DE3340568A1

DE3340568A1 - Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE3340568A1
Application number: DE19833340568
Authority: DE
Inventors: Eiichi Yokohama Kaga; Mutsuki Yamazaki
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-01-26
Filing date: 1983-11-09
Publication date: 1984-07-26
Also published as: DE3340568C2; US4641168A

Description

TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA
Kawasaki, Japan

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig ₍ Patentanwälte

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Dr phii G HenKe r/..^r:¹' f Dipi -Ing J Pferrr .3 Ee^r >■ Dr ier nai L Fe»ier !■/j^r.:/-e-i Dipi-Ing \,V hanze- ^./X'·:- Dipi-Phys K H fv'ena Bo^-,.'■ Dr ing A Butens: ¹IO- b--· '

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Tel O89 9820Ei-8? Telex 0529802 ^rtr>.i 0 Telegrarr.me e'-if εο·α

MSN-58P898-2/Dr.I

HALBLEITERANORDNUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung, die in einem Festkörper-Bildwandler oder einem elektrofotografischen fotosensitiven Körper verwendet wird und die elektrische Ladung, mit der sie aufgeladen worden ist, speichern soll.

In diesen Unterlagen sind unter der Bezeichnung "Licht" elektromagnetische Wellen zu verstehen, die zwischen dem Ultraviolett-Bereich und dem Gamma-Strahlen-Bereich liegen 10

Bei einer elektronischen Kopiereinrichtung muß beispielsweise die Halbleiteranordnung, die in einem elektrofotografischen fotosensitiven Körper verwendet wird, folgende Forderungen erfüllen: Sie muß erstens fotoleitfähig sein und zweitens muß sie während eines vorgegebenen Zeitraums die elektrische Ladung speichern, die durch eine Corona-Entladung auf ihrer fotosensitiven Körperoberfläche erzeugt worden. Der elektrofotografische fotosensitive Körper sollte also als elektrische Eigenschaf-

1 4 ten in der Dunkelheit einen hohen Widerstand (etwa 10

Π /cm) aufweisen und einen niedrigen Widerstand einnehmen, wenn er belichtet wird.

Das Prinzip einer elektronischen Kopiervorrichtung wird nachstehend kurz erläutert, um die vorstehend angegebenen Forderungen, die die Halbleiteranordnung zu erfüllen hat, klarzustellen. Die Corona-Bntladung wird so durchgeführt, daß eine elektrische Ladung auf die fotosensitive Körperoberfläche fließen kann, wodurch dieselbe elektrisch aufgeladen wird. Die fotosensitive Körperoberfläche speichert die elektrische Ladung während eines vorgegebenen Zeitraums, Der fotosensitive Körper muß deshalb einen hohen Dunkelwiderstand besitzen. Danach wird, der fotosensitive Körper belichtet. Dadurch werden Paare von Elektronenträgern und Löchern auf der fotoleitfähigen Schicht erzeugt. Eines dieser Elektronen-Löcherpaare wird die an der fotoleitfähigen Schicht gespeicherte elektrische La-

dung neutralisieren, während das andere zu einem leitfähigen Grundelement fließt. Der fotosensitive Körper muß deshalb einen geringen Widerstand aufweisen, wenn er belichtet wird.Wenn beispielsweise die Oberfläche des fotosensitiven Körpers positiv aufgeladen ist, so neutralisiert das bei Belichtung erzeugte Elektron die gebildete elektrische Ladung, wodurch die positive ladung gebildet wird, wobei das erzeugte Loch zu dem leitfähigen Grundelement fließt. Das latente Bild einer elektrischen Ladung wird bei Belichtung auf der Oberfläche des fotosensitiven Körpers gebildet» Anschließend wird daran der Toner nach dem Coulomb⁵sehen Gesetz zum Anhaften gebracht, der so geladen ist, das seine elektrische Ladung ein Minus- oder Plus-Zeichen aufweist, das sich von dem der elektrischen Ladung? die das latente Bild auf der fotosensitiven Körperoberfläche bildet, unterscheidet. Der Toner wird schließlich auf ein Blatt Papier übertragen, womit der fotografische Kopiervorgang abgeschlossen ist.

Um die zwei vorstehend angegebenen Forderungen zu erfüllen, umfaßt eine Halbleiteranordnung, die in den bekannten elektrofotografischen fotosensitiven Körpern verwendet wird, ein leitfähiges Grundelement; eine Isolier- oder Halbleiterschicht eines Typs, die auf dem leitfähigen Grundelement gebildet wird und einen hohen Widerstand besitzt; eine fotoleitfähige Schicht, die auf der Halbleiterschicht gebildet wird, sowie eine fotoleitfähige Schicht, die auf .der fotoleitfähigen Schicht gebildet wird und eine fotosensitive Oberfläche aufweist, mit der eine elektrische Iadung gespeichert werden soll, die durch eine Corona-Entladung gebildet wird. Bei dieser bekannten Halbleiteranordnung wird das Fließen der elektrischen Ladung von dem leitfähigen Grundelement in die fotosensitive Schicht durch die Wirlcung der Halbleiter schicht eines Typs verhindert, wobei die elektrische Ladung in der fotosensitiven Schicht während sines vorgegebenen Zeitraums zurückgehalten wird. Bei dieser bekannten Halbleiteranordnung sind beispielsweise drei Schichten auf dem leitfähigen Grundelement aus-

gebildet oder gestapelt, nämlich eine amorphe Siliziumschicht, die mit Bor (B) und Kohlenstoff (C) dotiert ist und als Halbleiterschicht dient, eine amorphe Silizium⁴-schicht, die mit wenig Bor (B) dotiert ist und als fotoleitfähige Schicht dient, sowie eine amorphe Siliziumschicht, die mit Kohlenstoff (C) dotiert ist und als Oberflächenschicht dient, in der angegebenen Reihenfolge. Die bekannte elektrofotografische fotosensitive Vorrichtung kann mit einer elektrischen Ladung von etwa 300 V aufge-■ laden werden.

