DE3412184A1

DE3412184A1 - Elektrophotographisch empfindliches bauelement

Info

Publication number: DE3412184A1
Application number: DE19843412184
Authority: DE
Inventors: Hideaki Iwano; Takao Sakai Osaka Kawamura; Naooki Miyamoto; Yasuo Kokubu Kagoshima Nishiguchi
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1983-04-01
Filing date: 1984-04-02
Publication date: 1984-10-11
Also published as: US4675264A; DE3412184C2; US4666808A

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrophotographisch empfindliches Bauelement, mit einer Photoleitschicht aus amorphem Silizium (im nachfolgenden a-Si genannt), welches durch Zerlegung mit Glimmentladung bzw. Sputtern entstanden ist.

Bisher wurden für die Herstellung von elektrophotographisch empfindlichen Bauelementen meistens lichtempfindliche Materialien wie Se, CdS und SnO verwendet. Seit einigen Jahren ist man jedoch auf die Anwendung von a-Si für derartige lichtempfindliche Elemente aufmerksam geworden, da a-Si wesentlich wärme- und abnutzungsbeständiger, frei von Verschmutzung und lichtempfindlicher ist.

Zum Beispiel sind bei einem als Laser-Zeilendrucker bekannten Aufzeichnungssystem mit hoher Dichte und hoher Geschwindigkeit, welches mit Hilfe von Halbleiterlaser-Strahlen Aufzeichnungen macht und kompakt, leicht und stromsparend ist und bei dem die Schwingungswellenlänge des Halbleiter-Lasers nahe 800 nm innerhalb des infrarotnahen Bereiches liegt, Untersuchungen für ein

a-Si-lichtempfindliches Element¹mit hoher Empfindlichkeit bei beinahe Infrarotstrahlung durchgeführt worden. Es ist bereits eine a-Si-Schicht mit Germanium (im nachfolgenden Ge genannt) angereichert worden, um die Lichtempfindlichkeit im infrarot-Hahen Bereich zu erhöhen.

Ein lichtempfindliches Element aus mit Ge angereichertem a-Si weist jedoch den Nachteil auf, daß es nur eine geringe Ladungshaltung und eine ziemlich schnelle Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit zuläßt, wodurch die praktische Anwendung begrenzt ist. Weitere Schwierigkeiten haben sich dadurch ergeben, daß die Zugabe von Ge, die bei Glimmentladung erfolgt, die Einleitung von GeH -Gas zur Folge hat, wodurch sich die Herstellungskosten erheblich erhöhen, da GeH im Vergleich zu SiH sehr teuer ist.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, die Lichtempfindlichkeit eines a-Si-lichtempfindlichen Elements auf infrarotnahe Strahlung zu erhöhen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines elektrophotographisch empfindlichen Bauelements mit einer großen Ladungshaltung, einer geringen Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit und mit geringen Herstellungskosten.

Das erfindungsgemäße Bauelement besteht aus einem elektrisch leitenden Substrat, einer a-Si-Sperrschicht und einer a-Si-Photoleitschicht, wobei beide Schichten in genannter Reihenfolge auf das Substrat laminiert werden. Die a-Si-Sperrschicht enthält dabei Verunreinigungen aus der IIIa-Gruppe des Periodensystems bzw. aus Stickstoff und Verunreinigung der IIIa-Gruppe,sowie Sauerstoff innerhalb eines Bereiches von 0,1 bis 20,0 Atom-% am Anfang ihrer Formation und in progressiv abnehmender Konzentration durch die verbleibende Schicht hindurch.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine vergrößerte Ansicht eines lichtempfindlichen Bauelements, im Schnitt;

"J4 \ A I

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Glimmentladungszerlegung für die Herstellung von amorphen Siliziumschichten;

Fig. 3 eine schematische Ansicht der Verteilung von Sauerstoff- bzw. Stickstoffkonzentrationen relativ zur Schichtdicke des lichtempfindlichen Elements;

Fig. 4+5 Diagramme spektraler Lichtempfindlichkeit

des laminierten lichtempfindlichen Elements aus amorphem Silizium;

Fig. 6+7 Diagramme der Oberflächenpotentiale, der

Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit und der optischen Abnahme des mit amorphem Silizium laminierten lichtempfindlichen Elements; und

Fig. 8 eine schematische Ansicht der Verteilung von Stickstoff- bzw. Sauerstoffkonzentrationen relativ zur Schichtdicke eines laminierten lichtempfindlichen Vergleichselements .

Die Grundstruktur des elektrophotographisch empfindlichen Bauelements besteht aus einem elektrisch leitenden Substrat sowie einer a-Si-Sperrschicht und einer a-Si-Photoleitschicht, welche nacheinander auf das Substrat aufgetragen werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht das lichtempfindliche Element aus einem elektrisch leitenden Substrat 1, einer a-Si-Sperrschicht 2, einer a-Si-Photoleitschicht 3 und einer a-Si-Oberflächenschutzschicht 4, wobei diese drei Schichten nacheinander auf das Substrat laminiert werden. Die Oberflächenschutzschicht muß nicht aus a-Si bestehen, sie kann auch aus anderen Materialien sein, die später noch genauer beschrieben werden.

Bei der vorliegenden Erfindung kann N_?0, NO, N0_?, NH„+O bzw. N +0 verwendet werden, damit die Schichten Sauerstoff und Stickstoff enthalten.

Wird eine a-Si-Oberflächenschutzschicht 4 verwendet, kann der Gehalt an Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Bor und die Dicke der einzelnen Schichten wie in Tabelle 1 dargestellt sein:

Tabelle 1

Schicht-

Gehalt an

dicke (μηη) Sauerstoff bzw.Säuerst. u.Stickstoff (Atom-%)

Wasserstoffgehalt (Atom-%)

Borgehalt (ppm)

Oberflächenschutzschicht 4

0,05<—1,0

I(im nachfol-Igenden be-I schrieben)

0^20.000

I I

iPhotoleit- 15^100

!schicht 3 I

5xlO

~²

dto.

10~20.000

[Sperrschicht 2 |0,2~5,0

I(im nachföl- dto. Igenden be- !schrieben)

50

Die Sperrschicht 2 enthält Sauerstoff bzw. Sauerstoff und Stickstoff in progressiv abnehmender Konzentration durch die gesamte Schicht hindurch, wobei der Gehalt 0,1 bis 20,0 Atom-% Sauerstoff bzw. 0,1 % bis 20,0 Atom-% Sauerstoff und 0,05 bis 10,0 Atom-% Stickstoff am Anfang der Schichtformation beträgt. Vorzugsweise ist der Sauerstoffgehalt bzw. der Sauerstoff- und Stickstoffgehalt der Sperrschicht 2 im Endbereich der Schicht genauso hoch wie der der Photoleitschicht 3.

Der Sauerstoffgehalt bzw. der Sauerstoff- und Stickstoffgehalt der Oberflächenschutzschicht 4 ist so angeordnet, daß der Sauerstoff und/oder Sauerstoff und Stickstoff in progressiv zunehmen-

der Konzentration durch die gesamte Schicht verteilt wird, so daß der jeweilige Gehalt im Endbereich der Schicht auf insgesamt 1,0 bis 60,0 Atom-% ansteigt. Der Sauerstoff- bzw. Sauerstoff- und Stickstoffgehalt des Materials der Oberflächenschutzschicht ist am Anfang der Schicht genauso hoch wie der der Photoleitschicht 3.

Der Gehalt an Bor, Sauerstoff bzw. Sauerstoff und Stickstoff und die Dicke der Sperrschicht 2, der Gehalt an Sauerstoff bzw. Sauerstoff und Stickstoff der Photoleitschicht 3 und der Gehalt an Sauerstoff bzw. Stickstoff und die Dicke der Oberflächenschutzschicht 4 sind für die Erfindung sehr wesentlich.

