DE3524967A1

DE3524967A1 - Lichtempfindliches element

Info

Publication number: DE3524967A1
Application number: DE19853524967
Authority: DE
Inventors: Shuji Itami Hyogo Iino; Mitsutoshi Osaka Nakamura; Yukio Amagasaki Hyogo Tanigami
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1984-07-14
Filing date: 1985-07-12
Publication date: 1986-01-16
Also published as: JPH0711706B2; JPS6125155A; US4642279A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein lichtempfindliches Element mit einer fotoleitfähigen Schicht bestehend aus amorphem Silizium und insbesondere ein lichtempfindliches Element mit einer auf der fotoleitfähigen Schicht ausgebildeten Isolierschicht.

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Bisher wurde das Hauptaugenmerk auf die Verwendung von lichtempfindlichen Elementen aus amorphem Silizium (im Nachfolgenden a-Si abgekürzt) gelegt, die durch ein Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren oder ein Zerstäubungsverfahren hergestellt wurden. Entsprechend wurde das

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Augenmerk auf amorphes Silizium:Germanium (im Nachfolgenden a-Si:Ge abgekürzt) gelegt, das eine verbesserte Empfindlichkeit im Bereich langwelligen Lichtes hat und bei Ausbildung von Bildern durch einen Halbleiterlaser verwendet wird. Solche erfolgversprechende Anwendung ist der Tatsache zuzuschreiben, daß für die Anwendung bei lichtempfindlichen Elementen a-Si und a-Si:Ge den herkömmlichen Selen- und CdS-Materialien bezüglich Resistenz gegen Umweltverschmutzung, Hitze und Abnutzung, der lichtempfindlichen Charakteristiken etc., außerordentlich überlegen sind.

a-Si oder a-Si:Ge haben jedoch den Nachteil, daß sie einen niedrigen Dunkelwiderstand haben und dann nicht zu verwenden sind, wenn die fotoleitfähige Schicht auch als Ladungsrückhalteschicht dient. Daher wurde vorgeschlagen, dem Material Sauerstoff oder Stickstoff zuzusetzen, um den Dunkelwiderstand zu verbessern, was wiederum zu einer verringerten Fotoleitfähigkeit führt,und damit besteht eine Grenze für den Gehalt an Zusatz.

Um den Nachteil zu beseitigen, daß das lichtempfindliche Element aus a-Si einen niedrigen Dunkelwiderstand und eine sehr hohe Geschwindigkeit des Dunkelabfalls hat, wurde auch vorgeschlagen, auf einer fotoleitfähigen a-Si-Schicht eine Isolierschicht aus kohlenstoffhaltigen a-Si aufzubringen, um eine verbesserte Ladungsrückhaltekraft zu erzeu-

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gen (siehe JP-PA SHO 57-115551 und US-PS 4 465 750). Die bisher bekannte Publikation beinhaltet, daß Kohlenstoffatome in a-Si mit einer hohen Konzentration von 40 - 90 Atom% (im Nachfolgenden at% abgekürzt) enthalten sind. Hohe Kohlenstoffgehalte führen jedoch zu optischer Ermüdung oder verringerter Empfindlichkeit, während ein verbessertes Ladungsvermögen eine höhere Kohlenstoffkonzentration erfordert, die in einigen Fällen wenigstens 70 at% betragen muß. Überzugsschichten mit einer derart hohen Kohlenstoffkonzentration sind durch das übliche Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren schwer herzustellen. Das erhaltene lichtempfindliche Element, das eine hohe Kohlenstoffkonzentration hat, hat eine schwache Haftung an der fotoleitfähigen Schicht (aus a-Si oder a-Si:Ge), wodurch möglicherweise weiße Schlieren auf den erhaltenen Kopien erzeugt werden. Demgemäß besteht eine Grenze für die Verbesserung des Ladungsvermögens durch Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein lichtempfindliches Element zu schaffen, das einen hohen Dunkelwiderstand und vorbildliches Ladungsvermögen, ausgezeichnete Dunkelabfallcharakteristiken, eine hohe Ladungsrückhaltekraft hat und zufriedenstellende Kopien erzeugt, mit einer fotoleitfähigen Schicht aus a-Si und einer darauf auf-

gebrachten Isolierschicht aus a-Si, die ein niedriges Restpotential hat und frei von optischer Ermüdung ist und überragende lichtempfindliche Eigenschaften, Oberflächenhärte, Feuchtigkeitsresistenz und andere Eigenschäften hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein lichtempfindliches Element mit einer lichtempfindlichen Schicht,die amorphes Silizium enthalt, und einer lichtdruchlässigen Isolierschicht aus amorphem Silizium, die auf der photoleitfähigen Schicht ausgebildet ist und Kohlenstoff, oder Kohlenstoff und Sauerstoff enthält, wobei die Isolierschicht bezüglich ihrer Polarität mit einem Element der Gruppe IIIA des periodischen Systems so justiert ist, daß Ladungen mit einer Polarität entgegengesetzt zur Aufladepolarität als Majoritätsträger dienen.Vorzugsweise ist die Kohlenstoffkonzentration der lichtdurchlässigen Isolierschicht in dem der a-Si-photoleitfähigen Schicht benachbarten Bereich niedrig und steigt in Richtung der Oberfläche der Isolierschicht mit einem Gradienten an und beträgt an der äußersten Oberfläche 35 bis 63 at%. Weiterhin kann falls erforderlich die Isolierschicht bis zu 10 at% Sauerstoff im Grenzbereich enthalten.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren im Einzelnen beschrieben. Es zeigt:

