DE3309651A1 - Verfahren zum herstellen eines photoempfindlichen teils - Google Patents
Verfahren zum herstellen eines photoempfindlichen teilsInfo
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Description
Anwaltsakte: 3 2 711
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
photoempfindlichen Teils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Herstellen
eines photoempfindlichen Teils auf der Basis einer mit nie-• drigem Druck arbeitenden, chemischen Gasphasen Abscheidungstechnologie.
Bei einem elektrophotographischen Kopierverfahren wird ein photoempfindliches Teil als ein Bildträger verwendet,
auf welchem ein elektrostatisches, latentes Bild erzeugt wird, welches dann in ein sichtbares Tonerbild entwickelt
wird. Ein derartiges photoempfindliches Teil weist üblicherweise einen elektrisch leitenden Träger und eine auf
diesem ausgebildete, photoleitfähige Schicht aus einem Material mit photoleitfähigen Eigenschaften auf. In jüngster
Zeit ist amorphem Silizium (a-Si), das eine hohe Härte und eine ausgezeichnete Haltbarkeit aufweist, als
Material zum Ausbilden der photoleitfähigen Schicht eines photoempfindlichen Teils große Aufmerksamkeit geschenkt
worden, und es sind Untersuchungen bezüglich einer möglichen Verwendung dieses Material bei elektrophotographi-
chen Kopiergeräten durchgeführt worden, da im Unterschied zu der Verwendung von Arsen (As) als einem photoleitfähigen
Material die Möglichkeit einer Erzeugung von Verunreinigungen beim Herstellen von photoempfindlichen Teilen entfällt.
Um eine Schicht aus amorphem Silizium auf einem elektrisch leitenden Träger auszubilden, ist eine Kombination aus einer
Abscheidung aus der Gasphase und einer Entladung (das sogenannte PECVD-Verfahren^ beispielsweise das Glimmentladungsverfahren,
angewendet worden. Wenn jedoch das sogenannte PECVD-Verfahren angewendet wird, ist es äußerst
schwierig, eine Glimmentladung mit hoher Wiederholbarkeit und Stabilität zu schaffen. Aus diesem Grund ist man bei der*
Anwendung auf verschiedene Nachteile gestoßen, wie beispielsweise eine niedrige Reproduzierbarkeit bezüglich
der Eigenschaften einer sich ergebenden dünnen Schicht oder Auflage,die Notwendigkeit, das Substrat auf einer hohen
Temperatur zu halten, die von 200 bis 4000C reicht, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten, die Wahrscheinlichkeit,
daß Schäden an der Oberfläche des Substrats durch Plasma hervorgerufen werden, eine extrem
niedrige Wachstumsrate, und das Fehlen einer zufriedenstellenden Gleichförmigkeit in der sich ergebenden dünnen
Schicht oder Auflage, da die Schichtausbildung empfindlich bezüglich einer Elektronentemperatur-Verteilung,
einer Elektronen-Dichteverteilung, einer Gaskonzentrationsverteilung usw. von Plasma ist.
Die Nachteile der herkömmlichen Einrichtung sollen überwunden werden, und gemäß der Erfindung soll ein Verfahren
zum Herstellen eines photoempfindlichen Teils verbessert werden. Gemäß der Erfindung soll eine photochemische Reak-.
tion mit Hilfe von ultraviolettem Licht verwendet werden;
und es soll ein Verfahren zum Herstellen eines photoempfindlichen Teils geschaffen werden, mit welchem eine
ausgezeichnete Qualität bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur mit einer hohen Reproduzierbarkeit und Stabi-
lität erreicht werden kann.
