DE3340568C2

DE3340568C2 - Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial

Info

Publication number: DE3340568C2
Application number: DE3340568A
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: 1986-05-15
Also published as: DE3340568A1; US4641168A

Abstract

Bei einer Halbleiteranordnung (10), mit der eine elektrische Ladung, mit der sie aufgeladen worden ist, gehalten werden soll, ist eine fotoleitfähige Schicht (18) mit einer Oberfläche, die elektrisch aufgeladen werden kann, vorgesehen, zusammen mit einem leitfähigen Grundelement (12), das die fotoleitfähige Schicht (18) tragen soll und das Fließen der elektrischen Ladung ermöglicht. Zwischen der fotoleitfähigen Schicht (18) und dem leitfähigen Grundelement (12) ist eine erste Sperrschicht (14) sowie eine zweite Sperrschicht (16) vorgesehen, wobei die erste Sperrschicht (14) einen vorgegebenen Widerstand aufweist und aus einem Halbleiter gebildet wird, der dazu dient, das Fließen einer elektrischen Ladung zwischen der fotoleitfähigen Schicht (18) und dem leitfähigen Grundelement (12) zu steuern, und wobei die zweite Sperrschicht (16), die einen Widerstand aufweist, der höher ist als der der ersten Sperrschicht (14) und die gleichfalls aus einem Halbleiter gebildet ist, dazu dient, das Fließen der elektrischen Ladung zwischen der fotoleitfähigen Schicht (18) und dem leitfähigen Grundelement (12) zu steuern. Durch die Wirkung der ersten und der zweiten Sperrschicht ist es möglich, einen zufriedenstellenden Ladungshalteprozentsatz zu erreichen.

Description

2. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Speirschicht (16) einen spezifischen Widerstand aufweist, der größer ist als derjenige des fremdleitenden Halbleitermaleriais der ersten Sperrschicht (14).

3. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoleitfähige Schicht (18) an ihrer Oberfläche eine Oberflächenschicht (20) aufweist und die elektrische Ladung, die darin aufgeladen werden soll, in dieser Oberflächenschicht (20) speicherbar ist.

4. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Valenzelekfronen der ersten Sperrschicht (14) durch die zugegebenen Verunreinigungen gesteuert werden.

5. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 4, 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 NIA und VA des Periodensystems ausgewählt ist.

6. Elektrophotogranhische« Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen, die zur Steuerung der Valenzelektronen der ersten Sperrschicht (14) verwendet werden, wenigstens eines der Element= Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) umfassen.

7. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sperrschicht <14) amorphes Silizium als Hauptkomponente enthält.

8. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sperrschicht (16) amorphes Silizium als Hauptkomponente enthält.

9. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sperrschicht (16) Atome von einem, zwei oder mehr Elementen enthält, die aus der aus Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) bestehenden Gruppe ausgewählt sind.

10. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaierial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sperrschicht (16) Atome wenigstens eines Elements umfaßt, das aus der Gruppe HI A und VA des Periodensystems ausgewählt ist.

I1. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (20) von einem, zwei oder mehr Elementen enthält, die aus der aus Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) bestehenden Gruppe ausgewählt sind.

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrophotographisclies Aufzeichnungsmaterial nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Aufzeichnungsmaterial wird z. B. in einem Festkörper-Bildwandler oder einer Kopiervorrichtung verwendet, um elektrische Ladungen zu speichern.

Im folgenden werden unter der Bezeichnung »Licht« elektromagnetische Wellen verstanden, die zwischen dem Ultraviolett-Bereich und dem Gammastrahlen-Bereich liegen.

Bei einer elektronischen Kopiervorrichtung muß das Aufzeichnungsmaterial photoleitfähig sein und während eines vorgegebenen Zeitraums elektrische Ladungen speichern, die durch eine Corona-Entladung auf seiner photoleitfahigen Oberfläche erzeugt worden sind. Es sollte also in der Dunkelheit einen hohen Widerstand (etwa 10¹⁴ U/cm) aufweisen und bei Belichtung einen niedrigen Widerstand annehmen.

