DE3311463C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial von
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
In letzter Zeit wurden vermehrt amorphes Silicium (im folgenden
kurz als a-Si bezeichnet), amorphes Germanium (im
folgenden als a-Ge bezeichnet) und amorphes Silicium-Germanium
(im folgenden als a-Si:Ge bezeichnet), die durch
Glimmentladungszersetzung oder Zerstäubung
erhalten werden können, für elektrophotographische
photoempfindliche Elemente verwendet. Dies beruht darauf,
daß a-Si, a-Ge und a-Si:Ge bei weitem konventionellen photoempfindlichen
Elementen aus Selen oder CdS überlegen sind,
unter anderem wegen der nicht auftretenden Umweltverschmutzung,
der Widerstandsfähigkeit gegen Hitze und Abnutzung.
Insbesondere im Falle von a-Si:Ge ist der Bänderabstand
von Ge kleiner als der von a-Si, so daß man bei
Hinzufügung einer geeigneten Menge von Ge zu a-Si erwarten kann,
daß die Wirkung auftritt, daß der photoempfindliche Bereich
bis zu längeren Wellenlängen erstreckt wird. Ist eine solche
Erstreckung möglich, so wäre die Anwendung von a-Si:Ge für
Halbleiter-Laserstrahldrucker möglich, die jetzt schnell entwickelt
werden. In diesem Zusammenhang sollte bemerkt werden,
daß bei Benutzung der photoleitenden a-Si:Ge-Schicht in Form
eines Aufbaus mit nur einer Schicht wie oben die Erhöhung des
Ge-Anteils relativ zu a-Si dem photoempfindlichen Bereich
bis zu einer längeren Wellenlänge erweitert. Dabei wird jedoch
in unvorteilhafter Weise die gesamte Photoempfindlichkeit
(einschließlich derjenigen im Bereich sichtbaren Lichts) verringert.
Anders gesagt ist Ge zwar wirksam, die Empfindlichkeit
auf der Seite längerer Wellenlängen zu erhöhen, verschlechtert
aber gleichzeitig in entgegengesetzter Weise die ausgezeichnete
Photoempfindlichkeit im Bereich sichtbaren Lichtes,
die a-Si normalerweise hat. Daher ist der Gehalt an Ge ziemlich
begrenzt. Demgemäß können photoempfindliche Elemente
mit gewünschten Photoempfindlichkeitscharakteristiken nicht
erhalten werden. Außerdem hat Ge nicht nur eine hohe Lichtabsorption
im Vergleich mit a-Si, sondern auch eine kleine
Beweglichkeit der Ladungsträger, die durch die Lichtabsorption
erzeugt werden. Dies bedeutet, daß im Falle eines Aufbaus mit
nur einer einzigen Schicht viele der Ladungsträger innerhalb
der photoleitenden Schicht gefangen werden, wodurch das
Restpotential erhöht und die Photoempfindlichkeit in unvorteilhafter
Weise verringert wird.
Aus der EP-00 45 204 A2 ist ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial
der eingangs genannten Art bekannt, bei
dem eine wahlweise aus amorphem Silizium oder amorphem
Silizium-Germanium bestehende und mit Wasserstoff dotierte
photoleitende Schicht von 2 bis 70 µm, vorzugsweise 20 bis 40 µm,
Dicke vorgesehen ist. Für die unterste und oberste Grenzschicht
der photoleitfähigen Schicht werden dabei bestimmte
Intensitätsverhältnisse der bei verschiedenen Wellenlängen
im Infrarotbereich auftretenden Absorptionspeaks vorgeschrieben.
Oberhalb und unterhalb der photoleitfähigen Schicht können
Sperrschichten gegen Ladungsträgerinjektion angeordnet sein,
die aus Oxiden, Sulfiden, Seleniden oder organischen Verbindungen
bestehen können. Über die Photoempfindlichkeit des
Aufzeichnungsmaterials im gesamten sichtbaren und infraroten
Spektrum ist nichts ausgesagt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrophotographisches
Aufzeichnungsmaterial der genannten Art anzugeben,
das sich durch hohe Empfindlichkeit und gute Bildqualität sowohl
im Bereich des sichtbaren Lichts als auch im Bereich des nahen
Infrarots auszeichnet und insbesondere für die Verwendung in
einem Laserstrahldrucker geeignet ist.
Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche
geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Lösung an.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand
von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 den Schichtaufbau des elektrophotographischen
Aufzeichnungsmaterials gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 die Lichtdurchlässigkeitskurven für die photoleitenden
amorphen Silicium- und amorphen Silicium-Germanium-Schichten;
Fig. 3 den Schichtaufbau des elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials
gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 und 5 einen Glimmentladungszersetzungsapparat zum
Herstellen des erfindungsgemäßen elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials
und
Fig. 6 und 7 die spektrale Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen
elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials gezeigt. Darin bezeichnet
1 einen elektrisch leitenden Schichtträger und 2 und
3 eine photoleitende a-Si:Ge-Schicht bzw. eine photoleitende
amorphe Siliciumschicht.
Die photoleitende a-Si:Ge-Schicht 2, die auf dem Schichtträger 1
gebildet werden soll, wird in eine Dicke von ungefähr 0,1-3
Mikron durch Glimmentladungszersetzung oder -zerstäubung
z. B. hergestellt und enthält wenigstens 10-40
Atom% Wasserstoff. Dies beruht darauf, daß SiH₄ und GeH₄
oder ähnliches als Ausgangsmaterialien bei dem Verfahren
der Glimmentladungszersetzung verwendet werden und es
zweckmäßig ist, Wasserstoff als Trägergas für SiH4 und GeH4
zu verwenden. Der Dunkelwiderstand der photoleitenden a-Si:Ge-Schicht 2,
die nur Wasserstoff alleine enthält, ist weniger
als 10¹⁰ Ω · cm, aber bewirkt keine irgendwelchen Unannehmlichkeiten,
da die weiter unten beschriebene photoleitende a-Si-Schicht
3 als eine ladungszurückhaltende Schicht wirkt.
Falls dies notwendig ist, kann jedoch eine geeignete Menge
eines Elements der Gruppe IIIA des Periodensystems,
vorzugsweise Bor, und darüber hinaus eine Spurenmenge von
Sauerstoff mit eingebaut werden, so daß der Dunkelwiderstand
oder die Empfindlichkeit erhöht wird. Vorzugsweise ist der
Gehalt an Elementen der Gruppe IIIA ungefähr 10 - 20 000
ppm und der Sauerstoffgehalt
10-3 - 5 × 10-2 Atom%. Durch Sauerstoff wird
der Dunkelwiderstand beträchtlich erhöht, jedoch dagegen
die Photoempfindlichkeit verringert. Überschreitert der
Sauerstoffgehalt 5 × 10-2 Atom%, so werden die a-Si:Ge eigenen
Photoempfindlichkeitscharakteristiken verschlechtert.
Ein Element der Gruppe IIIA alleine kann den Dunkelwiderstand
in einem gewissen Maße erhöhen und ergibt das
höchste Maß an Empfindlichkeit.