Gemäß der Erfindung werden bei dem Verfahren zum Herstellen eines photoempfindlichen Teils folgende Schritte
durchgeführt: ein elektrisch leitender Träger wird in einer Reaktionskammer vorgesehen/ dann wird eine Reaktion bewirkendes
Gas, das vorbestimmte Bestandteile enthält, um eine photoleitfähige Schicht auf dem Träger auszubilden,
in die Reaktionskammer geleitet, und wird mit ultraviolettem Licht bestrahlt,um die vorbestimmten Bestandteile zu aktivieren,
während der Träger auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird, damit sich dann die vorbestimmten Bestand-
teile auf dem Träger abscheiden. In der bevorzugten Ausführungsform
ist Siliziumwasserstoff, insbesondere SiH.,in
dem reagierenden Gas enthalten, um so zumindest einen Teil der sich ergebenden photoleitfähigen Schicht durch
amorphes Silizium zu bilden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführung sformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen
im einzelnen erläutert. Es zeigen: 10
Fig. 1 eine schematische Darstellung der prinzipiellen Reaktion gemäß der Erfindung, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
In Fig. 1 ist die prinzipielle Reaktion dargestellt, um
gemäß der Erfindung eine Schicht aus amorphem Silizium zu erzeugen. Zuerst wird ein elektrisch leitender Träger
oder ein Substrat 1 in einer (in Fig. 1 nicht dargestellten) Reaktionskammer vorgesehen, welche eine Zuführung
mehrerer Gasarten zuläßt. Als Reaktionsgas wird dann ein Gas, das Siliziumwasserstoff, insbesondere SiH. enthält,
in die Nähe der Oberfläche des Substrats 1 eingeleitet, und gleichzeitig wird Quecksilber-(Hg-)Dampf hinzugefügt
um die photochemische Reaktion zu fördern. Dann wird das sich in der Nähe der Oberfläche des Substrats 1 befindende
Reaktionsgas mit ultraviolettem Licht mit einer Frequenz Ψ bestrahlt. Der Hg-Dampf wird dann photoangeregt, was
in der folgenden Gleichung (1) ausgedrückt ist.
Hg + hV ->
Hg* (1)
wobei Hg* photoangeregte Hg-Atome sind.
Das auf diese Weise photoangeregte Hg* und das SiH. in dem
Reaktionsgas reagieren miteinander, wie in den folgenden Ausdrücken (2) angezeigt ist, um aktivierte Siliziumwasserstoff-Moleküle
in der Nähe der Oberfläche des Substrats 1 zu erzeugen.
Hg* + SiH4 ->
-SiH3 + Ή +'Hg (2a)
Hg* + SiH4-^ 'SiH + "H + H2 + Hg (2b)
wobei "SiH-, 'SiH und "H aktivierte Moleküle oder Atome
von SiH3, SiH und H sind.
Das heißt, infolge einer Reaktion zwischen Hg* und SiH. werden aktivierte Moleküle oder Atome, wie "SiH-,"SiH und
"H in der Nähe der Oberfläche des Substrats 1 erzeugt.
Folglich setzen sich die aktivierten Moleküle, wie "SiH
und "SiH an der Oberfläche des Substrats 1 ab, wodurch eine Schicht aus amorphem Silizium an der Oberfläche des
Substrats 1 ausgebildet wird. Obwohl der Hg-Dampf als reaktionsforderndes Mittel verwendet wird, reagieren das
SiH.-Gas und ultraviolettes Licht photochemisch miteinander, um eine Schicht aus amorphem Silizium auf der Oberfläche
des Substrats 1 auszubilden.
