DE3443823A1 - Elektrophotographischer photoleiter - Google Patents
Elektrophotographischer photoleiterInfo
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Description
ELEKTROPHOTOGRAPHISCHER PHOTOLEITER
Photoleiter vom a-Si:C-Typ, die eine photoleitfähige Schicht
aus amorphem Siliciumcarbid aufweisen, sind als sehr harte und witterungsbeständige Photoleiter bekannt, deren Energiedifferenz
Eg durch Veränderung des Kohlenstoffgehalts (C) geregelt werden kann. Ein repräsentatives Beispiel für derartige
Photoleiter vom a-Si:C-Typ ist ein Photoleiter mit einer lichtempfindlichen Schicht der Formel a-Si C1_ :H.
Dieser Photoleiter ist jedoch aufgrund seiner schlechten Lichtempfindlichkeit und Aufladbarkeit für die Praxis ungeeignet.
Außerdem ist die Haltbarkeit von Photoleitern des a-Si:C-Typs für die praktische Anwendung ungenügend. Insbesondere
Photoleiter dieses Typs mit Al als Schichtträger haben den Nachteil, daß sich die lichtempfindliche Schicht
leicht von dem Schichtträger abschält und der Photoleiter nicht über längere Zeit eingesetzt werden kann.
Ziel der Erfindung ist es daher, einen elektrophotographischen Photoleiter bereitzustellen, der ausgezeichnete Haltbarkeit
und hohe Lichtempfindlichkeit besitzt, Bilder von hoher Bildqualität
ermöglicht, keine Umweltbelastung während der Anwendung verursacht und dessen lichtempfindliche Schicht sich
nicht von dem Schichtträger abschält.
Gegenstand der Erfindung ist ein eiektrophotographischer Photoleiter mit einem Schichtträger und einer darauf aufgebrachten
photoleitfähigen Schicht, die ein amorphes SiIicium-Kohlenstoff-Nitrid
der Formel a-Si:C:N(H'X) (wobei X Halogen ist), das zumindest Wasserstoff oder Halogen enthält,
umfaßt.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 Einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrophotographischen
Photoleiters;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrophotographischen
Photoleiters; und
Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer Plasma-Glimmentladungsvorrichtung
zur Herstellung des erfindungs-^ gemäßen elektrophotographischen Photoleiters.
Der erfindungsgemäße Photoleiter weist auf einem Schichtträger
eine photoleitfähige Schicht auf, die eine lichtempfindliche Schicht umfaßt, welche ein amorphes Silicium-Kohlenstoff-Nitrid
der Formel a-Si:C:N(H#X) (X bedeutet Halogen), das zumindest Wasserstoff oder Halogen enthält,
umfaßt.
Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Photoleiters besteht aus einem Schichtträger 5 und einer darauf ausgebildeten photoleitfähigen Schicht la.
Die photoleitfähige Schicht la umfaßt eine lichtempfindliche
Schicht 3a, eine Oberflächenschutzschicht 2 zum Schutz der Oberseite der lichtempfindlichen Schicht 3a und zur Verringerung
der Reflexion von einfallendem Licht durch die lichtempfindliche Schicht 3a sowie eine Zwischenschicht 4, die
zwischen der lichtempfindlichen Schicht 3a und dem Schichtträger
5 angeordnet ist und dazu dient, die Injektion von negativen oder positiven Ladungsträgern von dem Schichtträger
5 in die lichtempfindliche Schicht 3a zu unterbinden.
Die in Fig.' 2 gezeigt Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Photoleiters besteht aus einem Schichtträger 5 und einer darauf ausgebildeten photoleitfähigen Schicht 1 b. Die photoleitfähige
Schicht Ib umfaßt eine lichtempfindliche Schicht
3a, eine Oberflächenschutzschicht 2 zum Schutz der Oberseite der lichtempfindlichen Schicht 3a und zum Verringern der
Reflexion von einfallendem Licht durch die lichtempfindliche Schicht 3a sowie eine p-Halbleiterschicht 3b zwischen der
lichtempfindlichen Schicht 3a und dem Schichtträger 5. Die
p-Halbleiterschicht 3b dient dazu, die Injektion von negativen
Ladungsträgern von dem Schichtträger in die lichtempfindliche Schicht 3a bei der positiven Aufladung vor der
Erzeugung von latenten elektrostatischen Bildern zu verhindern und dadurch den Dunkelabfall der lichtempfindlichen
Schicht 3a zu verringern. Andererseits erleichtert sie den Abbau von positiven Ladungen durch den Schichtträger 5, wenn
die lichtempfindliche Schicht 3a bildmäßig belichtet wird.
