DE3536089A1

DE3536089A1 - Elektrophotographisch empfindliches element

Info

Publication number: DE3536089A1
Application number: DE19853536089
Authority: DE
Inventors: Takao Sakai Osaka Kawamura; Yoshikazu Hirakata Osaka Nakayama
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1984-10-11
Filing date: 1985-10-09
Publication date: 1986-04-17
Anticipated expiration: 2005-10-10
Also published as: JPS6191665A; US4826748A; DE3536089C2; DE3536089C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrophotographisch empfindliches Element zur Verwendung in einem Laserstrahldrucker.

Es ist ein Laserstrahldrucker bekannt, dessen Laserstrahlen zum Aufzeichnen verwendet werden. Er ist von kleiner Bauform, leicht, und er ermöglicht bei geringem Stromverbrauch eine hohe Dichte und schnelle Aufzeichnung. Zur Zeit wird ein elektrophotographisch empfindliches Element entwickelt, welches im wesentlichen aus amorphem Silicium gebildet und für die Verwendung in einem Halbleiter-Laserstrahldrucker vorgesehen ist.

Da Laserstrahlen jedoch monochromatisch sind, besteht die große Gefahr, daß ein in das Innere einer lichtempfindlichen Schicht eindringender Laserstrahl von dieser nur ungenügend absorbiert wird, um ein elektrisch leitendes Substrat zu erreichen und von der Substratoberfläche wieder reflektiert zu Werden.

Bei einem lichtempfindlichen Element, bei dem eine lichtempfindliche Schicht auf ein elektrisch leitendes Substrat

auflaminiert worden ist, ergibt sich das Problem, daß ein Teil eines auftreffenden Strahls, beispielsweise eines Halbleiterstrahls, von dem elektrisch leitenden Substrat reflektiert wird. Wird nun ein Teil dieses reflektierten Strahls nochmals von der Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht reflektiert, so entsteht zwischen dem zweimal reflektierten Strahl und dem neu auftreffenden Strahl eine Interferenz, was auf einem latenten elektrischen Ladungsbild zu einer Streifenbildung führt. Hierdurch ergibt sich beim Entwicklen des Bildes eine ungleiche Dichteverteilung auf diesem in Form von Streifen. Fig. 2 zeigt eine derartige Wirkung:

Bei einem lichtempfindlichen Element, welches eine auf ein elektrisch leitendes Substrat 1 auflaminierte lichtempfindliche Schicht 2 enthält, reflektiert das elektrisch leitende Substrat 1 einen Teil des auf treffenden Strahls 1.. , beispielsweise eines Halbleiter-Laserstrahls. Wird nun ein Teil dieses reflektierten Strahls 1„ wieder von der Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht 2 zurückgeworfen, so entsteht zwischen dem zweimal reflektierten Strahl 1-, und dem neu auftreffenden Strahl I₁ eine Interferenz, so daß sich auf dem latenten elektrischen Ladungsbild Streifen bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrophotographisch empfindliches Element zu schaffen, bei dem sich diese Interferenz reduzieren läßt, um auf diese Weise die Bildung von Streifen auf einem Bild zu verhindern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die lichtempfindliche Schicht auf dem elektrisch leitenden Substrat über

2 eine Zwischenschicht gebildet wird und der Wert a χ b χ c so gewählt wird, daß er 0,2 oder darunter beträgt, wobei a der burchlässigkeitsfaktor der lichtempfindlichen Schicht für den Laserstrahl, b der Durchlässigkeitsfaktor

der Zwischenschicht für den Laserstrahl und c der durch das Substrat bedingte Laserstrahl-Reflexionsfaktor ist.

Ein elektrophotographisch empfindliches Element für die

Verwendung in einem Laserstrahldrucker, bei dem eine ungleiche Dichteverteilung in Form von Streifen aufgrund von Interferenz verhindert wird, ist zwar aus der japanischen Offenlegungsschrift No. 58-10013 bekannt. Die vorliegende Erfindung stellt jedoch eine Verbesserung dar.

Die Erfindung betrifft somit ein elektrophotographisch empfindliches Element, bei welchem eine lichtempfindliche Schicht mit mindestens einer lichtelektrisch leitenden Schicht auf ein elektrisch leitendes Substrat auflaminiert wird und ein Laserstrahl auf eine Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht zur Erzeugung eines Phototrägers in der lichtelektrisch leitenden Schicht auftrifft.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 und Fig. 8 einen vergrößerten Schnitt durch das

elektrophotographisch empfindliche Element;

Fig. 2 ein elektrophotographisch empfindli

ches Element, in welchem eine Interferenz auftritt;

Fig. 3 und 4 jeweils einen vergrößerten Schnitt

durch ein elektrophotgraphisch empfindliches Element einer Ausfuhrungsform nach der Erfindung;