In Fig. 2, in welcher ein Beispiel einer Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt
ist, ist ein zylindrisches Reaktionsrohr 2 aus Quarz in einer entsprechenden Stellung gehalten, wobei beide Endöffnungen
durch Endplatten 3a, 3b wie dargestellt, verschlossen sind. In dem Reaktionsrohr 2 ist ein zylindrischer Träger
4 aus Aluminium vorgesehen, welcher letztendlich einen elektrisch leitenden Träger eines sich ergebenden photoempfindlichen
Teils bildet, und welcher an einem Ende an einer Welle 5 angebracht ist, welche abgedichtet durch die
Endplatte 3b vorsteht und drehbar gehaltert ist. Das entfernte Ende der Welle 5 ist fest mit der Antriebswelle
eines Motors 6 verbunden. Wenn somit der Motor 6 angetrieben wird und sich dreht, dreht sich auch der zylin-
-7-
arische Träger 4 um seine Mittenachse, wie durch einen Pfeil
angezeigt ist. In dem Reaktionsrohr 2 ist auch ein Gaseinleitungsrohr 7 vorgesehen, welches über dem zylindrischen
Träger 4 und in einem Abstand von diesem angeordnet ist und welches im allgemeinen parallel zu dem zylindrischen Träger
4 verläuft.
Das Gaseinleitungsrohr 7 ist durch die Endplatte 3b gehalten, und ist über eine Rohrleitung 7a,mit einer Gruppe 9
von Gasquellen verbunden. Die Gasquellen 9a, 9b, 9c und 9d weisen Freon-(CF.-)Gas , Wasserstoff-(H2-)Gas, Stickstoff-(N0-)Gas
bzw. SiH.-Gas auf. Obwohl es im einzelnen nicht
£ ft
dargestellt ist, sind selbstverständlich Ventile und Strömungssteuereinrichtungen
vorgesehen, so daß ein gewünschtes Gas oder ein Gasgemisch dem Reaktionsrohr 2 mit einer
gewünschten Strömungsgeschwindigkeit zugeführt werden kann. Ferner ist Quecksilber 8 im Innern des Rohr 2 angeordnet,
das in einem entsprechenden Behälter aufbewahrt ist.
Eine weitere Rohrleitung 10 erstreckt sich dicht durch die andere Endplatte 3a und das andere Ende der Rohrleitung 10 ist
über eine Kühlfalle 11 fluiddynamisch mit einer Vakuumpumpe
12, wie beispielsweise einer Drehkolbenpumpe, verbunden.
Eine Induktionswicklung 19 ist auf dem Rohr 2 an der
Stelle angebracht und vorgesehen, die näher bei der Endplatte 3a liegt, und die Induktiör.swicklung 19 ist mit einem
Hochfrequenzoszillator 18 elektrisch verbunden.
An einer Stelle oberhalb und getrennt von dem Reaktionsrohr 2 ist eine Lichtquelle 13 angeordnet, von welcher aus
der zylindrische Träger 4 im Innern des Reaktionsrohrs 2 mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird. Die Lichtquelle
13 verläuft im allgemeinen parallel zu dem Reaktionsrohr 2; beispielsweise kann für diesen Zweck eine Niederdruck
Quecksilberlampe von 500Watt verwendet werden, welche
ultraviolettes Licht mit der Hauptwellenlänge von 253,7nm
abgibt, über der Lichtquelle 13 ist ein reflektierender
-δ-Spiegel 14 angeordnet, welcher das von der Lichtquelle
abgegebene Licht auf die Oberfläche des zylindrischen Trägers 4 richtet.
Unter dem Reaktionsrohr 2 ist ein Infrarotheizer 17 angeordnet. Ein Thermoelement 15 liegt mit einem Fühlende an
einer entsprechenden Stelle des zylindrischen Trägers 4 an. Das andere Ende des Thermoelements 15 ist mit einer Temperatur-Steuereinrichtung
16 verbunden, welche auch mit dem Heizer 17 verbunden ist. Entsprechend der mittels des Thermoelements
15 festgestellten Temperatur des Trägers 4 steuert somit die Temperatur-Steuereinrichtung 16 die Betriebsbedingung
des Infrarotheizers 17, um so die Temperatur des Trägers 4 auf einem bestimmten Pegel zu halten.
