleitenden Schichten erfolgt in einem PCVD-Radialflußreaktor mit kapazitiver Kopplung des HF Generators an eine planparallele Diodenanordnung mit oi.ier HF-Elektrodenfläche von 2206cm² und einem Elektrodenabstand von 63mm. A's Substratmaterial kommt Quarz zum Einsatz. Die etwa 1 pm Micken Schichten werden in einer Prozeßzeit von 120min unter folgenden Bedingungen hergestellt: Arbeitsdruck iOPa; Substrattemperatur etwa 26O⁰C; HF-Frequenz 1,6MHz; HF-Leistungsdichte 0,1 W/cm².

Das Arbeitsgasgerr.isch besteht aus 11,4% SiH₄ in Argon und Triethylbor. Die Zumischung von Triethylbor zum SiH₄/Ar-Gemisch erfolgt unter Ausnutzung des Dampfdruckes der Flüssigkeit. Es kann ein optimales Photo- zu Dunkelleitfähigkeitsverhältnis ir. den hergestellten Schichten in der Größenordnung von 10⁵ erreicht werden, wobei die Strahlungsleistung 10mW/cm² bei einer Wellenlänge von λ = 546nm beträgt und mit einem Triethylbor- zu SiH₄-Strömungsmengenverhältnis im Bereich 3 · 10~³ bis 0,32 gearbeitet wird. Die für Photoleiter vorteilhafte minimale Dunkelleitfähigkeit wird bei einem Verhältnis Triethylbor/ SiH₄ - 3 · 10~³erreicht und beträgt 10"¹² (Ohm cm)"'. Die Ergebnisse sind in der Zeichnung wiedergegeben. Im Diagramm ist die Leitfähigkeit as der photoleitenden Schichten in Abhängigkeit zur Gasströmungsmenge Q des Reaktionsgases dargestellt. Durch die Abwandlung der einzelnen Parameter sind noch weitere Verbesserungen bei der Herstellung photoleitender Schichten möglich. Dabei erfolgt die Herstellung ebenfalls in der im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Reaktoranordnung, die e*twa 1 pm dicken Schichten werden auf Quarzsubstroten abgeschieden, und es kommt 11,4% SiH₄ in Argon unter Zumischung von Triethylbor zum Einsatz. Es kann dann eine weitere Optimierung des Photoleitfähigkoits- zum Dunkelleitfähigkeitsverhältnis auf 2 · 10⁵ bei einer Strahlungsleistung von 10 mW/cm² und einer Wellenlänge λ = 546 nm unter folgenden Bedingungen erreicht werden :Arbeitsdruck 40 Pa; Substrattemperatur etwa 260°C; HF-Frequenz 1,6IV¹Hz; HF-Leistungsdichte 0,01 W/cm²; Triethylbor/SiH₄-Verhältnis 1,5 · 10~³.

Des weiteren ist als Zusatz im Reaktionvgas ein Gemisch des Ausgangsstoffes Tristhylbor mit Trimothylbor im Mischungsverhältnis Trimethylbor zu Triethylbor von 1:1 bis 1:100 in Gegenwort von 0,01 bis 1 % Trimethyi- oder Triethylaluminium möglich. Durch die Mischung von Triethylbor mit Trimethylbor läßt sich die auftretende Kohlenstoffkonzentration verringern und damit eine für die Schichtbildung vorteilhafte Höhe des Kohlenstoffkonzentrationswertes bestimmen.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung photoleitender Schichten mittels plasmachemischer Gasphasenabscheidung unter Verwendung eines Reaktionsgases, das mindestens Monosilan und ein oder mehrere zusätzliche Gase enthält, gekennzeichnet dadurch, daß ah zusätzliches Gas Triethylbor eingesetzt wird, wobei die Konzentration von Triethylbor im Bereich von 0,01 bis 40% liegt, und zwar vorzugsweise zwischen 0,1 bis 1 %.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als zusätzliches Gas ein Gemisch des Ausgangsstoffes Triethylbor mit Trimethylbor im Mischungsverhältnis Trimethylbor zu Triethylbor von 1:1 bis 1:100 in Gegenwart von 0,01 bis 1%Trimethyl-oderTriethylaluminium zum Einsatz kommt.