Die Sperrschicht 2 dient dem reibungslosen Transport von in der Photoleitschicht 3 erzeugten Ladungsträgern zum elektrisch leitenden Substrat 1 sowie als Sperre für elektrische Ladungsinjektion vom Substrat 1. Da ferner die Schicht 2 Bor enthält und ihr Gehalt an Sauerstoff bzw. Sauerstoff und Stickstoff in progressiv steigenden Proportionen, verglichen mit dem entsprechenden Gehalt in der Photoleitschicht 3, in der Schicht 2 verteilt wird, können Sauerstoff-, Stickstoff- und Borgehalt und ihre Mengenverhältniswerte innerhalb bestimmter Bereiche liegen, die vermutlich immer noch eine erhöhte Lichtempfindlichkeit bei infrarotnahen Strahlen zulassen.

Ohne die Sperrschicht 2 wäre jedoch keine effektive Sperre gegen eine elektrische Ladungsinjektion vom elektrisch leitenden Substrat 1 gegeben und folglich würde das Oberflächenptential fallen, die Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit schneller erfolgen und die Lichtempfindlichkeit im infrarotnahen Bereich verhältnismäßig gering sein.

Der Sauerstoff- bzw. der Sauerstoff- und Stickstoffgehalt der Sperrschicht 2 ist gleichmäßig über die Dicke der Schicht verteilt, und obwohl der Gehalt größer als der der Photoleitschicht 3 ist, kann keine wesentliche Lichtempfindlichkeit nahe Infrarot erzielt werden. Selbst wenn dieser Gehalt relativ zur Dicke der

Sperrschicht 2 variiert verteilt wird, kann keine wesentliche Lichtempfindlichkeit nahe Infrarot erzielt werden, solange keine Verunreinigung, wie z.B. Bor, der IIIa-Gruppe des Periodensystems in der Schicht auftritt.

Bezüglich des Borgehalts in der Schicht 2 ist festzuhalten, daß keine ausreichende Lichtempfindlichkeit nahe Infrarot erzielt werden kann, wenn der Gehalt geringer als 50 ppm ist, wohingegen kein ausreichendes Oberflächenpotential erzielt werden kann, wenn er über 500 ppm liegt und sich die Geschwindigkeit der Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit erhöht. Aus diesem Grund sollte der borgehalt in der Sperrschicht 2 innerhalb von 50 bis 500 ppm liegen, vorzugsweise bei 80 bis 150 ppm.

Man hat folgendes festgestellt: Wenn bei einer Sperrschicht 2 dieser Art die gesamte Schicht eine Verunreinigung durch die IIIa-Gruppe des Periodensystems enthält und einen in progressiv abnehmender Konzentration verteilten Sauerstoffgehalt ohne Stickstoffgehalt aufweist, kann mit Sicherheit eine erhöhte Lichtempfindlichkeit nahe Infrarot erzielt werden. Die Lichtempfindlichkeit kann jedoch weiter erhöht werden, wenn der Sauerstoff zusammen mit Stickstoff in einer derartigen progressiv abnehmenden Konzentration verteilt wird.

Der Sauerstoffgehalt der Sperrschicht 2 sollte in der gesamten Schicht in progressiv abnehmender Konzentration verteilt werden, wobei die Schicht 0,1 bis 2,0 Atom-% Sauerstoff am Anfang aufweist und der Sauerstoffgehalt am Ende vorzugsweise genauso hoch ist wie der der Photoleitschicht 3. Es wird in diesem Zusammenhang festgestellt, daß bei einem Sauerstoffgehalt am Anfang der Schicht von weniger als 0,1 Atom-% keine effektive Sperre der Ladungsinjektion vom elektrisch leitenden Substrat 1 möglich ist, weshalb kein ausreichendes Oberflächenpotential vorhanden ist und die Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit schneller wird, während bei einem Anfangs-Sauerstoffgehalt von mehr als 20,0 Atom-% optische Ladungsträger eingefangen und das Restpotential erhöht wird. Deshalb sollte der Sauerstoffgehalt am Anfang der Schicht-

' 1 / IJ

ϋ '-. Iz.

- Ii bildung zwischen 0,1 bis 20,0 Atom-% liegen.

In ähnlicher Weise wird der Stickstoffgehalt der Sperrschicht 2 in progressiv abnehmender Konzentration durch die gesamte Schichtformation hindurch verteilt, wobei der Ausgangsgehalt bei 0,05 bis 10,0 Atom-% liegt. Vorzugsweise sollte der Stickstoffgehalt genauso hoch sein wie der der Photoleitschicht 3.

Wenn der Anfangs-Stickstoffgehalt außerhalb des besagten Bereiches liegt, wird durch den Stickstoff die Lichtempfindlichkeit nicht verbessert. Insbesondere, wenn der Gehalt 10,0 Atom-% übersteigt, werden optische Ladungsträger eingefangen und das Restpotential kann sich erhöhen.

Folglich konnte bestätigt werden, daß bei einer Schichtformation mit einem Sauerstoffgehalt bzw. einem Sauerstoff/Stickstoff gehalt innerhalb des vorgenannten Bereiches und einer progressiven Verringerung des Gehalts auf einen Wert, der dem Sauerstoffgehalt der Photoleitschicht 3 entspricht, die Lichtempfindlichkeit bei infrarotnaher Strahlung erheblich verbessert werden kann. Wenn die Dicke der Sperrschicht 2 weniger als 0,2 μΐη beträgt, ist keine ausreichende Sperre gegen Ladungsinjektion vom elektrisch leitenden Substrat 1 möglich, während sich bei Übersteigen von 5,0 μπι das Restpotential erhöht. Die Sicht sollte daher ca. 0,2 bis 5,0 μπι dick sein.

Wenn der Sauerstoff- bzw. Sauerstoff- und Stickstoffgehalt der Sperrschicht 2 bei der Übergangsfläche von der Schicht zum elektrisch leitenden Substrat 1 am höchsten ist und wenn die Dicke des Übergangsflächenbereiches mit dem Höchstgehalt an Sauerstoff bzw. Sauerstoff und Stickstoff durch allmähliche Verringerung des Gehaltes in diesem Bereich auf nahe Null reduziert ist, treten sehr günstige Eigenschaften zutage: Es werden keine in der Photoleitschicht 3 gebildeten Ladungsträger bei der Übergangsfläche eingefangen und das Restpotential wird merklich verringert.

Folglich tritt bei einer Dicke des Bereichs mit dem höchsten Sauerstoff- bzw. Sauerstoff- und Stickstoffgehalt von weniger als 1000 Ä keine Weißschleierbildung bei einem elektrographischen Bild auf, die dem Restpotential zuzuschreiben ist. Wenn die Dicke unter 10 Ä liegt, kann ein Restpotential vorteilhafterweise wirksam verhindert werden, wodurch eine verminderte Lichtempfindlichkeit bei infrarotnaher Strahlung erzielt wird.

Wenn der Sauerstoffgehalt der Photoleitschicht 3, bzw. bei Vorhandensein von Sauerstoff und Stickstoff mindestens eines von

_2

beiden, über 5 χ 10 Atom-% liegt, kann dies die Lichtempfindlichkeit erheblich vermindern, während andererseits bei einem Gehalt von weniger als 10 Atom-% die Elektronegativität der Sauerstoffatome bzw. der Sauerstoff- und Stickstoffatome zu groß ist, um ein Einbringen von Elektronen in freier Bindung in die Schicht zu ermöglichen. Es ist daher unmöglich, eine a-Si—Photo—

13 leitschicht 3 mit einem Dunkelwiderstand von mehr als 10 Sl cm zu erzielen.

Folglich sollte der Sauerstoffgehalt der Photoleitschicht 3, bzw. bei sowohl Sauerstoff- als auch Stickstoffgehalt mindestens einer

-5 —2 von beiden, im Bereich von 10 bis 5 χ 10 Atom-% liegen.