Die vorstehend erwähnte bekannte Halbleiteranordnung ist nicht in der Lage, eine elektrische Ladung an ihrer fotosensitiven Schicht während eines bestimmten Zeitraums, nachdem diese elektrische Ladung zugeführt worden ist, zu speichern bzw. zu halten, d.h. sie weist keinen zufriedenstellenden potentiellen Halteprozentsatz auf. Der potentielle Halteprozentsatz beträgt beispielsweise etwa 40 %, nachdem nach dem Aufladen der Anordnung 15 Sekunden verstrichen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, eine Halbleiteranordnung anzugeben, mit der ein zufriedenstellender potentieller Halteprozentsatz erhalten werden kann, indem in wirksamer Weise das Fließen einer elektrischen Ladung von dem leitfähigen Grundelement in die fotosensitive Schicht verhindert wird.

Durch die Erfindung wird eine Halbleiteranordnung bereitgestellt, und zwar eine Halbleiteranordnung zum Halten einer elektrischen Ladung, mit der sie aufgeladen worden ist, welche eine fotoleitfähige Schicht mit einer Oberfläche, welche in der Lage ist, aufgeladen zu werden, sowie einen Generatorträger, der die elektrische Ladung trägt, wenn er belichtet wird, aufweist, ein leitfähiges Grundelement, das die fotoleitfähige Schicht trägt, eine erste Sperrschicht, die zwischen der fotoleitfähigen Schicht und dem leitfähigen Grundelement vorgesehen ist,

Γ einen vorbestimmten Widerstand aufweist, der den übergang der elektrischen Ladung von dem leitfähigen Grundelement zu der fotoleitfähigen Schicht verhindert und den übergang einer elektrischen Ladung von der fotoleitfähigen Schicht zu dem leitfähigen Grundelement ermöglicht, wobei die elektrische Ladung ein Minus- oder Plus-Zeichen aufweist, das das Gleiche ist, wie das der elektrischen Ladung, mit der die Oberfläche der leitfähigen Schicht aufgeladen werden soll, sowie eine zweite Sperrschicht umfaßt, die zwisehen der fotoleitfähigen Schicht und dem leitfähigen Grundelement vorgesehen ist, einen vorbestimmten Widerstand aufweist, der sich von dem der ersten Sperrschicht unterscheidet,- welche einen übergang der elektrischen Ladung von dem leitfähigen Grundelement zu der fotoleit-■ fähigen Schicht verhindert und den übergang einer elektrischen Ladung von der fotoleitfähigen Schicht zu dem leitfähigen Grundelement ermöglicht, wobei die elektrische Ladung ein Minus- oder Plus-Zeichen aufweist, das das Gleiche ist, wie das der elektrischen Ladung, mit der die Oberfläche der fotoleitfähigen Schicht aufgeladen werden soll.

In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 . einen Querschnitt durch eine Halbleiteranordnung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung j

Figur 2 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung der in Figur 1 darge

stellten Halbleiteranordnung;

Figur 3 eine Darstellung des Energie-Niveaus, um die Wirkung der ersten Ausführungsform der Erfin-. dung zu erläutert;

Figur 4 . ein lineares Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke der zweiten Sperrschicht und

_λ der Spannung gegenüber der Entwicklervorspan

nung zeigt, wobei die Dicke der ersten Sperrschicht 1,0 μΐη ist;

Figur 5 ein lineares Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Widerstand der ersten und der zweiten Sperrschicht sowie der angewendeten Ausgangsspannung zeigt;

Figur 6 ' einen Schnitt, der eine Halbleiteranordnung

nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wiedergibt;

Figur 7 ein lineares Diagramm, um ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der in Figur 6 ge

zeigten Halbleiteranordnung zu erläutern; und

Figur 8 ein lineares Diagramm, um ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der in

Figur 6 dargestellten. Halbleiteranordnung zu erläutern .

Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 8 der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Eine erste Ausführungsform wird zuerst anhand der Figuren 1 und 2 erläutert. Bei einem fotosensitiven Körper (Halbleiteranordnung 10), der bei einer elektronischen Kopiereinrichtung verwendet wird, ist ein leitfähiges Grundelement oder eine Platte 12 mit vier Schichten vorgesehen, nämlich einer ersten Sperrschicht 14 und einer zweiten Sperrschicht 16, welche beide aus Halbleitermaterial gebildet sind und das Fließen der elektrischen Ladung von der leitfähigen Grundplatte 12 steuern sollen; eine fotoleitfähige Schicht 18 und eine Oberflächenschicht 12, die die elektrische Ladung hält, die durch Entladung gebildet wird, beispielsweise einen direkten Corona-Entladungsstrom, in dieser Reihenfolge.

Die leitfähige Grundplatte 12 besteht aus einem leitfähigen Material/ beispielsweise einem Aluminium-Material und ist als Trommel oder flache Platte ausgebildet.