Da der Bänderabstand von Ge im Vergleich mit
a-Si klein ist, wird durch diese photoleitende a-Si:Ge-Schicht 2
eine ausgezeichnete Photoempfindlichkeit im Bereich des
nahen Infrarot erhalten, insbesondere im Bereich längerer
Wellenlängen von 700-900 nm. Ge verbessert also so die
Photoempfindlichkeit im Bereich längerer Wellenlängen, die
für a-Si alleine gering ist, und ermöglicht die Anwendung
des elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials in Halbleiter-Laserstrahldruckern,
die als Belichtungsquelle eine Lichtquelle verwenden,
die Licht einer Wellenlänge von ungefähr 800 nm
emittiert. Um die Empfindlichkeit im Bereich längerer
Wellenlängen zu erhöhen, kann Ge in a-Si:Ge in einem
Molarverhältnis von maximal 1 : 1, minimal 19 : 1 enthalten
sein. Wird die photoleitende Schicht als a-Si x Ge₁-x bezeichnet,
dann hat x Werte von 0,5-0,95. Das Molarverhältnis sollte
mindestens 19 : 1 sein, da man bei einem geringeren Gehalt
an Ge nicht erwarten kann, daß die Empfindlichkeit im
Bereich längerer Wellenlängen erhöht wird. Beträgt der
Gehalt an Ge mehr als 1 : 1, so wird statt dessen die Empfindlichkeit
verringert. Dies beruht vermutlich darauf, daß
der Bänderabstand von Ge im Vergleich mit a-Si ziemlich
klein ist, daß durch den Einbau von großen Mengen von Ge
an der Grenzfläche mit der photoleitenden a-Si-Schicht 3
Ladungsträger gefangen werden, die in der photoleitenden
a-Si:Ge-Schicht 2 erzeugt sind.
Die Dicke der photoleitenden a-Si:Ge-Schicht 2 sollte
wenigstens 0,1 µm betragen, da bei geringeren Dicken
die Lichtabsorption unzureichend ist und die Empfindlichkeit
nicht erreicht werden kann. Die obere Grenze von
ungefähr 3 µm wird der Dicke der Schicht aus dem Grunde
gesetzt, daß das Ladungsfesthalten des elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials
durch die photoleitende a-Si-Schicht sichergestellt
wird und daß darüber hinaus wie weiter oben erwähnt
der Bänderabstand von Ge klein ist, und auch
die Ladungsträgerbeweglichkeit klein ist.
Die photoleitende a-Si-Schicht 3 wird ähnlich auf der
photoleitenden a-Si:Ge-Schicht 2 in einer Dicke von
ungefähr 5-30 µm, vorzugsweise 10-20 µm, z. B. durch
Glimmentladungszersetzung oder Zerstäubung
ausgebildet. Diese photoleitende a-Si-Schicht 3 wird vorzugsweise
als bildformende Schicht benutzt, d. h. es soll
ein Bild auf ihr in Hinblick auf die äußerst geringe Umweltverschmutzung,
die Widerstandsfähigkeit gegen Hitze
und die Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb gebildet werden.
Zusätzlich dazu soll die Schicht 3 als photoleitende Schicht
wirken, die die Photoempfindlichkeit im Bereich sichtbaren
Lichts sicherstellt. Außerdem soll sie als ladungszurückhaltende
Schicht arbeiten. Um beide diese Funktionen zu
erreichen, enthält die photoleitende a-Si-Schicht 3 der
obigen Dicke ungefähr 10-40 Atom% Wasserstoff, ungefähr
10-5-10-2 Atom% Sauerstoff und ungefähr 10-20 000 ppm
eines Elements der Gruppe IIIA des Periodensystems
(vorzugsweise Bor).
Bei einer derartigen photoleitfähigen a-Si-Schicht beträgt der Dunkelwiderstand
weniger als 10¹⁰ Ω · cm mit
Wasserstoff alleine. Demgemäß kann sie nicht als Ladungen
zurückhaltende Schicht verwendet werden, was einen Dunkelwiderstand
von 10¹³ Ω · cm oder mehr erfordert. Der Einschluß
der obigen Menge von Sauerstoff und der Verunreinigung
zusätzlich zum Wasserstoff bewirkt jedoch einen Dunkelwiderstand
von mehr als 10¹³ Ω · cm, wodurch es ermöglicht
wird, daß die Schicht als eine Ladungen zurückhaltende
Schicht arbeiten kann. Der Gehalt an Sauerstoff sollte
weniger als 0.05 Atom% sein, um eine gute Photoempfindlichkeit
zu erhalten, jedoch mehr als 10-5 Atom% zusammen
mit 10 ppm oder mehr einer Verunreinigung durch ein Element der Gruppe IIIA,
um den Dunkelwiderstand von mehr als 10¹³ Ω · cm zu erreichen.
Die Verunreinigung sollte nicht zu mehr als 20 000 ppm enthalten
sein, da der Einschluß einer größeren Menge zu einem
plötzlichen Abfall des Dunkelwiderstandes führen wird.
Obwohl die Photoempfindlichkeit mit anwachsender Sauerstoffmenge
abnimmt, wird die hohe Photoempfindlichkeit
erreicht, solange die Sauerstoffmenge klein ist und
höchstens 0.05 Atom% beträgt. Insbesondere ist die Photoempfindlichkeit
im Bereich von Wellenlängen von
400-700 nm sehr viel höher als Se oder PVK-TNF (Molarverhältnis
von 1 : 1).
Der Grund, warum der Dunkelwiderstand von a-Si durch den
Einbau von Sauerstoff oder Stickstoff beträchtlich erhöht
wird, ist noch nicht völlig geklärt, beruht jedoch vermutlich
darauf, daß durch einen solchen Einbau freie Bindungen
wirksam beseitigt werden. Da SiH₄, Si₂H₆ oder
ähnliches als Ausgangsmaterial für die Herstellung von a-Si,
da Wasserstoff als Trägergas beim Verfahren der Glimmentladungszersetzung
verwendet wird und darüber hinaus bei Verwendung
von Bor B₂H₆ benutzt wird, enthält a-Si im allgemeinen
Wasserstoff in der Größenordnung von 10-40 Atom%.
Mit Wasserstoff allein können freie Bindungen allerdings
nur in einem nichtzufriedenstellenden Ausmaß beseitigt
werden, und der Dunkelwiderstand erhöht sich nur wenig.
Im Gegensatz dazu werden durch den Einbau von Sauerstoff
oder Stickstoff fast alle freien Bindungen beseitigt, und
der Dunkelwiderstand wird auf 10¹³ Ω · cm und mehr erhöht.
Da a-Si von sich aus einen breiten Bänderabstand
und eine große Ladungsträgerbeweglichkeit hat, wirkt die
Schicht als eine Ladungstransportschicht in wirksamer
Weise. Der Sauerstoff kann durch eine äquivalente Menge
von Stickstoff oder Kohlenstoff ersetzt werden. Soweit
ein Dunkelwiderstand der Größenordnung von 10¹³ Ω · cm
in der photoleitenden a-Si-Schicht 3 erreicht wird, kann
jeder Zusatzstoff verwendet werden.
Wie beschrieben sollte die photoleitende a-Si-Schicht 3
eine Dicke von 5-30 µm, vorzugsweise 10-20 µm
haben, da dieser Dickenbereich notwendig ist, damit die
Schicht als ladungszurückhaltende Schicht wirken kann.