Darüberhinaus enthält die Photoleitschicht 3 vorzugsweise mindestens 200 ppm oder mehr einer Verunreinigung der IIIa-Gruppe des Periodensystems, nämlich Bor, da ein derartiger Borgehalt der Schicht 3 eine hohe Lichtempfindlichkeit mit sowohl positiver als auch negativer Polarität ermöglicht.

Bei der Oberflächenschutzschicht 4 sollte der Sauerstoffgehalt, bzw. Sauerstoff- und/oder Stickstoffgehalt, an der Außenfläche der Schicht erhöht werden, so daß SiO oder Si„N an der Außenfläche gebildet wird. Dadurch kann eine Oberflächenschutzchicht mit hohem Flächenhärtegrad erzielt werden, wodurch die Haltbarkeit des lichtempfindlichen Elements erheblich erhöht wird. Die Schicht 4 sollte ferner einen Sauerstoff- bzw. einen Sauerstoff- und Stickstoffgehalt am Anfang der Schichtformation auf-

weisen, der dem der Photoleitschicht 3 entspricht und am Ende ihrer Formation im Bereich von 1,0 bis 60,0 Atom-% liegt. Eine derartige Schicht 4 ermöglicht dem lichtempfindlichen Element die Beibehaltung einer hohen Lichtempfindlichkeit und einer verbesserten Ladungshaltung.

Wenn die Dicke der Oberflächenschutzschicht 4 weniger als 0,05 μπι beträgt, kann keine verbesserte Haltbarkeit erzielt werden, das vorhandene Oberflächenpotential ist unbrauchbar gering und die Fähigkeit der Ladungshaltung ist nicht verbessert worden. Beträgt andererseits die Dicke mehr als 1,0 μπι, kann die Lichtempfindlichkeit leicht abnehmen und Restpotential in erhöhtem Maße vorhanden sein. Deshalb sollte die Oberflächenschutzschicht 4 nicht dicker als 0,05 bis 1,0 μπι sein.

Die Dicke der Oberflächenschutzschicht 4 kann so bestimmt werden, daß bei relativ hohem Höchstgehalt an Sauerstoff bzw, Sauerstoff und Stickstoff in der Außenfläche der Schicht die Dicke reduziert wird; umgekehrt erhöht sich die Dicke, wenn der Höchstgehalt relativ gering ist, in beiden Fällen jedoch im genannten Bereich.

Wenn die Oberflächenschutzschicht 4 so gebildet ist, daß ihr Sauerstoff- bzw. Sauerstoff- und Stickstoffgehalt durch ihre gesamte Formation hindurch progressiv zunimmt und die Zunahme an der Außenfläche endet und wenn die Dicke des Bereiches mit dem Höchstgehalt an Sauerstoff bzw. Sauerstoff und Stickstoff im wesentlichen Null ist, kann in der Schicht kaum oder kaum mehr Restpotential vorhanden sein und somit ein hochwertiges elektrophotographisches Bild ohne Weißschleier, mit starken Kontrasten und hoher Auflösung erzielt werden.

Die Dicke der Photoleitschicht 3 ist für das Ziel der Erfindung nicht so bedeutend; sie kann innerhalb eines allgemein akzeptierten Bereichs von z.B. 5 bis 100 μπι liegen.

Bei dem elektrophotographisch empfindlichen Bauelement nach der

Erfindung wird die Sperrschicht so gebildet, daß zu Beginn der Formation 0,1 bis 20,0 Atom-% Sauerstoff bzw. 0,1 bis 20,0 Atom-? Sauerstoff plus 0,05 bis 10,0 Atom-% Stickstoff enthalten sind, wobei dieser Gehalt sich allmählich durch die Schicht hindurch verringert. Daher kann die Sperrschicht in der Photoleitschicht erzeugte Ladungsträger reibungslos zum elektrisch leitenden Substrat transportieren und den Eintritt der elektrischen Ladung vom Substrat verhindern. Ferner dient der Gehalt an Sauerstoff bzw. Sauerstoff und Stickstoff der Sperrschicht einer verbesserten Lichtempfindlichkeit bei infrarotnahen Strahlen. Der Gehalt an Sauerstoff bzw. Sauerstoff und Stickstoff erreicht seinen Höchstwert bei der Übergangsfläche von der Sperrschicht zur elektrisch leitenden Schicht und verringert sich progressiv hinter der Übergangsfläche und durch die verbleibende Schicht hindurch. Aus diesem Grund kann dort, wo die Dicke des Bereichs mit dem Höchstgehalt an Sauerstoff bzw. Sauerstoff und Stickstoff im wesentlichen Null ist, das Restpotential vollständig beseitigt und folglich ein sehr vorteilhaftes elektrophotographisch empfindliches Element erzielt werden, das keine verringerte Lichtempfindlichkeit mehr aufweist.

Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß bei der nach der Photoleitschicht gebildeten Oberflächenschutzschicht der Gehalt an Sauerstoff bzw. Sauerstoff und Stickstoff in progressiv zunehmender Konzentration durch die gesamte Schicht hindurch verteilt wird, so daß an deren Außenfläche 1,0 bis 60,0 Atom-% Sauerstoff bzw. 1,0 bis 60,0 Atom-% Sauerstoff-/Stickstoffkombination vorhanden sind; die sich daraus ergebende Formation von SiO bzw. Si,_N trägt erheblich zur Oberflächenhärte bei. Es versteht sich von selbst, daß eine derartige Anordnung dem elektrophotographisch empfindlichen Element eine hohe Lichtempfindlichkeit und eine wesentlich verbesserte Ladungshaltung ermöglicht.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Glimmentladungszerlegung mit kapazitiever Kopplung für die Bildung von a-Si-Schichten.

Nach der Zeichnung sind erste, zweite und dritte Behälter 5, 6,

3 4 1 2 Ί ö

7 für die Gase SiH , B_?H_fi und 0„ bzw. N_0 vorhanden. Das Trägergas für die Gase SiH. und B„H_R ist Wasserstoff. Diese Gase werden durch entsprechende Ventile 8, 9 und 10 abgeführt. Die Gase aus dem ersten und zweiten Behälter 5 und 6 werden in eine erste Hauptleitung 14 und das Gas 0„ bzw. NO aus dem dritten Behälter 7 wird in eine zweite Hauptleitung 15 abgeleitet, wobei die Strömungsraten durch Durchflußregler 11, 12, 13 reguliert werden. Ferner sind Absperrventile 16, 17 vorhanden. Die durch die Hauptleitungen 14, 15 strömenden Gase gelangen in die Reaktionskammer 18. Um eine Platte 20 in der Reaktionskammer 18 sind Entladungselektroden 19 mit kapazitiever Kopplung angeordnet, deren Hochfrequenzleistung und Frequenz auf 50 Watt bis 3 Kilowatt und ein MHz bis mehrere Zehn-MHz eingestellt werden kann. In der Reaktionskammer 18 befindet sich auf einem durch einen Motor 21 drehbaren Drehtisch 22 eine Platte 20 als Aluminium oder NESA-Glas für die zu bildenden a-Si-Schichten. Die Platte ?0 wird gleichmäßig durch entsprechende Heizvorrichtungen auf 50 —· 300⁰C, vorzugsweise auf 150~250^ο0, erwärmt. Das Innere der Reaktionskammer 18, in der ein Hochvakuum (Verdichtungsdruck 0,5 bis 2,0 Torr) während der Filmschichtbildung vorhanden sein muß, ist mit einer Rotationspumpe 23 und einer Diffusionspumpe 24 verbunden.