Mit der ersten Sperrschicht 14 soll der Eintritt der elektrischen Ladung von der leitfähigen Grundplatte 12 in die fotoleitfähige Schicht 18 verhindert und gleichzeitig der übergang der elektrischen Ladung ermöglicht werden, die ein anderes Vorzeichen aufweist? um den Eintritt der elektrischen Ladung von der fotoleitfähigen Schicht 18 in die leitfähige Grundplatte 12 zu verhindern. Die Schicht 14 besteht aus einem p-Typ- oder n-Typ-Halbleitermaterial, das aus amorphem Silizium hergestellt ist, das beispielsweise mit einem Element der Gruppe IIIA des Periodensystems dotiert ist, beispielsweise mit Bor (B) und/oder einem .Element der Gruppe VA des Periodensystems, beispielsweise mit Phosphor (P). Wenn das amorphe Silizium mit Bor (B) dotiert ist, beträgt der Borgehalt (Bor/Bor plus Silizium:

B/B + Si) vorzugsweise 1,0 bis 1 χ 10~ Atom-% und bei

_2

dieser Äusführungsforxn 5x10 Atom-%.

Die Dicke der ersten Sperrschicht 14 beträgt etwa 0,5 oder mehr, vorzugsweise 0,5 μια bis- 0,2 um, und bei dieser Ausführungsform etwa 2,5 p.
'

Der spezifische Widerstand der ersten Sperrschicht 14 beträgt etwa 10 -fl/cm <
spiel etwa 10 Xi./cm.

9 λ

trägt etwa 10 -fl/cm oder weniger, und bei diesem Bei-

Die zt-?eite Sperrschicht 16 soll die Funktion der ersten Sperrschicht 14 ergänzen und besteht aus einem p-Typ- oder einem n-Typ-Halbleiter, der einen Widerstand aufweist, der höher ist als der der ersten Sperrschicht 14, nämlich 10 Jl/cm, wobei bei diesem Beispiel der Widerstand etwa 10 Sl/cm beträgt. Dieses p-Typ- oder n-Typ-Halbleitermaterial wird aus amorphem Silizium hergestellt, das mit Atomen von einem, zwei oder mehreren Elementen dotiert ist, die aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus Kohlen-

stoff (C), Stickstoff (N) und Sauerstoff (0) besteht. Wenn das amorphe Silizium beispielsweise mit Kohlenstoff (C) dotiert ist, beträgt der Kohlenstoffgehalt (Kohlenstoff/(Kohlenstoff plus Silizium): C/(C/(C + Si)) vorzugsweise 0,1 bis 50 Atom-%, bei diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise 0,1 Atom-%.

Die Dicke der zweiten Sperrschicht 16 beträgt etwa 0,1 pm oder mehr, vorzugsweise 0,1 um bis 9 um, und bei diesem Ausführungsbeispiel 1 um.

Die fotoleitfähige Schicht 18 ist aus einem bekannten fotoleitfähigen Material hergestellt, nämlich amorphem Silizium, das Wasserstoff- und/oder Halogen-Atome enthält.

Ihre Dicke beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel etwa * 12 um.

In der Oberflächenschicht 20 soll die elektrische Ladung gehalten werden, die durch den Corona-Entladungsgleichstrom aufgeladen wird, wobei sie aus amorphem Silizium hergestellt ist, das mit Kohlenstoff (C) dotiert ist, amorphem Silizium, das mit Stickstoff (N) dotiert ist, usw.

Das Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen elektrofotografischen fotosensitiven oder fotosensitiven Körper ist nachstehend anhand der Figur 2 näher erläutert.

Gemäß Figur 2 weist eine Vorrichtung zur Herstellung des fotosensitiven Körpers , der mit der Bezugsziffer 22 bezeichnet ist, auf dem ein verschließbares Gehäuse 26 angeordnet ist. Ein Reaktionsgefäß 28 ist auf dem Grundelement 24 derart angeordnet, daß es mit dem Gehäuse 26 luftdicht abgeschlossen werden kann. Unter dem Grundelement 24 sind eine Zwischenpumpe 30 und eine Rotationspumpe 32 vorgesehen, mj,t denen das Innere des Reaktionsgefäßes 28 evakuiert werden soll und die an eine Leitung 34 angeschlossen sind, die mit dem Inneren des Reaktionsgefäßes 28 kommuniziert.

-X- /ν

In dem Reaktionsgefäß 28 ist ein Troxnme 1halter 36 drehbar auf dem Grundelement 24 angeordnet/ wobei der Halter 36 dazu dient, die trommeiförmig ausgebildete leitfähige Grundplatte 12 zu halten. Dieser Tronunelhalter 36 ist mit einem Antrieb, beispielsweise einem Motor 42, verbunden, durch den der Halter 36 durch ein Getriebe 38 und 40 in Umdrehung versetzt wird. Auf dem Trommelhalter 36 ist eine Heizeinrichtung 44 vorgesehen, die dazu eingesetzt wird, wenn die leitfähige Platte 12 gehalten wird, diese leitfähige Platte 12 von der Innenseite auf eine Temperatur von beispielsweise 150 bis 300⁰C zu erwärmen. Die Heizeinrichtung 44 ist mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden. Zwischen der Heizeinrichtung 44 und dem Gehäuse 26.ist ein Gaseinlaßgehäuse 46 angeordnet, welches dazu dient, der leit-.

fähigen Grundplatte 12 , die von dem Trommelhalter 36 gehalten wird, Gas zuzuführen, welches Gas dazu verwendet wird, eine Schicht oder Schichten auf der leitfähigen Grundplatte 12 zu bilden. Das Gaszufuhrgehäuse 46 ist so ausgebildet, daß es die leitfähige Grundplatte 12 umgibt. In dem Gaszufuhrgehäuse 46 ist ein Elektrodenelement 48 vorgesehen, das dazu dient, eine elektrische Ladung zu erzeugen, und . das in ähnlicher Weise so geformt ist, daß es die leitfähige Grundplatte 12 umgibt. Das Elektrodenelement 48 ist mit mehreren Bohrungen versehen, durch die das Gas, das dem Gaszufuhrgehäuse 46 zugeführt wird,auf die leitfähige Grundplatte 12 auftrifft. Das Elektrodenelement 48 ist mit einer Stromquelle 52 verbunden. Die leitfähige Grundplatte 12 ist andererseits mit einer Erdung 54 verbunden, wobei sie, wenn die Grundplatte 12 auf dem Trommelhalter 36 angeordnet ist, mittels der Erdung 54 geerdet wird.