Das Prinzip einer elektronischen Kopiervorrichtung wird nachstehend kurz erläutert, um die vorstehend angegebenen Forderungen, die das Aufzeichnungsmaterial zu erfüllen hat, besser verständlich zu machen. Bei der Corona-Entladung werden elektrische Ladungen auf der photoleitRihigen Oberfläche erzeugt, wodurch die photoleitfähige Schicht elektrisch aufgeladen wird. Die photoleitfahige Oberfläche speichert diese elektrischen Ladungen während eines vorgegebenen Zeitraums, weshalb die photoleitfahige Schicht einen hohen Dunkelwiderstand besitzen muß. Danach wird die photoleitfahige Schicht belichtet. Dadurch werden Elektronen-Loch-Paare erzeugt, die teils die gespeicherten elektrischen Ladungen neutralisieren und teils zu einem elektrisch lci-

lcnden Schichtträger abiließen. Wenn beispielsweise die photoleitfahige Oberfläche positiv aufgeladen ist, so neutralisieren die bei Belichtung erzeugten Elektronen die gebildeten elektrischen Ladungen, während die Löcher zu dem elektrisch leitenden Schichtträger abfließen.

Das latente Bild elektrischer Ladungen wird bei Belichtung auf der photoleitfahigen Oberfläche gebildet. Anschließend wird daran nach dem Coulomb'schen Gesetz der Toner zum Anhaften gebracht, dessen Ladung in ihrem Vorzeichen von demjenigen der elektrischen Ladung des latenten Bildes auf der photoleitfahigen Oberfläche verschieden ist. DerToner wird schließlich auf ein Bildempfangsmaterial, z. B. Papier, übertragen, womit der Kopiervorgang abgeschlossen ist.

Um die beiden vorstehend angegebenen Forderungen zu erfüllen, umfaßt ein übliches Aufzeichnungsmaterial einen elektrisch leitenden Schichtträger, eine Sperrschicht, die auf dem Schichtträger gebildet ist und einen hohen Widerstand besitzt, eine photoleitfahige Schicht, die auf der Sperrschicht gebildet wird, sowie eine weitere photoleitfahige Schicht, die auf der photoleitfahigen Schicht gebildet wird und eine photoleitfahige Oberfläche aufweist, mit der elektrische Ladungen gespeichert werden sollen, die durch eine Corona-Entladung gebildet sind. Bei diesem üblichen Aufzeichnungsmaterial wird das Abfließen elektrischer Ladungen vom Schichtträger in die photoleitfahige Oberfläche durch die Wirkung der Sperrschicht verhindert, so daß die elek-Irischen Ladungen in der photoleitfahigen Oberfläche während eines vorgegebenen Zeitraums zurückgehalten werden. Bei diesem üblichen Aufzeichnungsmaterial sind beispielsweise drei Schichten auf dem leitenden Schichtträger ausgebildet, nämlich eine amorphe Siliziumschicht, die mit Bor und Kohlenstoff dotiert ist, eine amorphe Siliziumschicht, die schwach mit Bor dotiert ist und als photoleitfahige Schicht dient, sowie eine amorphe Siliziumschicht, die mit Kohlenstoff dotiert ist und als Oberflächenschicht dient. Dieses übliche Auf-Zeichnungsmaterial kann mit elektrischer Ladung auf etwa 300 V aufgeladen werden.

Das vorstehend beschriebene Aufzeichnungsmaterial kann elektrische Ladungen nicht während eines bestimmten Zeitraums halten, d. h. es weist kein zufriedenstellendes Haltevermögen auf. Dieses beträgt beispielsweise nur etwa 40%, nachdem nach dem Aufladen 15 s verstrichen sind.

Aus der DE-OS 32 15 151 ist ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial aus einem Schichtträger einer auf dem Schichtträger ausgebildeten photoleitfahigen Schicht und einer in direkter Berührung mit dem Schichtträger und der photoleitfahigen Schicht ausgebildeten Sperrschicht bekannt, wobei diese Sperrschicht eine Doppelschichtstruktur hat und aus einem ersten Sperrfilm und einem zweiten Sperrfilm besteht. Der Schichtträger kann entweder elektrisch leitend oder isolierend sein. Für den ersten Sperrfilm wird amorphes Silizium verwendet, wobei Fremdstoff zugegeben werden kann, während der zweite Sperrfilm aus einem elek-Irisch isolierenden, amorphen Material hergestellt ist. Wenn ein solcher elektrisch isolierender Sperrfilm verwendet wird, dann kann zwar verhindert werden, daß ausgewählte elektrische Ladungen von dem Schichtträger in die phololeitlahige Schicht fließen.

Gleichzeitig wird aber der Fluß elektrischer Ladungen des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aus der photoleitfahigen Schicht in den Schichtträger verhindert, wodurch die Restspannung ansteigt und zu einer Schleier- bildung führt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial zu schaffen, bei dem in zufriedenstellender Weise das Abfließen elektrischer Ladungen aus dem leitenden Schichtträger in die photoleitfahige Schicht verhindert wird, wobei aber Ladungsträger aus der photoleitfahigen Schicht in den Schichtträ^r abwandern können, um so sicher eine Schleierbildung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einem Aufzeichnungsmaterial nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 11.