Fig. 5 und 9 eine Glimmentladungs-Zerlegungsvor-

richtung zur Herstellung eines er-

findungsgemäßen elektrophotographisch empfindlichen Elementes;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der

Sauerstoff- oder Stickstoffverteilung längs der Schichtdicke eines elektrophotographisch empfindlichen Elementes nach einer Ausfuhrungsform der Erfindung;

Fig. 7 eine Darstellung der Relation zwischen

der Wellenlänge und dem Absorptionskoeffizienten verschiedener Triäthylaminiumverbindungen im Hinblick auf die Herstellung einer Zwischenschicht eines elektrophotographisch empfindlichen Elementes nach der Erfindung; und

Figl 10 eine Darstellung der Relation zwischen

der Wellenlänge und dem Absorptionskoeffizienten verschiedener GeH .-Zusammensetzungen zur Herstellung einer Zwischenschicht eines elektrophotographisch empfindlichen Elementes nach der Erfindung.

Wird erfindungsgemäß bei einem elektrophotographisch empfindlichen Element für die Verwendung in einem Laserstrahldrucker in Abhängigkeit auch von der hindurchgelassenen Wellenlänge eines Laserstrahls nach Fig. 1 die lichtempfindliche Schicht 2 mit einem Durchlässigkeitsfaktor a für den Laserstrahl auf das Substrat 1 mit einem Reflexionsfaktor c für den Laserstrahl über die Zwischenschicht 3 mit einem Durchlässigkeitsfaktor b für den Laserstrahl

durch diese auflaminiert/ so läßt sich, wenn der Wert

a χ b χ c so gewählt wird, daß er 0,2 oder darunter beträgt, die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe nahezu

ohne Berücksichtigung der Art der Auflaminierung der lichtempfindlichen Schicht 2, des lichtempfindlichen Materials sowie des Substratmateriäls lösen. Das heißt, die unerwünschte Streifenbildung auf dem erhaltenen Bild ist aufgrund des erfindurigsgemäßen elektrophotographisch empfindlichen Elements in einem Laserstrahldrucker nunmehr vernachlässigbar geworden. Darüber hinaus haben verschiedene wiederholte Untersuchungen ergeben, daß, wenn man den Wert a χ b χ c so wählt, daß dieser 0,1 oder darunter beträgt, ein erheblich verbessertes Bild entsteht, auf welchem eine Streifenbildung mit dem bloßen Auge überhaupt nicht zu erkennen ist.

Der Durchlässigkeitsfaktor a ergibt sich aus dem Verhältnis der Stärke eines durch die lichtempfindliche Schicht 2 hindurchgehenden Laserstrahls und der Stärke des auf das elektrophotographisch empfindliche Element auftreffenden Laserstrahls. Der Durchlässigkeitsfaktor b ergibt sich aus dem Verhältnis der Stärke eines durch die Zwischenschicht 3 hindurchgehenden Laserstrahls und der Stärke des durch die lichtempfindliche Schicht 2 hindurchgehenden Laserstrahls, oder aber aus dem Verhältnis eines durch die Zwischenschicht 3 hindurchgehenden Laserstrahls und der Stärke des Laserstrahls, welcher von dem Substrat 1 reflektiert wird. Nach Ansicht der Anmelderin besteht in der Praxis zwischen diesen beiden Definitionen für die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe kein Unterschied.

Erfindungsgemäß ist die Zwischensicht 3 als Absorptionsschicht zur Verringerung der Stärke des durch die lichtempfindliche Schicht 2 hindurchgehenden Laserstrahls vorgesehen. Dabei kann jede für diese Aufgabe geeignete Zwischenschicht 3 Verwendung finden. Im Gegensatz zu einem in der Folge noch beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die lichtempfindliche Schicht 2 aus einem aus amorphem Silicium bestehenden lichtelektrisch leitenden Material gebildet ist, welches bekanntermaßen einen ge-

— ft —

ringen Lichtabsorptionskoeffizienten aufweist, wird für die Zwischenschicht 3 eine Zusammensetzung mit einem verhältnismäßig hohen Lichtabsorptioriskoeffizienten angestrebt.

Darüber hinaus kann, um die Vorteile einer Plasma-CDV-Vorrichtung zu nutzen, wie sie für die Herstellung des aus amorphem Silicium bestehenden lichtelektrisch leitenden Materials Verwendung findet, dem amorphen Silipium zur Herstellung der Zwischenschicht 3 mit dem auf einen bestimmten Wertebereich eingestellten Durchlässigkeitsfaktor b ein Zusatzstoff beigegeben werden.