Wenn ein photoempfindliches Teil mit Hilfe einer Einrichtung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, hergestellt werden
soll, werden zuerst die Endplatten 3a und/oder 3b von dem Reaktionsrohr 2 abgenommen. Dann wird ein Behälter,
der eine (bestimmte) Menge Quecksilber 8 enthält, im Innern
des Rohrs 2 angeordnet. Nachdem der elektrisch leitende, zylindrische Träger 4 an der Tragwelle 5 angebracht und
das Thermoelement 15 an dem Träger 4 anliegend gehaltert ist, werden die abgenommene(n) Endplatte oder -platten
dicht an dem Rohr 2 angebracht. Dann wird das Innere des Reaktionsrohrs 2 durch die Vakuumpumpe 12 evakuiert, um
dadurch ein Vakuum von beispielsweise 10 Torr in dem Reaktionsrohr 2 auszubilden. Danach wird N„-Gas über die
Rohrleitung 7a und das Gaseinleitungsrohr 7 von der Gasquelle 9c aus in das Reaktionsrohr 2 geleitet, wodurch
das Reaktionsrohr 2 mit N_-Gas von beispielsweise 2 Torr gefüllt wird. Dann wird der zylindrische Träger 4 mittels
des Motors 6 angetrieben und in Drehung gesetzt, während die Temperatur des Trägers 4 annähernd auf 1700C gehalten
wird, indem er unter der Steuerung der Temperatursteuereinrichtung
16 durch den Infrarotheizer 17 entsprechend geheizt wird. Solange dann der zylindrische Träger 4 mit
ultraviolettem Licht mit einer Wellenlänge von beispielsweise 253,7 nm von der Lichtquelle 13 aus bestrahlt wird,
wird ein Gasgemisch aus SiH4- und N_-Gase bei einem Volumen-Mischungsverhältnis
von etwa 1 : 7,5 in das Reaktionsrohr geleitet, welche von den Gasquellen 9d und 9c aus
zugeführt worden sind. Das N3-GaS wird mit dem SiH.-Gas
als ein Verdünnungsgas vermischt.
Unter diesen Umständen sind dann in der Nähe des zylindrisehen
Trägers 4 Hg-Dampf,der bei Niederdruckbedingungen von der Quecksilberquelle 8 aus verdampft worden ist, und
SiH4-GaS vorhanden. Wenn dann die Gase mit dem ultravioletten
Licht bestrahlt werden, finden chemische Reaktionen statt, wie sie durch die Ausdrücke (1) und (2) dargestellt
sind, und folglich werden die aktivierten Si-Moleküle
(*SiH, ".SiH3, usw. ) auf die Umfangsflache des zylindrischen
Trägers 4 abgeschieden. Da während dieser Abscheidung sich der zylindrische Träger 4 ständig dreht, wird
eine Schicht aus amorphem Silizium gleichförmig auf der Umfangsflache des zylindrischen Trägers 4 ausgebildet.
Dann werden das Einleiten von Reaktions- und Verdünnungsgasen, das Bestrahlen mit ultraviolettem Licht und das
Infrarotheizen beendet. Nach dem Auseinanderbauen des Reaktionsrohrs 2 wird der leitende Träger 4, auf welchem
nunmehr eine Schicht aus amorphem Silizium ausgebildet ist, aus dem Reaktionsrohr 2 herausgenommen. Das Reaktionsrohr
2 wird dann wieder zusammengebaut, und es wird CF--Gas in die Reaktionskammer 4 eingeleitet, das von der
Gasquelle 9a aus zugeführt worden ist. Gleichzeitig wird der Hochfrequenzoszillator 18 in Betrieb genommen, um eine
Hochfrequenz-Entladung in dem CF4-GaS zu bewirken, so daß
das amorphe Silizium, das sich an der Innenfläche des Reaktionsrohrs 2 abgesetzt hat, einer Plasmaätzung unterzogen,
und auf diese Weise die Innenfläche des Reaktionsrohrs
2 gereinigt wird.