Der Grund, warum die photoleitende a-Si-Schicht eine Dicke von
weniger als 30 µm, vorzugsweise 20 µm haben sollte,
liegt darin, daß eine ausreichende Lichtabsorption durch
die photoleitende a-Si:Ge-Schicht 2 ermöglicht wird, die
darunter ausgebildet ist. Um dies im Detail zu erklären,
zeigt Fig. 2 für eine photoleitende a-Si-Schicht
(Wasserstoffgehalt ungefähr 25 Atom%, Sauerstoffgehalt ungefähr
0,01 Atom%, Borgehalt 40 ppm) und eine photoleitende
a-Si0,75 Ge0,25 Schicht (Wasserstoffgehalt ungefähr 25 Atom%
Sauerstoffgehalt ungefähr 0,01 Atom%, Borgehalt 40 ppm)
die Lichtdurchlässigkeit pro µm jeder Schicht
(% / µm) als Funktion der Wellenlänge, die von 400-1000 nm
variiert. Wie aus der Figur ersichtlich ist, zeigt die Kurve
A für die photoleitende a-Si-Schicht niedrige Lichtdurchlässigkeit
bei Wellenlängen von nicht mehr als 700 nm,
insbesondere in der Nähe von 600 nm, aber Durchlässigkeitswerte
von bis zu 90% oder mehr bei Licht mit Wellenlängen
von mehr als 700 nm. Anders gesagt absorbiert die photoleitende
a-Si-Schicht 3 einen großen Teil des Lichtes
im Bereich sichtbaren Lichtes, auf den die Schicht selbst
sehr empfindlich ist, während sie einen großen Teil Licht
im Bereich längerer Wellenlängen durchläßt, auf den sie
weniger empfindlich ist. Demgemäß erreicht ein großer Teil
des Lichtes von 700 nm und längeren Wellenlängen die
darunter liegende a-Si:Ge-Schicht 2, die für Licht von
700 nm und längeren Wellenlängen sehr empfindlich ist.
Andererseits hat, wie dies durch die Kurve B gezeigt ist,
die a-Si:Ge-Schicht 2 im Vergleich mit a-Si eine niedrige
Lichtdurchlässigkeit oder hohe Lichtabsorption auf der
Seite längerer Wellenlängen. Dadurch wird die hohe
Photoempfindlichkeit in diesem Bereich sichergestellt.
Hinsichtlich der Lichtdurchlässigkeit kann die Photoempfindlichkeit
aufgrund unzureichender Absorption des
Lichtes langer Wellenlängen nicht durch die photoleitende
a-Si:Ge-Schicht 2 erreicht werden, wenn die Dicke der
photoleitenden a-Si-Schicht 3 mehr als 30 µm beträgt.
Aus diesem Grunde sollte die photoleitende a-Si-Schicht
eine Dicke von weniger als 30 µm, vorzugsweise weniger
als 20 µm haben, damit die hohe Photoempfindlichkeit
erreicht wird.
Das oben beschriebene Aufzeichnungsmaterial kann
außerdem noch eine a-Si-Schutzschicht auf der photoleitenden
a-Si-Schicht 3 aufweisen. Eine solche Schutzschicht
enthält Sauerstoff oder Kohlenstoff bis zu 50 Atom% und ist
nicht photoleitend mit einer Dicke von ungefähr 0,1-3 µm.
Durch die Bildung dieser Schicht wird auf sichere Weise ein
höheres anfängliches Oberflächenpotential erreicht. Außerdem
kann eine gleichrichtende Schicht oder Grenzschicht zwischen
dem Schichtträger 1 und der photoleitenden a-Si:Ge-Schicht 2
vorgesehen sein.
In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials gezeigt. Darin
bezeichnet 4 eine a-Si-Halbleiterschicht, die auf einer elektrisch
leitenden Schicht 1 ausgebildet ist, und 5 eine
photoleitende a-Si:Ge-Schicht, die auf der a-Si-Halbleiterschicht 4
ausgebildet ist.
Die a-Si-Halbleiterschicht 4 ist auf dem Schichtträger 1 in
einer Dicke von ungefähr 5-100 µm, vorzugsweise
10-60 µm z. B. durch Glimmentladungszersetzung oder
Zerstäubung hergestellt. Diese a-Si-Halbleiterschicht
4 wirkt in erster Linie als eine Ladung zurückhaltende
Schicht, wirkt jedoch auch als photoleitende Schicht,
durch die die Photoempfindlichkeit im Bereich sichtbaren
Lichtes in einem gewissen Ausmaß bewirkt wird, wenn die
Dicke der weiter unten beschriebenen photoleitenden a-Si:Ge-
Schicht 5 weniger als 1 µm, insbesondere weniger als
0,5 µm ist. Wenn die a-Si-Halbleiterschicht 4 auch die
Funktion einer photoleitenden Schicht ausübt, enthält sie
ähnlich wie die photoleitende a-Si-Schicht, die oben beschrieben
wurde, ungefähr 10-40 Atom% Wasserstoff, ungefähr
10-5-5 × 10-2 Atom% Sauerstoff und ungefähr 10-20 000 ppm
einer Verunreinigung der Gruppe IIIA des Periodensystems.
Natürlich kann Sauerstoff durch eine äquivalente Menge von
Stickstoff oder Kohlenstoff ersetzt werden.
Wenn die a-Si-Halbleiterschicht 4 nur als Ladungen
zurückhaltende Schicht wirken soll, kann eine weitere Menge von
Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoff eingebaut werden.
Die photoleitende a-Si:Ge-Schicht 5 wird auf der a-Si-Halbleiterschicht
4 in einer Dicke von ungefähr 0.1-2 µm
durch Glimmentladungszersetzung oder Zerstäubung
hergestellt und enthält wenigstens 10-40% Wasserstoff und
10-20 000 ppm einer Verunreinigung der Gruppe IIIA des
Periodensystems und vorzugsweise auch eine Spurenmenge von
Sauerstoff. Die Hinzufügung der Verunreinigung der Gruppe
IIIA und auch vorzugsweise von Sauerstoff zusätzlich zu
Wasserstoff hat den Zweck, den Dunkelwiderstand der Schicht
zu verbessern. Anders gesagt ist der Dunkelwiderstand der
photoleitenden a-Si:Ge-Schicht 5 nur mit Wasserstoff zu
niedrig, so daß bewirkt wird, daß Oberflächenladungen in
Querrichtung fließen, was zu Bildstörungen führen wird.
Die Hinzufügung der oben erwähnten Menge der Verunreinigung
der Gruppe IIIA, vorzugsweise von Bor, verbessert den
Dunkelwiderstand in einem gewissen Ausmaß; dadurch wird
dieser Nachteil beseitigt.
Einbau von Sauerstoff in der Menge von 10-3 - 5 × 10-2
Atom% zusätzlich zu Waserstoff und Bor vergrößert
beträchtlich den Dunkelwiderstand der photoleitenden a-Si:Ge-
Schicht 5 und verhindert wirksam das Fließen von Ladung in
Querrichtung als auch Erhöhung des Ladepotentials. Der
Sauerstoffgehalt sollte weniger als 5 × 10-2 Atom% betragen,
da ein darüber hinaus gehender Gehalt die Photoempfindlichkeit
verschlechtert. Der Sauerstoffgehalt sollte andererseits
größer als 10-3 Atom% sein, um die Verbesserung des
Dunkelwiderstandes zu erhalten.