Das Gaseinlaßgehäuse 46 ist über ein Ventil 56 mit einem Rohr 58 verbunden, welches mit einer Gasquelle 60 zur Zufuhr von Gas zu dem Gaseinlaßgehäuse 46 in Verbindung steht. Die Strömungsgeschwindigkeit des dem Gaseinlaßgehäuse 46 zugeführten Gases wird mit dem Ventil 56 eingestellt*

Das Verfahren zur Herstellung des fotosensitiven Körpers nach der ersten Ausführungsform, bei dem die vorstehend beschriebene Vorrichtung verwendet wird/ wird nachstehend im einzelnen erläutert. Das Gehäuse 26 ist offen. Dann wird die leitfähige Grundplatte 12, die als Trommel ausgebildet ist, auf dem Trommelhalter 36 angebracht. Danach wird das Gehäuse 26 luftdicht verschlossen.

An die Heizeinrichtung 44 wird ein elektrischer Strom angelegt, wodurch die leitfähige Grundplatte 12 auf eine Temperatur zwischen 200 und 25O⁰C erwärmt wird.

Das Innere des Reaktionsgefäßes 28 wird auf etwa 10 Torr mit der Zwischenpumpe 30 und der Rotationspumpe 32 evakuiert. Anschließend wird das Ventil 56 geöffnet, um Rohgas von der Gasquelle eintreten zu lassen. Dieses Rohgas wird dem Gaseinlaßgehäuse 46 über das Rohr 58 zugeführt und trifft von den Bohrungen 50 auf die leitfähige Grundplatte 12 auf. Das so auftreffende Rohgas wird dann aus dem Reaktionsgefäß mit der Zwischenpumpe 30 entfernt. Der Gasdruck in dem Reaktionsgefäß wird auf 0,4 Torr eingestellt, und zwar mit dem Ventil 56 und der Zwischen- oder Booster-Pumpe 30.

Der Antrieb 42 wird betätigt, um die leitfähige Grundplatte 12, die auf dem Trommelhalter 36 angebracht ist, in Rotation zu versetzen.

Es wird ein Hochfrequenzstrom von 200 bis 300 Watt, 13,56 MHz, von der Stromquelle 52 an die Elektrode oder das Elektrodenelement angelegt, wodurch in dem Rohgas eine elektrische Entladung erzeugt wird. Durch diese Ladung entsteht ein ein Radikal aufweisendes Plasma, wodurch vier Schichten, nämlich die erste Sperrschicht, eine zweite Sperrschicht, eine fotoleitfähige Schicht und die Oberflächenschicht, auf der leitfähigen Grundplatte 12 gebildet werden.

Die Bedingungen bei der Herstellung dieser Schichten, d.h die Zusammensetzung, Strömungsgeschwindigkeit und die Bil dungsgeschwindigkeit sowie das Rohgas sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammen mit den Angaben über die Dicke der unter diesen Bedingungen gebildeten Schichten wiedergegeben. Es sei bemerkt, daß ¹¹SCCM" die Strömungsge schwindigkeit in Form von "Standardkubikmeter pro Minute (cm /min)" bedeutet.

	Tabelle	1	Strömungs geschwindig keit	Bil dungs- zeit	Dicke (um)
Schicht	Zusammensetzung	150 72	1 (h)	2,5 .
Erste Sperr schicht	^SiH4 B₂Hg/H₂(2000ppm)	150
Zweite- Sperr	SiH₄	14,3	20 (min)	1
schicht	B₂H₆/H₂(20 ppm)	75
	-CH₄	150	5 (h)	12
Fotoleitfäv	SiH₄	14,3
hige Schicht	B₂H₆ZH₂(20ppm)	150 300	2 (min)	0,1
Oberflächen schicht	^SiH4 CH₄

Die Fähigkeit zur Aufladung, die der elektrofotografische fotosensitive Körper der nach der vorstehend erwähnten ' ersten Ausführungsform erhalten worden ist, zeigt, betrug 470 V_? gemessen als Oberflächenspannung, während der potentielle Oberflächenhalteprozenzsatz 76 % betrug, 15 Sekunden nach der Aufladung gemessen.

Mit dieser ersten Ausführungsform ist es deshalb möglich, eine Halbleiteranordnung bereitzustellen, die einen zufriedenstellenden potentiellen Oberflächenhalteprozentsatz aufweist, da der elektrofotografische fotosensitive Körper einen hohen potentiellen Oberflächenhalteprozent-

satz besitzt.

-Ab -

Da weiterhin nach der ersten Ausführungsform die erste Sperr schicht 14 und die zweite Sperrschicht .16 / die aus einem Halbleiter gebildet sind, vorgesehen sind, werden die erzeugten Löcher (Träger) in der fotoleitfähigen Schicht nicht daran gehindert in Richtung der leitfähigen Grundplatte 12 zu wandern, was den einen durch die Erfindung erzielten Vorteil darstellt. Dieser Vorteil oder Effekt wird nachstehend im einzelnen in Verbindung mit Figur 3 beschrieben, die ein Energieband darstellt. Wenn der fotosensitive Körper belichtet wird, werden paarweise Träger von Elektronen und ein Loch in der fotoleitfähigen Schicht erzeugt. Der Elektronenträger wird zu der Oberflächenschichtseite gezogen und hat die Wirkung, die positive Ladung, die an der Oberflächenschicht gehalten wird, zu neutralisieren. Das Trägerloch fließt aus der fotoleitfähigen Schicht heraus zu der leitfähigen Grundplatte. Wenn jedoch wie nach dem Stand der Technik ein Isolator für die zweite Trägerschicht verwendet wird, wird das Trägerloch aufgrund des gebildeten hohen Energie-Niveaus daran gehindert herauszufließen, das in Figur 3 als unterbrochene Linie wiedergegeben ist und eine Wandung bildet. Das Niveau des restlichen Potentials des fotosensitiven Körpers wird daher erhöht. Auf diese Weise ist es unmöglich, ein klares Bild zu erhalten.

