DE3247526A1 - Fotoleitfaehiges element - Google Patents

Fotoleitfaehiges element

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Description

Die Erfindung betrifft ein fotoleitfähiges Element, das gegenüber elektromagnetischen Wellen wie Licht, worunter im weitesten Sinne UV-Strahlen, sichtbares Licht, IR-Strahlen, Röntgenstrahlen und V -Strahlen zu verstehen sind, empfindlich ist.
Fotoleitfähige Materialien, aus denen Bilderzeugungselemente für Festkörper-Bildabtastvorrichtungen, elektrofotografische Bilderzeugungselemente auf dem Gebiet der Bilderzeugung oder Manuskript-Lesevorrichtungen gebildet werden, müssen eine hohe Empfindlichkeit, ein hohes S/N-Verhältnis/Fotostrom(Ip)/DunkeIstrom(I^)J , spektrale Absorptionseigenschaften, die an die Spektraleigenschaften der elektromagnetischen Wellen, mit denen sie bestrahlt werden sollen, angepaßt sind, ein gutes Ansprechen auf Licht und einen gewünschten Dunkelwiderstandswert haben und dürfen während der Anwendung nicht gesundheitsschädlich sein. Außerdem ist es bei einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung auch notwendig, daß das Restbild innerhalb
B/22
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einer vorbestimmten Zeit leicht behandelt bzw. beseitigt werden kann. Im Fall eines Bilderzeugungselements für elektrofotografische Zwecke, das in eine für die Anwendung in einem Büro als Büromaschine vorgesehene, elektrofotografische Vorrichtung eingebaut werden soll, ist es besonders wichtig, daß das Bilderzeugungselement nicht gesundheitsschädlich ist.
Von dem vorstehend erwähnten Gesichtspunkt aus hat in neuerer Zeit amorphes Silicium (nachstehend als "a-Si" bezeichnet) als fotoleitfähiges Material Beachtung gefunden. Beispielsweise sind aus den DE-OSS 27 46 967 und 28 55 718 Anwendungen von a-Si für den Einsatz in Bilderzeugungselementen für elektrofotografische Zwecke bekannt, und aus der DE-OS 29 33 411 ist eine Anwendung von a-Si für den Einsatz in einer Lesevorrichtung mit fotoelektrischer Umsetzung bzw. Wandlung bekannt.
Es ist zwar versucht worden, die fotoleitfähigen Elemente mit aus dem bekannten a-Si gebildeten, fotoleitfähigen Schichten bezüglich einzelner Eigenschaften, wozu verschiedene elektrische, optische und Fotoleitfähigkeitseigenschaften wie der Dunkelwiderstandswert, die Fotoempfindlichkeit bzw. Lichtempfindlichkeit und das Ansprechen auf Licht sowie die Eigenschaften bezüglich des Einflusses von Umgebungsbedingungen bei der Anwendung, die Stabilität im Verlauf der Zeit und die Haltbarkeit gehören, zu verbessern, jedoch sind unter den gegenwärtigen Umständen weitere Verbesserungen hinsichtlich der Gesamt-
eigenschaften notwendig.
Beispielsweise wird bei der Anwendung des a-Si-Fotoleiters in einem Bilderzeugungselement für eine elektrofotografische Vorrichtung oft beobachtet, daß während seiner Anwendung ein Restpotential verbleibt, wenn eine Erhöhung
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der Lichtempfindlichkeit und des Dunkelwiderstandes beabsichtigt ist.
Wenn ein solches fotoleitfähiges Element über eine lange Zeit wiederholt verwendet wird, werden verschiedene Schwierigkeiten, beispielsweise eine Anhäufung von Ermüdungserscheinungen durch wiederholte Anwendung oder die sogenannte Geisterbild-Erscheinung, wobei Restbilder erzeugt werden, hervorgerufen.
a-Si-Materialien können außerdem als am Aufbau beteiligte Atome Wasserstoffatome oder Halogenatome wie Fluoroder Chloratome usw. zur Verbesserung ihrer elektrischen und Fotoleitfähigkeitseigenschaften, Atome wie Bor- oder Phosphoratome zur Regulierung des Typs der elektrischen Leitung und des weiteren andere Atome zur Verbesserung anderer Eigenschaften enthalten. In Abhängigkeit von der Art und Weise, in der diese am Aufbau beteiligten Atome enthalten sind, können manchmal Probleme bezüglich der elektrischen oder Fotoleitfähigkeitseigenschaften oder der Durchschlagsfestigkeit der gebildeten Schicht verursacht werden.
Es treten beispielsweise die nachstehend erwähnten Proble^- me auf: Die Lebensdauer der in der gebildeten, fotoleitfä-* higen Schicht durch Bestrahlung erzeugten Fototräger in der Schicht ist nicht ausreichend lang. Bilder, die auf ein Bildempfangspapier übertragen worden sind, weisen oft fehlerhafte Bildbereiche, sogenannte "leere Bereiche", ^Q auf, die durch einen örtlichen Durchschlag bei der Entla^ dung hervorgerufen werden. Wenn für die Reinigung eine Klinge bzw. Rakel eingesetzt wird, werden andere fehlerhafte Bildbereiche, sogenannte "weiße Linien", erzeugt, die anscheinend durch Reiben mit der Klinge hervorgerufen werden. Wenn die fotoleitfähige Schicht in einer Atmo-
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Sphäre mit hoher Feuchtigkeit oder direkt nach langzeitigem Stehenlassen bzw. Lagern in einer Atmosphäre mit hoher Feuchtigkeit verwendet wird, werden außerdem nachteiligerweise oft unscharfe Bilder erzeugt. 5
Bei der Gestaltung eines fotoleitfähigen Materials muß infolgedessen zusammen mit der Verbesserung der a-Si-Materialien für sich die Lösung aller Probleme, die vorstehend erwähnt wurden, angestrebt werden.
Im Hinblick auf die Lösung der vorstehend erwähnten Probleme wurden erfindungsgemäß ausgedehnte Untersuchungen hinsichtlich der Anwendbarkeit und Brauchbarkeit von a-Si als fotoleitfähiges Element für elektrofotografische Bilderzeugungselemente, Festkörper-Bildabtastvorrichtungen, Lesevorrichtungen usw. durchgeführt. Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß ein fotoleitfähiges Element mit einer fotoleitfähigen Schicht aus a-Si, insbesondere aus einem amorphen Material, das aus Wasser-
20 Stoffatomen (H) und/oder Halogenatomen (X) in einer
Matrix von Siliciumatomen gebildet ist/hachstehend als a—Si(H,X) bezeichnet^(beispielsweise aus sogenanntem hydriertem, amorphem Silicium, halogeniertem, amorphem Silicium oder halogenhaltigen!, hydriertem, amorphem
2^ Silicium), nicht nur für die praktische Anwendung außerordentlich gute Eigenschaften zeigt, sondern auch bekannten, fotoleitfähigen Elementen im wesentlichen in jeder Hinsicht überlegen ist, wenn dieses fotoleitfähige Element so aufgebaut ist, daß es eine besondere Schichtstruktur
hat, die nachstehend erläutert wird. Dieses fotoleitfähige Element zeigt für elektrofotografische Zwecke hervorragende Eigenschaften.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein fotoleitfähiges Element zur Verfügung zu stellen, das in im wesentlichen konstan-
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ter Weise stabile elektrische, optische und Fotoleitfähigkeitseigenschaften aufweist, die während der Anwendung durch die Umgebung im wesentlichen nicht beeinträchtigt werden, eine besonders gute Beständigkeit gegenüber der Licht-Ermüdung zeigt, eine ausgezeichnete Haltbarkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit hat, ohne daß nach wiederholter Anwendung irgendwelche Verschlechterungserscheinun-' gen hervorgerufen werden, und vollkommen oder im wesentlichen frei von Restpotentialen ist.
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Durch die Erfindung soll auch ein fotoleitfähiges Element zur Verfugung gestellt werden, das während einer zur Erzeugung von elektrostatischen Ladungen durchgeführten1 Ladungsbehandlung in einem Ausmaß, das dazu ausreicht, daß mit dem fotoleitfähigen Element im Fall seiner Verwert" dung als Bilderzeugungselement für elektrofotografische Zwecke ein übliches Elektrofotografieverfahren in sehr wirksamer "Weise durchgeführt werden kann, zürn Tragen
bzw. Festhalten von Ladungen befähigt ist. 20
Des weiteren soll durch die Erfindung ein fotoleitfähiges Element für elektrofotografische Zwecke zur Verfügung gestellt werden, mit dem auch im Fall einer langzeitigen Anwendung leicht Bilder hoher Qualität, die frei von ^° fehlerhaften und unscharfen Bildbereichen sind und eine hohe Dichte, einen klaren Halbton und eine hohe Auflösung haben, hergestellt werden können.
Weiterhin soll durch die Erfindung ein fotoleitfähiges
Element mit einer hohen Lichtempfindlichkeit, einem hohen S/N-Verhältnis und einer hohen Durchschlagsfestigkeit zur Verfugung gestellt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete, fotoleitfähige Element gelöst.
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• » t · · t » 5 11»
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
5 Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht, die
zur Erläuterung des Schichtaufbaus bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen, fotoleitfähigen Elements dient.
Fig. 2 bis 10 zeigen die Verteilungen der Atome der
Gruppe III in einer amorphe Schichten bildenden Schicht, die die Atome der Gruppe III enthält.
Fig. 11 und 12 sind schematische Darstellungen von Vorrichtungen, die zur Herstellung des erfindungsgemäßen, fotoleitfähigen Elements eingesetzt werden können.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Schichtaufbau des erfindungsgemäßen, fotoleitfähigen Elements.
Das in Fig. 1 gezeigte, fotoleitfähige Element 100 besteht aus einem Träger 101 für ein fotoleitfähiges Element und einer über dem Träger 101 liegenden, amorphen Schicht 102.
Die amorphe Schicht 102 besteht aus einem ersten Schichtbereich 103·, der aus a-Si, vorzugsweise aus a-Si (H,X),
gebildet ist und Fotoleitfähigkeit zeigt, und einem
zweiten Schichtbereich 104, der aus einem amorphen Material besteht, das aus einem amorphen Material der Formel Si C1- (0,4 < a < 1) (nachstehend als "a-SiC" bezeichnet), einem amorphen Material der Formel [Si.CL . ] H1 (0,5 < b< 1; 0,6 < c< 1) (nachstehend als "a-SiCH" bezeichnet), einem amorphen Material der Formel
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[Si d ci_d]e xi_e (0,47 <d<l; 0,8_<e<l; X ist ein Halogenatom) (nachstehend als "a-SiCX" bezeichnet^ und einem amorphen Material der Formel
£SifCl-f3g (H+X)l-g (°»47<f<1; 0,8 <. g < 1; X ist ein Halogenatom) [nachstehend als "a-SiC(H+X) bezeichnet/ ausgewählt ist.
Der für das erfindungsgemäße, fotoleitfähige Element verwendete Träger kann'entweder elektrisch leitend oder isolierend sein. Als Beispiele für elektrisch leitende Träger können Metalle wie NiCr, rostfreier Stahl, Al, Cr, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt und Pd oder Legierungen davon erwähnt werden.
!5 Als isolierende Träger können üblicherweise Folien oder Platten aus Kunstharzen, wozu Polyester, Polyethylen, Polycarbonat, Celluloseacetat, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polystyrol und Polyamid gehören, Gläser, keramische Stoffe, Papiere und andere Materialien eingesetzt werden. Diese isolierenden Träger können geeigneterweise mindestens eine Oberfläche haben, die einer Behandlung unterzogen worden ist, durch die sie elektrisch leitend gemacht wurde, und andere Schichten werden geeigneterweise auf der Seite des Trägers vorgese-
^° hen, die durch eine solche Behandlung elektrisch leitend gemacht worden ist.
Ein Glas kann beispielsweise elektrisch leitend gemacht werden, indem auf dem Glas ein dünner Film aus NiCr, u Al, Cr, Mo, Au, Ir, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pd, In3O3, SnO3 oder IT0(In?0o + SnO?) vorgesehen wird. Alternativ kann die Oberfläche einer Kunsthärzfolie wie einer Polyesterfolie durch Vakuumauf dampf ung, Elektronenstrahl-Abschei'-dung oder Zerstäubung eines Metalls wie NiCr, Al, Ag, Pb, Zn, Ni, Au, Cr, Mo, Ir, Nb, Ta, V, Ti oder Pt oder
t t · «
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durch Laminieren eines solchen Metalls auf die Oberfläche elektrisch leitend gemacht werden. Der Träger kann in irgendeiner Form ausgebildet werden, beispielsweise in Form eines Zylinders, eines Bandes oder einer Platte oder in anderen Formen, und seine Form kann in gewünschter Weise festgelegt werden. Wenn das in Fig. 1 gezeigte, fotoleitfähige Element 100 beispielsweise als Bilderzeugungselement für elektrofotografische Zwecke eingesetzt werden soll, kann es für die Verwendung in einem kontinuierlichen, mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Kopierverfahren geeigneterweise in Form eines endlosen Bandes oder eines Zylinders gestaltet werden. Der Träger kann eine Dicke haben, die in geeigneter Weise so festgelegt wird, daß ein gewünschtes fotoleitfähiges Element
15 gebildet werden kann. Wenn das fotoleitfähige Element
flexibel sein muß, wird der Träger mit der Einschränkung, daß er seine Funktion als Träger ausüben können muß, so dünn wie möglich hergestellt. In einem solchen Fall hat der Träger jedoch im allgemeinen unter Berücksichti-
20 gung seiner Herstellung und Handhabung sowie seiner
mechanischen Festigkeit eine Dicke von 10 pm oder eine größere Dicke.
Der auf dem Träger gebildete, einen Teil der amorphen ^° Schicht bildenden, erste Schichtbereich besteht aus
a-Si, vorzugsweise aus a-Si(H,X), einem amorphen Material, das in bezug auf ein Licht, mit dem das fotoleitfähige Element bestrahlt wird, Fotoleitfähigkeit zeigt.