Diese photoleitende a-Si:Ge-Schicht 5, ähnlich wie die
photoleitende a-Si:Ge-Schicht 2 der ersten Ausführungsform,
bewirkt gute Photoempfindlichkeit im Bereich des nahen
Infrarots, insbesondere im Bereich längerer Wellenlängen von
700-900 nm. Das Molarverhältnis a-Si : a-Ge sollte aus
im wesentlichen den gleichen Gründen ebenfalls 1 : 1 - 19 : 1
sein. Ist insbesondere der Ge-Gehalt mehr als 1 : 1, wird
die Empfindlichkeit aufgrund des Einfangs von Ladungsträgern,
die in der photoleitenden a-Si:Ge-Schicht 5 erzeugt sind,
in der Grenzfläche mit der a-Si-Halbleiterschicht 4 verringert.
Wird darüber hinaus die photoleitende a-Si:Ge-Schicht 5
dazu verwendet, die Photoempfindlichkeit vom Bereich sichtbaren
Lichts bis zum Bereich des nahen Infrarots sicherzustellen,
wird durch die Erhöhung des Ge-Gehalts die gesamte
Photoempfindlichkeit verringert; daher ist es erforderlich,
das maximale Molarverhältnis auf 1 : 1 zu begrenzen.
Die Dicke der photoleitenden a-Si:Ge-Schicht 5 beträgt
ungefähr 0,1-2 µm, wie dies oben beschrieben wurde.
Die Schichtdicke sollte jedoch weniger als 1 µm,
vorzugsweise ungefähr 0,1-0,5 µm seien, wenn die a-Si-
Halbleiterschicht 4 auch als photoleitende Schicht
verwendet wird, durch die die Photoempfindlichkeit im Bereich
sichtbaren Lichtes in einem gewissen Ausmaß bewirkt wird.
Dies soll im Detail unter Bezugnahme auf Kurve B in Fig. 2
erklärt werden, die für eine photoleitende a-Si0,75
Ge0.25 -Schicht (Wasserstoffgehalt ungefähr 25 Atom%,
Sauerstoffgehalt ungefähr 0,01 Atom%, Borgehalt 40 ppm)
die Lichtdurchlässigkeit pro µm Dicke (%/µm) als
Funktion der Wellenlänge, die von 400-1000 nm variiert,
zeigt. Wie man sieht, absorbiert die photoleitende a-Si:Ge-
Schicht völlig das Licht kurzer Wellenlängen bis zu
ungefähr 600 nm pro µm der Dicke. Dies bedeutet, daß wenn
die Dicke der photoleitenden a-Si:Ge-Schicht mehr als 1 µm
beträgt, kein Licht kurzer Wellenlänge von weniger
als 600 nm die a-Si-Halbleiterschicht 4 erreichen wird,
was zeigt, daß die Photoempfindlichkeit unterhalb dieser
Wellenlänge durch die photoleitende a-Si:Ge-Schicht 5
alleine bewirkt wird. Die Lichtdurchlässigkeit wächst bei
ungefähr 600 nm an und beträgt ungefähr 40% bei 700 nm,
ungefähr 60% bei 800 nm und ungefähr 70% bei 900 nm.
Demgemäß hat die photoleitende a-Si:Ge-Schicht 5 eine hohe
Lichtabsorption bei kurzen Wellenlängen und eine niedrige
Lichtabsorption bei längerer Wellenlängen. Die Lichtabsorption
ist jedoch in den Bereichen längeren Wellenlängen ausreichend,
wodurch erreicht wird, daß sich die Photoempfindlichkeit
vom Bereich sichtbaren Lichts zum Bereich des nahen Infrarots
erstreckt. Da die oben diskutierte Lichtdurchlässigkeit
für 1 µm Dicke gilt, wird die photoleitende a-Si:Ge-Schicht,
wenn sie mit einer Dicke von weniger als 1 µm ausgebildet
ist, das kurzwellige Licht von 600 nm oder weniger
durchlassen, wodurch die a-Si-Halbleiterschicht die Rolle
erhält, die Photoempfindlichkeit im Bereich sichtbaren
Lichts sicherzustellen. Dieser Effekt wird besonders
deutlich, wenn die Dicke weniger als 0,5 µm beträgt.
Andererseits beträgt die Dicke der photoleitenden a-Si:Ge-
Schicht 5 ungefähr 0,1-2 µm, weil die Dicke von
weniger als 0,1 µm nicht die Photoempfindlichkeit im
Bereich längerer Wellenlängen sicherstellen kann, und zwar
aufgrund unzureichender Lichtabsorption, während eine Dicke
von mehr als 2 µm die Photoempfindlichkeit aufgrund von
Ladungseinfang in der Grenzfläche mit der a-Si-Halbleiterschicht
verringert.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform kann eine
Schutzschicht auf der photoleitenden a-Si:Ge-Schicht 5
ausgebildet sein. Ebenso kann eine gleichrichtende oder Grenzschicht
zwischen dem Schichtträger 1 und der a-Si-Halbleiterschicht 4
angeordnet sein.
Im folgenden soll eine Gerät für Glimmentladungszersetzung vom
Typ mit induktiver Kopplung für die Herstellung des erfindungsgemäßen
elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials beschrieben werden.
In Fig. 4 sind erste, zweite, dritte und vierte Tanks
6, 7, 8 bzw. 9 dargestellt, die SiH₄, B₂H₆, GeH₄ bzw. O₂-Gas
enthalten, und zwar im leckfreien Zustand. Für die Gase
SiH₄, B₂H₆ und GeH₄ ist Wasserstoff Trägergas. Argon oder
Helium können auch anstelle von Wasserstoff verwendet
werden. Die genannten Gase werden abgelassen, indem die
entsprechenden ersten, zweiten, dritten und vierten Regulierventile
10, 11, 12 bzw. 13 unter den Strömungsgeschwindigkeiten
geöffnet werden, die durch entsprechende Massenflußsteuerer
14, 15, 16 und 17 gesteuert werden. Die Gase aus
den ersten und zweiten Tanks 6 und 7 werden zu einer
ersten Hauptleitung 18, das GeH₄-Gas vom dritten Tank 8
wird zu einer zweiten Hauptleitung 19 und das O₂-Gas aus
dem vierten Tank wird zu einer dritten Hauptleitung 20
geleitet. Die Bezugsziffern 21, 22, 23 und 24 bezeichnen
Flußmesser, und die Bezugsziffern 25, 26 und 27 bezeichnen
Absperr- bzw. Rückschlagventile. Die Gase, die durch die
ersten, zweiten und dritten Hauptleitungen 18, 19 und 20
fließen, werden in einen röhrenförmigen Reaktor 28 geleitet,
auf den eine Resonanzoszillationsspule 29 gewickelt ist.
Die Hochfrequenzleistung der Spule selbst beträgt vorzugsweise
ungefähr 0,1-3 kW; die Frequenz derselben beträgt
zweckmäßigerweise 1-50 MHz. Innerhalb des röhrenförmigen
Reaktors 28 ist ein Drehtisch 31 angeordnet, der mit Hilfe
eines Motors 32 gedreht werden kann. Auf dem Drehtisch 31
ist ein Schichtträger 30 aus Aluminium, nichtrostendem Stahl,
NESA Glas oder ähnliches angeordnet, auf dem eine photoleitende
a-Si:Ge-Schicht 2 oder eine a-Si-Halbleiterschicht 4
angebracht werden soll. Der Schichtträger 30 wird durch geeignete
Heizeinrichtungen gleichförmig auf eine Temperatur von
ungefähr 100°-400° C, vorzugsweise ungefähr 150°-300° C
vorgeheizt. Da ein hochgradiges Vakuum (Abgabedruck: 0,5-2 Torr)
innerhalb des röhrenförmigen Reaktors 28 bei der
Bildung der Schicht erforderlich ist, ist der Reaktor mit
einer mechanischen Pumpe 33 und einer Diffusionspumpe 34
verbunden.