Da nach dieser ersten Ausführungsform ein Halbleiter als Material verwendet wird, aus der die zweite Sperrschicht gebildet wird, wird jedoch die zweite Sperrschicht nicht daran gehindert, das zweite Loch heraus zu der fotoleitfähigen Grundplatte fließen zu lassen. Das Restpotential wird daher nahezu Null und es ist möglich, ein klares Bild zu erhalten.

Die Gründe zur Spezifizierung der betreffenden bevorzugten Werte der Dicke und des Widerstandes im Hinblick auf die erste und die zweite Sperrschicht 14, 16 werden nachstehend anhand der Versuchsergebnisse beschrieben.

Die "Dicke", die auf einer Auswertung der Bilder, die erhalten werden, wenn die Dicke der ersten und der zweiten Sperrschicht 14, 16 sich in weiten Grenzen ändern, erhalten werden, beruht, ist in der nachstehenden Tabelle wiedergegeben.

Tabelle

	d	ersten	1	^\	Dicke der	0,05	0,1	1,0	4,0
Dicke	schicht		Sperr-	zweiten
	O,	5	(μ?η)	Sperrschicht
				schlecht	uner	uner	uner
O,	0				wünscht	wünscht	wünscht
				uner	gut	hervor	hervor
ν.	0			wünscht		ragend	ragend
				uner	hervor	hervor	hervor
2,				wünscht	ragend	ragend	ragend
			uner	hervor	hervor	hervor
		wünscht	ragend	ragend	ragend

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, treten weiße Flecken und weiße Linien als Halbton des gebildeten Bildes auf, d.h. es wird ein schlechtes Bild erzeugt, wenn die Dicke der ersten Sperrschicht 14 0,1 μΐη oder weniger beträgt. Es wird angenommen, daß der Grund dafür darin liegt, daß Unregelmäßigkeiten der Oberfläche der leitfähigen Grundplatte nicht umgewandelt sind, da die erste Sperrschicht 14 dünn ist.

Wenn die Dicke der zweiten Sperrschicht 16 0,05 μΐη oder weniger be trägt, haftet ein Entx^ickler an dem Licht em-

pfangenen Abschnitt, da die Spannung gegenüber der Entwicklungsvorspannung niedrig ist (im allgemeinen wird während des Entwickeins eine Spannung von 200 bis 300 Volt an dem fotosensitiven Körper angelegt, um das Potential des Entwicklers größer zu machen als das des Licht empfangenden Abschnitts des fotosensitiven Körpers, wodurch der Entwickler an einem Haften an dem fotosensitiven Körper gehindert wird). Dadurch tritt außerdem eine Abnahme der Vorspannung auf.

In Figur 4 ist die Spannung gegenüber der Entwicklungsvorspannung in Beziehung zu der Dicke der ersten und der zweiten Sperrschicht 14, 15 des fotosensitiven Körpers dargestellt, wobei die erste Sperrschicht 14 eine Dicke aufweist, die auf einen Wert von 1 um eingestellt worden ist, und die zweite Sperrschicht 16 eine Dicke zwischen 0,05 und 4 μπι besitzt. Wie in Figur 4 dargestellt, wird die Höhe der Spannung gegenüber der Entwicklungsvorspannung erhöht, wen,n die Dicke der zweiten Sperrschicht 14 0,1 um oder mehr beträgt.

Der fotosensitive Körper, der mit "hervorragend" nach-Tabelle 2 bewertet wird, wird einem Gebrauchstest unterworfen, der 1 Millionen Mal wiederholt wird. Dabei stellte sich jedoch heraus, daß die Leistung des Fotoleiters sich nicht verschlechterte.

Der- "Widerstand", der die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung (Oberflächenpotential, das 0,1 Sekunden nach Aufladen des fotosensitiven Körpers gemessen worden ist) und der Restspannung (Oberflächenpotential nach einer.Belichtung des aufgeladenen Körpers mit einer Rate von 10 Lux-Sekunden) darstellt, welche beide bei einer großen Änderung des Widerstandes sowohl der ersten wie der zweiten Sperrschicht erhalten wurden, ist in Figur 5 wiedergegeben. In Figur 5 beträgt die Dicke der ersten Sperrschicht 14 0,5 um und die Dicke der zweiten Sperrschicht 16 1 um. Wie aus Figur 5 ohne weiteres ersichtlich, besteht kaum

-y-

noch eine Restspannung, wenn der Widerstand der ersten Sperrschicht 10 JTi /cm oder weniger und der der zweiten Sperrschicht mehr als 10 fl /cm beträgt, wobei das Ober-.flächenpotential auf einem Niveau von etwa 400 Volt oder mehr gehalten werden kann. Dies stellt eine hervorragende Eigenschaft des fotosensitiven Körpers dar.

Es sei bemerkt, daß die jeweiligen Widerstände der ersten und der zweiten Sperrschicht selektiv bestimmt werden können, beispielsweise durch Auswahl der Art oder der Menge der Verunreinigung, mit welcher diese Schichten dotiert wer den.