Die Bildung eines aus a-Si(H,X) bestehenden, ersten Schichtbereichs kann erfindungsgemäß nach dem Vakuumbedampfungsverfahren unter Anwendung der Entladungserscheinung, beispielsweise nach dem Glimmentladungsverfahren, dem Zerstäubungsverfahren oder dem Ionenplattierverfahren,
durchgeführt werden. Die grundlegende Verfahrensweise
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für die Bildung des aus a-Si(H.X) bestehenden, ersten Schichtbereichs nach dem Glimmentladungsverfahren beteht beispielsweise darin, daß ein gasförmiges Ausgangsmaterial für die Einführung von Wasserstoffatomen (H) und/oder Halogenatomen (X) zusammen mit einem gasförmigen Ausgangs^· material für die Zuführung von Siliciumatomen (Si) in eine Abscheidungskammer eingeleitet wird, deren Innenraum auf einen verminderten Druck gebracht werden kann und in der eine Glimmentladung erzeugt wird, wodurch auf der Oberfläche eines Trägers, der in der Kammer in eine vorbestimmte Lage gebracht worden ist, eine aus a-Si(H,X) bestehende Schicht gebildet wird. Wenn der erste Schichtbereich nach dem Zerstäubungsverfahren gebildet werden soll, kann ein gasförmiges Ausgangsmateriäl für die ° Einführung von Wasserstoffatomen (H) und/oder Halogenatomen (X) in eine zur Zerstäubung dienende Kammer eingelei-. tet werden, wenn die Zerstäubung unter Anwendung eines aus Silicium (Si) gebildeten Targets in einer Atmosphäre aus einem Inertgas wie Ar oder He oder in einer Gasmi-
2^ schung auf Basis dieser Gase bewirkt wird.
Zu dem erfindungsgemäß für die Zuführung von Si einzusetzenden, gasförmigen Ausgangsmaterial können als wirksame Materialien gasförmige oder vergasbare Siliciumhydride (Silane) wie SiH., Si0H,-, Si„HD und Si-H1n gehören. SiH. und SioHc werden im Hinblick auf ihre einfache Handhabung während der Schichtbildung und auf den Wirkungsgrad hinsichtlich der Zuführung von Si besonders
bevorzugt.
30
Als wirksames, gasförmiges Ausgangsmaterial für den Einbau von Halogenatomen, das erfindungsgemäß einzusetzen ist, kann eine Anzahl von Halogenverbindungen wie gasförmige Halogene, Halogenide, Interhalogenverbindungen 35
und mit Halogenen substituierte Silanderivate, die gasförmig oder vergasbar sind, erwähnt werden.
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Alternativ ist erfindungsgemäß auch der Einsatz einer gasförmigen oder vergasbaren, Halogenatome enthaltenden Siliciumverbindung, die aus Siliciumatomen und Halogenatomen gebildet ist, wirksam.
Zu typischen Beispielen für Halogenverbindungen, die erfindungsgemäß vorzugsweise eingesetzt werden, können gasförmige Halogene wie Fluor, Chlor, Brom oder Jod und Interhalogenverbindungen' wie BrF, ClF, ClF3, BrF5, BrF3, JF„, JF„, JCl oder JBr gehören.
Als Halogenatome enthaltende Siliciumverbindung, d.h. als mit Halogenatomen substituiertes Silanderivat, werden Siliciumhalogenide wie SiF4, SipF-, SiCl. und SiBr. bevorzugt.
Wenn das erfindungsgemäße, fotoleitfähige Element nach dem Glimmentladungsverfahren unter Anwendung einer solchen Halogenatome enthaltenden Siliciumverbindung gebildet wird, kann auf einem gegebenen Träger eine aus a-Si, das Halogenatome als Bestandteil enthält, bestehende, fotoleitfähige Schicht gebildet werden, ohne daß als zur Zuführung von Si befähigtes, gasförmiges Ausgangsmaterial
ein gasförmiges Siliciumhydrid eingesetzt wird. 25
Das grundlegende Verfahren zur Bildung der Halogenatome enthaltenden, amorphen Schicht nach dem Glimmentladungsverfahren besteht darin, daß ein zur Zuführung von Si dienendes, gasförmiges Ausgangsmaterial, nämlich ein gasför-
miges Siliciumhalogenid, und ein Gas wie Ar, H_ oder He in einem vorbestimmten Verhältnis in einer geeigneten Menge in die zur Bildung des ersten Schichtbereichs dienende Abscheidungskammer eingeleitet werden, worauf eine Glimmentladung angeregt wird, um eine Plasmaatmosphäre aus die-
sen Gasen zu bilden und dadurch auf einem Träger den er-
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sten Schichtbereich zu bilden. Zum Einbau von Wasserstoffatomen in die Schicht kann die Schicht auch gebildet werden, indem man eine Wasserstoffatome enthaltende, gasförmige Siliciumverbindung in einem geeigneten Verhältnis
5 mit diesen Gasen vermischt.
Alle Gase, die zur Einführung der einzelnen Atomarten dienen, können entweder als einzelne Spezies oder in Form einer Mischung von mehr als einer Spezies in einem vorbestimmten Verhältnis eingesetzt werden.
Zur Bildung einer aus a-Si (H,X) bestehenden, amorphen Schicht nach dem reaktiven Zerstäubungsverfahren oder dem lonenplattierverfahren wird beispielsweise im Fall des ZerstäubungsVerfahrens die Zerstäubung unter Anwendung eines Targets aus Si in einer geeigneten Gasplasmaatmosphäre bewirkt. Alternativ wird im Fall des Ionenplattierverfahrens polykristallines Silicium oder Einkristall-Silicium als Verdampfungsquelle in ein Verdampfungsschiffchen hineingebracht, und die Silicium-Verdampfungsquelle wird durch Erhitzen, beispielsweise nach dem Widerstandsheizverfahren oder dem Elektronenstrahlverfahren, verdampft, wobei den verdampften, fliegenden Substanzen ein Durchtritt durch eine geeignete Gasplasmaatmosphäre ermög-
25 licht wird.
Während dieser Verfahrensweise kann zur Einführung von Halogenatomen in die gebildete Schicht beim Zerstäubungsverfahren oder beim lonenplattierverfahren eine gasförmige
Halogenverbindung, wie sie vorstehend erwähnt wurde, oder eine halogenhaltige Siliciumverbindung, wie sie vorstehend erwähnt wurde, in die Abscheidungskammer eingeleitet werden, um darin eine Plasmaatmosphäre aus diesem Gas zu bilden.
Wenn Wasserstoffatome eingeführt werden sollen, kann ein
gasförmiges Ausgangsmaterial für die Einführung von Wasserstoff atomen, beispielsweise H_ und ein Gas wie die vorstehend erwähnten Silane, in die zur Zerstäubung dienende Abscheidungskammer eingeleitet werden, worauf eine Plasmaatmosphäre aus diesen Gasen gebildet wird.
Erfindungsgemäß können als gasförmiges Ausgangsmaterial für die Einführung von'Halogenatomen die Halogenverbindungen oder die halogenhaltigen Siliciumverbindungen, die vorstehend erwähnt wurden, in wirksamer Weise eingesetzt werden. Außerdem ist es auch möglich, ein gasförmiges oder vergasbares Halogenid, das Wasserstoffatome als eine der am Aufbau beteiligten Atomarten enthält, beispielsweise einen Halogenwasserstoff wie HF, HCl, HBr oder HJ oder ein halogensubstituiertes Siliciumhydrid wie SiH„F ,
SiH3J2, SiH2Cl2, SiHCl3, SiH2Br3 oder SiHBr3, als wirksames Ausgangsmaterial für die Bildung des ersten Schichtbereichs einzusetzen.
Diese Halogenide, die Wasserstoffatome enthalten und dazu befähigt sind, während der Bildung der amorphen Schicht gleichzeitig mit der Einführung von Halogenatomen in die Schicht Wasserstoffatome einzuführen, die hinsichtlich der Regulierung der elektrischen oder optischen Eigenschaften sehr wirksam sind, können vorzugsweise als Ausgangsmaterial für die Einführung von Halogenatomen eingesetzt werden.
Für den Einbau von Wasserstoffatomen in die Struktur der Schicht kann alternativ dafür gesorgt werden, daß in einer Abscheidungskammer, in der die Entladung angeregt wird,
• zusammen mit einer zur Zuführung von Si dienenden SiIiciumverbindung H_ oder ein gasförmiges Siliciumhydrid wie
35 SiH41 Si2H6, Si3H8 oder Si4H10 vorliegt.
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Im Fall des reaktiven Zerstäubungsverfahrens wird beispielsweise ein Si-Target eingesetzt, und ein zur Einführung von Halogenatomen dienendes Gas und H?-Gas Werden zusammen mit einem Inertgas wie He oder Ar, falls dies notwendig ist, in eine Abscheidungskammer eingeleitet, in der eine Plasmaatmosphäre gebildet wird, um eine Zerstäubung des Si-Targets zu bewirken und dadurch auf dem Träger eine aus a-Si(H,X) bestehende Schicht zu bilden.
Außerdem kann auch ein Gas wie B„H_ oder ein anderes Gas
eingeleitet werden, um auch eine Dotierung mit Fremdstoffen zu bewirken.
Die Menge der Wasserstoffatome (H) oder der Halogenatome (X), die in den ersten Schichtbereich eines fotoleitfähigen Elements eingebaut werden, oder die Gesamtmenge dieser beiden Atomarten kann vorzugsweise 1 bis 40 Atom-% und insbesondere 5 bis 30 Atom-% betragen.
Zur Regulierung der Mengen der Wasserstoffatome (H) und/ oder der Halogenatome (X) in der Schicht können die Trägertemperatur und/oder die Mengen der zum Einbau von Wasserstoff atomen (H) oder Halogenatomen (X) eingesetzten, in die Abscheidungsvorrichtung einzuleitenden Ausgangsmaterialien oder die Entladungsleistung reguliert werden.
Im Rahmen der Erfindung kann bei der Herstellung des ersten Schichtbereichs nach einem Glimmentladungsverfahren oder einem Zerstäubungsverfahren ein Edelgas wie He, Ne oder Ar als verdünnendes Gas eingesetzt werden.
Der erste Schichtbereich kann bei der Bildung der Schicht mit Fremdstoffen des η-Typs oder des p-Typs dotiert werden, während die Menge, mit der dotiert wird, geregelt wird.
Als Fremdstoffe des p-Typs können vorzugsweise Atome eines zu der Gruppe III des Periodensystems gehörenden Elements wie B, Al, Ga, In und Tl erwähnt werden.
Als Fremdstoffe des η-Typs können vorzugsweise Atome eines zu der Gruppe V des Periodensystems gehörenden Elements wie N, P, As, Sb und Bi erwähnt werden.
B, Ga, P und Sb werden"von den erwähnten Fremdstoffen bevorzugt.
Die Mengen der Fremdstoffe, mit denen der erste Schichtbereich dotiert wird, um diesem eine gewünschte Leitfähigkeit zu verleihen, können nach Wunsch in Abhängigkeit von den gewünschten elektrischen und optischen Eigenschaften festgelegt werden. Die zum Dotieren eingesetzte Menge beträgt im Fall der Fremdstoffe der Gruppe III im allgemei-
4
nen 3 χ 10 Atom-ppm oder weniger und im Fall der Fremd-
3 stoffe der Gruppe V im allgemeinen 5 χ 10 Atom-ppm oder
20 weniger.
Der erste Schichtbereich kann mit den Fremdstoffen dotiert werden, indem bei der Bildung der Schicht ein Ausgangsmaterial für die Einführung der Fremdstoffe in Form eines Gases zusammen mit einem Hauptausgangsmaterial für die Bildung des ersten Schichtbereichs in eine Abscheidungskammer eingeleitet wird.
Als Ausgangsmaterialien für die Einführung der Fremdstoffe werden vorzugsweise Materialien eingesetzt, die bei Umgebungstemperatur und Atmosphärendruck gasförmig sind oder unter den Schichtbildungsbedingungen leicht vergast werden können.
Repräsentative Ausgangsmaterialien für die Einführung der Fremdstoffe sind PH3, P3H4, PF3, PF5, PCl3, AsH3, AsF3,
SbF3, -19- BiH3, RF B DE 2655 32^
SbH3, B5H11 SbF5, BCl3, BBr3,
Β5Η ' Β6Η10 6Η12' Β 6Η14'
AsF5, AsCl3,
AlCl3, GaCl3, InCl3 und TlCl3.
Die Dicke des ersten Schichtbereichs 103 kann nach Wunsch so festgelegt werden, daß die Fototräger, die durch Bestrahlung mit einem Licht, das eine gewünschte, spektrale Verteilungscharakteristik hat, erzeugt worden sind, in wirksamer Weise transportiert werden können. Die Dicke beträgt im allgemeinen 1 bis 100 μη\ und vorzugsweise 2 bis 50 pm.
Die in dem ersten Schichtbereich 103 zur Regulierung des 1^ Leitfähigkeitstyps und des Dunkelwiderstandes enthaltenen Atome der Gruppe III und der Gruppe V sind in der Richtung, die der Schichtoberfläche des ersten Schichtbereichs 103 (einer der Oberfläche des Trägers 101 parallelen Ebene) im wesentlichen parallel ist, im wesentlichen gleichmäßig verteilt, jedoch sind diese Atome in der Richtung der Schichtdicke nicht gleichmäßig verteilt.
Um in wirksamer Weise eine Erhöhung des Dunkelwiderstandes und eine Verbesserung der Durchschlagsfestigkeit des gesamten Körpers der amorphen Schicht 102 zu erzielen, werden die vorstehend erwähnten Fremdstoffe in dem ersten Schichtbereich 103 vorzugsweise ungleichmäßig verteilt, und zwar so, daß die Fremdstoffe an der dem Träger 101 zugewandten
Seite angereichert sind. 30
Besonders im Fall der Anwendung des fotoleitfähigen EIe-1 ments für elektrofotografische Zwecke werden die Atome der Gruppe III, vorzugsweise Bor (B) und Gallium (Ga), und die Atome der Gruppe V, vorzugsweise Phosphor (P), vorzugsweise ungleichmäßig verteilt. Außerdem körinen die
in dem ersten Schichtbereich enthaltenen Fremdstoffe entweder kontinuierlich über den gesamten Bereich in der Richtung der Schichtdicke oder teilweise in der Richtung der Schichtdicke enthalten sein.