Bei Anwendung einer derartigen Vorrichtung zur Glimmentladungszerlegung erfolgt die Formation von a-Si-Filmschichten mit Sauerstoff- bzw. Sauerstoff- und Stickstoffgehalt auf der Platte 20 durch Öffnen es ersten und dritten Ventils 8, 10 für die Ableitung von SiH -Gas aus dem ersten Behälter 5 und von 0_?- bzw. NpO-Gas aus dem dritten Behälter 7. Damit Bor in den Filmschichten enthalten ist, wird das zweite Ventil 9 für die Ableitung von B H -Gas aus dem zweiten Behälter 6 geöffnet. Die Ausströmungsmenge wird von den Durchflußreglern 11, 12, 13 reguliert. Das Gas SiH bzw. das Gasgemisch SiH - B₃H₆ wird durch die erste Hauptleitung 14 und gleichzeitig das Gas Op bzw. NpO eines bestimmten Molverhältnisses zu SiH. durch die zweite Hauptleitung 15 in die Reaktionskammer 18 abgeleitet, im

Innern der Reaktionskammer 18 herrscht ein Vakuum von 0,5 bis 2,0 Torr; die Temperatur der Platte 20 wird bei 50 bis 300⁰C gehalten und die Hochfrequenzleistung und Frequenz für die Entladungselektroden 19 mit kapazitiever Kopplung ist auf 50 Watt»>-> 3 Kilowatt und ein MHz bis mehrere Zehn-MHz eingestellt. Die Glimmentladung wird durchgeführt und die Gase werden zersetzt; auf der Platte 20 werden dann a-Si-Filmschichten aus Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff sowie a-Si-Filmschichten mit einer entsprechenden Menge von Bor in einem Verhältnis von ca. 10 bis 2500 Ä/Min. gebildet.

Zur weiteren Darstellung der Erfindung dienen die folgenden Beispiele.

Beispiel 1

Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Glimmentladungszerlegung gemäß Fig. 2 wurden eine a-Si-Sperrschicht, eine a-Si-Photoleitschicht und eine a-Si-Oberflächenschutzschicht für ein elektrophotographisch empfindliches Bauelement gebildet, und die Eigenschaften der Spektralempfindlichkeit und des Oberflächenpotentials des Elements gemessen.

Ein zylindrisches Aluminiumsubstrat 1 wurde auf den Drehtisch in der Vorrichtung zur Glimmentladungszerlegung aufgebracht. SiH.-Gas (mit einer Strömungsrate von 320 SCCM) mit Wasserstoff als Trägergas wurde aus dem ersten Behälter 5, B_?H„-Gas (mit einer Strömungsrate von 80 SCCM) mit Wasserstoff als Trägergas aus dem zweiten Behälter 6 und Sauerstoffgas (mit einer Strömungsrate von 10,0 SCCM) aus dem dritten Behälter 7 für die Formation einer Sperrschicht auf dem glatten zylindrischen Aluminiumsubstrat 1 abgeführt. Beginnend mit einer Zusammensetzung von ca. 5,0 Atom-% Sauerstoff, ca. 200 ppm Bor und ca. 10 Atom-% Wasserstoff wurde die Zusammensetzung der Sperrschicht allmählich wärhend ihrer Formation variiert, indem eine sukzessive Abnahme der Abfuhrrate von Sauerstoffgas so erfolgte, daß die Strömungsrate von Sauerstoff 0,6 SCCM betrug, als die Schicht 2,0 μΐη dick war, so daß die Schicht einen maximalen Sauerstoff-

gehalt neben der Übergangsfläche zum Substrat und einen Sauerstoffgehalt nahe dem der Photoleitschicht 3 gegen Ende der Sperrschichtformation aufwies. Genauer gesagt: Es erfolgte eine Anpassung, so daß die Verteilung von Sauerstoff in der Sperrschicht eine Exponentialkurve relativ zur Dicke der Schicht darstellte. Die Betriebsbedingungen während dieser Formationsstufe waren folgende: Verdichtungsdruck 0,6 Torr, Substrattemperatur 200⁰C, Hochfrequenzleistung 150 W und Geschwinddigkeit der Filmschichtbildung 14 Ä/Sek.

Auf diese Weise wurden eine Photoleitschicht 3 mit ca. 0,02 Atom-% Sauerstoff, ca. 200 ppm Bor und ca. 15 Atom-% Wasserstoff erzeugt, wobei das Sauerstoffgas eine Strömungsrate von 0,6 SCCM hatte. Anschließend wurden die Strömungsraten allmählich sukzessive geändert: Sauerstoffgas von 0,6 SCCM auf 10,0 SCCM, SiH.-Gas von 320 SCCM auf 100 SCCM und B_OH_-Gas von 80 SCCM auf

4 ί D

Null, wodurch eine Oberflächenschutzschicht 4 mit ca. 50 Atom-% Sauerstoff, ca. 3 Atom-% Wasserstoff, ohne Bor in der Außenfläche und mit einer Dicke von 0,2μπι erhalten wurde.

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht der Verteilung des Sauerstoff gehaltes relativ zur Schichtdicke eines laminierten lichtempfindlichen Elements A, welches nach vorstehend ausgeführtem Verfahren gebildet worden ist. In der Zeichnung zeigt die X-Achse die Sauerstoffkonzentrationen und die Y-Achse die Schichtdicke der Sperrschicht 2 (d - d₁), der Photoleitschicht 3 (d₁ - dp) und der Oberflächenschutzschicht 4 (d_ - d„) an.

Nun wurden die spektralen Lichtempfindlichkeitseigenschaften des erhaltenen laminierten lichtempfindlichen Elements A gemessen. Die Meßergebnisse sind in Fig. 4 gezeigt.

Die Zeichnung zeigt die Messungen 0 der Lichtempfindlichkeit des Elements A und die spektrale Lichtempfindlichkeitskurve P, die auf den Messungen basiert. Ferner sind die Lichtempfindlichkeitsmessungen · des Elements A ohne Sperrschicht 2(A-I)

dargestellt, dessen Photoleitschicht 3 und Oberflächenschutzschicht 4 unter den gleichen Betriebsbedingungen gebildet wurden wie bei dem vorliegenden Beispiel. Die spektrale Lichtempfindlichkeitskurve Q basiert auf den Messungen. Wie aus Fig. 4 klar ersichtlich, weist das lichtempfindliche Element mit einer Sperrschicht 2 wie der vorstehend beschriebenen erhebliche Vorteile gegenüber dem lichtempfindlichen Element A-I ohne Sperrschicht 2 bezüglich der Lichtempfindlichkeit im Langwellenbereich auf, wodurch seine Benutzbarkeit für Laser-Drucker mit Halbleiterlasern sichergestellt ist.

Es wurden nochmals Messungen im Hinblick auf die Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit sowie die optische Abnahme des erfindungsgemäßen Elements A durchgeführt. Die Meßergebnisse sind in Fig. 6 dargestellt. Die gezeigten Eigenschaften basieren auf der Beobachtung von Veränderungen des Oberflächenpotentials in Dunkelheit über die Zeit nach einer positiven Elektrisierung durch einen+5,6 KV Koronalader in Dunkelheit, und Veränderungen des Oberflächenpotentials über die Zeit unmittelbar nach Bestrahlung mit monochromem Licht mit einer Wellenlänge von 770 nm.

Die Zeichnung zeigt die Kurven R und S für die Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit sowie die optische Abnahme des laminierten lichtempfindlichen Elements A. T und U sind die Kurven der Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit und der optischen Abnahme des einschichtigen lichtempfindlichen Elements A - 2, das weder eine Sperrschicht noch eine Oberflächenschutzschicht aufweist.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, beträgt bei dem einschichtigen Element A - 2 das Oberflächenpotential ca. 300 V und ca. 20^30Ji Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit in 5 Sek., wohingegen bei dem erfindungsgemäßen Element A die Ladungshaltung gegenüber dem einschichtigen Element erheblich besser ist und es ein Oberflächenpotential von 700 V und eine geringe Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit von ca. 5% in 5 Sekunden aufweist.