Beim erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterial bestehen beide Sperrschichten, also die erste und zweite Sperrschicht jeweils aus einem fremdleitenden bzw. fremdstoffdotierten Halbleitermaterial und sind zwischen der photcJeitfähigen Schicht und dem leitenden Schichtträger vorgesehen.

Beim erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterial besteht also auch die zweite Sperrschicht aus fremdleitendcm Halbleitermaterial und erlaubt gerade deshalb die Bewegung der Ladungsträger aus der photoleitfahigen Schicht in den Schichtträger, wodurch eine Schleierbildung vermieden wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Aufzeichnungsmaterial nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Aufzcichnungsmaterials;

Fig. 3 Energie-Niveaus zur Erläuterung der Wirkungsweise der ersten AuFführungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Dicke der zweiten Sperrschicht und der Spannung gegenüber der Entwicklervorspannung, wobei die Dicke der ersten Sperrschicht 1,0 μίτι ist,

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Widerstand der ersten und der zweiten Sperrschicht sowie der angewendeten Ausgangsspannung,

F i g. 6 einen Schnitt, der ein Aufzeichnungsmaterial nach einer zweifen Ausführungsform der Erfindung wiedergibt,

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung des in Fig. 6 gezeigten Aufzeichnungsmaterials; und

Fig. 8 ein Diagramm /ur Erläuterung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung des in Fig. 6 dargestellten AuizeichnungsmKterials.

Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der F i g. 1 bis 8 der Zeichnung näher erläutert. Eine erste Ai s>ührungsform wird zuerst anhand der Fig. 1 und 2 erläutert. Für ein Aufzeichnungsmaterial einer elektronischen Kopiereinrichtung ist ein leitender Schichtträger 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 vom Schichtträger 12 steuern sollen, einer photoleitfähigen Schicht 18 und einer Oberflächenschicht 20, die die beispielsweise durch einen direkten Corona-Entktdungsstrom gebildete Ladung hält.

Der Schichtträger 12 besteht aus einem leitenden Material, beispielsweise Aluminium, und ist als Trommel oder flache Platte ausgebildet.

Mit der ersten Sperrschicht 14 soll der Eintritt elektrischer Ladungen vom Schichtträger 12 in die photoleitlahige Schicht 18 verhindert und gleichzeitig der Übergang elektrischer Ladungen entgegengesetzten Vorzeichens ermöglicht werden, um so den Eintritt elektrischer Ladungen von der fotoleitfähigen Schicht 18 in den Schichtträger 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 ΠΙΑ des Periodensystems, beispielsweise mit Bor (B), und/oder einem Element der Gruppe VA des Periodensystems, beispielsweise mit Phosphor (P), dotiert ist. Wenn das amorphe Silizium mit Bor (B) dotiert ist, beträgt der Borgehalt (Bor/Bor plus Silizium: B/B + Si) vorzugsweise 1,0 bis I x 10"³ Atom-% und bei dieser Ausführungsform 5 x 10~² Atom-%. Die Dicke der ersten Sperrschicht 14 beträgt etwa 0,5 μπ\ oder mehr, vorzugsweise 0,5 um bis 2,5 um. und bei dieser Ausführungsform etwa 2,5 um.

Der spezifische Widerstand der ersten Sperrschicht 14 beträgt etwa 10⁹ ii · cm oder weniger und bei diesem Beispiel etwa I0⁷ Li ■ cm.

Die zweite .Snerr«rhirhi in so!! die Funktion der ersten Sperrschicht 14 ergänzen u"d besteh! aus einem ρ-Typ- oder einem n-Typ-Halbleiter, der einen Widerstand aufweist, der höher ist als der der ersten Sperrschicht 14, nämlich lO'ii- cm, wobei bei diesem Beispiel der Widerstand etwa lO'ii· 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 Kohlentoff (C), Stickstoff(N) und Sauerstoff (O) besteht. Wenn das amorphe Silizium beispielsweise mit Kohlenstoff(C) dotiert ist, beträgt der Kohlenstoffgehalt (Kohlenstoff/i Kohlenstoff plus Silizium): (CV(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 ^m oder mehr, vorzugsweise 0,1 um bis 9 um, und bei diesem Ausführungsbeispiel 1 um.