Nachstehend werden einige Beispiele für die ungleichmäßige Verteilung der Fremdstoffe in der Richtung der Schichtdikke in dem ersten Schichtbereich beschrieben. Um die Erläuterungen zu vereinfachen, wird nur auf die Atome der Gruppe III als Fremdstoffe Bezug genommen, jedoch können die Erläuterungen selbstverständlich auch auf andere Fremdstoffe angewandt werden.
In den Fig. 2 bis 10 wird nur der Schichtbereich gezeigt, in dem die Atome der Gruppe III enthalten sind. Der in den Zeichnungen gezeigte Schichtbereich (III) kann mit dem gesamten ersten Schichtbereich identisch sein oder einen Teil des ersten Schichtbereichs darstellen. In dem ersten Schichtbereich sind die Fremdstoffe geeigneterweise derart enthalten, daß der Schichtbereich (III) den an der Trägerseite befindlichen Endbereich des ersten Schichtbereichs enthält.
Die Fig. 2 bis 10 zeigen typische Beispiele für die Verteilung der in dem Schichtbereich (III) des. ersten Schichtbereichs in dem erfindungsgemäßen, fotoleitfähigen Element enthaltenen Atome der Gruppe III in der Richtung der Schichtdicke.
In den Fig. 2 bis 10 zeigt die Abszisse den Gehalt C der Atome der Gruppe III, während die Ordinate die Richtung der Schichtdicke des die Atome der Gruppe III enthaltenden Schichtbereichs (III) zeigt. tß zeigt die Lage der Grenzfläche an der Trägerseite, während t~ die Lage der Grenz-
3^ fläche an der Seite, die der Trägerseite entgegengesetzt
ist, zeigt. D.h., daß der die Atome der Gruppe III enthaltende Schichtbereich (III) von der tR—Seite ausgehend in Richtung auf die t^-Seite gebildet wird.
Im Rahmen der Erfindung besteht der Schichtbereich (III), der die Atome der Gruppe III enthält, vorzugsweise aus a-Si(H,X), und der Schichtbereich (TII) kann entweder den gesamten Bereich des Fotoleitfähigkeit zeigenden, ersten Schichtbereichs oder einen Teil davon einnehmen. 10
Wenn der vorstehend erwähnte Schichtbereich (III) im Rahmen der Erfindung einen Teil des ersten Schichtbereichs einnimmt, wird es bei einem in Fig. 1 gezeigten Beispiel bevorzugt, daß der Schichtbereich (III) als unterer 1^ Schichtbereich des ersten Schichtbereichs 103 vorgesehen wird, wobei dieser untere Schichtbereich die Grenzfläche an der Seite des Trägers enthält.
In Fig. 2 wird ein erstes typisches Beispiel für die Ver-1-teilung der in dem Schichtbereich (III) enthaltenen Atome der Gruppe III in der Richtung der Schichtdicke gezeigt.
Gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel sind die Atome der Gruppe III in dem gebildeten Schichtbereich (III) von der 2^ Grenzflächenlage tD bis zu einer Lage t. in einer Konzentration enthalten, die einen konstanten Wert C1 hat, während die Konzentration C der Atome der Gruppe III von der Lage t-, wo sie den Wert C hat, bis zu der Grenzflächenlage t„, wo sie den Wert C_ hat, allmählich abnimmt.
1 ο
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel sind die Atome der Gruppe III so verteilt, daß ihre Konzentration C von der Lage t„, wo sie den Wert C. hat, bis zu der Lage t™, wo sie den Wert C5 erhält, allmählich kontinuierlich abnimmt,
-22- " W2655' ""
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Fall wird die Konzentration C der Atome der Gruppe III von der Lage tß bis zu der Lage t2 bei einem konstanten Wert C_ gehalten, während sie zwischen der Lage tp, wo sie den Wert C_ hat, bis zu der Lage t„, wo sie einen Wert von im wesentlichen O erhält, allmählich kontinuierlich abnimmt.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Fall nimmt die Konzentration der Atome der Gruppe III von dem Wert C0 in der Lage tbis zu einem Wert von im wesentlichen 0 in der Lage tT allmählich kontinuierlich ab.
Bei dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel wird die Konzentration C der Atome der Gruppe III von der Lage tß bis zu der Lage t„ bei einem konstanten Wert Cn gehalten. Die Konzentration C nimmt zwischen der Lage t» und der Lage t™, wo sie den Wert Cn erhält, in einer linearen Funktion ab.
Bei dem in Fig. 7 gezeigten Beispiel sind die Atome der Gruppe III so verteilt, daß ihre Konzentration C von der Lage t„ bis zu der Lage t. einen konstanten Wert C.. hat und von der Lage t., wo sie den Wert C. hat, bis zu der Lage t„, wo sie den Wert C1Q hat, in einer linearen Funk-
J. Io
25 tion abnimmt.
Bei dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel nimmt die Konzentration C der Atome der Gruppe III von einem Wert C... in der Lage tD bis zu dem Wert O in der Lage tm in einer linearen
Jj I
30 Funktion ab.
In Fig. 9 wird ein Beispiel gezeigt, bei dem die Konzentration C der Atome der Gruppe III von einem Wert C* in
der Lage t„ bis zu einem Wert C1- in der Lage t.. in einer B 16 5
linearen Funktion abnimmt und zwischen der Lage t,- und
— 23— DE 265&i *■» / rj τ- <-\ ?-\
oIk IoIb der Lage t„ bei einem konstanten Wert C.fi gehalten wird.
Bei dem in Fig. 10 gezeigten Beispiel hat die Konzentration C der Atome der Gruppe III in der Lage tD den Wert
C17. Dann nimmt die Konzentration C am Anfang bis in die Nähe der Lage t_ allmählich ab, während sie in der Nähe der Lage t_ bis zu dem Wert C0 in der Lage tc plötzlich
D Io O
abnimmt. Zwischen der Lage tfi und der Lage t„ nimmt die Konzentration C am Anfang plötzlich und dann allmählich O ab und erhält in der Lage t„ den Wert C . Zwischen der Lage t7 und der Lage tß nimmt die Konzentration C der Atome der Gruppe III sehr allmählich ab und erreicht bei to
den Wert Cori. Zwischen der Lage to und der Lage tm nimmt die Konzentration C entlang der in der Zeichnung gezeigten Kurve von
chen O ab.
° Kurve von dem Wert C20 bis zu einem Wert von im wesentliVorstehend wurden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis einige typische Beispiele für die Verteilung der in dem Schichtbereich (III) enthaltenen Atome der Gruppe III in der Richtung der Schichtdicke gezeigt. In dem ersten Schichtbereich 103 wird erfindungsgemäß vorzugsweise ein Schichtbereich . (III) vorgesehen, der an der Trägerseite einen Anteil mit einem höheren Wert der Konzentration C der Atome der Gruppe III und an der Seite der Grenzfläche t„ einen Anteil, bei dem die Konzentration C im Vergleich mit der Konzentration an der Trägerseite in bedeutendem Maße vermindert worden ist, aufweist.
Im Rahmen der Erfindung weist der die amorphe Schicht bil dende Schichtbereich (III), der die Atome der Gruppe III enthält, einen lokalisierten Bereich (A) auf, der die Ato me der Gruppe III in der vorstehend beschriebenen Weise
mit einer höheren Konzentration an der Trägerseite ent-35
hält.
DE
Der lokalisierte Bereich (A) kann unter Bezugnahme auf die in den Fig. 2 bis 10 gezeigten Symbole vorzugsweise in einer Lage vorgesehen werden, die nicht mehr als 5 um von der Grenzflächenlage tß entfernt ist.
Erfindungsgemäß kann in einem solchen Fall, wie er vorstehend beschrieben wurde, der vorstehend erwähnte, lokalisierte Bereich (A) in einigen Fällen den gesamten Schichtbereich (Lm), der sich-von der Grenzflächenlage t ausge-
i r>
hend bis zu einer Dicke von 5 um erstreckt, oder in anderen Fällen einen Teil davon einnehmen.
Es kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von den erforderlichen Eigenschaften der gebildeten, amorphen Schicht festgelegt werden, ob der lokalisierte Bereich (A) als Teil des Schichtbereichs (LT) ausgebildet werden oder den gesamten Schichtbereich (L„) einnehmen soll.
Der lokalisierte Bereich (A) kann geeigneterweise so gebildet werden, daß die Atome der Gruppe III in der Richtung der Schichtdicke in der Weise verteilt sind, daß der Höchstwert der Verteilungskonzentration der Atome der Gruppe III C im allgemeinen 50 Atom-ppm oder mehr, vorzugsweise 80 Atom-ppm oder mehr und insbesondere 100 Atomppm oder mehr, auf die Siliciumatome bezogen, beträgt.
D.h., daß der die Atome der Gruppe III enthaltende Schicht bereich (III) erfindungsgemäß vorzugsweise so ausgebildet
werden kann, daß der Höchstwert C der Verteilungskonmax
zentration in einer Tiefe innerhalb einer nicht mehr als 5 pn von der Trägerseite .entfernten Schichtdicke (innerhalb eines Schichtbereichs, dessen von tn aus gerechnete Dicke 5 um beträgt), vorliegt.
Erfindungsgemäß kann der Gehalt der Atome der Gruppe III, die in dem vorstehend beschriebenen Schichtbereich (III)
enthalten sein sollen, in geeigneter Weise nach Wunsch so festgelegt werden, daß die Aufgabe der Erfindung gelöst wird, jedoch beträgt der Gehalt der Atome der Gruppe III
4
im allgemeinen 1 bis 3 χ 10 Atom-ppm, vorzugsweise 2 bis 500 Atom-ppm und insbesondere 3 bis 200 Atom-ppm, auf die Siliciumatome, die den ersten Schichtbereich bilden, bezogen.
Im Fall der Atome der Gruppe V ist die Schicht vorzugsweise so aufgebaut, daß C im allgemeinen 50 Atom-ppm oder
max
mehr, vorzugsweise 80 Atom-ppm oder mehr und insbesondere 100 Atom-ppm oder mehr', auf Siliciumatome bezogen, beträgt .
Der Gehalt der Atome der Gruppe V in dem Schichtbereich (V), der die Atome der Gruppe V enthält, kann in geeigneter Weise nach Wunsch so festgelegt werden, daß die Aufgabe der Erfindung gelöst wird, jedoch beträgt der Gehalt
3 der Atome der Gruppe V im allgemeinen 1 bis 5 χ 10 Atomppm, vorzugsweise 1 bis 300 Atom-ppm und insbesondere 1 bis 200 Atom-ppm, auf die den ersten Schichtbereich bildenden Siliciumatome bezogen.
Bei den meisten der vorstehend erwähnten Beispiele für den Aufbau des ersten Schichtbereichs liegt ein Bereich vor, in dem sich die Verteilungskonzentration bzw. Konzentrationsverteilung der Atome der Gruppe III oder der Gruppe V in der Richtung der Schichtdicke allmählich ändert. Dieser Aufbau dient dazu, die mechanische Festigkeit der ow Schicht und die Eigenschaften bei wiederholter Anwendung in hohem Maße zu verbessern.
Das in Fig. 1 gezeigte, fotoleitfähige Element 100 weist einen auf dem ersten Schichtbereich 103 gebildeten, zweiten Schichtbereich 104 auf. Der zweite Schichtbereich 104
-26- DE 2655
hat eine freie Oberfläche 105 und dient hauptsäch>2:i«m fewi*- D Verbesserung der Feuchtigkeitsbeständigkeit, der Eigenschaften bei der kontinuierlichen, wiederholten Anwendung, der Durchschlagsfestigkeit, der Eigenschaften bezüglich
._ der Beeinflussung durch Umgebungsbedingungen während der ο
Anwendung und der Haltbarkeit.
Erfindungsgemäß sind der erste und der zweite Schichtbereich aus einem gemeinsamen Material, d.h., aus Silicium in Form eines amorphen Materials, aufgebaut, so daß die Grenzfläche dieses Schichtkörpers eine ausreichende, chemische Beständigkeit hat.
Erfindungsgemäß besteht der zweite Schichtbereich aus a-SiC, a-SiCH, a-SiCX oder a-SiC(H+X).
Der zweite Schichtbereich kann durch das Glimmentladungsverfahren, das Zerstäubungsverfahren, das Ionenimplantationsverfahren, das Ionenplattierverfahren, das Elektro-
2Q nenstrahlverfahren oder andere Verfahren hergestellt werden. Diese Verfahren werden in geeigneter Weise in Abhängigkeit von den Fertigungsbedingungen, dem Kapitalaufwand, dem Fertigungsmaßstab, den erwünschten Eigenschaften des herzustellenden, fotoleitfähigen Elements usw. gewählt.
Das Elektronenstrahlverfahren, das Ionenplattierverfahren, das Glimmentladungsverfahren und das Zerstäubungsverfahren werden vorzugsweise angewandt, weil in diesem Fall die Fertigungsbedingungen für die Erzielung erwünschter Eigenschaften der fotoleitfähigen Elemente leicht reguliert werden können und weil es in diesem Fall einfach ist, Kohlenstoffatome und, falls erwünscht, Wasserstoffatome und/oder Halogenatome zusammen mit Siliciumatomen in dem zweiten Schichtbereich einzuführen.
Für die Herstellung des aus a-Si bestehenden, zweiten Schichtbereichs nach einem Zerstäubungsverfahren werden als Target eine Einkristall- oder eine polykristalline Si-Scheibe und eine C-Scheibe oder eine Scheibe, die Si und C enthält, eingesetzt, und die Zerstäubung wird in einer Gasatmosphäre bewirkt.
Wenn eine Si-Scheibe und eine C-Scheibe als Targets eingesetzt werden, wird beispielsweise ein Zerstaubungsgas wie He, Ne oder Ar zur Bildung eines Gasplasmas in eine zur Zerstäubung dienende Abscheidungskammer eingeleitet, und die Zerstäubung wird durchgeführt.
Alternativ wird ein aus Si und C bestehendes Target eingesetzt, und ein Gas für die Zerstäubung wird in eine Abscheidungskammer eingeleitet, um die Zerstäubung zu bewirken.
Wenn ein Elektronenstrahlverfahren angewandt wird, werden ein Einkristall- oder ein polykristallines Silicium hoher Reinheit und ein Graphit hoher Reinheit getrennt in zwei Schiffchen hineingebracht, worauf auf das Silicium und auf den Graphit jeweils Elektronenstrahlen auftreffen gelassen werden. Alternativ werden Silicium und Graphit in einem gewünschten Verhältnis in ein einziges Schiffchen hineingebracht und es wird ein einzelner Elektronenstrahl angewandt, um die Abscheidung zu bewirken.