Aufgrund zahlreicher verschiedener Untersuchungen haben die Erfinder festgestellt, daß Aluminium, Zink, Zinn, Germanium und dergleichen als Zusatzstoffe zur Heraufsetzung des Lichtabsorptionskoeffizienten des amorphen Siliciums geeignet sind. Diese Zusatzstoffe werden entweder einzeln oder aber in Kombination beigegeben. Ferner ist festgestellt worden, daß die aus amorphem Silicium bestehende Zwischenschicht 3 ohne weiteres dadurch hergestellt werden kann, daß man in der Plasma-CDV-Vorrichtung für die Bildung von amorphem Silicium eine bestimmte Menge dieser Zusatzstoffe in Form von organischen Metallen zusammen mit SiH.-Gas oder dergleichen einspeist.

Solche Zusatzstoffe sind Al(CH₃)₃, Al (C₃H₅)₃, Al(CgHg)₃, AlCl₃, Zn(CH₃) ₂, Zn(C₂H₅J₃, Zn(C₅H₅) ₂, Sn(CH₃) ^, Sn(C₂H₅J₄, GeH., Ge(CH₃)₃, Ge (C₂H₅J₃ und dergleichen.

Auch ein Zusatz von Bor und dergleichen zu der aus amorphem Silicium bestehenden Zwischenschicht 3 führt erfindungsgemäß zu einer Verbesserung der Leitfähigkeit, so daß eine lichtempfindliche Schicht 2 aus amorphem Silicium mit ausgezeichneten photoelektrischen Eigenschaften hergestellt werden kann.

Die Erfindung kann bei verschiedenen Aufzeichnungselementen mit Durchlaßwellenlängen von 400 bis 850 nra, wie He-Ne-Gas-Laserstrahlen mit Durchlasswellenlängen von etwa 633 nm und He-Cd-Gas-Laserstrahlen mit Durchlaßwellenlängen von etwa 442 nm, Verwendung finden. Beispielsweise läßt sich in sehr geeigneter Weise ein elektrophotographisch empfindliches Element mit einer lichtelektrisch leitenden Schicht aus amorphem Silicium mit ausgezeichneten lichtempfindlichen Eigenschaften in der,aes Infrarotwellenbereichs bei Durchlaßwellenlängen von etwa 800 nm in einem Laserstrahldrucker verwenden, der mit Halbleiter-Laserstrahlen mit Durchlaßwellenlängen von 750 bis 800 nm als Aufzeichnungselemente arbeitet.

In dem elektrophotographisch empfindlichen Element können verschiedene Arten von lichtempfindlichen Schichten verwendet werden. Dabei braucht das Substratmaterial auch nicht auf Aluminium beschränkt zu werden. Jedoch wird nachstehend als bevorzugte Ausführungsform ein elektrophotographisch empfindliches Element mit einer lichtempfindlichen, aus amorphem Silicium bestehenden Schicht auf einem Aluminiumsubstrat beschrieben.

Das erfindungsgemäße elektrophotographisch empfindliche Element aus amorphem Silicium kann dabei unterschiedliche Schichtstrukturen aufweisen. Auch sind der Wahl des Materials keine speziellen Grenzen gesetzt. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist eine aus amorphem Silicium bestehende lichtempfindliche Schicht verwendet worden, die die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Struktur aufweist.

Dieses aus amorphem Silicium bestehende elektrophotographisch empfindliche Element ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht 3, eine Grenzschicht 4, die elek trisch leitende Schicht 5 und eine Oberflächenschutzschicht 6 als die lichtempfindliche Schicht 2 auf das Aluminiumsubstrat 1 in der genannten Reihenfolge auflaminiert

sind und daß jede dieser Schichten aus amorphem Silicium gebildet ist.

Darüber hinaus befindet sich auf dem Aluminiumsubstrat 1 vorzugsweise eine aluminiumhaltige Schicht 7, welche das Aluminium als Hauptbestandteil enthält (Fig. 4). Dabei kann, abgesehen von dem Zusatz des Aluminiums zu der aus amorphem Silicium bestehenden Zwischenschicht 3 bei deren Herstellung, wie bereits beschrieben, das Aluminium als metallische Komponente des Substrats auf dieses aufgedampft werden, und zwar durch Plasma-Zerlegung hauptsächlich der organischen metallischen Gase in einer Plasma-CVD-Vorrichtung ohne die Zufuhr eines amorphes Silicium bildenden Gases wie SiH ·, das das Aluminium in Form eines organischen Metalls vorsieht.