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Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus des lichtempfindlichen Elementes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Kohlenstoff- und Sauerstoffkonzentrationen in der lichtdurchlässigen Isolationsschicht des lichtempfindlichen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Glimmentladungs-Zersetzungsapparates zur Herstellung des lichtempfindlichen Elementes gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des lichtempfindlichen Elementes gemäß Fig. 1 mit weiteren Details;

Fig. 5 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Lichtermüdung und der Sauerstoffkonzentration; und

Fig. 6 eine grafische Darstellung der Empfindlichkeiten der lichtempfindlichen Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung .

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Ausführungsform des lichtempfindlichen Elementes gemäß der Erfindung. Das lichtempfindliche Element besteht aus einem elektrisch leitfähigen Substrat 1, einer photoleitfähigen Schicht 2, die auf dem Substrat 1 aufgebracht ist und wenigstens a-Si enthält,

und einer Deckschicht 3 mit isolierenden und lichtdurchlässigen Eigenschaften, die auf der Schicht 2 ausgebildet ist und a-Si und weiterhin Kohlenstoff oder sowohl Kohlenstoff als auch Sauerstoff enthält.

Die auf dem Substrat 1 ausgebildete photoleitfähige Schicht 2, die a-Si enthält, ist beispielsweise durch ein Glimmentladungs-Zerstäubungsverfahren mit einer Dicke von 10 bis 100 p,m, vorzugsweise 10 bis 60 μΐη hergestellt. Dieses Verfahren wird durchgeführt indem beispielsweise in eine Reaktionskammer, in der ein Substrat angeordnet ist und die evakuiert werden kann, SiH₄, SipHg oder dergleichen Gase mit H«, Ar oder dergleichen Trägergas zugeführt wird und durch Anlegen eines Hochfrequenzstromes eine Glimmentladung verursacht wird, um auf dem Substrat eine wasserstoffhaltige a-Si-photoleitfähige Schicht auszubilden.

Um eine photoleitfähige Schicht aus a-Si:Ge auszubilden, kann GeH₄-GaS gemeinsam zugeführt werden. Da die so erhaltene photoleitfähige Schicht einen niedrigeren Dunkelwiderstand als erwünscht aufweist, wird ein Fremdatom (vorzugsweise Bor) der Gruppe IIIA des periodische Systems und Spuren von Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff etc. in die Schicht dotiert.

Die a-Si enthaltende Deckschicht 3,die auf der photoleitfähigen Schicht 2 ausgebildet wird, wird auf ähnliche Weise, beispielsweise durch das Glimmentladungs-Zersetzungs-

verfahren hergestellt. Die Deckschicht 3 soll einen spezifischen Widerstand haben, der größer als der der photoleitfähigen Schicht 2 ist und der in Richtung der Dicke von der Grenze zwischen den Schichten 2 und 3 in Richtung auf die Oberfläche der Schicht 3 progressiv ansteigend sein kann. Anzumerken ist, daß die Deckschicht 3 Kohlenstoff oder sowohl Kohlenstoff und Sauerstoff als Dotierung in a-Si oder a-Si:Ge und weiterhin ein Element der Gruppe IIIA des periodischen Systems zur Einstellung ihrer Polarität enthält.

Wie bereits erwähnt ist es allgemein bekannt, eine Verbesserung der lichtempfindlichen Charakteristiken durch Dotieren von Kohlenstoff in das a-Si der Deckschicht zu gewähren und die Isoliereigenschaften der Schicht zu verbessern. Wenn jedoch der Kohlenstoffgehalt bis zu einem solchen Ausmaß erhöht wird, bei dem ein merklich verbessertes Ladungsvermögen erzielt wird, ergeben sich beim Gebrauch Probleme wie z.B., daß auf den Kopierbildern bei hoher Luftfeuchtigkeit ein Muster aus weißen Flecken auftritt und daß wiederholte Kopierzyklen die Haftung zwischen der Deckschicht und der photoleitfähigen Schicht beeinträchtigen, so daß die Möglichkeit der Ablösung der Deckschicht besteht. Zusätzlich verringert der erhöhte Kohlenstoffgehalt die Oberflächenhärte, was dazu führt, daß das lichtempfindliche Element für wiederholte Verwendung über eine lange Zeitdauer ungeeignet ist.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung stellt die Polaritätsjustierung der Deckschicht ein hohes Ladungsvermögen sicher und beseitigt die optische Ermüdung innerhalb eines geeigneten Bereiches des Kohlenstoffgehaltes, vorzugsweise im Bereich von 35 bis 65 at%Jj^Anzahl der C-Atome/( Anzahl der Si-Atome + Anzahl der C-Atome )r χ lOOj an der äußersten Oberfläche der Isolierschicht.