Das Verhältnis von Silicium zu Kohlenstoff in dem erhaltenen, zweiten Schiehtbereich wird in dem an erster Stelle genannten Fall reguliert, indem Elektronenstrahlen unabhängig voneinander auf das Silicium und den Graphit auftreffen gelassen werden, während dieses Verhältnis in dem an zweiter Stelle genannten Fall dadurch regu-
JiIiI
-28- 02
liert wird, daß das Mengenverhältnis von Silicium zu Graphit in der Mischung vorher festgelegt wird.
Wenn ein Ionenplattierverfahren angewandt wird, werden in eine Abscheidungskammer verschiedene Gase eingeführt, und ein elektrisches Hochfrequenzfeld wird einleitend an eine um die Kammer herum angeordnete Spule angelegt, um eine Glimmentladung hervorzurufen, und die Abscheidung von Si und C wird unter Anwendung eines ElektronenstrahlVerfahrens bewirkt.
Wenn zur Bildung eines zweiten Schichtbereichs mit a-SiCH ein Glimmentladungsverfahren angewandt wird, wird ein gasförmiges Ausgangsmaterial für die Herstellung von a-SiCH, das, falls erwünscht, in einem vorbestimmten Verhältnis mit einem verdünnenden Gas vermischt ist, in eine zur Vakuumbedampfung dienende Abscheidungskammer eingeleitet, und aus dem auf diese Weise eingeleiteten Gas wird durch eine Glimmentladung ein Gasplasma hergestellt, um auf einem ersten Schichtbereich, der bereits auf einem Träger gebildet worden ist, a-SiCH abzuscheiden.
Als Gase für die Bildung von a-SiCH können die meisten gasförmigen oder vergasbaren Materialien, die Si, C und H zuführen können, eingesetzt werden.
Kombinationen der Materialien werden beispielsweise nachstehend gezeigt:
Ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das Si-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das C-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, und ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das Η-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält,
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werden in einem gewünschten Verhältnis vermischt und eingesetzt.
Alternativ werden ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das Si-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, und ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das C- und H-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, in einem gewünschten Verhältnis vermischt und eingesetzt.
Es ist auch möglich, ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das Si-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, und ein Gas, das Si-, C- und Η-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, in einem gewünschten Verhältnis zu vermischen und einzusetzen.
Alternativ können ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das Si- und Η-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, und ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das C-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, in einem gewünschten Verhältnis vermischt und eingesetzt werden.
Zu gasförmigen Ausgangsmaterialien, die für eine wirksame Bildung des zweiten Schichtbereichs eingesetzt werden, ' gehören gasförmige Siliciumhydride, die Si- und H-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthalten, beispielsweise Silane wie SiH., SioH_, Si0H0 und Si.H._, und Verbindun-
4 ά D ob 4 IU
gen, die C- und H-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthalten, beispielsweise gesättigte Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 5 C-Atomen, ethylenische Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 5 C-Atomen und acetylenische Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 4 C-Atomen.
Im einzelnen können als Beispiele für gesättigte Kohlen-Wasserstoffe Methan, Ethan, Propan, h-Butan und Pentan
erwähnt werden. Als Beispiele für ethylenische Kohlenwasserstoffe können Ethylen, Propylen, Buten-1, Buten-2, Isobutylen und Penten erwähnt werden. Als Beispiele für acetylenische Kohlenwasserstoffe können Acetylen,
5 Methylacetylen und Butin erwähnt werden.
Als Beispiele für gasförmige Ausgangsmaterialien, die Si-, C- und Η-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthalten, können Alkylsilane wie Si (CHg)4 und Si(C3H ) erwähnt werden. Außer den vorstehend erwähnten, gasförmigen Ausgangsmaterialien kann als gasförmiges Ausgangsmaterial für die Einführung von Η-Atomen natürlich Hp eingesetzt werden.
Für die Herstellung eines zweiten Schichtbereichs 104 mit a-SiCH durch ein Zerstäubungsverfahren wird als Target eine Einkristall- oder eine polykristalline Si-Scheibe oder eine C-Scheibe oder eine Scheibe, die Si und C in Form einer Mischung enthält, eingesetzt, un(3 die Zerstäubung wird in verschiedenen Gasatmosphären durchgeführt.
Wenn eine Si-Scheibe als Target eingesetzt wird, können beispielsweise gasförmige Ausgangsmaterialien für die Einführung" von C- und Η-Atomen mit einem verdünnenden Gas verdünnt werden, falls dies erwünscht ist, und in eine zur Zerstäubung dienende Abseheidungskammer eingeleitet werden, um ein Gasplasma aus diesen Gasen zu erzeugen, worauf die Zerstäubung bewirkt wird.
Alternativ werden aus Si und C getrennte Targets oder ein einzelnes, aus einer Mischung von Si und C bestehendes Target hergestellt, und diese Targets werden zur Durchführung der Zerstäubung in einer Gasatmosphäre
35 verwendet, die mindestens Wasserstoffatome enthält.
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Als gasförmige Ausgangsmaterialien für die Einführung von C- oder Η-Atomen können die vorstehend erwähnten, gasförmigen Ausgangsmaterialien für die Glimmentladung in wirksamer Weise eingesetzt werden. 5
Eür die Herstellung eines zweiten Schichtbereichs mit' a-SiCX durch ein Glimmentladungsverfahren kann ein oder mehr als ein gasförmiges Ausgarigsmaterial für die Bildung von a-SiCX, das, falls erwünscht, in einem vorbestimmten Verhältnis mit einem verdünnenden Gas vermischt worden ist, in eine zur Vakuumbödampfung dienende Abscheidungskammer eingeleitet werden, und zur Herstellung eines Gasplasmas aus dem Gas oder den Gasen wird eine Glimmentladung hervorgerufen. Als Ergebnis wird auf dem ersten Schichtbere.ich, der auf dem Träger gebildet worden ist, a-SiCX abgeschieden.
Als Gas oder Gase für die Bildung von a-SiCX können die meisten gasförmigen oder vergasbaren Materialien j die mindestens eine aus Si-, C- und X-Atomen ausgewählte Atomart enthalten, eingesetzt werden.
Wenn beispielsweise ein gasförmiges Ausgangsmaterial eingesetzt wird, das Si-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, können ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das Si-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, ein gasförmiges Ausgängsmaterial, das C-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, und ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das X-Atome als am Aufbau betei-ligte Atome enthält, die in einem gewünschten Verhältnis vermischt worden sind, eingesetzt werden, oder es können ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das Si-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, und ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das C- und X-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, die in einem
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gewünschten Verhältnis vermischt worden sind, eingesetzt werden. Alternativ können ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das Si-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, und ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das Si-, C- und X-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, in Form einer Mischung eingesetzt werden, oder es können ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das Si- und X-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält,
und ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das C-Atome als am Aufbau beteiligte Atome enthält, in Form einer Mischung eingesetzt werden. 10
Als Halogenatome (X), die in den zweiten Schichtbereich eingebaut werden, können F, Cl, Br und J eingesetzt werden, wobei F und Cl bevorzugt werden.
Wenn der zweite Schichtbereich aus a-SiCX besteht, können in diesen Schichtbereich Wasserstoffatome eingebaut werden. In diesem Fall kann auch für die Einführung von H in den zweiten Schichtbereich ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das bei der Bildung des ersten Schichtbereichs eingesetzt wird, um mindestens Η-Atome einzuführen, verwendet werden, so daß die Fertigungskosten vermindert werden können, wenn die Herstellung des ersten Schichtbereichs und des zweiten Schichtbereichs kontinuierlich durchgeführt wird.
Als gasförmige Ausgangsmaterialien für die Bildung des zweiten Schichtbereichs mit a-SiCX oder a-SiC(X+H) können die vorstehend im Fall von a-SiCH erwähnten, gasförmigen Ausgangsmaterialien und andere gasförmige Ausgangsmaterialien wie Halogene, Halogenwasserstoffe, Interhalogenverbindungen, Siliciumhalogenide, halogensubstituierte Siliciumhydride und Siliciumhydride eingesetzt werden. Als Beispiele für die vorstehend erwähnten Materialien der Halogenreihe können insbesondere erwähnt werden:
-33- OE2655
Gasförmige Halogene wie Fluor, Chlor, Brom und Jod;
Halogenwasserstoffe wie HF, HJ, HCl und Hßr;
Interhalogenverbindungen wie BrF, ClF, ClF3, ClF5, BrF5, BrF3, JF7, JF5, JCl und JBr;
Siliciumhalogenide wie SiF4, Si 2 F 6> SiCl4, SiCl3Br, SiCl0Br-, SiClBr0, SiCl0J und SiBr.;
halogensubstituierte Sil.iciumhydride wie SiH F„,
SiH0Cl2, SiHCl3, SiH3Cl, SiH3Br, SiH0Br2 und SiHBr3 und
Siliciumhydride wie SiH4, si 2 H6' Si3H8 und Si4HlD und andere Silane.
Zu den Materialien der Halogenreihe gehören außerdem halogensubstituierte Paraffinkohlenwasserstoffe wie CCl4, CHF3, CH2F2, CH3F, CH3Cl, CH3Br, CH3J und C2H5Cl; Schwefelfluoride wie SF. und SF- und Silanderivate,
4 D
beispielsweise halogenhaltige Alkylsilane wie SiCl (CH3),,, SiCl2(CH3)2 und SiCl3CH3.
Für die Bildung eines zweiten Schichtbereichs mit a-SiCX oder a-SiC(H+X) durch Zerstäubung wird als Target eine Einkristall- oder eine polykristalline Si-Scheibe oder eine C-Scheibe oder eine Scheibe, die eine Mischung von Si und C enthält, eingesetzt, und die Zerstäubung wird in einer Gasatmösphäre durchgeführt, die Halogenatome und, falls erwünscht, Wasser-' stoffatome als am Aufbau beteiligte Atome enthält.
Wenn als Target eine Si-Scheibe eingesetzt wird, wird beispielsweise ein gasförmiges Ausgangsmaterial für die Einführung von C und X zusammen mit einem verdünnenden Gas, falls dies erwünscht ist, in eine zur Zerstäu-
bung dienende Abseheidungskammer eingeleitet; aus dem Gas wird ein Gasplasma gebildet, und die Zerstäubung wird durchgeführt.
Alternativ werden Si und C als getrennte Targets eingesetzt, oder eine Mischung von Si und C wird als platten- bzw. folienförmiges Target eingesetzt, und die Zerstäubung wird in einer Halogenatome enthaltenden Gasatmosphäre bewirkt.
Als wirksame, gasförmige Ausgangsmaterialien zur Einführung von C und X und, falls erwünscht, von H bei der Zerstäubung können die Materialien eingesetzt werden, die in dem vorstehend erwähnten Fall. der Glimmentladung als Materialien für die Bildung eines zweiten Schichtbereichs 104 gezeigt wurden.
Die Ausgahgsmaterialien für die Bildung eines zweiten Schiehtbereichs werden im Rahmen der Erfindung in der Weise ausgewählt, daß in den zweiten Schichtbereich Siliciumatome, Kohlenstoffatome und, falls erwünscht, Wasserstoffatome und/oder Halogenatome in einem vorbestimmten Verhältnis eingebaut werden können.
Ein aus a-Si C1 :C1:H bestehender, zweiter Schichtbereich kann beispielsweise gebildet werden, indem Si(CH3). und ein zur Einführung von Halogen dienendes Material wie SiHCl3, SiCl4, SiH-Cl oder SiH Cl im gasförmigen Zustand in einem vorbestimmten Verhältnis in eine zur Bildung eines zweiten Schichtbereichs dienende Vorrichtung eingeleitet werden, worauf : eine Glimmentladung durchgeführt wird. Si (CH3K ist zur Zuführung von Silicium-, Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen befähigt und ermöglicht des weiteren die Erzielung gewünschter Eigenschaften eines zweiten Schichtbereichs.
•Üi
- 35 - DE 2655
Als verdünnendes Gas für die Bildung eines zweiten Schichtbereichs nach einem Glimmentladungs- oder einem Zerstäubungsverfahren können vorzugsweise Edelgase wie He, Ne oder Ar erwähnt werden.
Bei der Bildung des zweiten Schichtbereichs des erfindungsgemäßen, fotoleitfähigen Elements wird der zweite Schichtbereich vorzugsweise sorgfältig so hergestellt, daß ihm gewünschte " Eigenschaften geliehen werden.
IQ Weil die vorstehend erwähnten, amorphen Materialien, die den zweiten Schichtbereich bilden, in Abhängigkeit von den Bedingungen für die Herstellung des zweiten Schichtbereichs elektrische Eigenschaften zeigen, die von den Eigenschaften eines Leiters bis zu den Eigenschaften eines Halbleiters und des weiteren bis zu den Eigenschaften eines Isolators und auöh von den Eigenschaften eines Fotoleiters bis zu den Eigenschaften einer nicht fotoleitfähigen Substanz reichen, wird es bevorzugt, die Bedingungen in geeigneter Weise so zu wählen, daß gewünschte. Eigenschaften, durch die die Aufgabe der Erfindung gelöst wird, erzielt werden.
Beispielsweise sollte in dem Fall, daß der zweite Schichtbereich hauptsächlich zur Verbesserung der Durchschlagsfestigkeit vorgesehen ist, das gebildete, amorphe Material unter der Umgebung, in der das fotoleitfähige Material eingesetzt wird, hervorragende elektrisch isolierende Eigenschaften haben.
Des weiteren kann das Ausmaß der vorstehend erwähnten, elektrisch isolierenden Eigenschaften in dem Fall, däß der zweite Schichtbereich hauptsächlich für die Verbesserung der Eigenschaften bei der kontinuierlichen, wiederholten Verwendung und der Eigenschaften bezüglich
20
- 36 -
BE 2655
des Einflusses von Umgdbungsbedingungen bei der Verwendung vorgesehen ist, etwas niedrig sein, und es reicht für diesen Zweck aus, daß das gebildete, amorphe Material gegenüber einem Licht, mit dem bestrählt wird, in einem gewissen Ausmaß empfindlich ist.