Die Untersuchungen der Erfinder führten zur Lösung folgender, bei einem solchen aus amorphem Silicium bestehenden elektrophotographisch empfindlichen Element auftretender Probleme: Die Ablösung von Schichten und die Bildung von Rissen aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten des Aluminiumsubstrats und der aus dem amorphen Silicium bestehenden lichtempfindlichen Schicht ergeben sich im Laufe der Zeit.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die in der aus amorphem Silicium bestehenden lichtempfindlichen Schicht 2 vorhandenen Spannungen durch die Einverleibung einer aluminiumhaltigen Schicht 7 zu verringern. Die Dicke . der aluminiumhaltigen Schicht 7 beträgt dabei vorzugsweise mindestens 1000 8. Darüber hinaus haben die Versuche der Erfinder ergeben, daß die Wirkung sich dadurch noch weiter verbessern läßt, daß man, wie aus Fig. 4 ersichtlich, die aus amorphem Silicium bestehene Zwischenschicht 3 auf die aluminiumhaltige Schicht 7 auflaminiert.

Nachstehend wird ein aus amorphem Silicium bestehendes

elektrophotographisch empfindliches Element sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, wie bereits in einer früheren Anmeldung der Anmelderin offenbart (japanische Patentanmeldung Nr. 59-11495) und in einer Ausführungsform verwendet, welche noch zu erläutern ist, beschrieben.

Die Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung und Dicke einer aus amorphem Silicium bestehenden Schicht 2.

Tabelle

Art der	Schicht	Sauerstoff	Gehalt	Bor
Schicht	dicke	u. Stick stoff (ato marer An teil in %)	Wasser	(Teile/ Million)
	(um)	nachfol	stoff (atom. Anteil in %)	0^20.000
Oberflächen	0,05 λ/1 ,0	gend be	10^-40
schutz		schrieben
schicht (6)		1O~5x1O~²		10,^20.000
Lichtelek	5 ^, 100		10^,40
trisch lei
tende
Schicht (5)		nachfol		50 ~ 500
Grenz	0,2^5,0	gend be	10~40
schicht (4)		schrieben

Die Grenzschicht 4 enthält Sauerstoff und Stickstoff, deren Anteil während der Bildung der Schicht nach und nach abnimmt, wobei der atomare Gesamtgehalt zu Beginn der Herstellung der Schicht 0,1 bis 30 % beträgt. Der Sauerstoff-

und Stickstoffanteil der Grenzschicht 4 am Ende des Herstellungsgangs entspricht dem Sauerstoff- und Stickstoffgehalt der lichtelektrisch leitenden Schicht 5.

Darüber hinaus erhöht sich der Sauerstoff- und Stickstoffgehalt in der Oberflächenschutzschicht 6 während ihrer Bildung nach und nach so, daß der atomare Gesamtanteil an Sauerstoff und Stickstoff am Ende des Herstellungsgangs 1 ,0 bis 60,0 % beträgt. Der Sauerstoff- und Stickstoffanteil der Oberflächenschutzschicht 6 zu Beginn der Schichtbildung entspricht dem Sauerstoff- und Stickstoffgehalt der lichtelektrisch leitenden Schicht 5.

Da der Sauerstoff-und Stickstoffgehalt in der Grenzschicht des aus amorphem Silicium bestehenden elektrophotographisch empfindlichen Elements der Erfindung im Laufe der Herstellung abnimmt - der atomare Gesamtanteil zu Beginn der Herstellung der Schicht beträgt 0,1 bis 30 = -, ist der in der lichtelektrisch leitenden Schicht erzeugte Träger ohne weiteres auf das elektrisch leitende Substrat übertragbar. Auch das übertreten elektrischer Ladungen von dem elekrisch leitenden Substrat läßt sich verhindern.

Es wird ferner ein hervorragendes elektrophotographisch empfindliches Element geschaffen, dessen Lichtempfindlichkeit im Bereich der Infrarotstrahlen aufgrund des Zusatzes von Sauerstoff, Stickstoff und Bor heraufgesetzt wird, während das restliche elektrische Spannungspotential eliminiert wird. Hiedurch verringert sich die Lichtempfindlichkeit in der Nähe des Infrarotwellenbereichs in dem Fall nicht, in dem der Sauerstoff- und Stickstoffanteil in dem Bereich zwischen der Grenzschicht und dem elektrisch leitenden Substrat zunächst maximal ist und dann allmählich geringer wird, wodurch eine Schichtdicke bei maximalem Sauerstoff- und Stickstoffgehalt von nahezu Null erhalten wird.

.. -13-

Was die Oberflächenschutzschicht anbetrifft, so enthält diese nach Bildung der lichtelektrisch leitenden Schicht Sauerstoff und Stickstoff in zunehmendem Maße, dergestalt, daß der atomare Gesamtanteil an der Außenoberfläche 1,0 bis 60,0 % beträgt. Das hierbei gebildete SiO„ und Si₃N₄ tragen zu einer erheblichen Steigerung der Oberflächenhärte bei.

Ferner wird ein elektrophotographxsch empfindliches Element mit verbessertem Ladungshaltevermögen unter Gewährleistung einer hohen Lichtempfindlichkeit erhalten.