Selbstverständlich kann die p-Halbleiterschicht 3b durch eine n-Halbleiterschicht ersetzt werden, wodurch die Injektion
von positiven Ladungsträgern (Löchern) von dem Schichtträger 5 in die lichtempfindliche Schicht 3a bei der negativen
Aufladung vor der Erzeugung von elektrostatischen Bildern blockiert wird. Andererseits wird die Ableitung von negativen
Ladungsträgern aus der lichtempfindlichen Schicht 3a durch den Schichtträger 5 erleichtert, wenn die lichtempfindliche
Schicht 3b belichtet wird. Als Ladungsträger-Sperrschichten in der photoleitfähigen Schicht Ib können somit
sowohl n- als auch p-Halbleiterschichten angewandt werden.
Für den Schichtträger werden elektrisch leitende Materialien verwendet, z. B. Al, Edelstahl, Ni, Cr, Mo, Au, Ir, Ta, Nb,
Ti, V, Pt, Pd und Legierungen dieser Elemente, sowie elektrisch leitende Materialien, die aus (i) einer elektrisch
leitenden Dünnschicht mindestens einer Komponente, die ausgewählt ist unter den oben genannten Metallen und Legierungen
sowie Metalloxiden, wie In3O3 und SnO3, und (ii) einem
elektrisch isolierenden Trägermaterial für die elektrisch leitende Dünnschicht besteht, z. B. Papier oder Polymermaterialien,
wie Polyestern, Polyethylen, Polycarbonat, Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Polystyrol, Keramikmaterialien
oder Glas.
Erfindungsgemäß wird die Oberfläche des Schichtträgers vorzugsweise
angerauht, z. B. auf eine Rauhigkeit von etwa 0,05 bis 1,0 μια, um ein Abschälen der lichtempfindlichen
Schicht la und Ib von dem Schichtträger 5 zu verhindern.
Hierdurch wird die Haltbarkeit des Photoleiters wesentlich verbessert.
Die lichtempfindliche Schicht 3a umfaßt erfindungsgemäß
das oben genannte amorphe Siliciumcarbid-nitrid. Das amorphe
Siliciumcarbid-nitrid kann mit mindestens einem Element dotiert sein, das unter B, Al, Ga, In und Tl von Gruppe
III-A und P, As, Sb und Bi von Gruppe V-A des Periodensystems ausgewählt ist. Durch diese Dotierung können die elektrisehen
Eigenschaften der lichtempfindlichen Schicht 3a geregelt
und verändert werden, z. B. zum p- oder η-Typ. Die zum Dotieren der lichtempfindlichen Schicht 3a verwendete
Menge dieser Elemente beträgt vorzugsweise 10 bis 10000 ppm, insbesondere 50 bis 5000 ppm.
Als Materialien für die lichtempfindliche Schicht 3a können
a-Si:C:N:(H und/oder X) (X bedeutet Halogen) verwendet werden. Erfindungsgemäß ist es notwendig, daß die lichtempfindliche
Schicht 3a aus einem Material besteht, das zumindest a-Si, C, N, H und/oder Halogen enthält. Deshalb können auch
z. B. a-Si:C:N:O(H«X) und a-Si:C:N:S(H«X) eingesetzt werden.
Die lichtempfindliche Schicht 3a hat vorzugsweise eine
Dicke von 5 bis 100 μΐη, insbesondere 10 bis 50 μπι.