Bei der Bildung eines aus den vorstehend erwähnten, amorphen Materialien bestehenden, zweiten Schichtbereichs auf einem ersten Schichtbereich stellt die Trägertemperatur während der Bildung des Schiehtbereichs einen wichtigen Faktor dar, der den Aufbau und die Eigenschaften der erhaltenen Schicht beeinflußt. Die Trägertemperatur wird infolgedessen vorzugsweise so reguliert, daß dem zweiten Schichtbereich erwünschte Eigenschaf-
15 ten verliehen werden.
Die anzuwendende Trägertemperatur hängt von dem zur Bildung des zweiten Schichtbereichs angewandten Verfahren ab.
Im Fall der Verwendung von a-SiC beträgt die Trägertemperatur vorzugsweise "~ '--"" "~~ '
bis 250°C.
20 bis 300 C und insbesondere 20
In dem Fall, daß zur Bildung des zweiten Schichtbereichs die anderen amorphen Materialien verwendet werden, beträgt die Trägertemperatur vorzugsweise 100 bis 300°C und insbesondere 150 bis 2500C.
3.0 Für die Herstellung des zweiten Schichtbereichs werden vorteilhafterweise Zerstäubungsverfahren wnd Elektronenstrahlverfahren angewandt, weil in diesem Fall im Vergleich mit anderen Verfahren das Verhältnis der Atome, die den Schichtbereich bilden, bzw. die Atomzusammensetzung des Schichtbereichs genau reguliert
werden kann und auch die Schichtdicke reguliert werden kann. Wenn diese Schichtbildungsverfahren zur Bildung des zweiten Schichtbereichs angewandt werden, stellen die Entladungsleistung bei der Schichtbildung sowie die Trägertemperatur wichtige Faktoren dar, die die Eigenschaften des gebildeten, amorphen Materials beeinflussen.
Für eine wirksame Herstellung des vorstehend erwähnten, amorphen Materials, das die gewünschten Eigenschaften hat, mit einer guten Produktivität beträgt, die Entladungsleistung für die Bildung des a-Si vorzugsweise 50 bis 250 W und insbesondere 80 bis 150 W.
Die Entladungsleistung für die Herstellung des den zweiten Schichtbereich bildenden, amorphen Materials beträgt vorzugsweise 10 bis 300 W und insbesondere 20 bis 200 W.
°er Gasdruck in der Abseheidungskammer beträgt im allgemeinen 0,013 bis 1,3 mbar und vorzugsweise etwa 0,13 bis 0,67 mbar.
Es ist nicht erwünscht, daß die vorstehend erwähnten, erwünschten Werte der Trägertemperatur und der Entladungsleistung für die Herstellung des zweiten Schichtbereichs getrennt oder unabhängig voneinander festgelegt werden; es ist vielmehr erwünscht, daß diese Schichtbildungsbedingungen in Abhängigkeit voneinander und mit' einer innigen Beziehung zueinander so festgelegt werden, daß. ein aus einem amorphen Material mit erwünschten Eigenschaften bestehender, zweiter Schich-tbereich hergestellt wird.
• * ι t
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Auch die Gehalte der Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Halogenatome, die in dem amorphen Material, das den zweiten Schichtbereich bildet, enthalten sind, sind wie die vorstehend erwähnten Bedingungen für die BiI-dung des zweiten Sehichtbereichs wichtige Faktoren für die Erzielung einer Schicht mit erwünschten Eigenschaften.
In dem amorphen Material, das den zweiten Schichtbereich bildet, hat jedes Element im allgemeinen den vorstehend erwähnten Gehalt.
Des weiteren können bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn der Gehalt der einzelnen Elemente die nachstehend gezeigten Werte hat:
Im Fall von Si C1 gilt für den Wert von a im allge-
el J. ~"cl
meinen 0,4 < a < 0,99999, vorzugsweise 0,5 ^ a < 0,99 und insbesondere 0,5 < a < 0,9.
20
Im Fall von iSibCi_ißQHi_c Sil1: für den Wert von b im allgemeinen 0,5 < b < 0,99999, vorzugsweise
0,5 < b < 0,99 und insbesondere 0,5 < b < 0,9, während für den Wert von c im allgemeinen 0,6 < c < 0,99, vorzugsweise 0,65 < e < 0,98 und irisbesondere
0,7 < c < 0,95 gilt.
In den Fällen von fSi^^X^ und £SifC1-^ (H+X)1^ gilt für die Werte von d und f im allgemeinen
0,5 < d, f < 0,99999., vorzugsweise 0,5 < d, f < 0,99 und insbesondere 0,5 4 d, f < 0,9, während für die Werte von e und g im allgemeinen 0,8 < e, g '< 0,99, vorzugsweise 0,82 4 e, g < 0,99 und insbesondere
0,85 <f e, g < 0,98 gilt.
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Im Fall von fSifC1_f} (H+X)^ beträgt' der auf die Gesamtmenge bezogene Gehalt der Wasserstoff atome vorzugsweise nicht mehr als 19 Atom-% und insbesondere nicht mehr als 13 Atom-%.
Die Dicke des zweiten Schichtbereichs kann in geeigneter Weise so gewählt werden, daß eine wirksame Lösung der Aufgabe der Erfindung erzielt wird.
Die Dicke des zweiten Sehichtbereichs kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der Beziehung zu der Dicke des ersten Schiohtbereichs und von Bedingungen hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit, beispielsweise von der erzielbaren Produktivität und der Möglichkeit
15 der Massenfertigung, festgelegt werden.
Die Dicke des zweiten Schichtbereichs beträgt im allgemeinen 0,01 bis 10 pm, vorzugsweise 0,02 bis 5 jum und insbesondere 0,04 bis 5 pm.
Die Dicke der amorphen Schicht des erfindungsgemäßen, fotoleitfähigen Elements kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von den Verwendungszwecken festgelegt werden, beispielsweise in Abhängigkeit davon, ob das fotoleitfähige Element als Lesevorrichtung, als Bildabtastvorrichtung oder als Bilderzeugungselement für elektrofotografische Zwecke eingesetzt wird.
Die Dicke der amorphen Schicht kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der Beziehung zwischen der Dicke des ersten Scnichtbereiehs und der Dicke des zweiten Schichtbereichs so festgelegt werden, daß der erste und der zweite Schichtbereich jeweils in wirksamer Weise ihre Eigenschaften zeigen können.
Die Dicke des ersten Schichtbereichs ist vorzugsweise
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einige hundertmal bis einige tausendmal so groß wie die Dicke des zweiten Schichtbereichs oder noch größer.
Die Dicke der amorphen Schicht beträgt im allgemeinen 3 bis 100 pm, vorzugsweise 5 bis 70 /am und insbesondere 5 bis 50 pm.
Die erfindungsgemäßen fotoleitfähigen Elemente können in der nachstehend gezeigten Weise hergestellt werden.
Fig. 11 zeigt eine Vorrichtung für die Herstellung eines fotoleitfähigen Elements nach einem Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren und einem Zerstäubungsverfahren.
In den Gasbomben 1111 bis 1115 sind luftdicht abgeschlossene, gasförmige Ausgangsmaterialien für die Herstellung der einzelnen Schichtbereiche des erfindungsgemäßen, fotoleitfähigen Elements enthalten,Zum Beispiel enthält die Bombe 1111 mit He verdünntes SiH.-Gas (Reinheit: 99,999 %) (nachstehend als "SiH /He" bezeichnet), enthält die Bombe 1112 mit He verdünntes BOH_-Gas (Reinheit: 99,999 %) (nachstehend als "B_H_/He"
d D d D
bezeichnet), enthält die Bombe 1113 mit He verdünntes Si_H_-Gas (Reinheit: 99,99 %) (nachstehend als MSi_He/He"
d Ό dt)
bezeichnet), enthält die Bombe 1114 mit He verdünntes SiF4-GaS (Reinheit: 99,999 %) (nachstehend als "SiF./He" bezeichnet) und enthält die Bombe 1115 Ar.
Um diese Gase in eine Reaktionskammer 1101 hineinströmen zu lassen, wird zuerst ein Hauptventil 1110 geöffnet, um die Reaktionskammer 1101 und die Gas-Rohrleitungen zu evakuieren, nachdem bestätigt worden ist, daß die Ventile 1131 bis 1135 der Gasbomben 1111 bis 1115
und ein Belüftungsventil 1106 geschlossen und die Einströmventile 1121 bis 1125, die Ausströmventile 1126 bis 1130 und ein Hilfsventil 1141 geöffnet sind. Wenn der an einer Vakuummeßvorrichtung abgelesene Druck etwa 6,7 nbar erreicht hat, werden das Hilfsventil 1141 und die Ausströmventile 1126 bis 1130 geschlossen.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der Herstellung eines eine amorphe Schicht bildenden, ersten Schichtbereichs auf einem Träger 1109 gezeigt.
Eine Blende 1105 wird geschlossen und so mit einer Stromquelle 1143 verbunden, daß an die Blende mittels der Stromquelle eine Hochspannung angelegt werden kann.
SiH./He-Gas aus der Bombe 1111 und B_HC/He-Gas aus
21V
der Bombe 1112 werden in die Durchflußreguliervorrichtungen 1116 und 1117 hineinströmen gelassen, indem die Ventile 1131 und 1132 so geöffnet werden, daß die Drücke an den Auslaßmanometern 1136 und 1137 jeweils auf einen Wert von 0,98 bar einreguliert werden, und indem die Einströmventile 1121 und 1122 allmählich geöffnet werden. Dann werden die Ausströmventile 1126 und 1127 und das Hilfsventil 1141 allmählich geöffnet, um die einzelnen Gase in die Reaktionskammer 1101 hineinströmen zu lassen. Die Ausströmventile 1126 und 1127 werden so reguliert, daß das Verhältnis der Durchflußgeschwindigkeit des SiH./He-Gases zu der Durchflußgeschwindigkeit des B„H_/He—Gases einen
ά D
erwünschten Wert hat. Auch die Öffnung deö Haüptventils1 1110 wird reguliert, während die Ablesung an der Vakuum^ meßvorrichtung 1142 beobachtet wird, und zwar so, daß der Druck in der Reaktionskammer 1101 einen gewünsch-
• ·
- 42 - DE 2655
* ten Wert erreicht. Nachdem bestätigt worden ist, daß die Temperatur des Trägers 1109 durch eine Heizvorrichtung 1108 auf 50 bis 4000C eingestellt wurde, wird dann eine Stromquelle 1143 auf eine erwünschte Leistung eingestellt, um in der Reaktionskammer 1101 eine Glimmentladung zur Bildung eines ersten Schichtbereichs auf dem Träger 1109 hervorzurufen. Gleichzeitig mit der Bildung des ersten Schichtbereichs wird die Durchflußgeschwindigkeit des BpHg/He-Gases in Übereinstimmung mit einer vorher entworfenen Kurve
der Änderungsgeschwindigkeit durch allmähliche Veränderung der Öffnung des Ventils 1127 nach einem manuellen Verfahren oder mittels eines (nicht gezeigten) Motors mit Außenantrieb reguliert bzw. gesteuert, und als Ergebnis wird der Gehalt des Bors (B) in dem ersten Schichtbereich reguliert.
Für den Einbau von Atomen eines Elements der Gruppe ν in den ersten Schichtbereich anstelle der Boratome wird bei der vorstehend erwähnten Verfahrensweise beispielsweise PH„-Gas anstelle des B H -Gases eingesetzt .
Für den Einbau von Halogenatomen in den ersten Schichtbereich wird zu den vorstehend erwähnten Gasen, die für die Bildung des ersten Schichtbereichs eingesetzt werden, beispielsweise SiF./He-Gas zugegeben und in die Reaktionskammer eingeleitet.
Auf dem ersten Schichtbereich kann ein zweiter Schichtbereich in der nachstehend gezeigten Weise gebildet werden.
- 43 - D£ 2655
Die Blende 1105 wird geöffnet. Alle Gaözuführungsventile werden einmal geschlossen, und die Reaktionskammer 1101 wird durch vollständige Öffnung des Hauptvöntils 1110 evakuiert. Eine Scheibe 1104-1 aus hochreinem Silicium und hochreiner Graphit 1104-2 werden in einem' gewünschten Flächenverhältnis auf einer Elektrode 1102, an die eine Hochspannung angelegt wird, angebracht bzw. angeordnet. Aus der Bombe 1115 wird Ar-Gas in die Reaktionskammer 1101 eingeleitet, und das Hauptventil 1110 wird so reguliert, daß der Innendruck der Reaktionskammer 1101 0,067 bis 1,3 mbar erreicht. Die Hochspannungs-Stromquelle 1143 wird eingeschaltet, um eine Zerstäubung unter gleichzeitiger Anwendung der Siliciumscheibe 1104-1 und des Graphits 1104-2 zu bewirken.
Als Ergebnis wird auf dem ersten Schichtbereich der zweite Schichtbereich gebildet.
Alternativ kann auf dem ersten Schichtbereich ein aus Siliciumatomen, Kohlenstoffatomen und Fluoratomen bestehender, zweiter Schichtbereich gebildet werden, indem das vorstehend erwähnte Zerstäubungsverfahren wiederholt wird, wobei jedoch zusammen mit dem Ar-GaS SiF./He-Gas in die Reaktionskammer 1101 eingeleitet wird.
V/enn bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zusätzlich SiH.-Gas in die Reaktionskammer eingeleitet wird, kann ein aus Siliciumatomen, Kohlenstoffatomen, Fluoratomen und Wasserstoffatomen bestehender, zweiter
30 Schichtbereich gebildet werden
Für die Bildung eines zweiten Schichtbereiehs auf einem ersten Schichtbereich durch ein Glimmentladungsverfahren werden SiH4-GaS, SiF -Gas und C3H mit einer vorbestimmten Durchflußgeschwindigkeit durch eine
- 44 - DE 2655
ähnliche Ventilbetätigung wie bei der Bildung des ersten Schichtbereichs in die Reaktionskammer 1101 eingeleitet, und eine Glimmentladung wird hervorgerufen.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung des fotoleitfähigen Elements nach einem Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren beschrieben.
Fig. 12 zeigt eine Vorrichtung für die Herstellung eines fotoleitfähigen Elements nach einem Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren.