Die Polaritätsjustierung der Deckschicht gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Steuern der Valenzelektronen so durchgeführt, daß wenn das lichtempfindliche Element negativ geladen wird, Ladungen positiver Polarität als Majoritätsträger in der Deckschicht (p-leitend) dienen, bzw.daß wenn das Element positiv geladen wird, Ladungen negativer Polarität als Majoritätsträger (n-leitend) dienen.

Wenn die so in ihrer Polarität justierte Deckschicht geladen wird, werden im dunklen Zustand die erzeugten Ladungen in der Deckschicht zurückgehalten und daran gehindert, in die photoleitfähige Schicht einzudringenJ bei Belichtung können die in der photoleitfähigen Schicht erzeugten Phototräger leicht in Richtung auf die Oberfläche wandern. Daraus folgt, daß das lichtempfindliche Element ein verbessertes Ladungsvermögen und einen verringerten Dunkelabfall aufweist, und weniger anfällig für optische Ermüdung ist.

Die Justierung der Polarität wird im Einzelnen beschrieben. Es wird nun davon ausgegangen, daß das lichtempfindliche Element gemäß Fig. 1 auf ein vorbestimmtes Oberflächenpotential beispielsweise mit negativer Polarität aufgeladen ist. Zu diesem Zeitpunkt dringen die in der Oberfläche der Deckschicht erzeugten negativen Ladungen von der Deckschicht 3 in die photoleitfähige Schicht 2 ein, was zu einem beeinträchtigten Dunkelabfall und daraus resultierender Senkung der Ladungsrückhaltekraft führt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Deckschicht daher mit einem Fremdatom der Gruppe IIIA dotiert, um die Valenzelektronen zu steuern, damit die Deckschicht selbst für die p-Leitung zur Verfügung steht. In diesem Fall dienen die positiven Ladungen als Majoritätsträger und werden leicht bewegbar, während die negativen Ladungen in der Bewegung beeinträchtigt werden. Mit den so am Eindringen aus der Deckschicht behinderten negativen Ladungen wird eine merkliche Verbesserung des Dunkelabfalles erzielt. Wenn das lichtempfindliche Element mit Licht belichtet wird, werden in der photoleitfähigen Schicht Leerstellen und Elektronen erzeugt. Von dieser wandern die Elektronen in das Substrat, während die Leerstellen durch die Deckschicht wandern, um die negativen Ladungen in der Deckschicht zu neutralisieren. Da wie vorstehend erwähnt die positive Ladung der Majoritätsträger ist, sind zu diesem Zeitpunkt die Leerstellen leicht in Richtung auf die Oberfläche bewegbar, was dazu führt,

■fll

daß die optische Ermüdung wirkungsvoll unterbunden werden kann.

Um p-leitende Eigenschaften zu erzeugen, wird die Steuerung der Valenzelektronen durch Dotieren der Deckschicht mit einem Fremdatom der Gruppe IIIA vorzugsweise Bor, mit einer Menge von 200 bis 1000 ppm durchgeführt. Entsprechend ist die η-Leitung durch Dotieren der Schicht mit 5 bis 20 ppm Bor zu erzielen. Starke p-Leitungs- oder n-Leitungs-Charakteristiken sind nicht erwünscht, da dann mit beeinträchtigtem Ladungsvermögen optische Ermüdung resultieren könnte.

Als nächstes werden Deckschichten 3 beschrieben, in denen Kohlenstoff mit einem Konzentrationsgradienten bezogen auf die Dicke der Schicht enthalten ist.Hierbei kann der Gehalt an Kohlenstoff auf zwei Arten variiere«. Bei einer AltematL\oeihat der Kohlenstoffgehalt einen solchen Gradienten,daß er fortlaufend von der Grenze zwischen der Deckschicht 3 und der photoleitfähigen Schicht 2 bis zur äußersten Oberfläche der Deckschicht 3 ansteigt.

bei der anderen Alternative steigt der Kohlenstoffgehalt fortlaufend mit einem Gradienten von der Grenze bis zu einer gegebenen Dicke an und bleibt dann über den restlichen Teil der Dicke konstant. In jedem Fall hat der äußerste Oberflächenteil der Deckschicht vorzugsweise einen

Kohlenstoffgehalt von 35 bis 65 at% [^Anzahl der C-Atome/

(Anzahl der C-Atome + Anzahl der Si-Atome)\ χ lOOj . Wenn der äußerste Oberflächenteil eine Kohlenstoffkonzentration unterhalb von 35 at% hat, hat das lichtempfindliche Element eine unzureichende Empfindlichkeit, neigt zu optischer Ermüdung und hat nicht die erwartete Stabilität gegen Feuchtigkeit, während Kohlenstoffgehalte über 65 zu beeinträchtigter Oberflächenhärte führen und schlechte Kopierbilder mit weißen Schlieren erzeugen.

Wenn der Kohlenstoffgehalt fortlaufend progressiv von Null bis zur äußersten Oberfläche ansteigt, hat die Deckschicht eine Dicke von ungefähr 0,02 bis 1,5 μπι.