In Fig. 5 iät eine Glimmentladungs-Zerlegungsvorrichtung mit kapazitiver Kopplung für die Herstellung eines aus amorphem Silicium bestehenden elektrophotographisch lichtempfindlichen Elements mit ausgezeichneten lichtelektrischen Eigenschaften beschrieben: In Behältern 7, 8 und 9 sind ein SiH -Gas bzw. ein B_H_fi-Gas bzw. ein N₃ ⁰" Gas enthalten. Das Trägergas für das SiH.-Gas und das B„H^-Gas ist Wasserstoff. Diese Gase werden über drei Regelventile 10 beziehungsweise 11 beziehungsweise ^abgegeben. Die Gase aus dem ersten 7 und zweiten Behälter 8 werden in eine erste Hauptleitung 16 eingespeist, während das N₃O-GaS aus dem dritten Behälter 9 unter Regelung der Strömungsgeschwindigkeiten über entsprechende Mengenflußelemente 13, 14 und 15 in eine zweite Leitung 17 eingespeist wird. Die Bezugszeichen 18 und 19 beziehen sich auf Sperrventile. Die durch die erste und zweite Hauptleitung 16 bzw. 17 strömenden Gase werden in einen Reaktionsbehälter 20 eingespeist. Um eine Grundplatte in dem Reaktionsbehälter 20 sind Entladungselektroden 21 für die kapazitive Kopplung angeordnet, deren Hochfrequenzleistung und Frequenz geeigneterweise auf Werte von 50 Watt bis 3 Kilowatt und von einem MHz auf mehrere zehn MHz eingestellt wird.

In dem Reaktionsbehälter 20 und auf einem durch einen Motor 23 in Umlauf setzbaren Drehtisch 24 befindet sich eine Grundplatte 22 aus Aluminium, auf die die amorphe Siliciumschicht aufgebracht werden soll. Die Grundplatte 22 wird mit Hilfe einer geeigneten Heizeinrichtung gleichmäßig auf Temperaturen von etwa 50 bis 350° C, vorzugsweise etwa 150 bis 300° C, erhitzt. Das Innere des Reaktionsbehälters 20, in dem für die Bildung der amorphen Siliciumschicht ein Hochvakuum (Ablaßdruck 0,1 bis 2,0 Torr) erforderlich ist, steht mit einer Rotationspumpe 25 und einer Diffusionspumpe 26 in Verbindung.

Darüber hinaus enthält ein vierter Behälter 27 dicht verschlossen Wasserstoff. In einem Waschbehälter 28 sind Triäthylaluminium Al(CH₃)₃, Triäthylaluminium Al(C₂H₅)₃ und dergleichen enthalten, welche Ausgangsmaterialien für das herzustellende Aluminium bilden. Diese Materialien werden bei Bedarf über eine dritte Hauptleitung 29 eingespeist, wobei die Strömungsgeschwindigkeit durch die Temperatur des Waschbehälters 28 bestimmt wird, welche wiederum über ein thermostatisches Bad 30 (im allgemeinen mit einer Temperatur von 15 bis 60° C) geregelt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des von dem vierten Behälter 27 eingespeisten Wasserstoffs wird mit Hilfe eines Mengenflußreglers 31 gesteuert. Der Druck in dem Waschbehälter 28 (im allgemeinen etwa atmosphärischer Druck) wird mit Hilfe eines vierten Regelventils 32 gesteuert.

Bei Verwendung der Glimmentladungs-Zerlegungsvorrichtung erfolgt die Herstellung sauerstoff- und stickstoffhaltiger, aus amorphem Silicium bestehender Filme auf der Grundplatte 32 durch öffnen des ersten und dritten Regelventils bzw. 12, um SiH. von dem ersten Behälter 7 und N„0 aus dem dritten Behälter 9 freizusetzen.

Um weiterhin die Filme mit Bor zu beladen, wird auch das zweite Regelventil 11 für die Abgabe von B₀H,. aus dem

..-15-

zweiten Behälter 8 geöffnet. Die abgegebenen Mengen werden durch die Mengenflußregler 13, 14 und 15 bestimmt. In den Reaktionsbehälter 20 wird das SiH.-Gas oder das aus SiH. und B H_fi bestehende Gasgemisch über die erste Hauptleitung

16 und gleichzeitig das N^O-Gas in einem bestimmten molaren Verhältnis zu dem SiH. über die zweite Hauptleitung

17 eingespeist. Im Innern des Reaktionsbehälters 20 befindet sich ein Vakuum von 0,1 bis 2,0 Torr.