Das lichtempfindliche Element A-I ohne Sperrschicht weist eben-

so wie das einschichtige Element A - 2 ein Oberflächenpotential von ca. 300 V auf. In Fig. 6 ist zu erkennen, daß das Element A - 1 im wesentlichen die gleichen Eigenschaften der Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit aufweist wie das einschichtige Element A - 2.

Mit einem Halbleiterdrucker (Wellenlänge 770 nm, Druckgeschwindigkeit 20 Kopien/Min.) wurden mit dem lichtempfindlichen Element A Drucktests durchgeführt. Es konnte ein hochwertiges Bild mit starkem Kontrast und hoher Auflösung erzielt werden. Selbst nach einem Test mit 300 000 Wiederholungen konnte keinerlei Verschlechterung wie z.B. verminderte Dichte, Weißschleierbildung oder farbfreie Stellen aufgrund von Fehlern in der Trommelfläche entdeckt werden. Vielmehr konnte die ausgezeichnete Haltbarkeit des lichtempfindlichen Elements A bestätigt werden.

Beispiel 2

Mit Hilfe der vorstehend in Beispiel 1 beschriebenen Vorrichtung zur Glimmentladungszerlegung gemäß Fig. 2 wurden eine a-Si-Sperrschicht, eine a-Si-Photoleitschicht und eine a-Si-Oberflächenschutzschicht für ein elektrophotographisch empfindliches Bauelement gebildet und die Eigenschaften der Spektralempfindlichkeit und des Oberflächenpotentials des Elements gemessen. Ein zylindrisches Aluminiumsubstrat 1 wurde auf den Drehtisch 22 in der Vorrichtung aufgebracht. SiH.-Gas (mit einer Strömungsrate von 320 SCCM) mit Wasserstoff als Trägergas wurde aus dem ersten Behälter 5, B₀H -Gas (mit einer Strömungs-

rate von 80 SCCM) mit Wasserstoff als Trägergas aus dem zweiten Behälter 6 und N₀O-GaS (mit einer Strömungsrate von 20 SCCM) aus dem dritten Behälter 7 für die Formation einer Sperrschicht auf dem glatten zylindrischen Aluminiumsubstrat 1 abgeführt. Beginnend mit einer Zusammensetzung von ca. 5,0 Atom-% Sauerstoff, ca. 0,7 Atom-% Stickstoff, ca. 200 ppm Bor und ca. 10 Atom-% Wasserstoff wurde die Zusammensetzung der Sperrschicht allmählich während ihrer Formation variiert, indem eine sukzessive Abnahme der Abfuhrrate des N_o0-Gases so erfolgte, daß die Strömungsrate von N₀O-GaS 1,2 SCCM betrug, als die Schicht

2,0 μηη dick war, so daß die Schicht einen maximalen Sauerstoffgehalt neben der Übergangsfläche zum Substrat und einen jeweiligen Gehalt von Sauerstoff und Stickstoff nahe dem der Photoleitschicht 3 gegen Ende der Sperrschichtformation aufwies.
Genauer gesagt: Es erfolgte eine Anpassung, so daß die Verteilung von NO in der Sperrschicht eine Exponentialkurve relativ zur Dicke der Schicht darstellte. Die Betriebsbedingungen während dieser Formationsstufe waren folgende: Verdichtungsdruck 0,6
Torr, Substrattemperatur 200⁰C, Hochfrequenzleistung 150 W und Geschwindigkeit der Filmschichtbildung 14 Ä/Sek.

Auf diese Weise wurde eine Photoleitschicht 3 mit ca. 0,02 Atom-% Sauerstoff, ca. 0,003 Atom-% Stickstoff, ca. 200 ppm Bor und
ca. 15 Atom-% Wasserstoff erzeugt, wobei das N₂O-GaS eine Strömungsrate von 1,2 SCCM aufwies. Anschließend wurden die Strömungsraten allmählich sukzessive geändert: N_?0-Gas von 1,2 SCCM

auf 20 SCCM, SiH.-Gas von 320 SCCM auf 100 SCCM und B_oH_~Gas von 4 £ ο

80 SCCM auf Null, wodurch eine Oberflächenschutzschicht 4 mit ca. 50 Atom-% Sauerstoff, ca. 7 Atom-% Stickstoff, ca. 3 Atom-% Wasserstoff, ohne Bor in der Außenfläche und einer Dicke von 0,2
μπι erzielt wurde.

Die Verteilung der Sauerstoff- bzw. Stickstoffkonzentration relativ zur Schichtdicke des laminierten lichtempfindlichen Elements A¹ ist schematisch in Fig. 3 dargestellt, wo die X-Achse die Sauerstoff- bzw. Stickstoffkonzentration zeigt.

Nun wurden die spektralen Lichtempfindlichkeitseigenschaften des erhaltenen lichtempfindlichen Elements A¹ gemessen. Die Meßergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.

Die Zeichnung zeigt die Messungen 0 der Lichtempfindlichkeit des laminierten lichtempfindlichen Elements A¹ und die spektrale Lichtempfindlichkeitskurve P, die auf den Messungen basiert. Ferner sind die Lichtempfindlichkeitsmessungen X eines lichtempfindlichen Elements ohne Sperrschicht 2 (A' - 1) dargestellt, deren Photoleitschicht 3 und Oberflächenschutzschicht

4 unter den gleichen Betriebsbedingungen wie beim vrliegenden Beispiel gebildet wurden. Die spektrale Lichtempfindlichkeitskurve Q basiert auf den Messungen.

Es wurde nochmals ein weiteres Teststück durch Abführen von Sauerstoffgas anstelle von N₂O aus dem dritten Tank 7 und durch Steuerung der Strömungsraten erzeugt, so daß der Gehalt an Sauerstoff, Bor und Wasserstoff der einzelnen Schichten, die Verteilung der Gehalte und die Dicke jeder einzelnen Schicht jeweils mit denen des lichtempfindlichen Elements A¹ übereinstimmte. Auf diese Weise konnte in lichtempfindliches Element A¹ - 2 erzeugt werden, welches sich vom Element A¹ nur dahingehend unterscheidet, daß es keinen Stickstoff enthält. Mit dem Zeichen · sind die Lichtempfindlichkeitsmessungen des Elements A¹ - 2 und mit R eine spektrale Lichtempfindlichkeitskurve bezeichnet, die auf den Messungen basiert.

Wie aus Fig. 5 klar ersichtlich, weist das lichtempfindliche Element A mit obenbeschriebener Sperrschicht 2 erhebliche Vorteile gegenüber dem Element A¹ - 1 ohne Sperrschicht 2 bezüglich der Lichtempfindlichkeit im Langwellenbereich auf, wodurch seine Benutzbarkeit für Laser-Drucker mit Halbleiterlasern sichergestellt ist. Man hat festgestellt, daß bei Vorhandensein von Stickstoff weitere Verbesserungen der Lichtempfindlichkeitseigenschaften im Langwellenbereich verglichen mit Beispiel 1 erzielt werden konnten.

Es wurden nochmals Messungen im Hinblick auf die Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit sowie die optische Abnahme des lichtempfindlichen Elements A¹ durchgeführt. Die Meßergebnisse sind in Fig. 7 dargestellt. Wie bei Beispiel 1 beruhen die gezeigten Eigenschaften auf der Beobachtung von Veränderungen des Oberflächenpotentials in Dunkelheit über die Zeit nach einer positiven Elektrisierung durch einen +5,6 KV Koronalader in Dunkelheit, und Veränderungen des Oberflächenpotentials über die Zeit unmittelbar nach Bestrahlung mit monochromem Licht mit einer Wellenlänge von 770 nm.