In der nachstehenden Tabelle 3 sind die Bedingungen der Herstellung des fotosensitiven Körpers nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben. Der Fotoleiter nach der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von demjenigen, der nach der ersten Ausführungsform erhalten worden ist, dadurch, daß die zweite Sperrschicht 16 und die Oferflächenschicht 20 des fotosensitiven Körpers nach der letzteren Ausführungsform jeweils mit Kohlenstoff (C) dotiert sind, während jene des Fotoleiters nach der vorhergehenden Ausführungsform jeweils mit Stickstoff (N) dotiert sind. Nach der vorhergehenden Ausführungsform wird nämlich die Herstellung des fotosensitiven Körpers unter Verwendung von Ammoniakgas (NH₃) durchgeführt, anstelle von Methangas (CH.) wie in Tabelle 1 angegeben. Der fotosensitive Körper, der nach der vorhergehenden Ausführungsform erhalten worden ist, weist Vorteile auf, die denen ähnlich sind, die bei dem fotosensitiven Körper nach der letzteren Ausführungsform erhalten werden.

-xf-

Tabelle 3

Schicht	Zusammensetzung	Strömungs geschwin digkeit (SCCM)	Bil dungs- zeit	Dicke (μπι)
Erste Sperr schicht	SiH₄ B₂H₆ZH₂(2000ppm)	150 72	1 (h)	2,5
Zweite Sperr	SiH₄	150
schicht	B₂H₆ZH₂(20ppm)	14,3	20 (min)	1
	NH₃	75
Fotoleitfä-	SiH₄	150	5 (h)	12
hige Schicht	B₂H₆ZH₂(20ppm)	14,3
Oberflächen schicht	SiH₄ NH₃	150 300	2 (min)	0,1

Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung anhand der Figuren 6 und 7 beschrieben.

Bei dieser dritten Ausführungsform werden die erste und die zweite Sperrschicht in der Weise gebildet, daß beide Schichten kontinuierlich ohne Grenzschicht dazwischen ausgebildet sind, wie in Figur 6 dargestellt, so daß sich die dritte Ausführungsform von den vorhergehenden Ausführungsformen unterscheidet, bei denen beide Schichten vollständig in zwei getrennte Schichten durch eine Grenzfläche getrennt sind. Die Konzentration des Dotiermittels in der ersten und der zweiten Sperrschicht, die aus einem amorphen Halbleiter hergestellt sind, werden also nacheinander auf kontinuierlicher Basis geändert.

Der fotosensitive Körper nach der dritten Ausführungsform wird erhalten, indem kontinuierlich und nacheinander die Konzentration des Rohgases, das zugeführt wird, mit der Zeit geändert wird, wie beispielsweise in Tabelle 4 angegeben wird.

ti t

Tabelle

U	*G
	•Η
to	^
-p	■Ρ
-H	•Η
Φ	Φ
C
•Η	«β
M	Eh

ιη

O O

"SS*

CN C3

O I

ιη

E O

ιη

ο ι

O O

ιη

CN

ο ο

CN

ιη

τ-Ι

ιη	Φ
CN	ο
	ιη

ο ο

ιη

CN

ιη

CN

ο ο

ιη
ι

B¹

ιη

CN

ιη

ο υ

ο ω

O O

ιη

CN

ιη

■Η 03

VO O

a ο

CN CN

CQ —

VO

K ο

CN CN

Die Beziehung zwischen der Gaskonzentration/ die in der vorstehenden Tabelle 4 angegeben ist/ der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und der Zeit der Schichtbildung ist in Figur 7 wiedergegeben. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Konzentration von B₂Hg, die in Tabelle 4 und Figur 7 angegeben ist, die Konzentration von B₂H_ß verdünnt durch Wasserstoff darstellt, d.h. der Wert B2He/(^B ₂ ^H6 ^{+ 1}M ^ist-

Das Verfahren zur Herstellung des fotosensitiven Körpers nach dieser dritten Ausführungsform wird nachstehend anhand von Tabelle 4, Figuren 2 und 7 beschrieben.

Zu Beginn wird SiH -Gas als eine Komponente des Rohgases dem Reaktionsgefäß 26, das in Figur 2 dargestellt ist, zugeführt. Gleichzeitig wird B₂H_ß-Gas und CH.-Gas zugeführt, und zwar mit 0,01 bis 1 Volumen-%, auf der Basis der zugeführten SiH₂-Gasmenge, bzw. 10 bis 100 Volumen-% auf der Basis dieser Menge.

Der Innendruck des Reaktionsgefäßes wird auf 0,4 Torr eingestellt und es wird eine Hochfrequenzspannung von 200 Volt an das Gaseinlaßgehäuse 46 angelegt. Dieser Zustand wird 5 Minuten aufrechterhalten, wodurch die Schichtbildung erfolgt.

Anschließend wird die Schichtbildung 5 Minuten durchgeführt, während die Menge von B₂H,- herabgesetzt wird, in Form einer Exponentialfunktion oder einer Funktion 100 χ exp

2
(-0,4 (T-5) ) nach dieser Ausführungsform, so daß das Volumenverhältnis davon zu dem zugeführten SiH.-Gas einmal

— 6 —7

10 bis einmal 10 werden kann. T stellt dabei die Zeit (Minuten) dar. Nachdem die Schichtbildung insgesamt 10 Minuten auf diese Weise durchgeführt worden ist, wird die erste Sperrschicht 14 erhalten. Während dieses Zeitraums wird Methan (CH₄)-Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 50 SCCM dem Reaktionsgefäß zugeführt.