Die photoleitfahige Schicht 18 ist aus amorphem Silizium, das Wasserstoff- und/oder Halogen-Atome enthält, hergestellt. Ihre Dicke beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel etwa 12 um.

In der Oberflächenschicht 20, die aus amorphem Silizium hergestellt ist, das mit Kohlenstoff (C) oder Stickstoff (N) dotiert ist, sollen die durch den Corona-Entladungsgleichstrom erzeugten elektrischen Ladungen gehalten werden.

Das Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Aufzeichnungsmaterial* ist nachstehend anhand der Fig. 2 näher erläutert.

Gemäß Fig. 2 weist eine Vorrichtung 22 zur Herstellung des Aufzeichnungsmaterials ein Grundelement 24 auf, 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, mit denen das Innere des Rcaktionsgefäßes 28 evakuiert werden kann und die an eine Leitung 34 angeschlossen sind, die mit dem Inneren des Reaktionsgefäßes 28 kommuniziert.

In dem Reaktionsgefäß 28 ist ein Trommelhalter 36 drehbar auf dem Grundelement 24 angeordnet, wobei der Halter 36 dazu dient, den trommelförmig ausgebildeten leitenden Schichtträger 12 zu halten. Dieser Trommelhalter 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 dient, den Schichtträger 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, den leitenden Schichtträger 12, der von dem Trommelhalter 36 gehalten wird, Gas zuzuführen, das dazu verwendet wird, eine Schicht oder Schichten auf dem leitenden Schichtträger 12 zu bilden. Ein Gaszufuhrgehäuse 46 ist so ausgebildet, daß es den leitenden Schichtträger 12 umgibt. In dem Gaszufuhrgehäuse 46 ist ein Elektrodeneiement 48 vorgesehen, das dazu dient, elektrische Ladungen zu erzeugen, und das in ähnlicher Weise so geformt ist, daß es den leitenden Schichtträger 12 umgibt. Das Elektrodenelement 48 ist mit mehreren Bohrungen versehen, durch die das Gas, das dem Gaszufuhrgehäuse 46 zugeführt wird, auf den leitenden Schichtträger 12 auftrifft. Das Elektrodenelemeni 48 ist mit einer Stromquelle 52 verbunden. Der leitende Schichtträger 12 ist andererseits mit einer Erdung 54 verbunden, wobei er, wenn der Schichtträger 12 auf dem Trommeihalter36 angeordnet ist, mittels der Erdung 54 geerdet wird.

Das Gaseinlaßgehäuse 46 ist über ein Ventil 56 mit einem Rohr 58 verbunden, welches mit einerGasquelle 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 Aufzeichnungsmaterials nach der ersten Ausführungsform, bei dem die vorstehend beschriebene Vorrichtung verwendet wird, wird nachstehend im einzelnen erläutert. Das Gehäuse 26 ist offen. Dann wird der leitende Schichtträger 12, der 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 der leitende Schichtträger 12 auf eine Temperatur zwischen 200 und 250⁰C erwärmt wird.

Das Innere des Reaktionsgefäßes 28 wird auf etwa 0,133 Pa mit der Zwischenpumpe 30 und der Rotationspumpe 32 evakuiert. Anschließend wird das Ventil 56 geöffnet, um Rohgas von der Gasquelle eintreten zu

kissen. Dieses Rohgas wird dem Gaseinlaßgehäuse 46 über das Rohr 58 zugeführt und trifft von den Bohrungen 50 aufden leitenden Schichtträger 12 auf. Das so auftreffende Rohgas wird dann aus dem Reaktionsgefäß mit der :;;

Zwischenpumpe 30 entfernt. Der Gasdruck in dem Reaktionsgefäß wird mit dem Ventil 56 und der Zwischen- ν

oder Booster-Pumpe 30 auf 53 Pa eingestellt. _:,;j

Der Antrieb 42 wird betätigt, um den leitenden Schichtträger 12, deraufdem Trommelhalter36 angebracht 5 :i isl, in Rotation zu versetzen. i^ä'i

Es wird ein Hochfrequenzstrom von 200 bis 300 Watt und 13,56 MHz von der Stromquelle 52 an das Elektro- (·

denotement 48 angelegt, wodurch in dem Rohgas eine elektrische Entladung erzeugt wird. Durch diese Ladung |j

cmst?ht ein Radikale aufweisendes Plasma, wodurch vier Schichten, nämlich die erste Sperrschicht, die zweite Sperrschicht, die photoleitfähige Schicht und die Oberflächenschicht, auf dem leitenden Schichtträger 12 gebildct werden.