Die Oberflächenschutzschicht schützt die lichtempfindliche
Schicht 3a und verringert die Reflexion von einfallendem Licht durch die lichtempfindliche Schicht 3a. Vorzugsweise
hat die Oberflächenschutzschicht, die auf der Oberseite der lichtempfindlichen Schicht 3a ausgebildet wird, einen
Brechungsindex zwischen dem Brechungsindex von Luft und dem Brechungsindex der lichtempfindlichen Schicht, wobei ein
Brechungsindex η von 1,44 bis 2,30 besonders bevorzugt ist.
Als Materialien für die Oberflächenschutzschicht eignen sich
z. B. Aluminiumoxid (Al9O-,), Titanoxid (TiO0), Siliciumoxid
(SiO-), Zinnoxid (SnO2), Magnesiumfluorid (MgF„), Tantaloxid
Mischungen dieser Materialien. Die Oberflächen-
schutzschicht hat vorzugsweise eine Dicke von 0,02 bis 1,0 μΐη.
Zwischen der lichtempfindlichen Schicht 3a und dem Schichtträger
5 ist eine Zwischenschicht 4 vorgesehen. Diese Zwischenschicht 4 blockiert die Injektion von negativen oder
positiven Ladungsträgern aus dem Schichtträger 5 in die lichtempfindliche Schicht 3a während der Aufladung vor der
Erzeugung latenter elektrostatischer Bilder, wodurch der Dunkelabfall der lichtempfindlichen Schicht 3a verringert
und das Ableiten von positiven bzw. negativen Ladungsträgern aus der lichtempfindlichen Schicht 3a durch den Schichtträger
5 während der bildmäßigen Belichtung erleichtert werden kann. Die Zwischenschicht 4 dient somit in der
photoleitfähigen Schicht la als Ladungsträger-Sperrschicht.
Geeignete Materialien für die Zwischenschicht 4 sind z. B. a-Si:N:H, a-Si:N:O:H, a-Si:C:O:H, a-Si:C:H, a-Si:C:N:O:H,
B:N:H, B:N:O:H, B:C:N:H, a-Si:N:X, a-Si:N:O:X, a-Si:C:O:X,
a-Si:C:X, a-Si:C:N:O:X, B:N:X, B:N:O:X und B:C:N:X
(wobei X Halogen bedeutet). Die Zwischenschicht 4 hat vorzugsweise eine Dicke von 0,01 bis 1 μΐη, insbesondere 0,02
bis 0,5 μΐη.
Wie bereits erwähnt, wirken n- und p-Halbleiterschichten
ebenfalls als Ladungsträger-Sperrschichten in der photoleitfähigen
Schicht. Als Material für die p-Halbleiterschicht 3b eignet sich z. B. a-Si:H:(B) und als Material für die
n-Halbleiterschicht z. B. a-Si:H:(P). Diese Halbleiterschichten
haben vorzugsweise eine Dicke von 0,02 bis 1,0 μΐη, insbesondere 0,05 bis 0,5 μπι.
Die erfindungsgemäßen Photoleiter können unter Verwendung
der in Fig. 3 schematisch dargestellten Plasma-Glimmentladungs-Zersetzungsvorrichtung
hergestellt werden. In dieser Vorrichtung ist eine Vakuumkammer 6 mit einer Hochfrequenz-Spannungsquelle
10 verbunden. In der Vakuumkammer 6 ist eine Elektrode 7 angeordnet, an der ein Trägermaterial 9
befestigt ist. Die Vakuumkammer 6 ist mit Gaszylindern 24 bis 28 über Gasventile 19 bis 23, Strömungsreglern 14 bis
18 und ein Gasventil 12 verbunden. Die Gaszylinder 24, 25, 26, 27 und 28 enthalten z. B. SiH4 oder SiF4, N3 oder NH3
5 oder CH4, H3 bzw. Dotiergase. Entsprechend der gewünschten
Zusammensetzung der auf dem Trägermaterial 9 auszubildenden photoleitfähigen Schicht werden die notwendigen Gase über
die Gasventile 19 bis 23 und 12 der Vakuumkammer 6 zugeführt, wobei man die Strömungsregler 14 bis 18 entsprechend einstellt.