Anschließend wird die Menge des zugeführten CH.-Gases her-

-ΜΙ abgesetzt, und zwar in Form einer Exponentialfunktion oder

einer Funktion 50 χ exp(-0,1(T-15) ) bei dieser Ausführungsform, und zwar während der letzten 5 Minuten der anschließenden 10 Minuten, d.h. während des Zeitraums von der.10ten bis einschließlich der 20sten Minute, von dem Beginn der Gaszufuhr an gerechnet. Nach Ablauf dieser 10 Minuten wird die zweite Sperrschicht gebildet.

Danach wird in 2 Stunden die fotoleitfähige Schicht gebildet, d.h. innerhalb des Zeitraums von der 20sten bis zur -140sten Minute, gerechnet vom Beginn der Gaszufuhr . Während dieses Zeitraums werden SiH.-Gas und B-Hg-20ppm-Gas als RohgasMaterialien zugeführt.

Der Strom von der Stromquelle 52 zu dem Gaseinlaßgehäuse . 46 wird dann abgeschaltet. Während der anschließenden 10 Minuten, d.h. während des Zeitraums von der 140sten bis zur 150sten Minute, gerechnet von dem Beginn der Gaszufuhr, werden B₂Hg-GaS und CH.-Gas dem Reaktionsgefäß 26 zugeführt, und zwar in einer Funktion, die wiedergegeben wird durch 25 χ exp(-0,1(T-140) ) bzw. in einer Funktion,

die durch 400 χ exp(-0,12(150-T) ) wiedergegeben wird, so daß das Volumenverhältnis des ersten Gases Null werden kann und die Menge des letzteren Gases, das zugeführt wird, 100 bis 500 Volumen-% sein kann. Es ist darauf hinzuweisen, daß in diesem Fall während der letzten Minute, d.h. der 150sten Minute, gerechnet vom Beginn der Gaszufuhr an, ein Strom von 200 V an das Gaseinlaßgehäuse 46 angelegt wird. Während dieses Zeitraums, d.h. von der 140sten bis zur 150sten Minute wird die Oberflächenschicht gebildet.

Der fotösensitive Körper nach dieser dritten Ausführungsform weist ähnliche Vorteile auf wie jene, die mit dem fotosensitiven Körper nach der ersten und der zweiten Ausführungsform erreicht werden. _t

Weiterhin ist der fotosensitive Körper nach der dritten Ausführungsform so ausgebildet, daß die Konzentration der

-2Z-

Verunreinigung kontinuierlich und nacheinander sich an der Grenzschicht zwischen der ersten und der zweiten Sperrschicht ähdert. Es ist deshalb unmöglich, die beiden Schichten oder Filme voneinander abzulösen aufgrund der Unterschiede der dazwischenliegenden Oberflächenunregelmäßigkeiten.

Tabelle 5

N. Zeit	0^5	15/^20	4(T-15)²	20 ~	Ί40	140~150	(T-140)²)
Gas ν.	400	400		400		400	12(150-T)²)
SiH₄	100	100exp(-0,	(T-15)²)	0		0
^B2^H6 (2000ppm)	25	25		25		25exp(-0,1
^B2^H6 (20ppm)	50	50exp(-0,4	0	. ■	400exp(-0,

Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Figur 8 und der Tabelle 5 beschrieben. Da die vierte Ausführungsform sich von der dritten Ausführungsform nur bezüglich der Konzentration des Kohlenstoffs (C) in der zweiten Sperrschicht unterscheidet, wird lediglich das Verfahren der Herstellung der zweiten Sperrschicht beschrieben, so daß das Verfahren der Herstellung der anderen Bereiche entfällt.

Das Verfahren zur Herstellung der zweiten Sperrschicht nach dieser vierten Ausführungsform besteht darin, die Konzentration des Borwasserstoffs (B-H,) und Methans

² ^b 2

(CH.) nach der Exponentialfunktion 100 χ exp(-0,4(T-15) )

'' 2

bzw. 50 χ exp(-0,4(T-15) ) nach der Zeit, die zur Bildung der ersten Sperrschicht erforderlich ist, herabzusetzen. Dabei stellt T in diesen Funktionen die verstrichene Zeit dar. Bei dem fotosensitiven Körper, der nach diesem Herstellungsverfahren erhalten wird, sind die Menge des Bors (B) und Kohlenstoffs (C), die in der zweiten Sperrschicht enthalten sind, kontinuierlich in Richtung auf die fotoleitfähige Schicht verringert.

Qiese vierte Ausführungsform ermöglicht es gleichfalls, ähnliche Vorteile zu erhalten wie jene, die mit der vorstehend erwähnten dritten Ausführungsform erreicht werden.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt, da zahlreiche Abänderungen -20 durchgeführt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Bei der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform kann die Sperrschicht als p-Typ- oder n-Typ-Halbleiterschicht ausgebildet sein, je nach der Verwendung und dem Zweck, d.h. danach, ob die elektrische Ladung auf der Oberfläche des fotosensitiven Körpers positiv oder negativ geladen ist, indem wahlweise ein Element der Gruppe IIIA oder VA des Periodensystems als Verunreinigung verwendet wird, mit der die Schicht dotiert wird. Nach der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform wurde dabei Bor (B) als Element der Gruppe IIIA verwendet, obgleich die gleichen Vorteile und Effekte auch erreicht werden können, wenn ein Element der Gruppe VA, z.B. Phosphor (P) verwendet wird.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann der Widerstand des Halbleiters -auch dadurch gesteuert

~ 2G -

werden, daß ein oder mehrere Atome der Gruppe Stickstoff, Kohlenstoff oder Sauerstoff als Verunreinigung zugesetzt werden.

Weiterhin kann bei dem Verfahren zur Herstellung nach einer der vorstehend angegebenen Ausführungsformen das CH -Gas' als Dotiermittel für Kohlenstoff (C) verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch darauf nicht beschränkt, auch C₂H₄-, C₂Hg-, C₃H₂- oder C₃H₄-GaS kann verwendet werden.