Wenn der Kohlenstoffgehalt andererseits fortlaufend mit einem Gradienten von der Grenze zwischen der Schicht 3 und der photoleitfähigen Schicht 2 bis zu einer gegebenen Dicke ti ansteigt und dann bis zur äußersten Fläche über den verbleibenden Teil einer Dicke t2 gleich bleibt, soll die Deckschicht eine Dicke von ungefähr 0,03 bis ungefähr 2,4 μΐη aufweisen. Angesichts der photoleitfähigen Charakteristiken beträgt die Dicke ti des Gradientenbereichs vorzugsweise ungefähr 200 bis ungefähr 2000 Ä, da bei zu kleiner Dicke ti im wesentlichen die gleichen Fehler wie bei der Abwesenheit des Gradiententeils auftreten. Wenn dagegen die Dicke über 9000 A liegt, ergibt sich eine Verringerung der Empfindlichkeit und andere Probleme. Die Dicke t2 des Schichtteils

mit gleichförmigem Kohlenstoffgehalt von 35 bis 65 at% beträgt 0,01 bis 1,5 μπι, vorzugsweise 0,03 bis 0,5 μm. Wenn die Dicke kleiner ist, wirkt die Schicht 3 bezüglich Resistenz gegen Feuchtigkeit und Abrieb nicht zufriedenstellend als Schutzschicht, während sie bei grösserer Dicke, den Nachteil einer verringerten Empfindlichkeit und eines höheren Restpotentials hat.

Auf diese Weise sinkt der Kohlenstoffgehalt gradweise in Richtung auf die photoleitfähige Schicht 2, so daß im wesentlichen kein Sprung des Kohlenstoffgehaltes zwischen der Schutzschicht 3 und der photoleitfähigen Schicht 2 auftritt. Genauer gesagt, beträgt der Kohlenstoffgehalt in der Schutzschicht in dem äußersten Oberflächenteil bis zu maximal 35 bis 65 at%, sinkt aber graduell in Richtung auf die photoleitfähige Schicht über die gesamte Schicht 3 oder einen Teil derselben, um an der Grenze zwischen den Schichten 2 und 3 Null zu werden.

Dies verbessert die Haftung zwischen Schutzschicht und photoleitfähiger Schicht gegen Ablösung, verhindert weiterhin das Ansteigen des Restpotentials infolge einer Akkumulation von Ladungen an der Grenze und Bildung von scharfen Bildern infolge eines seitlichen Flusses von akkumulierten Ladungen.

Der Teil der Deckschicht mit einem niedrigen Kohlenstoff-

gehalt, d.h. der Teil nahe der photoleitfähigen Schicht absorbiert Licht großen Teils und verhindert ein Durchlassen von Licht auf die photoleitfähige Schicht, was den Nachteil hat, daß eine Verringerung der Empfindlichkeit bewirkt wird und eine optische Ermüdung entsteht.

Um das vorstehende Problem zu beseitigen ist die Deckschicht falls erforderlich mit Sauerstoff dotiert. Wenn die Schicht mit Sauerstoff dotiert ist hat der Teil der Deckschicht mit niedrigem Kohlenstoffgehalt,(d.h. der Teil nahe der photoleitfähigen Schicht) verbesserte Lichtdurchlässigkeitseigenschaften, wird weniger anfällig für optische Ermüdung und ergibt eine verbesserte Haftung an der photoleitfähigen Schicht. Obwohl der Teil, der 35 bis 65 at% Kohlenstoff enthält, nicht mit Sauerstoff dotiert sein muß, kann eine erhöhte Oberflächenhärte erhalten werden, wenn dieser Teil mit einer Kleinmenge (beispielsweise bis zu 3 bis 4 %) Sauerstoff dotiert ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist primär der Teil mit niedrigem Kohlenstoffgradienten in der Nähe der photoleitfähigen Schicht mit Sauerstoff dotiert. Die Menge der Sauerstoffdotierung beträgt 0,05 bis 10 at%QVAnzahl der 0-Atome/(Anzahl der Si-Atome + Anzahl der C-Atome + Anzahl der 0-Atome)Jfχ lOOJ , vorzugsweise 0,1 bis 5 at%. Die Konzentration der Sauerstoffdotierung kann in Richtung der Dicke der Schicht 3 gleichförmig sein, aber

sie kann falls erforderlich auch mit fallendem Kohlenstoffgehalt erhöht sein. Wenn der Sauerstoffgehalt 5 at%, insbesondere 10 at% übersteigt, wird ein Restpotential auftreten.