Die Zeichnung zeigt die Kurven S und T für die Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit sowie die optische Abnahme des laminierten lichtempfindlichen Elements A¹. U und V sind die Kurven der Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit und der optischen Abnahme des lichtempfindlichen Elements A¹ - 3, das weder eine Sperrschicht noch eine Oberflächenschutzschicht aufweist.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich, beträgt bei dem einschichtigen Element A¹ - 3 das Oberflächenpotential 300 V und ca. 30-^30% Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit in 5 Sekunden, wohingegen bei dem erfindungsgemäßen Element A¹ die Ladungshaltung gegenüber dem einschichtigen Element erheblich besser ist und es ein Oberflächenpotential von 700 V und.eine geringe Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit von ca. 5% in 5 Sekunden aufweist.

Das lichtempfindliche Element ohne Sperrschicht (A¹ - 1) weist ebenso wie das einschichtige Element A■ - 3 ein Oberflächenpotential von ca. 300 V sowie ähnliche Eigenschaften hinsichtlich der Kurve U der Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit auf. Das lichtempfindliche Element ohne Stickstoffzusatz A¹ - 2 zeigte eine Kurve der Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit, die der des Elements A¹ nach der Erfindung ähnelte. Seine optische Abnahmekurve W ist in Fig. 7 gezeigt.

Das laminierte lichtempfindliche Element A¹ ist bei einem Halbleiterlaser-Drücker (Wellenlänge 770 nm, Druckgeschwindigkeit 20 Kopien/Min.) eingesetzt worden und es wurden Drucktests durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse ähnelten denen des lichtempfindlichen Elements A in Beispiel 1.

Beispiel 3

Es wurden wie beim 1. Beispiel laminierte lichtempfindliche Elemente B-J hergestellt, siehe Tabelle 2.

Tabelle 2

I I *	Sperrschicht	Borgeh. (ppm)	Dicke (μΐη)	Photoleitschicht	Borgeh. (ppm)	Dicke Um)	I Oberflächenschutzschicht \|	Dicke Um)
I	Sauerstoffgeh. der Übergangs fläche z.Substrat (Atom-%)	100	4,0	Sauerstoff gehalt (Atom-%)	100	20,1	Sauerstoffgeh. d.Außenfläche (Atom-%)	0,2 I
I B	0,5	100	2,0	0,02	100	19,5	50	0,2 j
C	5,0	100	0,4	0,02	100	19,6	50	0,2
I D	16,0	65	2,0	0,02	100	20,0	50	0,2
^E	10,0	400	2,0	0,02	100	19,6	50	0,2
I F	10,0	100	2,0	0,01	100	19,6	50	0,08
^G	10,0	100	2,0	0,02	100	19,5	60	0,2
I H	10,0	100	2,0	0,02	100	19,8	50	0,5
I	10,0	100	2,0	0,02	100	19,8	10	0,8 I
I J	10,0	0,02	4

*: Lichtempfindliches Element

Messungen bezüglich der Lichtempfindlichkeit (Wellenlänge 770 nm) und des Oberflächenpotentials wurden mit den lichtempfindlichen Elementen B-J wie beim 1. Beispiel durchgeführt. Die Ergebnisse stehen in Tabelle 3.

Tabelle 3

I *	Lichtempfind lichkeit E (cm²/erg) ° (770 nm)	Oberflächen potential (V)	Rate der Ladungsträger abnahme bei Dunkelheit in 5 Sek. (X)
I B	0,18	! 640	5,5
I c I	0,21	710	6,3
I I D	0,15	780	5,0
I E	0,15	620	6,2
I ^F	0,21	580	7,5
I G	0,20	700	5,0
I H	0,20	720	5,5
I ι	0,21	680	6,8
I -J I I	0,20	700	5,0

*: Lichtempfindliches Element

Jedes der lichtempfindlichen Elemente dieses Beispiels wurde nochmals ,in einen Halbleiterlaser-Drucker (Wellenlänge 770 nm, Druckgeschwindigkeit 20 Kopien/Min.) wie beim 1. Beispiel eingesetzt und es wurden Drucktests durchgeführt. In jedem Fall wurden hochwertige Bilder mit starkem Kontrast sowie hoher auflösung erzielt. Selbst nach einem Test mit 300 000 Wiederholungen konnte keine Bildverschlechterung wie z.B. verminderte Dichte, Weißschleierbildung oder farbfreie Stellen aufgrund von Fehlern in der Trommelfläche entdeckt werden. Vielmehr hielt das Bild einem Vergleich mit dem Origianl gut stand. Wie beim 2. Beispiel wurden dann laminierte lichtempfindliche Elemente B¹ - K¹ hergestellt, siehe Tabelle 4.

Tabelle

Sperrschicht

Photoleitschicht

Oberflächenschutzschicht

(B)*| (C)*IBor-1 Schicht- j(D)*|(E)* Bor-(Atom-%) Igeh. Idicke(μΐη) (Atom-%) geh. l(ppm)| I (ppm)

I I 1 1 1

Schichtdicke (μπι)

0,5	0,07	100
5,0	0,7	100
16,5	5,0	100
10,0	1,5	65
10,0	1,5	400
10,0	1,5	100
10,0	1,5	100

10,0

1,5 100

4,0
2,0
0,4
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0

|0,02

JO,02

0,02

0,003 100 0,003· 100 0,003| 100 0,003 100

10,Oj 1,5 j 100 I 2,0
,15,0 2,0 100 1,5

0,01 |0,002J 100 j 0,02 j 0,003| 100 |0,02|0,003|100

0,02! 0,003! 100

0,0210,0031100 0,02 0,003 100

20,1 19,5 19,6 20,0 19,6 19,6 19,5 19,8 19,8 25,0

(Atom-

Schichtdicke (μΐη)

50 50 50 50 50 60 50 10 4 60

7,0 I	0,2
7,0 j	0,2
7,0 I	0,2
7,0 j	0,2
7,0 I	0,2
8,0 j	0,08
7,0 I	0,2
1,5	0,5
0,6 I	0,8
8,0 j	0,3

(A)*: Lichtempfindliches Element (B)*: Sauerstoffgehalt der Übergangsfläche zum Substrat (C)*: Stickstoffgehalt der Übergangsfläche zum Substrat (D)*: Sauerstoffgehalt (E)*: Stickstoffgehalt (F)*: Sauerstoffgehalt der Außenfläche (G)*: Stickstoffgehalt der

Außenfläche

IV) CJI

Messungen bezüglich der Lichtempfindlichkeit (Wellenlänge 770 nm) und der Eigenschaften des Oberflächenpotentials wurden mit den lichtempfindlichen Elementen B¹ - K¹ wie beim 1. Beispiel durchgeführt. Die Ergebnisse stehen in Tabelle 5.

Tabelle 5

(A)*	Lichtempfindlich keit E (cm²/erg) ^ö (770 nm)	I Oberflächen- I potential I (ν)	I Rate der Ladungs- I trägerabnahme bei Dunkelheit in 5 Sek. I {%)
B¹	I 0,22	630	5,5 I
j C	0,26	700	6,5 I
j D¹	0,21	750	5,0 I
j E¹	0,19	640	6,3 I
F>	0,25	600	7,2
G¹	0,25	680	5,0
H¹	0,26	740	5,3 I
I'	0,27	700	7,0 j
J¹	0,25	660	4,9 j
κ¹ I	0,24	700	6,0

(A)*: Lichtempfindliches Element

Darüberhinaus wurde jedes der lichtempfindlichen Elemente dieses Beispiels in einen Halbleiterlaser-Drucker (Wellenlänge 770 nm, Druckgeschwindigkeit 20 Kopien/Min.) wie beim 1. Beispiel eingesetzt und es wurden Drucktests durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse ähnelten denen nach Beispiel 3.

Referenzbeispiel 1

Es wurde ein lichtempfindliches Element mit auf ein Aluminium-

substrat laminierten Schichten mit Hilfe einer Vorrichtung zur Glxmmentladunszerlegung so geschaffen, wie es beim 1. Beispiel . beschrieben worden ist.