Um zuerst eine photoleitende a-Si:Ge-Schicht 2 der
Fig. 1 auf dem Schichtträger unter Benutzung des eben beschriebenen
Geräts zur Glimmentladungszersetzung zu bilden,
werden die ersten und dritten Regulierventile 10 und 12
geöffnet, so daß sie SiH₄- und GeH₄-Gas aus den ersten
und dritten Tanks 6 und 8 abgeben. Wenn Bor zugesetzt
werden soll, wird auch das zweite Regulierventil 11 geöffnet,
so daß B₂H₆-Gas vom zweiten Tank 7 abgelassen wird.
Soll außerdem Sauerstoff eingebaut werden, so wird das
vierte Regulierventil 13 geöffnet, daß es O₂-Gas abgibt.
Die abgegebenen Gasmengen werden durch Massenflußsteuerer
14, 15, 16 und 17 gesteuert, und das SiH₄-Gas oder eine
Mischung von SiH₄-Gas und B₂H₆-Gas wird durch die erste
Hauptleitung 18 in den röhrenförmigen Reaktor 28 eingeführt.
Gleichzeitig wird GeH₄-Gas durch die zweite Hauptleitung 19
und auch Sauerstoffgas in einem vorbestimmten Molarverhältnis
zu SiH₄ durch die dritte Hauptleitung 20 in den Reaktor 28
eingeführt. Soll das in Fig. 3 dargestellte Aufzeichnungsmaterial
hergestellt werden, so werden SiH₄-, B₂H₆- und
O₂-Gas durch die Leitungen 18, 19 und 20 in den Reaktor 28
eingeführt. Ein Vakuum von ungefähr 0,5-2,0 Torr wird
im röhrenförmigen Reaktor 28 aufrechterhalten. Der Schichtträger
wird auf einer Temperatur von 100-400° C gehalten. Die
Hochfrequenzleistung der Resonanzoscillationsspule 29
wird auf 0,1-3 kW mit einer Frequenz von 1-50 MHz
eingestellt. Unter obigen Bedingungen findet eine Glimmentladung
statt, durch die die Gase zersetzt werden, wobei die
photoleitende a-Si:Ge-Schicht 2, die Wasserstoff und falls
gewünscht Sauerstoff und/oder Bor enthält, oder eine
a-Si-Halbleiterschicht 4, die Wasserstoff, Bor und Sauerstoff
enthält, auf dem Schichtträger 30 mit einer Geschwindigkeit
von ungefähr 0,5-5 Mikron pro 60 min. gebildet wird.
Ist die vorbestimmte Dicke der photoleitenden a-Si:Ge-Schicht 2
oder der a-Si-Halbleiterschicht 4 erreicht, wird die
Glimmentladung einmal unterbrochen. Dann werden SiH₄-, B₂H₆- und
O₂-Gas von den ersten, zweiten und vierten Tanks 6, 7 und 9
oder darüber hinaus GeH₄-Gas vom dritten Tank abgegeben.
Damit wird auf dieselbe Weise eine photoleitende a-Si-Schicht 3
bzw. eine photoleitende a-Si:Ge-Schicht 5 auf der photoleitenden
a-Si:Ge-Schicht 2 bzw. der a-Si-Halbleiterschicht 4
hergestellt. Das erfindungsgemäße Aufzeichnungsmaterial
kann auch unter Benutzung eines Gerätes zur Glimmentladungszersetzung
vom Typ mit kapazitiver Kopplung hergestellt
werden, das in Fig. 5 gezeigt ist. Dieselben Bestandteile wie
bei Fig. 4 sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, so
daß diese nicht erneut beschrieben werden müssen. In Fig. 5
bezeichnen die Bezugszeichen 50 bzw. 51 einen fünften und
sechsten Tank, die Wasserstoff enthalten, der als Trägergas
für SiH₄-Gas bzw. GeH₄-Gas dienen soll. Mit 35 und 36 sind
fünfte und sechste Regulierventile, mit 37 und 38 Massenflußsteuerer,
und mit 39 und 40 sind Strömungsmesser bezeichnet.
Innerhalb der Reaktionskammer 41 sind parallel zueinander
eine erste und zweite Plattenelektrode 43 und 44 sehr nahe
an einem Schichtträger 30 angeordnet. Die Elektroden 43 und 44 sind
einerseits mit einer Hochfrequenzleistungsquelle 42 und andererseits
mit einer vierten und fünften Hauptleitung 45 bzw.
46 verbunden. Die ersten und zweiten Plattenelektroden sind
elektrisch miteinander mit Hilfe eines Leiters 47 verbunden.
Die genannte erste Plattenelektrode 43 weist zwei (erste und
zweite) rechteckige parallelepipedförmige Leiter 48 und 49
auf, die einander überlagert sind. Die Vorderseite, die zum
Schichtträger 30 zeigt, weist eine Anzahl von Gasabgabelöchern
auf, die Zwischenwand weist an der Verbindungsstelle eine
kleine Anzahl von Gasabgabelöchern auf, und die Rückwand hat
eine Gaseinlaßöffnung, die mit der vierten Hauptleitung 45
verbunden werden soll. Das gasförmige Material von der vierten
Hauptleitung 45 wird einmal in dem ersten Leiter 48
gespeichert, dann allmählich durch die Öffnungen in der Zwischenwand
abgegeben und schließlich durch die Gasabgabeöffnungen
auf dem zweiten Leiter 49 abgegeben. Gleichzeitig mit der
Gasabgabe wird eine Glimmentladung durch Anlegen einer elektrischen
Leistung von ungefähr 0,5-1,5 kW (Frequenz 1-50 MHz)
von der Hochfrequenzleistungsquelle 42 an die ersten und
zweiten Plattenelektroden 43 und 44 bewirkt, wodurch auf dem
Schichtträger 30 eine Schicht geformt wird. Bei dieser Gelegenheit
wird der Schichtträger 30 elektrisch geerdet gehalten, oder es
wird eine Gleichspannungs-Vorspannung an den Schichtträger selbst
angelegt. Dieses Gerät hat den Vorteil, daß die elektrische
Entladung der Plattenelektroden gleichförmig ist, daß die
Schichtbildung und die Verteilung gleichförmig ist, daß die
Wirksamkeit der Gaszersetzung gut ist und daß die Schicht
schnell gebildet wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
daß das Gas leicht eingeführt werden kann und daß der Aufbau
einfach ist.
Die folgenden experimentellen Beispiele sollen die Erfindung
weiter erläutern.
Ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial gemäß Fig. 1 der Erfindung
wurde unter Verwendung eines Geräts zur Glimmentladungszersetzung,
das in Fig. 4 gezeigt ist, hergestellt. Ein Pyrexglasrohr
mit 100 mm Durchmesser und 600 mm Höhe wurde als
röhrenförmiger Reaktor 28 benutzt, wobei eine Resonanzoszillationsspule
29 (130 mm Durchmesser, 90 mm Höhe, 10 Windungen)
um den Reaktor gewickelt war.