Fig. 2 zeigt in schemati'scher Darstellung den Modus der Konzentration von Kohlenstoff sowie auch von Sauerstoff in der Deckschicht. An der Ordinate der grafischen Darstellung ist die Dicke (1,5 μπι als Beispiel) der Deckschicht 3 von der Grenze (0 μπι) zwischen Schicht 3 und photoleitfähiger Schicht 2 und der äußersten Oberfläche der Schicht 3 aufgetragen. Die Kohlenstoff- und Sauerstoffkonzentrationen sind jeweils als obere und untere Abszisse aufgetragen. Die Fläche XPQRX zeigt in schematischer Darstellung im allgemeinen den Bereich der Kohlenstoffkonzentrationen wie er auf die Tiefe der Deckschicht bezogen ist und durch die Erfindung definiert ist. In diesem Bereich ist die Kohlenstoffkonzentration variabel, wie dies durch die Linien 4 und 5 dargestellt wird. Die Linie 4 zeigt an, daß die Kohlenstoffkonzentration von der Oberfläche der Deckschicht bis zu einer Tiefe von 0,6 μΐη ein gleichförmiges Niveau von 50 at% aufweist und dann stetig abfällt und an der Grenze im wesentlichen Null ist. Die Linie 5 repräsentiert einen linearen Abfall der Kohlenstoffkonzentration von der äußersten Oberfläche in Richtung auf die Grenze. Die Linie 4 oder 5 ist im Bereich XPQRX wie gewünscht verschiebbar.

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Der Bereich XVTUX repräsentiert den Bereich der dotierten Sauerstoffkonzentrationen. Die Linie 6 gibt an, daß die Sauerstoffkonzentration in dem Bereich, in dem der Kohlenstoffgehalt wie durch die Linien 4 angegeben abfällt, ein gleichförmiges Niveau (0,3 at%) aufweist. Die Sauerstoffkonzentration kann in Richtung auf die Grenze, wie durch die Linie 7 dargestellt ansteigen.Obwohl der Sauerstoffgehalt wie gewünscht im Bereich von XVTUX variabel ist, ist es insbesondere wünschenswert, daß in dem Teil in der Nähe der Grenze mit Kohlenstoffkonzentrationsgradienten Sauerstoff vorhanden ist.

Das in der Deckschicht dotierte Fremdatom der Gruppe IIIA kann über die gesamte Schicht präsent sein, wobei auch nur der Gradiententeil, der durch die Linie 4 in der Fig. 2 oder dem Bereich, der durch die Linie 6 bezeichnet ist, dotiert sein kann. Beide Schichten 2 und 3 enthalten 5 bis 50 at% Wasserstoff.

Versuchsbeispiel 1

Bezogen auf die Fig. 3, die ein Glimmentladungs-Zerstäubungsgerät zeigt, wurde als erstes eine Rotationspumpe 23 und dann eine Diffusionspumpe 24 betätigt, um das Innere der Reaktionskammer 25 auf ein Hochvakuum von ungefähr 10~ Torr zu evakuieren. Dann wurden ein erstes bis drittes und fünftes Regelventile, 13, 14, 15, 17 geöffnet, um den jeweiligen Mengenstromreglern 18, 19, 10, 22 je-

-3r&-

weils mit einem Ausgangsdruckventil justiert auf 1 kg/cm² aus einem ersten Tank 8 H_?-Gas aus einem zweiten Tank 9 100 %-iges SiH₄-GaS aus einem dritten Tank 10 mit H₃ auf 200 ppm verdünntes BpHg-Gas und aus einem fünften Tank 12 Op-Gas zuzuführen. Die Gase wurden in die Reaktionskammer 25 geleitet, wobei die Mengenstromregler für Hp auf eine Strömungsgeschwindigkeit von 486,5 sewn, für SiH. auf 90 sccm, für B₃H₆ auf 22,5 sccm und für Op auf 1,0 sccm eingestellt waren. Nachdem die Gasströme sich stabilisiert hatten, wurde der Innendruck der Reaktionskammer 25 auf 1,0 Torr justiert. Auf der anderen Seite wurde eine Aluminiumtrommel mit 80 mm Durchmesser, die als elektrisch leitfähiges Substrat 1 dient, auf 240 ⁰C vorgeheizt. Nach der Stabilisierung der Gasströme und des Innendruckes wurde eine Hochfrequenzstromquelle 26 eingeschaltet, um an die Elektroden 28 einen Strom von 250 Watt (Frequenz 13,56 MHz) anzulegen, um eine Glimmentladung zu bewirken. Die Glimmentladung wurde für sechs Stunden durchgeführt, um auf dem Substrat 1 eine photoleitfähige Schicht 2 aus a-Si mit einer Dicke von ungefähr 20 μπι und einem Gehalt an Wasserstof, Bor und einer Spur Sauerstoff, aufzubringen.

Nachdem die photoleitfähige Schicht 2 aus a-Si ausgebildet war, wurde ohne Unterbrechung, d.h. ohne Ausschalten der Stromquelle 26, eine Übergangsschicht ausgebildet. Die Op-Gaszufuhr wurde schnell durch den Mengen-