Auf diese Weise werden die Zwischenschicht 4 oder die Halbleiterschicht 3b, die lichtempfindliche Schicht 3a
und die Oberflächenschutzschicht nacheinander auf dem Trägermaterial
9 abgeschieden. Nach Abscheiden jeder Schicht werden nicht benötigte Zersetzungsgase über ein Hauptventil
13 aus der Vakuumkammer 6 abgeleitet.
Unter Verwendung der Vorrichtung von Fig. 3 wird eine
Zwischenschicht von a-Si:N:H mit einer Dicke von 0,3 μπι
auf eine Aluminiumtrommel mit einer Oberflächenrauhigkeit von 0,2 μΐη unter folgenden Bedingungen ausgebildet:
Verwendete Case Strömungsgeschwindigkeit (cm )
SiH (20%)/H9 500
4
Δ
N2 100
Die über die Hochfrequenz-Spannungsquelle zum Zersetzen der
2 Gase angelegte Energiedichte beträgt 0,25 W/cm . Während
des Abscheidens der Zwischenschicht auf die Aluminiumtrommel werden eine Trommeltemperatur von 2300C und ein Druck in der
Vakuumkammer von 0,8 Torr eingehalten.
Herstellung der lichtempfindlichen Schicht
Auf der erhaltenen a-Si:N^-Zwischenschicht wird eine lichtempfindliche
Schicht aus a-Si:C:N:H(B) mit einer Dicke von ° 20 μπι unter folgenden Bedingungen ausgebildet:
Verwendete Gase Strömungsgeschwindigkeit (cm ) SiH4(20%)/H2 500
N2 20
CH4 10
B2H6(IOOO ppm)/H2 10
Die über die Hochfrequenz-Spannungsquelle zur Zersetzung
2 der Gase angewandte Energiedichte beträgt 0,20 W/cm
Während der Abscheidung der lichtempfindlichen Schicht auf der Zwischenschicht werden eine Temperatur der Aluminiumtrommel
von 2300C und ein Druck in der Vakuumkammer von 0,8 Torr eingehalten.
Auf der erhaltenen lichtempfindlichen Schicht wird eine
Schutzschicht aus a-Si:O:H mit einer Dicke von 0,3 μπι unter
folgenden Bedingungen ausgebildet:
Verwendete Gase Stömungsgeschwindigkeit (cm )
SiH.(20%)/H0 500
4
λ
CO2 100
Die über die Hochfrequenz-Spannungsquelle zur Zersetzung der
2 Gase zugeführte Energiedichte beträgt 0,20 W/cm . Während
der Abscheidung der Schutzschicht auf der lichtempfindlichen Schicht werden eine Temperatur der Aluminiumtrommel von
23O0C und ein Druck in der Vakuumkammer von 0,8 Torr eingehalten.
Auf diese Weise erhält man einen erfindungsgemäßen elektrophotographischen
Photoleiter Nr. 1.
Beispiel,2
5
5
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man bei der Herstellung der lichtempfindlichen Schicht
SiF4 (20%)/H2 anstelle von SiH4(20%)/H3. Man erhält einen
erfindungsgemäßen elektrophotographischen Photoleiter Nr.
mit einer lichtempfindlichen Schicht aus a-Si:C:F(B) von
23 μΐη Dicke.
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch ersetzt man die Zwischenschicht von Beispiel 1 durch eine
p-Halbleiterschicht aus a-Si:H:(B) von 0,3 μΐη Dicke, die
unter folgenden Bedingungen hergestellt wird:
Verwendete Gase Strömungsgeschwindigkeit (cm )
SiH.(20%)/H~ 500
4 Z
ppm)/H0 · 30
Das Verhältnis BnH,/SiH. beträgt 300 Volumen-ppm. Es wird
2 6 4
ein erfindungsgemäßer elektrophotographxscher Photoleiter Nr. 3 erhalten.
Bei der Herstellung einer Ladungsträger-Sperrschicht aus dem genannten p-Halbleiter wird vorzugsweise ein B_H,/SiH,-Verhältnis
im Bereich von 200 bis 1000 Volumen-ppm angewandt .