Wenn, wie oben beschrieben ein photoempfindliches Teil
- 10 -
gemäß der Erfindung hergestellt worden ist, kann ein photoempfindliches Teil erhalten werden, welches gleichförmige
Kenndaten und eine hohe Reproduzierbarkeit sowie eine hohe Stabilität aufweist. Um die Wirkungen der Erfindung
zu überprüfen, ist ein photoempfindliches Teil unter den
folgenden Bedingungen hergestellt worden.
Leitender Träger: Al-Trommel mit einem Außendurchmesser
von 80mm und einer Länge von 300 mm; Lichtquelle: Niederdruck-Quecksilberlampe mit 500'W und
einer Hauptwellenlänge von 253,7nm; Reaktionsgas: SiH.-Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von 20ml/m;
Verdünnungsgas: N„-Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von 150ml/m; Drehzahl des Trägers 4: 10U/min
Temperatur des Trägers 4: 17O0C; Gasdruck im Innern des Reaktionsrohrs 2: 2 Torr
Temperatur des Trägers 4: 17O0C; Gasdruck im Innern des Reaktionsrohrs 2: 2 Torr
Unter den vorstehend angeführten Voraussetzungen wird eine Schicht aus amorphem Silizium in einer Dicke von
15 Mikronausgebildet, und es wurde festgestellt, daß
die Qualität der auf diese Weise geschaffenen Schicht aus amorphem Silizium sich sehr als photoleitfähige Schicht
eines photoempfindlichen Teils eignet, das in der Elektrophotographie zu verwenden ist. Darüber hinaus ist das
vorstehend beschriebene Verfahren wiederholt durchgeführt worden, um eine Anzahl photoempfindlicher Teile herzustellen,
und es hat sich herausgestellt, daß die auf diese Weise hergestellten, photoempfindlichen Teile gleichförmige
Kenndaten aufweisen, was eine hohe Reproduzierbarkeit und Stabilität des erfindungsgemäßen Verfahrens anzeigt.
Da die photochemische Reaktion ihrer Art nach insgesamt sanft ist, besteht keine Gefahr, daß die Oberfläche
des Substrats oder Trägers angegriffen wird.
Wie vorstehend im einzelnen beschrieben, reagieren gemäß
- 11 -
-11-
der Erfindung das Reaktionsgas, das die Bestandteile enthält, um eine photoleitfähige Schicht auszubilden, durch
eine Bestrahlung mit ultraviolettem Licht photochemisch, und die auf diese Weise aktivierten Bestandteile werden
auf die Oberfläche eines photoleitfähigen Trägers abgeschieden, um dadurch ein photoempfindliches Teil zu schaffen.
Somit besteht keine Notwendigkeit, eine Hochfrequenz-Impedanzanpassung vorzunehmen, um das Plasma zu stabili-.
sieren und um Maßnahmen gegen eine Verschmutzung von Elek-
2Q troden zu ergreifen, wie es bei dem herkömmlichen chemischen
Plasma-Gasphasen-Abscheidungsverfahren (dem sogenannten CVD-Verfahren) erforderlich ist. Ferner sind keine
Feineinstellungen beim Zuführen von Gasen und beim Erzeugen von Plasma bei der Erfindung erforderlich, und zwar des-
^g wegen, da die Plasmaenergie-Dichteverteilung eine sehr
weite Verteilung hat, während die Energiedichte der aktivierten Moleküle, die durch die photochemische Reaktion
erzeugt worden sind, einen äußerst begrenzten Bereich hat, was wiederum zeigt, daß mit der Erfindung photo-
2Q empfindliche Teile mit gleichförmigen Kenndaten, einer
hohen Reproduzierbarkeit und einer hohen Stabilität ohne weiteres hergestellt werden können. Ferner kann bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren das Substrat oder der Träger auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur d.h. auf
2000C oder niedriger gehalten werden, und die Einrichtung
zum Herstellen von photoempfindlichen Teilen ist im Aufbau
ziemlich einfach,und folglich ist die Wahrscheinlichkeit, daß Störungen auftreten, auf ein Minimum herabgesetzt.