Die Temperatur der Grundplatte wird auf 50 bis 350 C gehalten, und die Hochfrequenzleistung sowie die Frequenz für die kapazititiven Entladungselektroden 21 werden auf Werte von 50 Watt bis 3 Kilowatt und von ein bis mehrere zehn MHz eingestellt. Bei der nunmehr stattfindenden Glimmentladung werden die Gase zerlegt: auf der Grundplatte bilden sich aus amorphem Silicium bestehende sauerstoff-, ·=·. stickstoff- und wasserstoffhaltige Filme sowie Filme aus amorphem Silicium mit geeigneten Mengen an Bor bei einer Geschwindigkeit von etwa 10 bis 2.500 S/min.

Ferner wird zur Herstellung der aluminiumhaltigen Schicht 7 Al (CH₃) ₃ oder Al (C₃H₅) ₃ in den Reakti« die dritte Hauptleitung 29 eingespeist.

7 Al(CH-) _. oder Al(C₉H₁.)- in den Reaktionsbehälter 20 über

-3 J /* j j

Zur Herstellung der aus amorphem Silicium bestehenden Zwischenschicht 3 wird ebenfalls SiH.-Gas über die erste Hauptleitung 16 eingespeist.

Wenngleich die in Fig. 5 gezeigte Glimmentladungs-Zerlegungsvorrichtung vom Typ einer kapazitiven Kopplung ist, so kann die Aufgabe der Erfindung auch mit einer Kopplung durch Gleichstrom oder Induktion gelöst werden.

Nachstehend ist eine Glimmentladungs-Zerlegungsvorrichtung vom Typ kapazitive Kopplung gemäß Fig. 9 beschrieben, welche bei einer anderen Ausführungsform Verwendung findet, bei der GeH.-Gas für die Herstellung eines aus amorphem

Silicium bestehenden elektrophotographisch empfindlichen Elements mit ausgezeichneten lichtelektrischen Eigenschaften verwendet wird.

Gemäß Fig. 9 enthält ein erster, zweiter, dritter und vierter Behälter 33 bzw. 34 bzw^/3%^Zein SiH₄- bzw. GeH₄- bzw. B_H,- bzw. NO- oder CH.-Gas dicht verschlossen in

ZO 4

diesem.

Das Trägergas für die SiH₄-, GeH₄- und B-Hg-Gase ist Waserstoff. Diese Gase werden über das entsprechende erste, zweite, dritte und vierte Regelventil 37 bzw. 38 bzw. 39 bzw. 40 eingespeist. Ihre Strömungsgeschwindigkeiten werden durch die Mengenflußregler 41, 42, 43 und 44 gesteuert. Die Gase von dem ersten, zweiten und dritten Behälter 33 bzw. 34 bzw. 35 strömen in eine erste Hauptleitung 45, und der gasförmige Sauerstoff strömt von dem vierten Behälter 36 in eine zweite Hauptleitung 46.

Die Bezugszeichen 47 und 48 beziehen sich auf Sperrventile. Die über die erste und zweite Hauptleitung 45 und 46 einströmenden Gase gelangen in einen Reaktionsbehälter 49. Um eine Bodenplatte im Innern des Reaktionsbehälters 49 herum sind Entladungselektroden 50 für eine kapazitive Kopplung vorgesehen, deren Hochfrequenzleistung und Frequenz geeigneterweise auf Werte von 50 Watt bis 3 Kilowatt und von ein bis mehreren zehn MHz eingestellt werden. Im Innern des Reaktionsbehälters 49 und auf einem durch einen Motor 52 in Umlauf setzbaren Drehtisch 53 befindet sich eine Grundplatte 51 entweder aus Aluminium oder aus einem Spezialglas (z. B. NESA) , auf welchem die aus amorphem Silicium bestehenden Filme hergestellt werden. Die Grundplatte 51 wird mit Hilfe einer geeigneten Heizeinrichtung gleichmäßig auf Temperaturen von/50 bis 350° C und vorzugsweise von etwa 150° C bis 300° C erhitzt. Das Innere des Reaktionsbehälters 49, für welches zur Herstellung der amorphen Siliciumfilme ein Hochvakuum (Druck 0,1 bis 2,0 Torr)

erforderlich ist, steht mit einer Rotationspumpe 54 und einer Diffusionspumpe 55 in Verbindung.

Bei Verwendung der Glimmentladungs-Zerlegungsvorrichtung erfolgt die Herstellung beispielsweise der sauerstoffhaltigen/ aus amorphem Silicium bestehenden Filme auf der Grundplatte 51 durch Öffnen des ersten und vierten Regelventils 37 bzw. 40, um SiH.-Gas aus dem ersten Behälter und NO-Gas oder CH.-Gas aus dem vierten Behälter 36 freizusetzen. Um die Filme mit Bor zu beladen, wird auch das dritte Regelventil 39 für die Freisetzung von B-Hg-Gas aus dem dritten Behälter 35 geöffnet. Die Freisetzungsgeschwindigkeiten werden durch die Mengenflußregler 41 , 43 und 44 gesteuert. In den Reaktionsbehälter 49 wird das SiH.-Gas oder das Gasgemisch aus SiH. und B₀H- über die

4 4 Z O

erste Hauptleitung 45 und gleichzeitig das NO-Gas oder das CH.-Gas in einem bestimmten molaren Verhältnis zu dem SiH. über die zweite Hauptleitung 46 eingespeist.