Die erfindungsgemäßen elektrophotographischen Photoleiter Nr. 1 bis 3 werden jeweils in einen handelsüblichen Kopierer
(FT4060 der Ricoh Co., Ltd.) eingesetzt und zur Herstellung von 50000 Kopien verwendet. Hierbei werden über die gesamte
Dauer des Tests klare Kopien erhalten und es ist kein Ab-
schälen der photoleitfähigen Schicht von der Aluminiumtrommel
feststellbar.
Vergleichsbeispiel 5 Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch ersetzt
man die in Beispiel 1 verwendete Aluminiumtrommel mit einer Oberflächenrauhigkeit von 0,2 μΐη durch eine Aluminiumtrommel
mit einer Oberflächenrauhigkeit von 0,01 μΐη. Der erhaltene
elektrophotographische Vergleichs-Photoleiter wird in dem oben beschriebenen Kopiertest eingesetzt. Ab etwa der
500sten Kopie schält sich die phptoleitfähige Schicht allmählich von der Aluminiumtrommel ab.
Claims (16)
1. Elektrophotographischer Photoleiter, gekennzeichnet
durch einen Schichtträger, eine Ladungstrager-Sperrschicht
auf dem Schichtträger, eine lichtempfindliche Schicht auf der Ladungsträger-Sperrschicht
und eine Oberflächenschutzschicht auf der lichtempfindlichen
Schicht zum Schutz der Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht und zur Verringerung der Reflexion
von einfallendem Licht durch die lichtempfindliche Schicht, wobei die lichtempfindliche Schicht ein amorphes
Silicium-Kohlenstoff-Nitrid umfaßt, das zumindest Wasserstoff oder Halogen enthält und die Formel
a-Si:C:N(H-X) hat, wobei X Halogen ist.
2. Photoleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Silicium-Kohlenstoff-Nitrid mit mindestens
einem Element aus der Gruppe B, Al, Ga, In, Tl, P, As, Sb und Bi in einer Menge von 10 bis 10000 ppm
dotiert ist.
3. Photoleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträger-Sperrschicht ein Material,
ausgewählt unter a-Si:N:H, a-Si:N:O:H, a-Si:C:O:H, a-Si:C:H, a-Si:C:N:O:H, B:N:H, B:N:0:H,
B:C:N:H, a-Si:N:X, a-Si:N:O:X, a-Si:C:O:X, a-Si:C:X,
a-Si:C:N:O:X, B:N:X, B:N:O:X und B:C:N:X (wobei X Halogen ist) umfaßt.
4. Photoleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ladungsträger-Sperrschicht einen η-Halbleiter umfaßt.
5. Photoleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträger-Sperrschicht
einen p-Halbleiter umfaßt.
6. Photoleiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträger-Sperrschicht ein Material der Formel
a-Si:H:(B) umfaßt.
7. Photoleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträger-Sperrschicht ein Material der Formel
a-Si:H:(P) umfaßt.
8. Photoleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschutzschicht einen
Brechungsindex zwischen dem Brechungsindex von Luft und dem Brechungsindex der lichtempfindlichen Schicht hat.
9. Photoleiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschutzschicht einen Brechungsindex von
1,44 bis 2,30 hat.
10. Photoleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschutzschicht aus
Aluminiumoxid (Al0O,), Titanoxid (TiO9), Siliciumdioxid
(SiO2), Zinnoxid (SnOp), Magnesiumfluorid (MgF„),
Tantaloxid (Ta3O3) oder Gemischen dieser Materialien
besteht.
11. Photoleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Schichtträgers
eine Rauhigkeit von 0,05 bis 1,0 μΐη hat.
12. Photoleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträger-Sperrschicht eine Dicke von 0,01 bis
1,0 μτα hat.
13. Photoleiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträger-Sperrschicht eine Dicke von 0,02 bis
1,0 μπι hat.
14. Photoleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträger-Sperrschicht eine Dicke von 0,02 bis
1 1,0 μΐη hat.
15. Photoleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Schicht eine
5 Dicke von 5 bis 100 μΐη hat.
16. Photoleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschutzschicht eine
Dicke von 0,02 bis 1,0 μπι hat.
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