In den Gasbomben 1202, 1203, 1204, 1205 und 1206 sind luftdicht abgeschlossene, gasförmige Ausgangsmaterialien für die Bildung der einzelnen Schichten im Rahmen der Erfindung enthalten. Beispielsweise enthält die Bombe 1202 SiH./He-Gas, enthält die Bombe 1203 BOH~/He-Gas, enthält die Bombe 1204 Si0H-/He-Gas, enthält
C. D
die Bombe 1205 SiF./He-Gas und enthält die Bombe 1206 C3H4-GaS.
Um diese Gase in die Reaktionskammer 1201 hineinströmen zu lassen, wird zuerst ein Hauptventil 1234 geöffnet, um die Reaktionskammer 1201 und die Gas-Rohrleitungen zu evakuieren, nachdem bestätigt worden ist, daß die Ventile 1222 bis 1226 der Gasbomben 1202 bis 1206 und ein Belüftungsventil 1235 geschlossen und die Einströmventile 1212 bis 1216, die Ausströmventile 1217 bis 1221 und die Hilfsventile 1232 und 1233 geöffnet sind. Als nächster Schritt werden die Hilfsventile 1232 und 1233 und die Ausströmventile 1217 bis 1221 geschlossen, wenn der an einer Vakuummeßvorrichtung 1236 abgelesene Druck 6,7 nbar erreicht hat.
- 45 - DE 2655
Nachstehend wird ein Beispiel für die Bildung eines ersten Schichtbereichs auf einem zylindrischen Träger
1237 erläutert. SiH./He-Gas aus der Gasbombe 1202 und B„H_/He-Gas aus der Gasbombe 1203 Werden in die Durchflußreguliervorrichtungen 1207 und 12Ö8 hineinströmen gelassen, indem die Ventile 1222 und 1223 so geöffnet werden, daß die Drücke an den Auslaßmanometern 1227 und 1228 jeweils auf einen Wert von 0,98 bar einreguliert werden, und indem die Einströmventile 1212 und 1213 allmählich geöffnet Werden. Anschließend werden die Ausströmventile 1217 und 1218 und das Hilfsventil 1232 allmählich geöffnet, um die einzelnen Gase in die Reaktionskammer 1201 hineinströmen zu lassen. Die Ausströmventile 1217 und i218 werden so reguliert, daß das Verhältnis der Durchflußgeschwindigkeit des SiH./He-Gases zu der Durchflußgeschwindigkeit des BpHg/He-Gases einen gewünschten Wert hat, und auch die Öffnung des Hauptventils 1234 wird reguliert < während die Ablesung an der Vakuummeßvorrichtung 1236 beobachtet wird, und zwar so, daß der Druck in der Reaktionskammer 1201 einen gewünschten Wert erreicht. Nachdem bestätigt worden ist, daß die Temperatur des zylindrischen Trägers 1237 durch die Heizvorrichtung
1238 auf 50 bis 400°C eingestellt würde, wird die Stromquelle 1240 auf eine gewünschte Leistung eingestellt, um in der Reaktionskammer 1201 eine Glimmentladung anzuregen und auf dem zylindrischen Träger einen ersten Schichtbereich zu bilden.
Um bei der Einführung der Atome der Gruppe III wie Bor (B) oder der Atome der Gruppe V wie Phosphor (P) in einen ersten Schichtbereich eine ungleichmäßige Verteilung der eingeführten Atome in dem Schichtbereich zu erzielen, können die unter Bezugnahme auf Fig.
11 erläuterten Verfahrensweisen durchgeführt werden.
- 46 - DE 2655
In dem Fall, daß in den ersten Schichtbereich Halogenatome eingebaut werden, wird zur Einleitung von SiF./He in die Reaktionskammer SiF./He zu dem vorstehend erwähnten Gas zugegeben.
5
Für die Bildung eines zweiten Schichtbereichs auf einem ersten Schichtbereich werden SiH.-Gas, SiF -Gas und C„H.-Gas mit einem vorbestimmten Verhältnis der Durchflußgeschwindigkeiten durch eine ähnliche Ventilbetätigung wie bei der Bildung des ersten Schichtbereichs in die Reaktionskammer 1201 eingeleitet, und eine Glimmentladung wird hervorgerufen.
Natürlich werden alle Ausströmventile mit Ausnahme der Ausströmventile, die für die bei der Bildung der einzelnen Schichten eingesetzten Gase notwendig sind, geschlossen, und um zu vermeiden, daß das bei der Bildung der vorherigen Schicht eingesetzte Gas während der Bildung der einzelnen Schichten in der Reaktionskammer 1201 und den Rohrleitungen von den Ausströmventilen 1217 bis 1221 zu der Reaktionskammer 1201 verbleibt, kann, falls erforderlich, ein Verfahren durchgeführt werden, bei dem das System einmal bis zur Erzielung eines hohen Vakuums evakuiert wird, indem die Ausströmventile 1217 bis 1221 geschlossen werden und die Hilfsventile 1232 und 1233 bei vollständiger Öffnung des Hauptventils 1234 geöffnet werden.
Während der Bildung der Schicht kann der zylindrische Träger 1237 mittels eines Motors 1239 mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht werden, um. eine gleichmäßige Schichtbildung zu bewirken.
- 47 - DE 2655
1 Beispiel 1
Auf einem Aluminium-Träger wurde unter Anwendung der in Fig. 11 gezeigten Fertigungsvorrichtung eine Schicht'-bildung durchgeführt.
10 15 20 25 30 35
co ο
fco
cn
to ο
σι
Tabelle I
! Durchflußge- I Verhältnis
Eingesetztes schwindigkeit der Durch-
Schichtab-
"T
Entladungs- scheidungs- Schichtdicke
Erster Schicht-·
bereich
Gas
ISiH4/He=0,5
-3
Λτ 3, . , flußgeschwin-t leistung : geschwindig-(Norm-cm/mn) ,.^._η · * ■ * it
B2H6/He=10
SiH
4
200
digkeiten
SiH.:B_H, 4 2 6
~ 1:0
(W/cm2)
0r18
keit
(nm/s)
20
Zweiter
Schicht
Ar ! 200 Flächenver>-
hältnis
0,30 0,3 1 Φ W
bereich Si-Scheibe:
Graphit
= 4:6
<·» +
σ ·
W «. <
cn ^ -
cn '-'..^
3247526
DE 2655
Aanerkung: Das Symbol 1Uj." bedeutet "Veränderung des Verhältnisses der Durchflußgesc±iwindigkeiten von dem einen 2u
dem anderen Wart!1. ' Dies gilt auch für die folgenden
Tabellen.
Temperatur des Al- Trägers: 250 C Entladungsfrequenz
13,56 MHz
Innendruck der Reaktionsdcammer
0,67 iribar bei der Bildung des ersten ScMchtbereichs1; 0,27 mbar bei der Eildung des zweiten SchichtbereiChs
Das auf diese Weise hergestellte Bilderzeugungselement wurde in eine Ladungs-Belichtungs-Entwicklungsvorrichtung hineingebracht, dann 0,2 s lang einer Koronaladung mit +5 kV unterzogen und unmittelbar danach mit einem Lichtbild belichtet. Zur Herstellung des Lichtbildes wurde eine lichtdurchlässige Testkarte unter Anwendung einer Wolframlampe als Lichtquelle mit 1,0 Ix.s bestrahlt.
Unmittelbar danach wurde die Oberfläche des Bilderzeu1-gungselements durch Kaskaden-Entwicklung mit einem negativ geladenen Entwickler (Toner und Toherträger) entwickelt, wobei ein gutes Tonerbild erzeugt würde.
Das erhaltene Tonerbild wurde einmal mit einer Kautschukklinge gereinigt, und dann wurden die vorstehend beschriebenen Bilderzeugungs- und fleinigungsschritte wiederholt. Auch als das Kopieren lOÖ.OOÖmal oder
- 50 - DE 2655
öfter wiederholt wurde, wurde keine Verschlechterung der Bilder beobachtet.
Beispiel 2 5
Auf einem Aluminium-Träger wurde unter Anwendung der in Fig. 11 gezeigten Fertigungsvorrichtung eine Schichtbildung durchgeführt.
ω ο
Oi
Tabelle II
I j Durchflußge-
! Eingesetztes schwindigkeit:
Gas (Norrc-αη /min)
Verhältnis der Durch-
Schichtab-
Entladungs- | scheidungs- ~ leistung j geschwindig-
Erster Schichtbereich
B2H6/He=10"
Zweiter
Schichthereich
Ar
SiH4 200
2QO.
digkeiten
SiH.:B0H, 4 2 6
ι ~ JL . \J
Flächenver*- hältnis
Si-Scheibe: Graphit
= 1:1
α·7/αη2)
0,18 0,30
j keit (nm/s)
Schichtdicke!
20
O/4
σ
W
ro
GJr
1,5 cn
cn
7526
- 52 - DE 2655
Die anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1.
Das erhaltene Bilderzeugungselement wurde in eine Ladungs-Belichtungs-Entwicklungsvorrichtung hineingebracht, 0,2 s lang einer Koronaladung mit +5 kV unterzogen und bildmäßig belichtet. Die Belichtung wurde unter Anwendung einer lichtdurchlässigen Testkarte mit einer Wolframlampe durchgeführt (1,0 Ix.s).
Unmittelbar danach wurde die Oberfläche des Bilderzeugungselements durch Kaskaden-Entwicklung mit einem negativ geladenen Entwickler (Toner und Tonerträger) entwickelt, wobei ein gutes Tonerbild erzeugt wurde.
Das erhaltene Tonerbild wurde einmal mit einer Kautschukklinge gereinigt, und die vorstehend beschriebenen Bilderzeugungs- und Reinigungsschritte wurden wiederholt. Auch als das Kopieren 100.OOOmal oder öfter wiederholt wurde, wurde keine Verschlechterung der Bilder beobachtet.
Beispiel 3
Auf einem Aluminium-Träger wurde unter Anwendung der in Fig. 11 gezeigten Vorrichtung eine Schichtbildung durchgeführt.
co
cn
00
O
fco bo
cn ο
Tabelle III
20Q Verhältnis
der Durch
flußgeschwin
digkeiten
cn 1—'
O
cn 1 I I
(JT
ω
I
3247526
Eingesetztes
Gas
Durchflußge
schwindigkeit
(Norm-cm /min
SiH.;B„H,
4 ZO
= l:5xlO~A
Entladungs
leistung
(W/cm2)
Schichtab-
scheidungs-
geschwindig-
keit
(nm/s)
Schichtdicke
(ylAm)
DE 265
Allmähliche
Äiderung
SiH.:B0H,
4 2 6
= l:5xl0"4
0,18 1,1 0,2
Erster
Schichtbe-
i
ι
I reich
SiH4/He
= 0,5
η it / Tj_
jj_tl _ / JtlG
= 10"3
SiH4
200
SiH4 = B^ 0,18 1,1 0,3
riächenver-
lältnis
0,18 1,1 20
Di-Scheibe:
Graphit
= 4:6
0,3 a.3
Zweiter
Schichtbe-
reieh
Ar
• «
- 54 - DE 2655
Die anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1.
Das erhaltene Bilderzeugungselement wurde in eine Ladungs-Belichtungs-Entwicklungsvorrichtung hineingebracht, 0,2 s lang einer Koronaladung mit +5 kV unterzogen und mit einem Lichtbild bestrahlt. Die Lichtquelle war eine Wolframlampe/ und die Bestrahlung wurde unter Anwendung einer lichtdurchlässigen Testkarte mit 1,0 Ix.s durchgeführt. Unmittelbar danach wurde die Oberfläche des Bilderzeugungselements durch Kaskaden-Entwicklung mit einem negativ geladenen Entwickler (Toner und Tonerträger) entwickelt, wobei ein Tonerbild mit einer außerordentlich hohen Dichte erzeugt wurde.
Das erhaltene Tonerbild wurde einmal mit einer Kautschukklinge gereinigt, und die vorstehend erwähnten Bilderzeugungs- und Reinigungsschritte wurden wiederholt. Auch als das Kopieren mehr als lOO.OOOmal durchgeführt wurde, wurde keine Verschlechterung der Bilder beobachtet.
Beispiel 4
Bei der Herstellung eines zweiten Schichtbereichs wurde das Flächenverhältnis der Siliciumscheibe zu dem Graphit verändert, um das Verhältnis des Gehalts der Siliciumatome zu dem Gehalt der Kohlenstoffatome in dem zweiten Schichtbereich zu verändern, wobei die anderen Verfahrensbedingungen die gleichen wie in Beispiel 3 waren. Auf diese Weise wurde ein Bilderzeugungselement hergestellt.
Die Ergebnisse werden in Tabelle IV gezeigt. 35
DE 2655
Tabelle IV
Si : C
lächenverhältiiis)
Si : C (Verhältnis des Atomgehalts)
Bewertung der «ildqualität
9 :
P,7 : 0,3
6,5 : 3,5
8,8 : 1,2
4·: 6 (Beispiel]
7,3 : 2,7
1,7 : 8 ,3 1 : 9
4,5 : 5 3,1 : 6,9
O Δ
Beispiel
sehr gut
Λ : gewisse Neigung zur Erzeugung von fehlerhaften Bildern
Das Verfahren von Beispiel 3 wurde wiederholt, wobei die Schichtdicke des zweiten Schichtbereichs jedoch verändert wurde. Die Bilderzeugungs-, Entwicklungs- und Reinigungsschritte wurden gemäß dem Verfahren 25 von Beispiel 1 wiederholt.
Tabelle V
Dicke des zweiten Schichtbereichs
0,005
0,02
0,05
Neigung zur Erzeugung von fehlerhaften Bildern
Ergebnis
Bei 20 000 - fächern Kopieren wurden manchmal [fehlerhafte Bilder erzeugt.
Stabil bei 20 000j- fächern oder öfterem Kopieren
Stabil bei 100 COO - fächern oder öfterein kopieren
• » · 4
• »»
- 56 - DE 2655
1 Beispiel 6
Durch Wiederholung des Verfahrens von Beispiel 1, wobei jedoch für die Bildung eines ersten Schichtbereichs die in Tabelle VI gezeigten Bedingungen gewählt wurden, wurde ein Bilderzeugungselement hergestellt, und die Bewertung wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt. Es wurde ein gutes Ergebnis erhalten.