Eine Aluminiumtrommel mit 80 mm Durchmesser wurde als Schichtträger
30 verwendet. Die Trommel wurde auf den Drehtisch 31
aufgebracht und auf ungefähr 200° C erwärmt. Der röhrenförmige
Reaktor 28 wurde bis auf 10-6 Torr mit Hilfe der mechanischen
Pumpe 33 und der Diffusionspumpe 34 evakuiert.
Anschließend wurde nur noch die mechanische Pumpe kontinuierlich
betrieben. Es wurde dann SiH₄ Gas vom ersten Tank 6
mit Wasserstoff als Trägergas (10% SiH₄ relativ zu Wasserstoff)
mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 70 sccm
(Standard-cm³ pro min, d. h. bei Normaltemperatur und
atmosphärischem Druck) und GeH₄-Gas (10% GeH₄ relativ zu Wasserstoff)
vom dritten Tank 6 bei der Strömungsgeschwindigkeit
von 10 sccm abgegeben. Unter Anlegung einer Hochfrequenzleistung
von 160 Watt (Frequenz : 4 MHz) an die Spule 29
wurde eine photoleitende a-Si0,75 Ge0,25-Schicht mit einer
Geschwindigkeit von 1 Mikron pro 60 min. hergestellt. Der
Abgabedruck war ein Torr.
Ist die photoleitende a-Si 0,75 Ge0,25-Schicht mit ungefähr
25 Atom% Wasserstoff und einer Dicke von ungefähr 0,5 µm
fertiggestellt, wird die Glimmentladung zeitweilig angehalten.
Anschließend wurde SiH₄-Gas vom ersten Tank 6 mit einer
Strömungsgeschwindigkeit von 70 sccm, B₂H₆-Gas (80 ppm in
Wasserstoff) vom zweiten Tank 7 unter 18 sccm und O₂-Gas vom
vierten Tank 9 unter 0,3 sccm abgegeben. Unter denselben
Bedingungen wie oben wurde die Glimmentladung bewirkt, um
die photoleitende a-Si-Schicht auf der photoleitenden a-Si0,75
Ge0,25-Schicht zu erzeugen, und zwar mit einer Dicke von
15 µm und einem Gehalt von 25 Atom% Wasserstoff, 40 ppm
Bor und 0,01 Atom% Sauerstoff. Das so erhaltene Aufzeichnungsmaterial
wird als Probe A bezeichnet.
Ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial mit demselben Aufbau, das
jedoch 40 ppm zusätzlich zu Wasserstoff in der photoleitenden
a-Si0,75 Ge0,25-Schicht und ein Aufzeichnungsmaterial,
das 40 ppm Bor und 0,01 Atom% Sauerstoff zusammen
mit Wasserstoff in der photoleitenden a-Si0,75 Ge0,25-Schicht
aufwies, wurden unter denselben Bedingungen hergestellt.
Diese beiden Materialien werden als Probe B bzw. als Probe C
bezeichnet.
Jedes Aufzeichnungsmaterial wurde auf +300 V aufgeladen
und bezüglich der spektralen Empfindlichkeit untersucht,
indem die Lichtenergie bestimmt wurde, die notwendig war,
um das Oberflächenpotential auf die Hälfte zu reduzieren,
und zwar in Abhängigkeit von der Wellenlänge des zum Beleuchten
des Aufzeichnungsmaterials emittierten Lichtes. Diese
Wellenlänge wurde nacheinander in 50-nm-Intervallen im Bereich
von 500-850 nm unter Benutzung eines Monochromators variiert.
Die Ergebnisse sind in Fig. 6 gezeigt, in der die Kurven
C, D und E den Proben A, B bzw. C entsprechen. Die Kurve F
zeigt die spektrale Empfindlichkeit eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials,
das nur eine photoleitende a-Si-Schicht auf dem
Schichtträger aufweist. Wie aus der Figur deutlich ersichtlich ist,
weist das Aufzeichnungsmaterial der Erfindung bezüglich
der Photoempfindlichkeit im Bereich längerer Wellenlängen
deutliche Verbesserungen auf. Im Vergleich mit dem
elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterial, das nur die photoleitende a-Si-Schicht
aufweist und durch Kurve F dargestellt ist, ist die Probe A
mit der photoleitenden a-Si0,75:Ge0,25 -Schicht, die nur
Wasserstoff enthält, am empfindlichsten im Bereich längerer
Wellenlängen. Insbesondere beträgt die Empfindlichkeit bei
einer Wellenlänge von 700 nm 0,22 cm²/erg für die erstgenannte
und 0,32 cm²/erg für die letztere. Die Empfindlichkeit
bei 750 nm beträgt 0,12 für die erstere und 0,23 für
die letztere. Die Empfindlichkeit bei 800 nm beträgt 0,07
für die erstere und 0,14 für die letztere. Schließlich beträgt
die Empfindlichkeit bei 850 nm 0,06 für die erstere und 0,11
für die letztere. Dies bedeutet eine ungefähr 1,5-fach und
ungefähr 2-fach erhöhte Photoempfindlichkeit in der letzteren.
Für Probe B (Kurve D), die Bor in der photoleitenden a-Si0,75
Ge0,25-Schicht enthält, und für Probe C (Kurve E), die
auch Sauerstoff enthielt, sind die Empfindlichkeiten etwas niedriger
als bei Probe A, jedoch ausreichend höher als bei Kurve F.
Darüber hinaus hat jedes elektrophotographische Aufzeichnungsmaterial hohe
Empfindlichkeit im Bereich sichtbaren Lichtes, die die
photoleitende a-Si-Schicht von sich aus hat. Z. B. wird
eine hohe Empfindlichkeit von 0,8 cm²/erg bei 600 nm und
0,81 cm²/erg bei 650 nm erreicht.
Aufzeichnungsmaterialien mit demselben Aufbau wie Probe
B mit der Ausnahme, daß die photoleitende a-Si0,75 Ge0,25-
Schicht 200, 2000 und 20 000 ppm Bor zusammen mit Wasserstoff
enthielt, wurden hergestellt und bezüglich ihrer spektralen
Empfindlichkeit untersucht. Die Messungen ergaben eine
allmählich absinkende Empfindlichkeit im Bereich längerer
Wellenlängen mit Zunahme des Borgehalts, wenn man dies mit
Kurve D vergleicht. Trotzdem war jedes Probenelement
empfindlicher als die Probe, die durch Probe F dargestellt wird.
Darüber hinaus wurden Aufzeichnungsmaterialien hergestellt
und bezüglich ihrer spektralen Empfindlichkeit untersucht,
die alle dieselben Bestandteile wie Probe A mit der Ausnahme
hatten, daß die Dicke der photoleitenden a-Si-Schicht
5, 20, 30 bzw. 35 µm betrug. Die Ergebnisse zeigten
die Tendenz, daß die Empfindlichkeit im Bereich längerer
Wellenlängen mit anwachsender Dicke der photoleitenden
a-Si-Schicht abnimmt und umgekehrt zunimmt mit Abnehmen
der Dicke, was die Abhängigkeit von der Lichtdurchlässigkeit
andeutet, was im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde.