Die Bedingungen bei der Herstellung dieser Schichten, d. h. die Zusammensetzung, Strömungsgeschwindigkeit und die Bildungsgeschwindigkeit sowie das Rohgas sind in derTabelle 1 zusammen mit den Angaben über die Dicke der unter diesen Bedingungen gebildeten Schichten wiedergegeben. Es sei bemerkt, daß »SCCM« die Strömungsgeschwindigkeit in Form von »Standardkubikzentimeter pro Minute (cmVmin)« bedeutet.

Tabelle 1

Schicht

Zusammensetzung

Strömungsgeschwindig
keit

Bildungszeit

Dicke

firste Sperrschicht Zweite Sperrschicht

Photolcitfähige Schicht Oberflächenschicht

SiH₄ B,H„/H_: (2000 ppm)	150 72	1 (h)	2.5
SiH₄ B₂H₆/H, (20 ppm) CH₄	150 14,3 75	20 (min)	1
SiH₄ B,H₆/H_: (20 ppm)	150 14,3	5(h)	12
SiH₄ CH₄	150 300	2 (min)	0,1

2.5 25

Die Fähigkeit zur Aufladung, dip das elektrophotographische Aufzeichnungsmaterial, das nach der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform erhalten worden ist, zeigte, betrug 470 V, gemessen als Oberflächenspannung, während das Potential-Haltevermögen 76% betrug, wenn 15 s nach der Aufladung gemessen wurde.

Mit dieser ersten Ausfuhrungsform ist es deshalb möglich, ein Aufzeichnungsmaterial bereitzustellen, das ein zufriedenstellendes Potential-Haltevermögen aufweist.

Da weiterhin nach der ersten Ausführungsform die erste Sperrschicht 14 und die zweite Sperrschicht 16, die aus einem Halbleiter gebildet sind, vorgesehen sind, werden die erzeugten Löcher in der photoleitfahigen Schicht 18 nicht daran gehindert, in Richtung des leitenden Schichtträgers 12 zu wandern, was einen durch die Erfindung erzielten Vorteil darstellt. Dieser Vorteil oder Effekt wird nachstehend im einzelnen in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben. Wenn das Aufzeichnungsmaterial belichtet wird, werden paarweise Elektronen und Löcher in der photoleitfahigen Schicht erzeugt. Die Elektronen werden zur der Oberflächenschichtseite gezogen und haben die Wirkung, positive Ladungen, die an der Oberflächenschicht gehalten werden, zu neutralisieren. Die Löcher fließen aus der photoleitfahigen Schicht heraus zu dem leitenden Schichtträger. Wenn jedoch wie nach dem Stand der Technik ein Isolator für die zweite Sperrschicht verwendet wird, werden die Löcher aufgrund des gebildeten hohen Energieniveaus daran gehindert herauszufließen (vgl. in Fig. 3 die als unterbrochene Linie wiedergegebene Wandung). Das Niveau des restlichen Potentials des Aufzeichnungsmaterials 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 dem die zweite Sperrschicht gebildet ist, wird jedoch die zweite Sperrschicht nicht daran gehindert, die Löcher heraus zu dem Schichtträger 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 beruht, die erhalten werden, wenn die Dicke der ersten und der zweiten Sperrschicht 14,16 sich in weiten Grenzen ändern, ist in der Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

Dicke der ersten Sperrschicht 5 (.um)

Dicke der zweiten Sperrschicht (um) 0,05 0,1

0,1	schlecht	unerwünscht	unerwünscht	unerwünscht
0,5	unerwünscht	gut	hervorragend	hervorragend
1,0	unerwünscht	hervorragend	hervorragend	hervorragend
2,0	unerwünscht	hervorragend	hervorragend	hervorragend

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, 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 140,1 am oder weniger beträgt. Es wird angenommen, daß der Grund dafür darin liegt, daß Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des leitenden Schichtträgers nicht umgewandelt sind, da die erste Sperrschicht 14 dünn ist.