Weiterhin wird NH₃-GaS als Dotiermittel für Stickstoff (N) verwendet, obgleich die Erfindung darauf nicht beschränkt ist. Auch NH₃-, N₂- oder NH₃-NH₂-GaS kann verwendet werden. Schließlich kann, wenn mit Sauerstoff anstelle von Kohlenstoff oder Stickstoff dotiert wird, ein O₂-, N₃O-, NU-, Nu₂", N₃O₄, CO₂-, CO- oder O₃-GaS gleichfalls verwendet werden.

Claims

Halbleiteranordnung

Patentansprüche

1-. Halbleiteranordnung zum Speichern einer elektrischen Ladung, mit der sie aufgeladen worden ist, welche eine fotoleitfähige Schicht , die eine elektrisch aufladbare Oberfläche aufweist. Generatorträger, die bei Belichtung eine elektrische Ladung tragen sowie ein leitfähiges Grundelement, das die fotoleitfähige Schicht trägt und das Fließen der elektrischen Ladung ermöglicht, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung eine erste Sperrschicht (14), die zwischen der fotoleitfähigen Schicht (18) und dem leitfähigen Grundelement (12) vorgesehen ist, einen vorbestimmten Widerstand aufweist, den übergang der elektrischen Ladung von dem leitfähigen Grundelement (12) zu der fotoleitfähigen Schicht (18) verhindert und den übergang einer elektrischen Ladung von der fotoleitfähigen Schicht (18) su dem leitfähigen Grundelement (12) ermöglicht, wobei die elektrische Ladung ein Minus- oder ein Plus-Zeichen aufweist, das das Gleiche ist, wie das der· elektrischen Ladung, mit der die Oberfläche der fotoleitfähigen Schicht (18) aufgeladen wird; sowie eine zweite

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Sperrschicht (16) umfaßt, die zwischen der fotoleitfähigen Schicht (18) und dem leitfähigen Grundelement (12) vorgesehen ist, einen vorbestimmten Widerstand aufweist, der sich von dem der ersten Sperrschicht (14) unterscheidet, den übergang der elektrischen Ladung von dem leitfähigen Grundelement (12) zu der fotoleitfähigen Schicht (18) verhindert und den übergang einer elektrischen Ladung von der fotoleitfähigen Schicht (18) zu dem leitfähigen Grundelement (12) ermöglicht, wobei die elektrische Ladung ein Minus- oder ein Plus-Zeichen aufweist, das das Gleiche ist wie das der elektrischen Ladung, mit der die Oberfläche der fotoleitfähigen Schicht (18) aufgeladen wird.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sperrschicht (14) einen Fehlstellen-Halbleiter mit einem vorgegebenen Widerstand umfaßt, und die zweite Sperrschicht einen Fehlstellen-Halbleiter umfaßt, der einen Widerstand aufweist, der größer ist als der des Fehlstellen-Halbleiters der ersten Sperrschicht (14).
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoleitfähige Schicht (18) an ihrer Oberfläche eine Oberflächenschicht aufweist und die elektrische Ladung, die darin aufgeladen werden soll, in dieser Oberflächenschicht gespeichert wird.
4. Halbleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoleitfähige Schicht (18) an ihrer Oberfläche eine Oberflächenschicht aufweist und die elektrische Ladung, mit der sie aufgeladen werden soll, in dieser Oberflächenschicht gespeichert wird.
5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Valenzelektronen der ersten Sperr-

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schicht (14) durch die zugegebenen Verunreinigungen gesteuert werden.
6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5/ dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen/ die zur Steuerung der Valenzelektronen der ersten Sperrschicht (14) verwendet werden, Atome wenigstens eines Elements umfassen, das aus der Gruppe XIIA und VA des Periodensystems ausgewählt worden ist.
7«, Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Verunreinigungen, die zur Steuerung der Valenzelektronen der ersten Sperrschicht (14) verwendet werden, wenigstens eines der Elemente: Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) umfassen.
8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sperrschicht (14) amorphes Silizium als Hauptkomponente enthält.
9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sperrschicht amorphes Silizium als Hauptkomponente enthält.
10. Halbleiteranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sperrschicht Atome von einem, zwei oder mehr Elementen enthält, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Sauerstoff (0) besteht.
11. Halbleiteranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sperrschicht Atome wenigstens eines Elements umfaßt, das aus den Elementen der Gruppe ΙΣΙΑ und VA des Periodensystems ausgewählt worden ist.
12. Halbleiteranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht Atome von einem, zwei oder mehr Elementen enthält, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) besteht.
13. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die erste Sperrschicht (14), die zweite Sperrschicht und die fotoleitfähigen Schichten (18) amorphes Silizium umfassen, wobei das amorphe Silizium Atome von einem, zwei oder mehreren Elementen enthält, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus den Elementen der Gruppe IIIA und VA des Periodensystems besteht, als Verunreinigungen zur Steuerung seiner Valenzelektronen.
14. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sperrschicht (14) und die zweite Sperrschicht jeweils das gleiche Material als Hauptkomponente umfassen.
15. Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sperrschicht (14) und die zweite Sperrschicht die gleiche Art der Verunreinigung zur Steuerung ihrer jeweiligen Valenzelektronen enthalten, wobei die Konzentration der Verunreinigung, die für die erste Sperrschicht (14) verwendet wird, sich von der, die für die zweite Sperrschicht verwendet wird, unterscheidet.
16. Halbleiteranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (14) und die zweite Sperrschicht jeweils Atome von wenigstens einem Element enthalten, das aus einer Gruppe ausgewählt worden ist, die aus Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Sauerstoff (0) besteht.