Das Innere des Reaktionsbehälters 49 enthält ein Vakuum von 0,1 bis 2,0 Torr. Die Temperatur der Grundplatte wird auf 50 bis 350° C gehalten und die Hochfrequenzleistung und Frequenz für die kapazitiven Entladungselektroden 50 werden auf Werte von 50 Watt bis 3 Kilowatt und von ein bis mehrere zehn MHz eingestellt. Bei der nunmehr erfolgenden Glimmentladung werden die Gase zerlegt und auf der Grundplatte bilden sich bei einer Geschwindigkeit von etwa 10 bis 2.500 S/min sauerstoff- und wasserstoffhaltige amorphe Siliciumfilme sowie Filme aus amorphem Silicium, welche darüber hinaus eine geeignete Menge an Bor enthalten.

Nachstehend sind Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen, aus amorphem Silicium bestehenden elektrophotographisch empfindlichen Elemente zur Verwendung in einem Laserstrahldrucker, der mit einem Halbleiterstrahl mit einer Durchlaßwellenlänge von 770 bis 780 nm als Aufzeichnungselement arbeitet, im einzelnen beschrieben.

Beispiel 1

Ein zylindrisches Aluminiumsubstrat, das auf einer Ultrapräzisionsdrehbank unter Verwendung einer Diamantkrone zugeschliffen worden ist, wird in einer alkalischen Lösung entfettet, gewaschen und zur Säuberung getrocknet. Anschließend wird das erhaltene Produkt in die Reaktionskammer 20 einer Glimmentladungs-Zerlegungsvorrichtung vom Typ kapazitive Kopplung gem. Fig. 5 verbracht.

In den Reaktionsbehälter 20 wird aus dem vierten Behälter 27 über den Waschbehälter 28 Al(CH₃)₃ mit Wasserstoff als Trägergas eingespeist. Durch die nun erfolgende Glimmentladungs-Zerlegung bildet sich die aluminiumhaltige Schicht 7 mit einer Dicke von 0,1 pm. auf dem Aluminiumsubstrat. Der Reflexionsfaktor eines Halbleiterstrahls von 780 nm Wellenlänge beträgt aufgrund der erhaltenen aluminiumhaltigen Schicht 7 90 % (der Reflexionsfaktor und der Durchlässigkeitsfaktor wurden in den Beispielen 1 und 2 mit einem Laserstrahl von 780 nm gemessen).

Nunmehr wird das SiH.-Gas aus dem ersten Behälter 7 mit Wasserstoff als Trägergas gleichzeitig mit dem Al(CH₃), zur Bildung der aus amorphem Silicium bestehenden Zwischenschicht 3 von 1 pm Dicke durch Glimmentladungs-Zerlegung freigesetzt, wobei das Verhältnis von Al(CH-J₃ zu der Summe aus Al (CH₃)₃ und SiH₄ auf 0,0095 eingestellt wird.

Der Durchlässigkeitsfaktor der erhaltenen Schicht beträgt 0,37.

Zur Bildung der Grenzschicht 4 auf dem glattgeschliffenen zylindrischen Aluminiumsubstrat 1 wird das SiH.-Gas mit

einer Strömungsgeschwindigkeit von 320 cm /see unter Verwendung von Wasserstoff als Trägergas aus dem ersten Behälter 7, das B_Hg-Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von

80 cm /sec unter Verwendung von Wasserstoff als Trägergas aus dem zweiten Behälter 8 und das N₉O-GaS mit einer Strö-

mungsgeschwindigkeit von 20 cm /see aus dem dritten Behälter 9 abgezogen. Zu Beginn des Herstellungsgangs weist die Zusammensetzung einen atomaren Sauerstoffanteil von etwa 5 %, einen atomaren Stickstoffanteil von etwa 0,7 % und etwa 200 Teile/Million Bor sowie einen atomaren Anteil von Wasserstoff von etwa 10 % auf. Dann wird die Zusammensetzung der Grenzschicht während ihrer Bildung nach und nach dadurch verändert, daß man die freigesetzte Menge an N„0-Gas so verringert, daß die Strömungsgeschwindigkeit

3 des N₉O-GaSeS in dem Augenblick 1,2 cm /see beträgt, in dem die Schichtdicke 2,0jum beträgt, so daß der maximale Sauerstoff- und Stickstoffgehalt der Schicht sich in der Nähe der Grenzfläche des Substrats befindet.