Für das Aufzeichnungsmaterial mit der photoleitenden
a-Si-Schicht mit 5 µm Dicke betrug die Empfindlichkeit
0,25 cm²/erg bei 750 nm und 0,19 bei 800 nm, was beträchtlich
höher ist als im Falle der Figur C. Im Gegensatz
dazu sind die Empfindlicheiten von Aufzeichnungsmaterialien
mit je 20, 30 und 35 µm dicken photoleitenden
a-Si-Schichten niedriger als im Falle der Kurve C.
Insbesondere hat das Aufzeichnungsmaterial mit einer 35 µm dicken photoleitenden
a-Si-Schicht eine niedrigere Empfindlichkeit als der Fall
der Kurve F. Demgemäß ist es notwendig, daß die Dicke
der photoleitenden a-Si-Schicht weniger als 30 µm,
vorzugsweise weniger als 20 µm beträgt.
Schließlich wurden Aufzeichnungsmaterialien hergestellt
und auf ihre spektrale Photoempfindlichkeit untersucht,
von denen jede den gleichen Aufbau wie Probe A hat mit
der Ausnahme, daß das Si:Ge-Molarverhältnis in der
photoleitenden a-Si:Ge-Schicht 19 : 1, 10 : 1, 2 : 1 bzw. 1 : 1
betrug. Sogar ein so kleiner Ge-Gehalt wie 19 : 1 verbesserte
die Empfindlichkeit auf der Seite längerer Wellenlängen,
und die Empfindlichkeit erhöhte sich mit wachsendem Ge-Gehalt.
So ist das Aufzeichnungsmaterial, das Ge im Verhältnis
2 : 1 enthält, ungefähr 1,3 bis 1,7 mal empfindlicher als
im Falle der Kurve C. Jedoch ist das Aufzeichnungsmaterial,
in dem das Si : Ge-Molarverhältnis 1 : 1 beträgt,
weniger empfindlich als dasjenige mit dem Verhältnis 2 : 1.
Ursache und Grund hierfür sind nicht völlig klar, beruhen
aber vermutlich darauf, daß bei Einbau einer großen Menge
von Ge in der photoleitenden a-Si:Ge-Schicht erzeugte Träger
an der Grenzfläche mit der photoleitenden a-Si-Schicht
eingefangen werden und zwar aufgrund des beträchtlich
kleinen Bänderabstandes von Ge verglichen mit a-Si. In diesem
Zusammenhang ist das Verhältnis 1 : 1 die Obergrenze für
das Si-Ge-Verhältnis.
In einem Versuch, in dem ein Bild gebildet wurde, wurde
das Aufzeichnungsmaterial A in einem Laserstrahldrucker
verwendet. Das elektrophotographische Aufzeichungsmaterial wurde
positiv mit einem Corona-Lader geladen und einem direkt modulierten
Halbleiter-Laserstrahl (Generatorwellenlänge 780 nm,
3 mW) mit einem rotierenden polyedrischen Spiegel belichtet,
um darauf ein Negativ-Bild herzustellen. Anschließend wurde
eine Umkehrentwicklung mit einem positiv geladenen Toner
unter Benutzung einer Magnetbürste, Übertragung, Reinigung
und Löschung durchgeführt. Das Aufzeichnungsmaterial wurde
mit einer Geschwindigkeit von 130 mm/sec. angetrieben. Auf
diese Weise wurden 15 Blatt Papier der Größe A4 pro Minute bedruckt.
Es wurden sehr klare und deutliche Zeichen mit 10
Punkten/mm erhalten. Die Druckqualität war so, daß sogar nach
Bedrucken von 100 000 Blättern die Bilder noch klar und deutlich
waren.
Unter Benutzung desselben Geräts für Glimmentladungszersetzung
wie bei Beispiel 1, das in Fig. 4 gezeigt ist, wurde ein elektrophotographisches
Aufzeichnungsmaterial gemäß Fig. 3 der Erfindung hergestellt.
Nach Vorheizen einer Aluminiumtrommel von 80 mm Durchmesser auf
eine Temperatur von ungefähr 200° C und Auspumpen des röhrenförmigen
Reaktors auf den Entladedruck von 1 Torr wurde das
SiH₄-Gas vom ersten Tank 6 mit Wasserstoff als Trägergas (10%
SiH₄ relativ zu Wasserstoff) mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von 70 sccm, B₂H₆-Gas (80 ppm in Wasserstoff) vom zweiten
Tank 7 mit der Geschwindigkeit von 18 sccm und O₂-Gas vom
vierten Tank 8 mit der Geschwindigkeit von 0,3 sccm abgegeben.
Unter Anlegung einer Hochfrequenzleistung von 160 Watt (Frequenz:
4 MHz) an die Spule wurde eine a-Si Halbleiterschicht 4 von
20 µm Dicke, die ungefähr 25 Atomprozent Wasserstoff,
0,01 Atomprozent Sauerstoff und 40 ppm Bor enthielt, mit einer
Geschwindigkeit von 1 µm pro 60 Minuten gebildet.
Anschließend wurden das SiH₄-Gas und das B₂H₆-Gas mit denselben
Strömungsgeschwindigkeiten und auch GeH₄-Gas (10% in Wasserstoff)
mit der Strömungsgeschwindigkeit von 14 sccm aus dem
ersten, zweiten und vierten Tank 6, 7 und 9 abgelassen. Unter
denselben Bedingungen wie oben wurde eine photoleitende
a-Si0,75 Ge0,25-5 von 0,1 µm Dicke, die ungefähr 25%
Wasserstoff und 40 ppm Bor enthielt, auf der a-Si Halbleiterschicht
hergestellt. Das so enthaltene Aufzeichnungsmaterial
wird als Probe D bezeichnet.
Unter denselben Bedingungen wie oben wurde ein Aufzeichnungsmaterial
desselben Aufbaus, das jedoch ungefähr 0,01%
Sauerstoff in der photoleitenden a-Si0,75 Ge0,25-Schicht
enthielt, als Probe E und auch ein Aufzeichnungsmaterial desselben
Aufbaus wie Probe E, bei dem jedoch die photoleitende
a-Si0,75 Ge0,25- eine Schicht von 2 µm hatte, als Probe F
hergestellt.
Jedes elektrophotographische Aufzeichnungsmaterial wurde auf +400 V geladen und
bezüglich der spektralen Empfindlichkeit untersucht, indem die
Lichtenergie bestimmt wurde, die notwendig war, um das Oberflächenpotential
auf die Hälfte zu reduzieren. Dies wurde in
Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichtes durchgeführt, mit
dem das Aufzeichnungsmaterial beleuchtet wurde. Diese Wellenlänge
wurde nacheinander in 50 nm Intervallen im Bereich von
500-850 nm unter Benutzung eines Monochromators variiert.