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stromregier 22 auf 3 sccm justiert und die BpHg-Gaszufuhr wurde durch den Mengenstromregler 20 so justiert, daß gleichzeitig ein B₃H₆/SiH₄-Verhältnis von 100 ppm erzeugt wird, und die Gase wurden der Reaktionskammer 25 zwei Minuten zugeführt. Während der Zwei-Minuten-Zeitdauer wurde aus einem vierten Tank 11 über ein Reglerventil 16 CpH₄-GaS mit einer Strömungsgeschwindigkeit zugeführt, die fortschreitend vom Mengenstromregler 21 von 0 bis 45 sccm geregelt wurde. Auf diese Weise wurde eine a-Si•C-Übergangsschicht 3a (Fig. 4) mit einer Dicke von ungefähr 0,1 μπι ausgebildet. Über eine weitere Zeitdauer von ungefähr drei Minuten bei fortlaufendem Anlegen des Hochfrequenzstromes wurde durch justieren der zugehörigen Regler die SiH₄-Gasversorgung gleichmäßig von 90 sccm auf 30 sccm und die Op-Gasversorgung von 3 sccm auf 0 sccm reduziert. Während dieser Zeitdauer wurde der CpH₄-Gasstrom auf 45 sccm gehalten. Darauf folgend wurde eine a-Si•C-Übergangschicht 3b (Fig. 4) mit einer Dicke von ungefähr 0,1 μπι ausgebildet.

Das Gerät wurde auf dem gleichen Zustand für weitere sechs Minuten gehalten, wobei der Strom angelegt wurde, jedoch die Zufuhr von BpHg-Gas unterbrochen wurde, um eine äußerste Deckschicht 3c mit einer Dicke von ungefahr 0,1 μπι auszubilden, worauf die Stromzufuhr ausgeschaltet wurde.

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Die so ausgebildete Oberflächendeckschicht 3c enthielt ungefähr 40 at% Kohlenstoff, und die Übergangsschichten 3a, 3b ungefähr 3 at% Sauerstoff. Es wurde herausgefunden, daß die Übergangsdeckschichten mit Borr auf eine η-leitende Polarität eingestellt werden mußten.

Das so erhaltene lichtempfindliche Element wurde in ein Kopiergerät vom Tonerbildübertragungstyp (Modell EP560Z, der Firma Minolta) eingesetzt und zum Kopieren im positiv geladenen Zustand verwendet. Es wurden scharfe Kopierbilder mit hoher Dichte, hohem Auslösungsvermögen und guter Tonreproduzierbarkeit erhalten. Selbst nach 40.000 fortlaufenden Kopierzyklen wurden keine Störungen wie beispielsweise weiße Streifen oder Flecken auf den Kopierbildern gefunden und die Kopien waren alle zufriedenstellend. Obwohl das lichtempfindliche Element weiter für ein Kopieren unter Hochtemperatur und hoher Luftfeuchtigkeit von 30⁰C und 85 % R.H. verwendet wurde, wurde kein Unterschied zwischen den erzielten Ergebnissen und jenen bei üblicher Temperatur und Luftfeuchtigkeit bezüglich elektrophotografischer Charakteristiken des Elementes und der Kopierbildcharakteristiken gefunden.

Versuchsbeispiele 2 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 bis Auf die gleiche Art und Weise wie beim Versuchsbeispiel 1, mit Ausnahme, daß die Ethylenversorgung von 0 auf Z sccm

mit gleichmäßiger Geschwindigkeit erhöht worden ist, um die Übergangsschicht 3a auszubilden und die Ethylenversorgung mit unveränderter Geschwindigkeit Z sccm durchgeführt wurde, um die Übergangsschicht 3b und die Oberflächenschicht 3c auszubilden, wurde ein lichtempfindliches Element hergestellt.

Der vorstehende Vorgang wurde unter Variieren des Wertes Z wie in der Tabelle 1 aufgeführt wiederholt, wobei die Tabelle ebenfalls den Kohlenstoffgehalt der Deckschicht jedes erhaltenen Elementes bestimmt durch die Auger-Analyse aufzeigt.

	Tabelle 1	2	3	Beispiel	5	6	Vergleichs beispiel
	Vergleichs beispiel	C	D	4	G	F	3
Lichtempfind liches Element	1 2	35	45	E	120	150	H
CpH.Strömungs- geschwindig- keit (Z,sccm)	A B	35	40	70	60	65	200
Kohlenstoffge halt (at.%)	10 25			50		70
10 25

Die erhaltenen lichtempfindlichen Elemente wurden für fortlaufendes Kopieren von 40.000 Kopien mit dem gleichen Gerät wie beim Versuchsbeispiel 1 verwendet. Das Element des Vergleichsbeispieles 3 erzeugte Kopierbil-

der mit weißen Schlieren. Bei weiterem Test unter Bedingungen mit 30 ⁰C und 85 % R.H. ergaben die Elemente der Vergleichsbeispiele 1 und 2 Kopien mit gestörten Bildern. Diese Ergebnisse zeigen an, daß wenn die Deckschicht einen ungenügenden Kohlenstoffgehalt hat, eine geringe Resistenz gegen Feuchtigkeit resultiert und daß ein Übermaß an Kohlenstoff die Oberflächenhärte beeinträchtigt und Kopierbilder mit weißen Schlieren erzeugt. Demgemäß beträgt der angemessene Kohlenstoffgehalt 35 bis 65 at%.