Wenn die Dicke der zweiten Sperrschicht 160,05 am oder weniger beträgt, haftet ein Entwickler an dem Licht empfangenen Abschnitt, da die Spannung gegenüber der Entwicklungsvorspannung niedrig ist (im allgemeinen wird während des Entwickeins eine Spannung von 200 bis 300 Volt an das Aufzeichnungsmaterial angelegt, um das Potential des Entwicklers größer zu machen als das des Licht empfangenden Abschnitts des Aufzeichnungsmaterials, wodurch der Entwickler an einem Haften an dem Aufzeichnungsmaterial gehindert wird). Dadurch tritt außerdem eine Abnahme der Vorspannung auf.
In F i g. 4 ist die Spannung gegenüber der Entwicklungsvorspannung in Beziehung zu der Dicke der ersten und der zweiten Sperrschicht 14, 15 des Aufzeichnungsmaterials dargestellt, wobei die erste Sperrschicht 14 eine Dicke aufweist, die auf einen Wert von 1 ;im eingestellt worden ist, und die zweite Sperrschicht 16 eine Dicke zwischen 0,05 und 4 μΐη besitzt. Wie in F i g. 4 dargestellt ist, wird die Spannung gegenüber der Entwicklungsvorspannung erhöht, wenn die Dicke der zweiten Sperrschicht 14 0,1 um oder mehr beträgt.
Das Aufzeichnungsmaterial, das mit »hervorragend« nach Tabelle 2 bewertet ist, wurde einem Gebrauchstest

unterworfen, der lO^mal wiederholt wurde. Dabei stellte sich heraus, daß die Leistung des Fotoleiters sich nicht verschlechterte.

Der »Widerstand«, der die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung (Oberflächenpotential, das 0,1 s nach Aufladen des Aufzeichnungsmaterials gemessen worden ist) und der Restspannung (Oberflächenpotential nach einer Belichtung des Aufzeichnungsmaterials mit 10 Lux · Sekunden) darstellt, welche beide bei einer großen Änderung des Widerstandes sowohl der ersten wie der zweiten Sperrschicht erhalten wurden, ist in F i g. 5 wiedergegeben. In Fig. 5 beträgt die Dicke der ersten Sperrschicht 14 0,5 μίτι und die Dicke der zweiten Sperrschicht 16 1 μπι. Wie aus Fig. 5 ohne weiteres ersichtlich ist, besteht kaum noch eine Restspannung, wenn der spezifische Widerstand der ersten Sperrschicht ΙΟ⁹ U · cm oder weniger und der der zweiten Sperrschicht mehr als 10⁹ Ll · cm beträgt, wobei das Oberflächenpotential auf einem Niveau von etwa 400 Volt oder mehr gehalten werden kann. Dies stellt eine hervorragende Eigenschaft des Aufzeichnungsmaterials 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 werden.
In der Tabelle 3 sind die Bedingungen der Herstellung des Aufzeichnungsmaterials nach der zweiten Ausfiihrungsform der Erfindung wiedergegeben. Das Aufzeichnungsmaterial nach der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von demjenigen, das nach der ersten Ausfuhrungsform erhalten worden ist, dadurch, daß die zweite Sperrschicht 16 und die Oberflächenschicht 20 jeweils mit Kohlenstoff (C) dotiert sind, während jene des Aufzeichnungsmaterials nach der vorhergehenden Ausführungsform jeweils mit Stickstoff (N) dotiert sind. Nach der vorhergehenden Ausfuhrungsform wird nämlich die Herstellung des Aufzeichnungsmaterials unter Verwendung von Ammoniakgas (NH₃) anstelle von Methangas (CH₄), wie in Tabelle 1 angegeben, durchgeführt. Das Aufzeichnungsmaterial, das nach der vorhergehenden Ausführungsform erhalten worden ist, weist Vorteile auf, die denen ähnlich sind, die mit dem Aufzeichnungsmaterial nach der letzteren Ausführungsform erhalten werden.

Tabelle 3

Schicht

Zusammensetzung

Strömungsgeschwindig
keit (SCCM)

Bildungszeit

Dicke

(am)

Erste Sperrschicht	SiH₄	150
	B,H₆/H, (2000 ppm)	72
Zweite Sperrschicht	SiH₄	150
	B₂H₆/H₂ (*> ppm)	14,3
	NH₃	75

1 (h)

20 (min)

2,5

Fortsetzung

Schicht

Zusammensetzung

Strömungsgeschwindig
keit (SCCM)

Bildungszeit

Dicke

Photolcitfühige Schicht

Oberflächenschicht

SiH₄

B₂H₆/H, (20 ppm)

SiH₄ NH.,

150
14,3

5(h)
2 (min)

12

0,1

Nachstehend wird eine dritte Ausfuhrungsform der Erfindung anhand der Fig. 6 und 7 beschrieben.