Die Sperrschicht dieses Beispiels unterscheidet sich von der des 1. Beispiels. Es wurde ein zylindrisches Aluminiumsubstrat auf den Drehtisch 22 in der Vorrichtung aufgebracht. SiH -Gas mit Wasserstoff als Trägergas wurde (mit einer Strömungsrate von 320 SCCM) aus dem ersten Behälter 5, B_H.-Gas mit Wasserstoff

ti. D

als Trägergas (mit einer Strömungsrate von 80 SCCM) aus dem zweiten Behälter 6 und Sauerstoffgas (mit einer Strömungsrate von 10,0 SCCM) aus dem dritten Behälter 7 abgeführt, so daß auf dem ebenen zylindrischen Aluminiumsubstrat eine Schicht aus ca. 5,0 Atom-% Sauerstoff, ca. 200 ppm Bor und ca. 10 Atom-% Wasserstoff mit einer Dicke von 0,4 μπι gebildet werden konnte. Dann wurde die Abfuhrrate des Sauerstoffgases allmählich und sukzessive verringert, so daß die Strömungsrate des Sauerstoffgases zum Schluß.der Sperrschichtbildung 0,6 SCCM betrug. Die Sperrschicht 2a hat folglich eine Dicke von 2,0 μπι. Im Innenbereich der Sperrschicht 2a, welcher dem Substrat 1 gegenüberliegt, bildete sich eine Schicht mit einem Höchstgehalt an Sauerstoff, mit ca. 5,0 Atom-% Sauerstoff und einer Dicke von 0,4 μπι. Danach wurden eine Photoleitschicht 3 und eine Oberflächenschutzschicht 4 nacheinander wie beim 1. Beispiel laminiert, so daß ein laminiertes lichtempfindliches Element A - 3 entstand.

Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht der Verteilung des Sauerstoffgehaltes relativ zur Schichtdicke des lichtempfindlichen Elements A - 3. In der Zeichnung stellt die X-Achse die Sauerstoffkonzentration dar. Die Y-Achse zeigt bei d_Q - ά die Dicke der Sperrschicht 2a, wobei d_n - d die Dicke des Bereichs mit dem Höchstgehalt an Sauerstoff und d - d die Dicke des Bereichs mit einer Sauerstoffkonzentration darstellt, welche relativ zur Richtung der Schichtdicke abfällt. Die Bereiche d- - d und d - d stellen die Dicke der Photoleitschicht 3 und der Oberflächenschutzschicht 4 dar.

Mit dem derart erhaltenen laminierten lichtempfindlichen Element A - 3 wurden Messungen bezüglich seiner Lichtempfindlichkeit, seines Oberflächenpotentials, seiner Ladungsträgerabnähme bei Dunkelheit und seiner optischen Abnahme wie beim 1. Beispiel durchgeführt. Lichtempfindlichkeit und Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit unterschieden sich nicht sehr von denen des Elements A.

Wie jedoch in Fig. 6 bei V gezeigt, umfaßte die optische Abnahme des Elements A - 3 ein Restpotential von über 100 V. Dieses lichtempfindliche Element wurde in einen Halbleiterlaser-Drucker wie bei Beispiel 1 eingesetzt und es wurde ein Drucktest durchgeführt. Dabei konnte Weißschleierbildung beobachtet werden.

Referenzbeispiel 2

Mit Hilfe der Vorrichtung zur Glimmentladungszerlegung wurde ein lichtempfindliches Element mit einer Sperrschicht auf einem Aluminiumsubstrat gebildet, welche sich von der Schicht des 2. Beispiels unterschied. Ein zylindrisches Aluminiumsubstrat wurde auf den Drehtisch 22 der Vorrichtung aufgebracht. SiH.-Gas mit Wasserstoff als Trägergas wurde (mit einer Strömungsrate von 320 SCCM) aus dem ersten Behälter 5, B_H_-Gas mit Was-

c. D

serstoff als Trägergas (mit einer Strömungsrate von 80 SCCM) aus dem zweiten Behälter 6 und N_pO-Gas (mit einer Strömungsrate von 20 SCCM) aus dem dritten Behälter 7 abgeführt, so daß auf dem ebenen zylindrischen Aluminiumsubstrat eine Schicht aus ca. 5,0 Atom-% Sauerstoff, ca. 0,7 Atom-% Stickstoff, ca. 200 ppm Bor und ca. 10 Atom-% Wasserstoff mit einer Dicke von 0,4 μπι gebildet werden konnte. Dann wurde die Abfuhrrate von N_?0-Gas allmählich und sukzessive verringert, so daß die Strömungsrate des NpO-Gases zum Schluß der Sperrschichtbildung 1,2 SCCM betrug. Die Sperrschicht 2a hat folglich eine Dicke von 2,0 μΐη. Im Innenbereich der Sperrschicht 2a, welcher dem Substrat 1 gegenüberliegt, bildet sich eine Schicht mit einem Höchstgehalt an Sauerstoff, mit ca. 5,0 Atom-% Sauerstoff und ca. 0,7 Atom-% Stickstoff sowie mit einer Dicke von 0,4 μηι. Danach wurden eine

Photoleitschicht 3 und eine Oberflächenschutzschicht 4 wie im Beispiel 2 nacheinander laminiert, wodurch ein laminiertes lichtempfindliches Element A' - 4 erhalten wurde.

Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht der Verteilung des Sauerstoff gehaltes relativ zur Schichtdicke des Elements A¹ -4. In der Zeichnung stellt die X-Achse die Sauerstoff- bzw. Stickstoff konzentration dar. Die Y-Achse zeigt bei d_ - d die Dicke der Sperrschicht 2a, wobei d - d die Dicke des Bereiches mit dem Höchstgehalt an Sauerstoff bzw. Stickstoff und d_ - d.. die Dicke des Bereiches mit einer Sauerstoff- und Stickstoffkonzentration darstellt, welche in Richtung der Schichtdicke abfällt. Die Bereiche d. - d_? und d_p - d stellen die Dicke der Photoleitschicht 3 und der Oberflächenschutzschicht 4 dar.

Mit dem so erhaltenen laminierten lichtempfindlichen Element A¹ — 4 wurden Messungen bezüglich seiner Lichtempfindlichkeit, seines Oberflächenpotentials und seiner Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit sowie seiner optischen Abnahme wie bei Beispiel 2 durchgeführt. Lichtempfindlichkeit und Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit unterschieden sich nicht sehr von denen des Elements A.

Wie jedoch in Fig. 7 bei X gezeigt, umfaßte die optische Abnahme des Elements A¹ - 4 ein Restpotential von über 100 V. Dieses lichtempfindliche Element wurde in einen Halbleiterlaser-Drucker wie bei Beispiel 2 eingesetzt und es wurde ein Drucktest durchgeführt. Dabei konnte Weißschleierbildung beobachtet werden.

Referenzbeispiel 3

Mit Hilfe einer Vorrichtung zur Glimmentladungszerlegung gemäß Fig. 2 konnten eine a-Si.Ge-lichtempfindliche Schicht mit ca. 40 Atom-% von Si und ca. 40 Atom-% von Ge und einer Dicke von 2 μπι und eine a-Si-lichtempfindliche Schicht mit ca. 0,02 Atom-% Sauerstoff, ca. 200 ppm Bor und ca. 15 Atom-% Wasserstoff und einer Dicke von 20 μπι nacheinander auf ein elektrisch leitendes Substrat laminiert werden, so daß ein lichtempfindliches Element mit hoher Empfindlichkeit im infrarotnahen Bereich erzielt wurde.

Die a-Si.Ge-Elemente wurden durch Abfuhr von SiH -Gas (mit einer Strömungsrate von 160 SCCM) und GeH -Gas (mit einer Strömungsrate von 160 SCCM) jeweils mit Wasserstoff als Trägergas und unter folgenden Bedingungen gebildet: Verdichtungsdruck 0,6 Torr, Substrattemperatur 200⁰C, Hochfrequenzleistung 150 W und Geschwindigkeit der Filmschichtbildung 14 Ä/Sek. Die a-Si-Schicht wurde unter den gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 1 gebildet.