Im Rahmen der Erfindung sind jedoch auch noch verschiedene Abwandlungen möglich. Beispielsweise ist die Wellenlänge
des ultravioletten Lichts, das bei der Erfindung anwendbar ist, nicht auf die eine, beschriebene Wellen-
gg länge beschränkt, und außer SiH.-Gas kann auch anderes
Reaktionsgas verwendet werden. Folglich ist das erfindungsgemäße Verfahren auch beim Herstellen von photo-
- 12 -
1 empfindlichen Teilen mit photoleitfähigen Schichten anwendbar,
die aus anderen Materialien als amorphem Silizium gebildet sind. Auch kann eine Lichtquelle verwendet
werden, welche nicht nur ultraviolettes Licht, sondern
5 auch Infrarotlicht abgibt. Außerdem kann die Erfindung
auch mit dem chemischen Plasma-Gasabscheidungsverfahren, dem sogenannten Piasma-CVD-Verfahren, kombiniert werden.
• Ende der Beschreibung 10
Claims (10)
- BERG STAPF ,SCHWABE SANDMAIRMÄlJfHKTRCHtHSTRASSt^S BOT)» MUWCHiTN 80Anwaltsakte: 32 711Ricoh Company, Ltd
Tokyo /Japan ,Verfahren zum Herstellen eines photoempfindlichenTeilsPatentansprücheT- Verfahren zum Herstellen eines photoempfindlichen Teils, das einen elektrisch leitenden Träger und eine auf dem Träger ausgebildete, photoleitfähige Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Träger (4) in einer Reaktionskammer (2) angeordnet wird;
ein Reaktionsgas, das vorbestimmte Bestandteile zum Ausbilden der photoleitfähigen Schicht auf dem Träger (4) enthält, in die Reaktionskammer (2) eingeleitet wird,und das.. Reaktionsgas mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird,um die vorbestimmten Bestandteile zu aktivieren, während der Träger (4) auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird, damit sich die vorbestimmten Bestandteile auf dem Träger (4 ) abscheiden. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitfähige Schicht zumindest teilweise amorphes Silizium aufweist.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichn et, daß das Reaktionsgas als einen Bestandteil Siliziumwasserstoff enthält./ VII/XX7Ktz " - 2 -a· (089) 9882 72-74 Telex. 5 24 560 BERG d Bankkonten: Bayer Vereinsbank Munchen 453100 (BLZ 70020270)Telegramme (cable] Telekopieret: (089) 983049 Hypo-Bank Munchen 4410122850 (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Träger (4) eine zylindrische Form hat, und daß die photoleitfähige Schicht auf der Umfangsfläche des zylindrischen Trägers(4) ausgebildet wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (2) evakuiert wird, bevor das Reaktionsgas eingeleitet wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskairaner (2) im Anschluß an das Evakuieren, aber vor dem Einleiten des Reaktionsgases mit N3-GaS gefüllt wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ultraviolette Licht eine Wellenlänge von 253,7nm hat.
- 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas SiH.-Gas und N„ Gas enthält, wobei das Volumen-Mischungsverhältnis annähernd 1 : 7,5 ist.
- 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Quecksilber im Innern der Reaktionskammer (2) untergebracht wird.
- 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η ngO zeichnet, daß der Träger (4), auf welchem die photoleitfähige Schicht abgeschieden'ist, aus der Reaktionskammer (2) herausgenommen wird, und daß CF.-Gas in die Reaktionskammer eingeleitet- wird und gleichzeitig das CF.-Gas im Innern der Reaktionskammer ionisiert wird, gg um die Innenwandung der Reaktionskammer (4) durch Plasmaätzen zu reinigen.
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