Versuchsbeispiele 7 bis 11 und Vergleichssbeispiele 4 und Es wurde ein lichtempfindliches Element auf die gleiche Art und Weise wie beim Versuchsbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Sauerstoffversorgung schnell von 1 bis Y sccm erhöht wurde, um die Übergangsschicht 3a zu bilden, die Sauerstoffzufuhr von Y auf 0 sccm mit konstanter Geschwindigkeit abgeschwenkt wurde, um die Übergangsschicht 3b zu bilden und für die Oberflächenschicht 3c die Sauerstoffversorgung auf 0 sccm justiert wurde.

Der vorstehende Vorgang wurde wiederholt, wobei die Y-Werte wie in der Tabelle 2 aufgeführt, variiert wurden, wobei die Tabelle ebenfalls den maximalen Sauerstoff der Übergangsschichten jedes erhaltenen Elementes zeigt, wie er durch die Auger-Analyse bestimmt worden ist.

	Tabelle	7	8	2	10	11	Vergleichs beispiel
	Vergleichs beispiel	J	K		M	N	5
	4	0,1	1	Beispiel	6	12
Lichtenpfindliches Element	I	0,1	1	9	5	10	50
OpStrcmungsgeschwin- dlgkeit (Y, seem)	0		L			30
Sauerstoffgehalt (at.%)	0	3
	3

Die erzielten lichtempfindlichen Elemente wurden in ein Testgerät eingesetzt und einer wiederholten Koronaladung und Löschtests unterzogen.

Bei dem Element des Vergleichsbeispieles 4, welches in den Übergangsschichten keinen Sauerstoff enthält, wurde eine Verringerung des Oberflächenpotentials festgestellt. Die Testergebnisse zeigten weiterhin, daß ein Ansteigen des Sauerstoffgehaltes dazu neigt, die Verringerung des Oberflächenpotentials herabzusetzen. Da die Verringerung des Oberflächenpotentials den Grad der optischen Errnüdung anzeigt, wurde der Grad der optischen Ermüdung aus dem Unterschied zwischen dem Oberflächenpotential V_Q1 bei der ersten Umdrehung und dem Oberflächenpotential V„₁₀ bei der zehnten Umdrehung gemäß der folgenden Gleichung bestimmt.

Grad der optischen Ermüdung = £(V_Q1 - ^v _Oio^^VOl\ ^{x 10}°

Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem Grad der optischen Ermüdung und dem Sauerstoffgehalt in den Übergangsschichten .

Fig. 6 offenbart, daß der Anstieg des Sauerstoffgehaltes der Übergangsschichten eine verbesserte spektrale Empfindlichkeit insbesondere im kurzwelligen Lichtbereich gewährt .

Ungeachtet dessen hatte das lichtempfindliche Element des Vergleichsbeispieles 5 einen hohen Sauerstoffgehalt, der selbst bei einer Umgebung von üblicher Temperatur und üblicher Luftfeuchtigkeit gestörte Kopierbilder, die bei einem üblichen elektrophotografischen Vorgang keine scharfen Bilder ergaben. Obwohl das lichtempfindliche Element gemäß des Versuchsbeispieles 11 frei von den vorstehend beschriebenen Nachteilen war, wurde herausgefunden, daß das Element nach mehreren 1000 Kopien bei fortlaufendem Test unter Verwendung des selben Kopiergerätes, wie beim Versuchsbeispiel 1 Kopierbilder mit Schlieren erzeugte . Diese Tendenz wurde bei weiterer wiederholter Verwendung ausgeprägter. Diese Ergebnisse zeigen an, daß insbesondere der bevorzugte Sauerstoffgehalt in den Übergangsschichten im Bereich von 0,1 bis 5 at% liegt.

Vergleichsbeispiele 6 bis 11 ;

Unter den gleichen Bedingungen wie beim Versuchsbeispiel \ 1 wurde eine a-Si-photoleitfähige Schicht 2 ausgebildet. ; Dann wurde die Hochfrequenzstromquelle ausgeschaltet, al-J Ie Stromregler auf eine Strömungsgeschwindigkeit von 0 ! eingestellt und die Reaktionskammer 25 vollständig entgast. Dann wurden die folgenden Gase durch justieren der ;

zugehörigen Regler in die Reaktionskammer eingeleitet: Aus dem ersten Tank 8 H₂-GaS mit 486,5 sccm, aus dem zweiten Tank 9 100%-iges SiH₄-GaS mit 30 sccm, aus dem dritten Tank 10 mit H₂ auf 200 ppm verdünntes B-Hg-Gas mit 1,5 sccm und aus dem vierten Tank 11 CpH₄-GaS mit 45 sccm. Nach dem die Gasströme sich stabilisiert hatten-, wurde die Stromversorgung (250 Watt) wieder angeschaltet, um für sechs Minuten eine Schicht auszubilden, worauf die Stromversorgung ausgeschaltet wurde. Das so ; erhaltene lichempfindliche Element entspricht dem beim Versuchsbeispiel 1 hergestellten, bei dem die Übergangsschichten 3a und 3b nicht vorgesehen waren. _;

Es wurden auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben mit Ausnahme, daß nur die Strömungsgeschwindigkeit ' von C₃H₄-GaS wie in der Tabelle 3 aufgeführt, verändert wurde , mehrere lichtempfindliche Elemente hergestellt.