Bei dieser dritten Ausführungsform werden die erste und die zweite Sperrschicht in der Weise gebildet, daf beide Schichten kontinuierlich ohne Grenzschicht dazwischen ausgebildet sind, wie dies in F i g. 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 DotierstolTes in der ersten und der zweiten Sperrschicht, die aus einem amorphen Halbleiter hergestellt sind, werchn also nacheinander auf kontinuierlicher Basis geändert.

Das Aufzeichnungsmaterial 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 ist.

Tabelle 4

Ckis	Zeit	(min)	5-	10	10-	15	15	~ 20	20 -	140	Einheit: SSCM
										7VZeit (min)
	0 -	5								140- 150

SiII₄	400 (SCCM)	400	400	400	400	400
B-H₁₁ (2000 ppm)	100	100 exp (-0,4 (T-5)^:	0	0	0	0
B_:H„ (20 ppm)	25	25	25	25	25	25 exp (-0,1 (Γ-140)²)
Ch₄	50	50	50	50 exn (-0,1 (T- \S)²)	η	400 exp exp (-0,12 (150 -T)²

Die Beziehung zwischen der Gaskonzentration, die in der Tabelle 4 angegeben ist, der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und der Zeit der Schichtbildung ist in F i g. 7 wiedergegeben. Es ist daraufhinzuweisen, daß die Konzentration von B₂H_n, die in Tabelle 4 und F i g. 7 angegeben ist, die Konzentration von B₂H₆ verdünnt durch Wasserstoff darstellt, d. h. der Wert B₂H„/(B₂H₆ + H₂) ist.

Das Verfahren zur Herstellung des Aufzeichnungsmaterials nach dieser dritten Ausführungsform wird nachstehend anhand von Tabelle 4 sowie Fig. 2 und 7 beschrieben.

Zu Beginn wird SiH-Gas als eine Komponente des Rohgases dem Reaktionsgefäß 26, das in Fi g. 2 dargestellt ist, zugeführt. Gleichzeitig wird B_:H₆-Gas und CH₄-GaS zugeführt, und zwar mit 0,01 bis 1 Volumen-%, auf der Basis der zugeführton SiH₂-Gasmenge, bzw. 10 bis 100 Volumen-% auf der Basis dieser Menge.

Der Innendruck des Reaktionsgefäßes wird auf 53 Pa eingestellt, und es wird eine Hechfrequenzspannung 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 B₂H₆ nach einer F.xponentialfunktion

100 x exp(-0,4(7"-5)²

vermindert wird, so daß das Volumenverhältnis davon zu dem zugeführten SiH₄-GaS 1 · 10~⁶ bis 1 ■ 10"⁷ 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 CH₄-Gases in einer Exponentialfunktion

50 x exp (-0,1 (Γ-15)²

bei dieser Ausführungsform während der letzten 5 Minuten der anschließenden 10 Minuten, d. h. während des Zeitraums von der lOten bis einschließlich der 20sten Minute, von dem Beginn der Gaszufuhr an gerechnet, verringert Nach Ablauf dieser 10 Minuten wird die zweite Sperrschicht gebildet

Danach wird in 2 Stunden die photoleitfahige Schicht gebildet, d. h. innerhalb des Zeitraums von der20sten bis zur 140sten Minute, gerechnet vom Beginn der Gaszufuhr. Während dieses Zeitraums werden SiH₄-GaS und B₂H₆^OpPm-GaS als Rohgas 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 B₂H₄₁-GaS und CH₄-GaS dem Reaktionsgefäß 26 zugeführt, und zwar in einer Funktion, die wiedergegeben wird durch

25 x exp (-0,1 (T- 14O)²)
bzw. in einer Funktion, die durch
400 x exp (-0,12 (T- 150 - Tf)

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 daraufhinzuweisen, daß in diesem Fall während der letzten Minute, d. h. der 150sten Minute, gerechnet vom Beginn der Gaszufuhr an, eine Spannung von 200 V an das Gaseinlaßgehäuse 46 angelegt wird. Während dieses Zeitraums, d. h. von der 140sten bis zur ISOstcD Minute, wird die Oberflächenschicht gebildet

Das Aufzeichnungsmaterial nach dieser dritten Ausführungsform weist ähnliche Vorteile auf wie jene, die mit dem Aufzeichnungsmaterial nach der ersten und der zweiten AusfOhrungsfbrm erreicht werden.
Weiterhin ist das Aufzeichnungsmaterial nach der dritten Ausführungsform so ausgebildet, daß die Konzentration der Verunreinigung kontinuierlich und nacheinander sich an der Grenzschicht zwischen der ersten und der zweiten Sperrschicht ändert. Es ist deshalb unmöglich, die beiden Schichten voneinander aufgrund der Unterschiede der dazwischenliegenden Oberflächenregelmäßigkeiten abzulösen.