10
ω ο
to
CTl
to ο
cn cn
Tabelle VI
Durchflußge- [ Verhältnis
j schwindigkeit; der Durch- I Entladungs-
i Eingesetztes j 3 j flußgeschwinf
! (Konri-cm /mini) digkeiten j
; ^8 ! I i(w/an2)
t -f
Erster
Schichtbereich
B2H6/He=10
~3
170
= 1:10 ~ 1:0
-5
0,54 Schichtabscheidungsgeschwindig~
keit
(nm/s)
4,0
Schichtdicke
(/im)
20
cn ■ο
ö W
ro σ> στ cn
- 58 - DE 2655
1 Beispiel 7
Zur Herstellung eines Bilderzeugungselements wurde das Verfahren von Beispiel 1 wiederholt, wobei die Bedingungen für die Bildung des ersten Schichtbereichs jedoch in der in Tabelle VII gezeigten Weise verändert wurden. Die Bewertung wurde ähnlich wie in Beispiel 1 durchgeführt, und es wurde ein gutes Ergebnis erhalten.
10 15 20 25 30 35
ω ω to to H-> Si2H6 (SiH.+SiF.):
4 4
(W/cm2) μ-· Schichtdicke I
cn ο Cn O Cn +SiF.
4
B2H6 . I
cn
Tabelle VII = 150 = 1:10
•v 1:0
O Cn (//I rc) to
I
Durchflußge- I Verhältnis 0,18
schvändigkeit! der Durch- Entladungs- Schichtab- \ t
' Erster Eingesetztes 3 flußgeschwin- .e+. r scheidungs- σ
Schicht (Eorrc-cm /min) digkeiten geschwindig- 0,9 20 W
bereich Gas keit ro
SiH,/He (nm/s)
= 0 S cn
SiH.:SiF.
Λ
tr
SiF4/He i = 8:9 CO
= 0,5 K>
B2H6ZHe
= 10 cn
Ni
CO
1 Beispiel 8
Unter Anwendung der in Fig. 12 gezeigten Fertigungsvorrichtung wurde unter den folgenden Bedingungen auf einem zylindrischen Aluminium-Träger eine Schichtbildung durchgeführt.
10 15 20 25 30 35
co
ο
bo
to O
Oi Ol
Tabelle VIII
Erster
Schichtbereich
Zweiter
Schichtbereich
!Eingesetztes
Gas
SiH4/He
= 0I5
10
/He
"5
SiH4/He
= 0,5
C2H4
Durchflußge- Verhältnis schwindigkeit' der Durch-
_ flußqeschwin- .{_4_,,__
^3AHnS Alnk*M-fm leistung
(Νοπρ-αη /min) digkeiten
SiH
4 200
SiH4:B2H
= 1:1x10
~ 1:0
SiH
4 100
SiH.:C_H. 4 2
= 6:4
Schichtabscheidungsgeschwindig'-keit
(nin/s)
1,1
0,6
Schichtdicke
ι cn
σ w
ro σ. ertr
K)
cn -
K) CD
- 62 - DE 2655
Temperatur des Al-Trägers : 25O°C Entladungsfrequenz : 13,56 MHz
Innendruck der Reaktionskammer : 0,67 mbar
Das erhaltene Bilderzeugungselement für elektrofotografische Zwecke wurde in eine Kopiervorrichtung hineingebracht, 0,2 s lang einer Koronaentladung mit +5 kV unterzogen und unter Anwendung einer Wolframlampe mit einem Lichtbild (1,0 Ix.s) bestrahlt. Das erhaltene
!0 Ladungsbild wurde mit einem negativ geladenen Entwickler (Toner und Tonerträger) entwickelt und auf ein gewöhnliches bzw. unbeschichtetes Papier übertragen, wobei ein gutes übertragenes Bild erzeugt wurde. Das Bilderzeugungselement wurde zur Entfernung von nicht übertragenem Toner, der auf dem Bilderzeugungselement zurückgeblieben war, mit einer Kautschukklinge gereinigt, und der nächste Kopiervorgang wurde durchgeführt. Auch als solche Kopiervorgänge 100.000 mal oder öfter wiederholt wurden, wurde keine Verschlechterung der
20 Bilder beobachtet.
Beispiel 9
Unter Anwendung der in Fig. 12 gezeigten Vorrichtung wurde auf einem zylindrischen Aluminium-Träger unter den folgenden Bedingungen eine Schichtbildung durchgeführt .
to
CJl
to O σι
Tabelle IX
Durchflußge-' iki
Eingesetztes :
' schwindigkeit
Verhältnis der Durch-
Entladunqs-
ι flußgeschwin- leistunc
in) digkeiten
Gas
3
i (Korxn-cm /min) digkeiten
(W/cm2)
Schichtabscheidungsj Schichtdicke ; geschwindigkeit
(nin/s)
Erster
! Schichtbereich
Zweiter
Schichtbereich
B2H6/He=10
"3
SiH.:B0H, 4 2 6·
SiH
4
200
= 1:10
0,18
-1:10
SiH4/He=0,5 j SiH
4
100
SiH7IC0H. 4 2 4
= 5:5
0,18
0,6
20
ro
σι
cn
cn
cn ho co
Die anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 8.
Das erhaltene Bilderzeugungselement für elektrofotografische Zwecke wurde in eine Kopiervorrichtung hineingebracht, 0,2 s lang einer Koronaladung mit +5 kV unterzogen und unter Anwendung einer Wolframlampe mit einem Lichtbild (1,0 Ix.s) bestrahlt. Das erhaltene Ladungsbild wurde mit einem negativ geladenen Entwickler (Toner und Tonerträger) entwickelt und auf ein gewöhnliches Papier übertragen, wobei ein sehr gutes, übertragenes Bild erzeugt wurde.
Das Bilderzeugungselement wurde zur Entfernung von nicht übertragenem Toner, der auf dem Bilderzeugungselement zurückgeblieben war, mit einer Kautschukklinge gereinigt, und der nächste Kopiervorgang wurde durchgeführt. Auch als solche Kopiervorgänge lOO.OOOmal oder öfter wiederholt wurcten, wurde keine Verschlechterung der Bilder beobachtet.
Beispiel 10
Unter Anwendung der in Fig. 12 gezeigten Vorrichtung wurde auf einem zylindrischen Aluminium-Träger unter den folgenden Bedingungen eine Schichtbildung durchgeführt.
30 35
ω Cu to bo
CJl ο σι ο
Tabelle X
σι
Eingesetztes
Gas
Durchflußge
schwindigkeit
(Korm-cm /min
Verhältnis
der Durch
flußgeschwin
digkeiten
Entladungs-
• leistung
(W/cm2)
Schichtab-
scheidungs-
geschwindig-
keit
(nm/s)
Schichtdicke
(/AirO
2 20,5
1
= l-.SxlO-4 0,18 1,1 0,2
Erster
Schichtbe
reich
SiH4/He
= 0,5
= 10"3
SiH4
200
Verminderung
SiH,:BOH,
4 2 6
= l:5xl0"4·
0,18 1,1 0,3
SiH4=B2H6
- mo"5
Q,18 1,1 20
Zweiter
Schichtbe
reich
SiH,/He=O, 5
j
IC2H4
SiH.
4
=100
1
SiH4:C2H4
= 4:6
0,18 0,6
ro cn uv cn
Das erhaltene Bilderzeugungselement für elektrofotografische Zwecke wurde in eine Kopiervorrichtung hineingebracht, 0,2 s lang einer Koronaladung mit +5 kV unterzogen und unter Anwendung einer Wolframlampe mit einem Lichtbild (1,0 Ix.s) bestrahlt. Das erhaltene Ladungsbild wurde mit einem negativ geladenen Entwickler (Toner und Tonerträger) entwickelt und auf ein gewöhnliches Papier übertragen, wobei ein gutes, übertragenes Bild mit einer sehr hohen Dichte erzeugt wurde. Das Bilderzeugungselement wurde zur Entfernung von nicht übertragenem Toner, der auf dem Bilderzeugungselement zurückgeblieben war, mit einer Kautschukklinge gereinigt, und der nächste Kopierschritt wurde durchgeführt. Auch als solche Kopiervorgänge 100.000 mal oder öfter wiederholt wurden, wurde keine Verschlechterung der Bilder beobachtet.
Beispiel 11
Bei der Bildung eines zweiten Schichtbereichs wurde das Verhältnis der Durchflußgeschwindigkeit des SiH4-Gases zu der Durchflußgeschwindigkeit des CpH.-Gases verändert, um das Verhältnis des Atomgehalts von Si zu C zu verändern. Zur Durchführung der Schichtbildung wurde das Verfahren von Beispiel 10 mit Ausnahme der vorstehend erwähnten Änderung wiederholt. Die Ergebnisse werden in Tabelle XI gezeigt.
DE 2655
Tabelle XI
SiH4 : C2H4 (Verhältnis der Durchflußgejchwindicfceiten)
Si : C (Verhältnis des Atcmgehalts)
Bewertung der Bildqualität
9:1 6:4
9:1 7:3
O O
4:6 5,5:4,5
O Δ
sehr gut
gewisse Keigung zur Erzeugung vcn fehlerhaften Bildern
20 Beispiel 12
Das Verfahren von Beispiel 10 wurde wiederholt, wobei die Dicke des zweiten Schichtbereichs jedoch in der in Tabelle XII gezeigten Weise verändert wurde. Die 25 Ergebnisse werden in Tabelle XII gezeigt.
- 68 -
DE 2655
Tabelle XII
Dicke des zweiten Sichtbereichs
Ergebnis
0,005
Neigung zur Erzeugung von fehlerhaften Bildern
0,02
Bei 20 000-fachem Kopieren wurden manchmal fehlerhaft te Bilder erzeuct.
0,05
Bei 50 000-fachem Kopieren wurden manchmal fehlerhafte Bilder erzeugt.
Stabil bei 100 000-fachem oder öfterem Kopieren
20 Beispiel 13
Das Verfahren von Beispiel 8 wurde wiederholt, wobei der erste Schichtbereich jedoch unter den in Tabelle XIII gezeigten Bedingungen hergestellt wurde, und es wurde ein gutes Ergebnis erhalten.
03
cn
ω
ο
bo
cn
to
O
Verhältnis
der Durch-
flußceschwin-
) digkeiten
ι-*
cn
O I Schichtab-
scheidungs-
geschwindig-
keit
iras/s)
cn - I
Tabelle XIII = 1:10-5 4,0 «Ρ
I
Eingesetztes
Gas
Durchflußge
schwindigkeit
3
(Konr.-cm /irdn
~ 1:0 Entladungs-
(W/on2)
Schichtdicke
Erster
Schicht
bereich
Si2H6ZHe
= 0,5
0,54 20 ö '
W
B2H6ZHe- 170 324
2655
= 0,5 7526
1 Beispiel 14
Das Verfahren von Beispiel 8 wurde wiederholt, wobei der erste Schichtbereich jedoch unter den in Tabelle XlV gezeigten Bedingungen gebildet wurde, und es wurde ein gutes Ergebnis erhalten.
ω ο
to ο
cn
Tabelle XIV
Eingesetztes
Gas
Durchflußge
schwindigkeit
(Konr-cm /min
Verhältnis
der Durch-
flußgeschwin-
) digkeiten
Entladungs-
leistung
Echichtab-
scheidungs-
geschwindig-
ieeit
(nm/s)
Schichtdicke
SXH4/He SiH4:SiF4
Erster
Schicht
bereich
SiF./He
4
= 0,5
SiH.
4
+SiF4
=150
= 8:2
(SxH4+SiF4):
B2H6
0,18 0,9 20
B H /He -5
= 1:10
= 0,5 ~ 1:0
- 72 - DE 2655
1 Beispiel 15
Unter Anwendung der in Fig. 11 dargestellten Vorrichtung wurde auf einem Aluminium-Träger unter den folgenden Bedingungen eine Schichtbildung durchgeführt.
ω ο
bo cn
to ο
Tabelle XV
Eingesetztes Durchflußge Verhältnis Entladungs Schichtab- Schichtdicke
Gas schwindigkeit der Durch leistung
(W/cm2)
scheidungs- (/,tm)
3 / ■
(Norm-cm /min
flußgeschwin
digkeiten
geschwindig-
keit
,SiH,/He
' -.0,5
0,18 (nro/s) 20
Erster Schicht SiH4 SiH4=B2H6
= 1:10-5
W 1,1
bereich B2H6ZHe 200 1 · A
= 0,5
SiH4ZHe
= 05
Zweiter
Schicht SiF4/He SiH4 SiH4:SiF4: 0,18 2
bereich - 0,5 +SiF4 C2H4 0,7
C2H4 = 150 = 3:3:4
Iteirperatur des Al-Trägers : 250° C
Entladungsfrequenz : 13, 56 MHz
Innendruck der Feaktions-
kartiner : 0,67 ntoar
ω ι
ro cn cn αϊ
cn ho cn
- 74 - DE 2655
Das erhaltene Bilderzeugungselement wurde in eine Ladungs-Belichtungs-Entwicklungsvorrichtung hineingebracht, 0,2 s lang einer Koronaladung mit +5 kV unterzogen und unmittelbar danach mit einem Lichtbild bestrahlt. Zur Herstellung des Lichtbildes wurde eine lichtdurchlässige Testkarte verwendet, die mit einer Wolframlampe mit 1,0 Ix. s bestrahlt wurde. Unmittelbar danach wurde die Oberfläche des Bilderzeugungselements durch Kaskaden-Entwicklung mit einem negativ geladenen Entwickler (Toner und Tonerträger) entwickelt, wobei ein gutes Tonerbild erzeugt wurde.
Das erhaltene Tonerbild wurde einmal mit einer Kautschukklinge gereinigt, und die vorstehend erwähnten Bilderzeugungs- und Reinigungsschritte wurden wiederholt. Auch als das Kopieren mehr als 100.000 mal wiederholt wurde, wurde keine Verschlechterung der Bilder beobachtet.
20 Beispiel 16
Auf einem Aluminium-Träger wurde unter Anwendung der in Fig. 11 gezeigten Vorrichtung eine Schichtbildung unter den in Tabelle XVI gezeigten Bedingungen durchgeführt.
ω ο
IsD
σι
cn
Tabelle XVI
!