Tabelle 3
Vergleichsbeispiel 6 7 8 9 10 11

C₂H₄Strömungsgeschw. _{1Q 25 35 45} _JQ {sccm;

Kohlenstoffgehalt 10 25 35 40 50 60

GOPY

Die lichtempfindlichen Elemente wurden jeweils für ein fortlaufendes Herstellen von 40.000 Kopien unter Verwendung des gleichen Kopiergerätes wie beim Versuchsbeispiel 1 verwendet. Die Elemente der Vergleichsbeispiele 8, 9, 10 und 11 erzeugten alle Kopierbilder mit weißen Schlieren. Dies war der Ablösung der Deckschicht zuzuschreiben, die während der Reinigungsstufe des Kopiervorganges in Folge der geringen Haftung der Schicht an der photoleitfähigen Schicht auftrat. Wenn die EIemente dann bei hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit von 30 ^PC und 85 % R.H. getestet wurden, ergaben die Elemente der Vergleichsbeispiele 6 und 7 beeinträchtigte Kopierbilder. Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß die Übergangsschichten 3a und 3b wichtig sind, um die Ablösung zu verhindern und gleichzeitig eine hohe Resistenz gegen Feuchtigkeit zur Verfügung stellen.

Versuchsbeispiele 12 und 13 und Vergleichsbeispiele 12 und Auf die gleiche Art und Weise wie beim Versuchsbeispiel 1 mit Ausnahme der Veränderung des Verhältnisses von B₂Hg/ SlH₄ wie in der Tabelle 4 gezeigt, um die Übergangsschichten 3a und 3b auszubilden, wurden lichtempfindliche Elemente hergestellt. Die Elemente wurden negativ geladen ■ und bezüglich Ladungsvermögen und Restpotential untersucht. Die Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse.

COPY

	Beispiel	12	13	Vergl.Beisp.
	200 O O	2000 O	13
Tabelle 4 Vergl.Beisp.	20000 X X
12
B₂H₆/SiH₄ (ppm) O Ladungsvermögen X Restpotential (Vr) X

Ladungsvermögen:

= 600 (V)

: 300 (V) = V₀ < 600 (V)

:'y_Q < 300 (V)

Restpotential:

: niedrig X : hoch

Versuchsbeispiel 14 und Vergleichsbeispiel 14 Es wurden auf die gleiche Art und Weise wie beim Versuchsbeipsiel 1 mit Ausnahme, daß das Verhältnis von BpHg/SiH. wie in der Tabelle 5 verändert wurde, um die Übergangsschichten 3a und 3b zu bilden, lichtempfindliche Elemente hergestellt. Die Elemente wurden positiv geladen und bezüglich Ladungsvermögen und Restpotential untersucht, wobei die Ergebnisse in der Tabelle 5 aufgeführt sind.

Tabelle 5

B₂H₆ZSiH₄ (ppm) Ladung svermögen Restpotential (Vr)

Beispiel	14	Vergleichsbeispiel
1	20	14
10	O	100
	O	X
O	X

Symbole (δ) , φ und X haben die gleiche Bedeutung wie obenstehend.

Claims

Patentansprüche

1. Lichtempfindliches Element, gekennzeichnet durch ₍ ein leitfähiges Substrat (1);

eine photoleitfähige Schicht (2), die amorphes Silizium enthält und eine Dicke von ungefähr 10 bis 100 μπι hat; und

eine Isolierschicht (3), die auf der photoleitfähigen Schicht (2) ausgebildet ist und amorphes Silizium, Kohlenstoff und ein Element der Gruppe IIIA des periodischen Systems enthält, wobei der Kohlenstoffgehalt an der Oberfläche der Isolierschicht (3) 35 bis 65 at% beträgt und an der Grenze zur photoleitfähigen Schicht ein Minimum beträgt und das Element der Gruppe IIIA zur Steuerung einer zur Polarität der Aufladung entgegengesetzten Polarität der Majoritätsträger der Schicht dient.

2. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch _#

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gekennzeichnet , daß das Element der Gruppe IIIA für positive Ladung mit ungefähr 5 bis 20 ppm enthalten ist.

3. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Element der Gruppe IIIA für negative Ladung mit 200 bis 10000 ppm enthalten ist.

4. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Kohlenstoff in der Isolierschicht (3) steigend enthalten ist, wobei der Gehalt von der Grenze zur photoleitfähigen Schicht (2) bis zur Außenfläche der Isolierschicht stetig ansteigt.

5. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Kohlenstoff in der Isolierschicht (3) steigend enthalten ist, wobei der Gehalt von der Grenze zur photoleitfähigen Schicht bis zu einer gegebenen Dicke stetig ansteigt und bis zur Außenfläche der Isolierschicht konstant ist.

6. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Isolierschicht (3) ungefähr 0,02 bis 1,5 μι« beträgt.

7. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet , daß die Dicke der Isolierschicht (3) ungefähr 0,03 bis 2,4 μπι beträgt.

8. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Isolierschicht (3) weiterhin ungefähr 0,05 bis 10 at% Sauerstoff enthält.