Die Ergebnisse sind in Fig. 7 gezeigt, in der die Figuren G, H
und I den Proben D, E bzw. F entsprechen. Die Kurve F stellt
die spektrale Empfindlichkeit eines Aufzeichnungsmaterials
dar, das nur eine photoleitende a-Si-Schicht auf dem Schichtträger
aufweist. Wie aus der Figur klar ersichtlich ist, ist das
Aufzeichnungsmaterial der Erfindung deutlich bezüglich der
Photoempfindlichkeit im Bereich längerer Wellenlängen von 700 nm
oder mehr verbessert. Im Vergleich mit dem Aufzeichnungsmaterial,
das nur die photoleitende a-Si-Schicht aufweist und
durch Kurve F dargestellt ist, ist die Probe F (Kurve I) mit
der photoleitenden a-Si0,75 Ge0,25-Schicht, die Wasserstoff,
Bor und Sauerstoff aufweist und eine Dicke von 2 µm hat,
am empfindlichsten im Bereich längerer Wellenlängen. Insbesondere
beträgt die Empfindlichkeit bei einer Wellenlänge von 700 nm
0,22 cm²/erg für die erstgenannte und 0,46 cm²/erg für die
letztere, während die Empfindlichkeit bei 750 nm 0,12 für die
erstere und 0,36 für die letztere beträgt und die Empfindlichkeit
bei 800 nm 0,07 für die erstere und 0,28 für die letztere
ist, während die Empfindlichkeit 0,06 für die erstere und 0,25
für die letztere bei 850 nm ist. Dies zeigt eine 2-4fach erhöhte
Photoempfindlichkeit in der letzteren Probe an. Für Probe D,
die nur Wasserstoff und Bor in der photoleitenden a-Si0,75 Ge 0,25-Schicht
mit 0,1 µm Dicke enthielt, ist die Empfindlichkeit
im Bereich längerer Wellenlängen etwas niedriger als bei Probe
F, wie dies durch Kurve G gezeigt ist, sie ist jedoch in
ausreichendem Maße höher als im Falle der Kurve F. Auf ähnliche
Weise zeigt die Probe E eine hohe Empfindlichkeit im Bereich
längerer Wellenlängen, wie dies durch die Kurve H gezeigt ist.
Der Grund, warum ihre Empfindlichkeit niedriger ist als
diejenige der Probe F, besteht darin, daß die photoleitende a-Si0,75
Ge0,25-Schicht dünner ist.
Im Bereich sichtbaren Lichtes hat jedes der elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterialien
eine niedrigere Empfindlichkeit als im Falle der Kurve
F, aber doch eine ausreichende Empfindlichkeit, da für jede
dieser Proben die Empfindlichkeit mehr als 0,1 cm²/erg bei
600 nm beträgt. Für die Proben D und E sind die Empfindlichkeiten
im Bereich sichtbaren Lichtes höher als für Probe F, da
ihre a-Si-Halbleiterschichten als photoleitende Schichten wirken.
Andererseits hat Probe F mit der großen Dicke der photoleitenden
a-Si:Ge-Schicht die niedrigste Empfindlichkeit; aus
diesem Grunde sollte die Dicke dieser Schicht nicht größer sein
als 2 µm.
Ein Aufzeichnungsmaterial desselben Aufbaus wie Probe E,
das jedoch 0,05 Atomprozent Sauerstoff zusätzlich zu
Wasserstoff und Bor in der photoleitenden a-Si0,75 Ge0,25-Schicht
hatte, wurde hergestellt. Die Messung der spektralen Empfindlichkeit
ergab niedrigere Empfindlichkeiten als im Falle der
Kurve H sowohl im Bereich sichtbaren Lichtes als auch im
Bereich des nahen Infrarot; die Empfindlichkeit war jedoch ausreichend
höher als im Falle der Kurve F. Es wird jedoch angenommen,
daß weiterer Zusatz von Sauerstoff die Empfindlichkeit
so erniedrigen wird, daß sie ähnlich wird wie im Falle der Kurve
F. Aus diesem Grunde sollte der Sauerstoffgehalt nicht größer
sein als maximal 0,05 Atomprozent.
Aufzeichnungsmaterialien mit demselben Aufbau wie Probe E mit
der Ausnahme, daß die photoleitende a-Si0,75 Ge0,25-Schicht
200, 2000 und 20 000 ppm Bor zusammen mit Wasserstoff und
Sauerstoff enthielten, wurden hergestellt und auf ihre
spektrale Empfindlichkeit untersucht. Die Messungen ergaben, daß
die Empfindlichkeit im Bereich längerer Wellenlängen allmählich
mit anwachsendem Borgehalt abfielen, wie dies sich aus Kurve H
ergibt. Trotzdem war jedes Probenelement empfindlicher als die
Probe, deren Verhalten durch die Kurve F dargestellt wird.
Schließlich wurden Aufzeichnungsmaterialien, von denen jedes
denselben Aufbau wie Probe E mit der Ausnahme hatte, daß das
a-Si:Ge-Molarverhältnis in der photoleitenden a-Si:Ge-Schicht
19 : 1, 10 : 1, 2 : 1 bzw. 1 : 1 betrug, hergestellt und auf ihre
spektrale Empfindlichkeit untersucht. Sogar ein Ge-Gehalt, der
nur 19 : 1 betrug, verbesserte die Empfindlichkeit auf der Seite
längerer Wellenlängen, und die Empfindlichkeit wuchs mit
wachsendem Ge-Gehalt an. Das Aufzeichnungsmaterial, das Ge im
Verhältnis 2 : 1 enthält, ist ungefähr 1,4 bis 1,9mal empfindlicher
als der Fall, der durch Kurve H dargestellt ist. Jedoch ist das
Aufzeichnungsmaterial, in dem das Si:Ge-Molarverhältnis
1 : 1 beträgt, weniger empfindlich als dasjenige, in dem das
Verhältnis 2 : 1 beträgt. Ursache und Grund sind nicht völlig klar,
dürften aber vermutlich dadurch begründet sein, daß bei Einbau
einer großen Menge von Ge in der photoleitenden a-Si:Ge-Schicht
erzeugte Träger an der Grenzfläche mit der a-Si-Halbleiterschicht
aufgrund des verglichen mit dem Fall von a-Si ziemlich
kleinen Bänderabstandes von Ge eingefangen werden. In diesem
Zusammenhang ist das Verhältnis 1 : 1 die Obergrenze für das Si-Ge-
Verhältnis.
In einem Versuch zum Bilden von Bildern wurde die elektrophotographischen
Aufzeichnungsmaterialien Ge in einem Laserstrahldrucker benutzt, der
im Zusammenhang mit Beispiel 1 erwähnt wurde. Sehr klare und
deutliche Bilder wurden sogar noch nach Bedrucken von 100 000
Blatt erhalten.
Claims (3)
1. Elektrofotografisches Aufzeichnungsmaterial mit
einem elektrisch leitfähigen Schichtträger und einer
fotoleitenden Schicht aus amorphem Silizium oder
amorphem Silizium-Germanium,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei fotoleitende
Schichten vorgesehen sind, von denen die eine
aus amorphem Silizium und die andere aus amorphem
Silizium-Germanium besteht, wobei die amorphe
Silizium-Germanium-Schicht (2) zwischen dem Schichtträger
(1) und der amorphen Silizium-Schicht (3) angeordnet
ist und die amorphe Silizium-Schicht (3) eine
Dicke von etwa 5-30 µm hat.
2. Elektrofotografisches Aufzeichnungsmaterial nach
Anspurch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die amorphe Silizium-Germanium-Schicht eine Dicke
von etwa 0,3-3 µm hat.
3. Elektrofotografisches Aufzeichnungsmaterial nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die amorphe Silizium-Schicht ein molares Verhältnis
von Silizium zu Germanium von 1 : 1 bis 19 : 1 aufweist.
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