Eingesetztes
Gas
Durchflußge
schwindigkeit
(Κοππ-αη /min
Verhältnis
der Durch-
flußgeschwin-
digkeiten
Entladungs
leistung
(W/an2)
Schichtab-
scheidungs-
geschwindig-
keit
(nm/s)
Schichtdicke
(/,im)
Erster Schicht
bereich
SiH4/He=0,5
B„H,/He=10"3
λ O
SiH4
200
SiH,:B„H,
4 2 6
= l:10"5
U:10"7
0,18 1,1 20
Zweiter
Schicht
bereich
SiH4/He=0,5
&iF4/He=0,5
C2H4
SiH4
+SiF4
=150
SiH4:SiF4:
C2H4
= 4:2:4
0,18 0,8 2
ro" cn
CJ IS3
- 76 - OK 2655
Die anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 15.
Das erhaltene Bilderzeugungselement wurde in eine Ladungs-Belichtungs-Entwicklungsvorrichtung hineingebracht, 0,2 s lang einer Koronaladung mit +5 kV unterzogen und unmittelbar danach unter Anwendung einer lichtdurchlässigen Testkarte und einer Wolframlampe mit einem Lichtbild bestrahlt (1,0 Ix.s). Unmittelbar danach wurde die Oberfläche des Bilderzeugungselements durch Kaskaden-Entwicklung mit einem negativ geladenen Entwickler (Toner und Tonerträger) entwickelt, wobei ein gutes Tonerbild erzeugt wurde. Das erhaltene Tonerbild wurde einmal mit einer Kautschukklinge gereinigt, und die vorstehend erwähnten Bilderzeugungs- und Reinigungsschritte wurden wiederholt. Auch wenn das Kopieren mehr als lOO.OOOmal wiederholt wurde, wurde keine Verschlechterung der Bilder beobachtet.
20 Beispiel 17
Auf einem Aluminium-Träger wurde unter Anwendung der Vorrichtung von Fig. 11 unter den folgenden Bedingungen eine Schichtbildung durchgeführt.
25
co
cn
Schichtbereich
Zweiter Schichtbereich
ω
ο
fco to
cn o
Tabelle XVII
cn
cn
I Durchflußge- [ Verhältnis
; schwindigkeit1 der Durch- j Entladungs-Eingesetztes 3 I flußceschwin-
: (Eonr-cm /min) digkeiten
Gas
SiH4/He=0;5;
/He=IO
"3
SiH./He=O. 5
'
200
SiF4
=150
1 7
Wem)
SiH4:B
=1:5x10
Allmähliche Änderung
SiH,:B0H, 4 2 6
=1:5χ10
SiH4=B2H6
=1:10
SiH,:SiF,: 4 4
= 3:2:5 j Schichtab-Ischeidungsgeschwindigi
ikeit
: (ran/s)
Schichtdicke
0,18
0,18
0,18
0,18
1,1
1,1
0,8
0,3
20
Gesanttdicke
20,5
ro
cn
σι
cn
CJI K) CD
- 78 - DE 2655
Die anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 15.
Das erhaltene Bilderzeugungselement wurde in eine Ladungs-Belichtungs-Entwicklungsvorrichtung hineingebracht, 0,2 s lang einer Koronaladung mit +5 kV unterzogen und unmittelbar danach unter Anwendung einer lichtdurchlässigen Testkarte und einer Wolframlampe mit einem Lichtbild (1,0 Ix.s) bestrahlt. Unmittelbar danach wurde die Oberfläche des Bilderzeugungselements durch Kaskaden-Entwicklung mit einem negativ geladenen Entwickler (Toner und Tonerträger) entwickelt, wobei ein gutes Tonerbild mit einer sehr hohen Dichte erzeugt wurde. Das erhaltene Tonerbild wurde einmal mit einer Kautschukklinge gereinigt, und die vorstehend erwähnten Bilderzeugungs- und Reinigungsschritte wurden wiederholt. Auch als das Kopieren mehr als 100.000 mal wiederholt wurde, wurde keine Verschlechterung der Bilder beobachtet .
Beispiel 18
Das Verfahren von Beispiel 17 wurde wiederholt, jedoch wurde bei der Bildung des zweiten Schichtbereichs das Verhältnis der Durchflußgeschwindigkeiten von SiH.rSiF.:CpH. verändert, um das Verhältnis des Atomgehalts von Silicium zu Kohlenstoff in dem zweiten Schichtbereich zu verändern. In jedem Fall hatte die Dicke des zweiten Schichtbereichs den konstanten Wert von 2 yum, obwohl die Schichtabscheidungsgeschwindigkeit variiert wurde. Die Ergebnisse werden in Tabelle XVIII gezeigt.
DE 2655
Tabelle XVIII
SiH4:SiF4:C2H4
Verhältnis der Durch
flußgeschwindigkeiten)
5:4:1 3,5:3;3,5 2:2:6 1:0,7:8,3 3,5:0,5:9
Si: C
(Verhältnis des Atcmge-
halts)
9,5:0,5 8,7:1,3 7:3 4,5:5,5 2,9:7,1
O O O O Δ A
; sehr gut
: Erzeugung von etwas fehlerhaften Bildern Λ : Neigung zur Erzeugung von fehlerhaften Bildern
Beispiel 19
Zur Herstellung von Bilderzeugungselementen wurde das Verfahren von Beispiel 17 wiederholt, wobei jedoch die Dicke des zweiten Schichtbereichs variiert wurde, und die Bilderzeugungs- , Entwicklungs- und Reinigungs-Schritte von Beispiel 15 wurden wiederholt. Die Ergebnisse werden nachstehend gezeigt.
- 80 -
DE 2655
Tabelle XIX
Dicke des
zweiten Schicht
bereichs CUm)
Ergebnis
0,005 Neigung zur Erzeugung von fehlerhaften Bildern
0,02 Als das Kopieren 20 000 mal wiederholt wurde,
wurden roanchiral fehlerhafte Bilder erzeugt.
0,05 Als das Kopieren 50 000 mal oder öfter wiederhoH
wurde, wurden manchmal fehlerhafte Eilder erzeug!
1 Stabil, wenn das Kopieren 100000 mal oder öfter
wiederholt wurde.
Beispiel 20
Zur Herstellung eines Bilderzeugungselements wurde das Verfahren von Beispiel 15 wiederholt, wobei jedoch die Art und Weise der Bildung des ersten Schichtbereichs in der in Tabelle XX gezeigten Weise verändert wurde, und die Ergebnisse wurden wie in Beispiel 15 bewertet. Das Ergebnis war gut.
co
to ο
Tabelle XX
Eingesetztes Durchflußge
schwindigkeit
3
Verhältnis I SiH4:SiF4 ■■ 0,18 Schichtab- Schichtdicke
der Durch- j Entladungs- = 8:2 scheidungs-
Gas I flußceschwin- , .c. ^ geschwindig- (//fir1)
SiH.ZHe (Κσπτ-ση /rrin) digkeiten (SiH4+SiF4) keit
4
= 0.5
: B2H (nir/s)
I = 1:10
Erster SiF4ZHe SiH4
Schicht = 0,5 +SiF. 20
bereich B2H6ZHe 4
=150
0,9
= 0,5
- 82 - DE 2655
1 Beispiel 21
Das Verfahren von Beispiel 17 wurde zur Herstellung eines Bilderzeugungselements wiederholt, wobei jedoch der zweite Schichtbereich unter den in Tabelle XXI gezeigten Bedingungen nach einem Zerstäubungsverfahren hergestellt wurde, und die Bewertung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 17 durchgeführt. Das Ergebnis war gut.
10
ω ο
bo ο
CJi
σι
Tabelle XXI
I Zweiter Eingesetztes Durchflußge Flächen Entladungs
leistung
Schichtab— Schichtdicke
Schicht Gas schwindigkeit verhältnis (W/cm2) scheidungs-
geschwindig-
bereich Ar (Norm-cm/min Si-Scheibe: keit
(nm/s)
Ar 200
Graphit 1
SiF4/BeO,5 SiF = 7:3 O
100
• ·
• ·
- 84 - DE 2655
1 Beispiel 22
Unter Anwendung der Vorrichtung von Fig. 12 wurde auf einem Aluminium-Träger unter den in Tabelle XXII gezeigten Bedingungen eine Schichtbildung durchgeführt.
to
Tabelle XXII
CJl
CJl
Eingesetztes
Gas
Durchflußge
schwindigkeit
(Κοπτ-αη /min
Verhältnis
der Durch-
flußceschwin-
dickeiten
Entladungs
leistung
(W/cm2)
Schichtab-
scheidungs-
geschwindig-
keit
(nm/s)
Schichtdicke
(/Λΐη)
20,3 2
Erster
Schichtbe
reich
SiH4/He=Oj 5
PH3/He=IO""3
SiH4
=200
Allmähliche
Änderung
SiH4=PH3
=1:5x10-6
0,18 1,1 0,3
Zweiter
Schichtbe
reich
SiH4/He=0f5 SiH.
4
=200
0,18 1,1 20
SiH4ZHe=O^
C2H4
SiH4
100 .
SiH4:C2H4
= 4:6
0,18 0,6
- 86 - DE 2655
Das erhaltene Bilderzeugungselement für elektrofotografische Zwecke wurde in eine Kopiervorrichtung hineingebracht, 0,2 s lang einer Koronaladung mit -5 kV unterzogen und anschließend unter Anwendung einer Wolframlampe mit einem Lichtbild (1,0 Ix.s) bestrahlt.
Das erhaltene Ladungsbild wurde mit einem positiv geladenen Entwickler (Toner und Tonerträger) entwickelt, und das entwickelte Bild wurde auf gewöhnliches bzw. unbeschichtetes Papier übertragen. Das erhaltene, übertragene Bild war gut und hatte eine sehr hohe Dichte. Das Bilderzeugungselement wurde zur Entfernung von nicht übertragenem Toner, der auf dem Bilderzeugungselement zurückgeblieben war, mit einer Kautschukklinge gereinigt, und dann wurde der nächste Kopierschritt durchgeführt. Auch als das Kopieren 100.OOOmaloder öfter wiederholt wurde, wurde keine Verschlechterung der Bilder beobachtet.
20 Beispiel 23
Zur Herstellung eines Bilderzeugungselements wurde bei der Bildung des zweiten Schichtbereichs das Verfahren von Beispiel 22 wiederholt, wobei jedoch das Verhältnis des Atomgehalts von Silicium zu Kohlenstoff in dem zweiten Schichtbereich verändert wurde. Die Ergebnisse werden nachstehend gezeigt.
DE 2655
Tabelle XXIII
SiH4 : C2H4
Verhältnis der Durchflußge-
Sfihwi rtfH erlitten}"
9:1 6:4 4:6 1:9
Si : C
(Verhältnis des Atangehalts)
9:1 7:3 5,5:4,5 3:7
Bewertung der Bildqualität O O O Δ
/*■} : sehr gut
Δ: Erzeugung von etwas fehlerhaften
Bildern

Claims (20)

Patentansprüche \ 1./Fotoleitfähiges Element mit einem Träger für ein fotoleitfähiges Element und einer über dem Träger liegenden, amorphen Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Schicht einen ersten Schichtbereich und einen zweiten Schichtbereich aufweist, wobei der erste Schichtbereich aus einem amorphen Material besteht, das Siliciumatome als Matrix enthält, Fotoleitfähigkeit zeigt und einen in der Richtung der Schichtdicke ungleichmäßig und kontinuierlich verteilten Fremdstoff des p-Typs oder des η-Typs enthält, und wobei der zweite Schichtbereich aus einem amorphen Material besteht, das aus einem amorphen Material der Formel Si C, (0,4 < a <
1), einem amorphen Material der Formel /Si.C. ,J H.._ (0,5 4 b < 1; 0,6 ^ c ^. 1), einem amorphen Material der Formel fsi,C. A7jL (0,47 < d <1; 0,8^e <.l; X ist ein Halogenatom) und einem amorphen Material der Formel fsi-C, „7 (H+X), „ (0,47 < f < 1; 0,8 £g < 1;
*» I 1-Iwg 1-g —
X ist ein Halogenatom) ausgewählt ist.
B/22
Dresdner Bank (München) Kto. 3939844
Bayer. Vereinsbank (München) Kto. 508941
Postscheck (München) Kto. 670-43-f
-2- DE 2655
2. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fremdstoff in dem ersten Schichtbereich derart verteilt ist, daß der Gehalt des Fremdstoffs von der Trägerseite aus zu der dem Träger entgegen-
5 gesetzten Seite hin kontinuierlich abnimmt.
3. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fremdstoff derart verteilt ist, daß sein Gehalt an der'Trägerseite höher ist.
4. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich mit einem hohen Fremdstoffgehalt innerhalb einer Entfernung von 5 pm von
dem Träger vorliegt. 15
5. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schichtbereich einen Fremdstoff des p-Typs enthält.
6. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Fremdstoff des p-Typs um Atome eines aus den Elementen der Gruppe III des Periodensystems ausgewählten Elements handelt.
7. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Element B, Al, Ga, In oder Tl ist.
8. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Schichtbereich einen Fremdstoff des η-Typs enthält.
9. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß es sich bei dem Fremdstoff des n-Typs
um Atome eines aus den Elementen der Gruppe V des Periodensystems ausgewählten Elements handelt.
-3- DE 2655
10. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Element N, P, As, Sb oder Bi
ist.
11. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des Fremdstoffs des p-
4
Typs in dem ersten Schichtbereich 3 χ 10 Atom-ppm oder
weniger beträgt.
12. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch-8, dadurch
30
gekennzeichnet, daß der Gehalt des Fremdstoffs des n-Typs
in dem e:
beträgt.
3
in dem ersten Schichtbereich 5 χ 10 Atom-ppm oder weniger
13. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schichtbereich Wasserstoffatome enthält. .
14. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 13, dadurch 2^ gekennzeichnet, daß der Gehalt der Wasserstoffatome
in dem ersten Schichtbereich 1 bis 40 Atom-% beträgt.
15. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schichtbereich Halogenatome
25 enthält.
16. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt der Halogenatome in dem
ersten Schichtbereich 1 bis 40 Atom-% beträgt.
17. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schichtbereich Wasserstoffatome und Halogenatome enthält.
35
-4- DE 2655
18. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtgehalt der Wasserstoffatome und Halogenatome in dem ersten Schichtbereich 1 bis
40 Atom-% beträgt.
19. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schichtbereich eine Dicke
von 0,01 bis 10 μπι hat.
20. Fotoleitfähiges Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Schicht eine Dicke von
3 bis 100 μτη hat.
*** 15
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