Das dadurch erhaltene lichtempfindliche Element bestand hauptsächlich aus a-Si.Ge und wies eine hohe Empfindlichkeit bei infrarotnahen Strahlen auf. Die Kurve W der Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit in Fig. 6 bzw. die Kurve V der Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit in Fig. 7 zeigt, daß das Oberflächenpotential ca. 200 V betrug und die Ladungsträgerabnahme sehr schnell war, nämlich ca. 50 % in 5 Sekunden.

Das lichtempfindliche Element wurde nochmals in den Halbleiterlaser-Drucker (Wellenlänge 770 nm, Druckgeschwindigkeit 20 Kopien/Min. ) eingesetzt und wie bei Beispiel 1 oder 2 einem Drucktest ausgesetzt. Das Resultat war von mittelmäßiger Qualität und war im Vergleich mit den Werten gemäß Beispiel 1 bis 4 kontrastärmer .

Wie aus den vorstehenden Beispielen ersichtlich, weist das a-Silichtempfindliche Element nach der vorliegenden Erfindung eine Oberflächenschutzschicht auf, welche auf eine Photoleitschicht laminiert worden ist, wobei der Gehalt an Sauerstoff bzw. Sauerstoff und Stickstoff dieser Oberflächenschutzschicht in progressiv zunehemender Konzentration verteilt ist, so daß diese Schicht an ihrer Oberfläche einen Sauerstoff- bzw. Sauerstoff- und Stickstoffgehalt, zumindest einen von beiden, im Höchstverhältnis aufweist. Eine Sperrschicht zwischen einem elektrisch leitenden Substrat und der Photoleitschicht weist eine Verteilung des Sauerstoff- bzw. Sauerstoff- und Stickstoffgehalts in progressiv zunehmender Konzentration zum Substrat hin auf, wobei der Sauerstoff- bzw. Sauerstoff- und Stickstoffgehalt einen Dichte-

gradienten aufweist. Darüberhinaus enthält die Sperrschicht Bor. Aus diesem Grund umfaßt das lichtempfindliche Element eine im wesentlichen starke Ladungshaltung, eine langsame Ladungsträgerabnahme bei Dunkelheit und eine spürbar verbesserte Lichtempfindlichkeit auf.

Ferner ist das lichtempfindliche Element so gut wie frei von Restpotential, da sein Gehalt an Sauerstoff bzw. Sauerstoff und Stickstoff bei seiner Übergangsfläche zum Substrat am höchsten ist und in progressiv abnehmender Konzentration in entgegengesetzter Richtung vom Substrat verteilt wird.

Darüberhinaus weist das lichtempfindliche Bauelement den Vorteil auf, daß es zu Niedrigpreisen hergestellt werden kann, da weder GeH noch irgend ein anderes teures Ge-Gas für die Erhöhung der Lichtempfindlichkeit bei infrarotnahen Strahlen notwendig ist.

Patentanwälte

Dipl.- Ing/fe. Eder

Dipl.-!ng. Ächicschke

8000 Minchcfrwfjisabethstr.

Claims

Patentansprüche :

1. Elektrophotographisch empfindliches Bauelement, gekennzeichnet durch ein elektrisch leitendes Substrat (1), eine amorphe Silizium-Sperrschicht (2) und eine amorphe Silizium-Photoleitschicht (3), welche beide in genannter Reihenfolge auf das
Substrat (1) laminiert sind, wobei die amorphe Silizium-Sperrschicht (2) eine Verunreinigung der IIIa-Gruppe des Periodensystems und einen Sauerstoffgehalt zwischen 0,1 bis 20,0 Atomam Anfang seiner Formation und in progressiv abnehmender Konzentration durch die verbleibende Schicht hindurch aufweist.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

—5 —2

amorphe Silizium-Photoleitschicht (3) 10 bis 5 χ 10 Atom-?

Sauerstoff enthält.

3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Sauerstoffgehalt der amorphen Silizium-Sperrschicht (2) im

Endbereich ebenso groß ist wie in der amorphen Silizium-Photoleitschicht (3).

4. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Silizium-Sperrschicht (2) 10 bis 40 Atom-% Wasserstoff und 50 bis 500 ppm Verunreinigung durch die IIIa-Gruppe des Periodensystems enthält.

5.' Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Silizium-Photoleitschicht (3) 10 bis 40 Atom-% Wasserstoff und 10 bis 20.000 ppm Verunreinigung durch die IIIa-Gruppe des Periodensystems enthält.

6. Bauelement nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigung durch die IIIa-Gruppe des Periodensystems Bor ist.

7. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Silizium-Sperrschicht (2) 0,2 bis 5,0 μηι dick ist.

8. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt der amorphen Silizium-Sperrschicht (2) bei der Übergangsflache der Schicht (2) zum elektrisch leitenden Substrat (1) am höchsten ist und allmählich von der Übergangsfläche hinweg reduziert wird.

9. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine amorphe Silizium-Oberflächenschutzschicht (4) auf die amorphe Silizium-Photoleitschicht (3) laminiert ist.

10, Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Silizium-Oberflächenschutzschicht (4) Sauerstoff in progressiv zunehmender Konzentration durch die gesamte Schicht hindurch und 1,0 bis 60,0 Atom-% zu ihrem Ende hin aufweist.

11. Elektrophotographisch empfindliches Bauelement, gekennzeichnet durch ein elektrisch leitendes Substrat (1), eine amorphe Si-

IZ I ö

_w ο

lizium-Sperrschicht (2) und eine amorphe Silizium-Photoleitschicht (3), welche beide in genannter Reihenfolge auf das Substrat laminiert sind, wobei die amorphe Silizium-Sperrschicht (2) Stickstoff und eine Verunreinigung durch die IHa-Gruppe aufweist und zu Beginn ihrer Formation Sauerstoff zwischen 0,1 bis 20,0 Atom-% und in progressiv abnehmender Konzentration durch die verbleibende Schicht hindurch enthält.

12. Bauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Silizium-Photoleitschicht (3) zu Beginn der Schichtformation 0,05 bis 10,0 Atom-% Stickstoff enthält.

13. Bauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Silizium-Photoleitschicht (3) 1 Sauerstoff und/oder Stickstoff enthält.

-5 -2 amorphe Silizium-Photoleitschicht (3) 10 bis 5 χ 10 Atom-%

14. Bauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Sauerstoff und Stickstoff der amorphen Silizium-Sperrschicht (2) im Endbereich der Schicht ebenso groß ist wie in der amorphen Silizium-Photoleitschicht (3).

15. Bauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Silizium-Sperrschicht (2) 10 bis 40 Atom-% Wasserstoff und 50 bis 500 ppm einer Verunreinigung durch die IHa-Gruppe des Periodensystems enthält.

16. Bauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Silizium-Sperrschicht (2) 10 bis 40 Atom-% Wasserstoff und 10 bis 20.000 ppm einer Verunreinigung durch die IHa-Gruppe des Periodensystems enhält.

17. Bauelement nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigung durch die IIIa-Gruppe des Periodensystems Bor ist.

18. Bauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Silizium-Sperrschicht (2) 0,2 bis 5,0 μπι dick ist.

-A-

19. Bauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Sauerstoff und Stickstoff der amorphen Silizium-Sperrschicht (2) bei der Übergangsfläche der Schicht zum elektrisch leitenden Substrat (1) am höchsten ist und allmählich von der Übergangsfläche hinweg reduziert wird.

20. Bauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine amorphe Silizium-Oberflächenschutzschicht (4) auf die amorphe Silizium-Photoleitschicht (3) laminiert ist.

21. Bauelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Silizium-Oberflächenschutzschicht (4) einen Sauerstoff- und/oder Stickstoffgehalt aufweist, welcher progressiv durch die Schicht hindurch ansteigt.