30	Tabelle 5	Zeit (min) 0-5	15 ~	20	(-0,4	(T-	\5)²)	20- 140	140	- 150
	Gas	400	400					400	400
35	SiH₄	100	100	exp	(-0,4	(T-	15)')	0	0
	B₂H₆ (2000 ppm)	25	25					25	25	exp (-0,1 (T-14O)²)
40	B₂H₆ (20 ppm)	50	50	exp			0	400	exp (-0,12 (7·-150-Γ)⁷)
	CH₄

Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 8 und der Tabelle 5 beschricben. Da die vierte Ausfuhrungsform 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 Schichten nicht näher erläutert zu werden braucht.

Das Verfahren zur Herstellung der zweiten Sperrschicht nach dieser vierten Ausfuhrungsform besteht darin, die Konzentration des Borwasserstoffs (B₂H₆) und Methans (CH₄) gemäß der Exponentialfunktion

10Oxexp(-0,4(7"-15)²)
bzw.

50x exp (-0,4 (T- 15)²)

nach der Zeit, die zur Bildung der ersten Sperrschicht erforderlich ist, herabzusetzen. Dabei stellt T in diesen Funktionen die verstrichene Zeit dar. Bei dem Aufzeichnungsmaterial, das 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 photoleitfähige Schicht verringert.
Diese vierte Ausführungsform ermöglicht es gleichfalls, ähnliche Vorteile zu erhalten wie jene, die mit der

vorstehend erwähnten dritten Ausführungsform erreicht werden.

Bei der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform kann die Sperrschicht als p-Typ-odern-Typ-Halbleitcrschicht ausgebildet sein, je nach der Verwendung und dem Zweck, d. h. danach, ob die elektrischen Ladungen auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterial positiv oder negativ ist, indem wahlweise ein Element der Gruppe IHA oder VA des Periodensystems als Verunreinigung verwendet wird, mit der die Schicht dotiert ist.

Nach der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform wurde dabei Bor (B) als Element der Gruppe ΙΙΙΛ vcr-

wendet, 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 werden, daß Atome der Gruppe Stickstoff, Kohlenstoff oder Sauerstoff als Verunreinigung zugesetzt
werden. 5

Weiterhin kann bei dem Verfahren zur Herstellung nach einer der vorstehend angegebenen Ausführungsformen das CH₄-GaS als Dotierstoff für Kohlenstoff (C) verwendet werden. Es kann jedoch z. B. auch C₂H₄-, C₂H₆-,
CjH₂- oder C₂H₄-GaS verwendet werden.

Weiterhin wird NH₃-GaS als Dotierstoff für Stickstoff (N) verwendet. Auch NH₃-, N_r oder NH₁-NH₂-GaS
kann verwendet v/erden. Schließlich kann, wenn mit Sauerstoff anstelle von Kohlenstoff oder Stickstoff dotiert io wird, ein O₂-, N₂O-, NO-, NO₂-, N₂O₄-, CO₂-, CO- oder O,-Gas gleichfalls verwendet werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial, mit

- einer bei Bestrahlung mit Licht elektrische Ladungsträger erzeugenden photoleitfahigen Schicht (18) mit amorphem Silizium,

- einem elektrisch leitenden Schichtträger (12),

- einerzwischen der photoleitfahigen Schicht(18) und dem Schichtträger(12) vorgesehenen ersten Sperrschicht (14), die aus einem fremdleitenden amorphes Silizium enthaltenden Halbleitermaterial besteht und die Bewegung von elektrischen Ladungsträgern aus dem Schichtträger (12) in die photoleitfahige Schicht (18) verhindert sowie die Bewegung der Ladungsträger aus der photoleitfahigen Schicht (18) in den Schichtträger (12) erlaubt, und

- einer zwischen der photoleitfahigen Schicht (18) und der ersten Sperrschicht (14) vorgesehenen zweiten Sperrschicht mit amorphem Silizium, die die Bewegung der Ladungsträger aus dem Schichtträger (12) verhindert, dadurch gekennzeichnet,

- daß die zweite Sperrschicht (16) ebenfalls aus einem fremdleitenden amorphes Silizium enthaltenden Halbleitermaterial besteht und die Bewegung der Ladungsträger aus der photoleitfahigen Schicht (18) in den Schichtträger (12) erlaubt.