Je mehr die Herstellung der Grenzschicht ihrem Ende zugeht, umsomehr entsprechen die enthaltenen Sauerstoff- und Stickstof fanteile denen der lichtelektrisch leitenden Schicht 5. Die Einstellung erfolgt also so, daß die Sauerstoff- und Stickstoffverteilung in der Grenzschicht gegenüber der Schichtdicke eine exponentielle Kurve ergibt. Die Verfahrensbedingungen in diesem Stadium der Schichtbildung sind folgende: Abgabedruck 0,6 Torr, Substrattemperatur 200 C, Hochfrequenzleistung 150 W und Filmbildungsgeschwindigkeit 14 S/sec.

Hieran anschließend wird die lichtelektrisch leitende Schicht 5 mit einer Dicke von 21,8 jam, einem atomaren Sauerstoff anteil von etwa 0,02 %, einem atomaren Stickstoffanteil von etwa 0,003 %, etwa 200 Teilen/Million Bor und einem atomaren Wasserstoffanteil von etwa 15 % durch die Zufuhr von N₉O-GaS bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,2 cm /see hergestellt. Dann werden nach und nach die Strömungsgeschwindigkeiten wie folgt variiert: Die des N₉0-Gases von 1,2 cm /see auf 20 cm /see, die des SiH.-

■ 3 3

Gases von 320 cm /see auf 100 cm /see und die des B_H -

Gases von 80 cm /sec auf Null, wodurch eine Oberflächenschutzschicht 6 mit einem atomaren Sauerstoffanteil von etwa 50 %, einem atomaren Stickstoffanteil von etwa 7 % und einem atomaren Wasserstoffanteil von etwa 3 % erhalten wird. Diese Schicht enthält an ihrer Außenoberfläche kein Bor und weist eine Dicke von 0,2 um auf. Der Durchlässigkeitsfaktor der hergestellten lichtempfindlichen Schicht aus amorphem Silicium beträgt 0,26.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung der Sauerstoff- und Stickstoffverteilung in Relation zu der Schichtdicke eines laminierten lichtempfindlichen Elementes, das wie vorstehend beschrieben hergestellt worden ist. In Fig. 6 sind auf der Abszisse die Sauerstoff- und Stickstoffkonzentrationen aufgetragen, während die Ordinate die Schichtdicke der Grenzschicht 4 (d - d,.) , der lichtelektrisch leitenden Schicht 5 (d.. - d„) und der Oberflächenschutzschicht 6 (d₂ - d~) enthält.

Der Wert a χ b χ c des auf diese Weise erhaltenen lichtempfindlichen Elements aus amorphem Silicium beträgt 0,03. Ein solches Element weist ein erheblich verbessertes Ladungshaltevermögen, geringe Aufhellungstendenzen sowie eine erheblich verbesserte Lichtempfindlichkeit in der Nähe des Infrarotwellenbereichs auf. Es wurden mit einem Halbleiterdrucker Drucktests unter Verwendung des auf diese Weise erhaltenen lichtempfindlichen Elementes bei einer Wellenlänge von 780 nm und einer Druckgeschwindigkeit von 20 Stück/min durchgeführt. Dabei wurden Bilder ausgezeichneter Qualität mit starken Kontrasten und einem hohen Auflösungsgrand erhalten, welche keinerlei Streifenbildungen aufwiesen. Selbst nach 300.000 Testversuchen konnten keine Qualitätsbeeinträchtigungen, wie ein Nachlassen der Bildschärfe, die Bildung von weißen Nebeln oder Blindstellen, hervorgerufen durch Schäden an der Trommeloberfläche, festgestellt werden. Darüber hinaus erwies sich das lichtempfindliche Element als äußerst haltbar.

Beispiel

Unter Verwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Glimmentladungs-Zerlegungsvorrichtung werden aus Zwischenschichten aus amorphem Silicium mit den angegebenen Aluminiumanteilen und Schichtdicken lichtempfindliche Elemente (A) bis (H) mit den aus der Tabelle 1 ersichtlichen Zusammensetzungen und Dicken sowie mit unterschiedlichen Durchlässigkeitsfaktoren hergestellt.

Es wurden Drucktests mit den auf diese Weise erhaltenen lichtempfindlichen Elementen in einem Laserstrahldrucker mit einem Halbleiter-Laserstrahl von 78O nm Wellenlänge als Aufzeichnungselement durchgeführt. Die Ergebnisse gehen aus Tabelle 2 hervor.

Tabelle 2

Lichtempfindliches Element

Reflexionsfaktor der aluminiumhaltigen Schicht (c)

Durchlässigkeitsfaktor der Zwischenschicht (b)

Durchlässigkeitsfaktor der lichtempfindlichen Schicht (a)

a χ b xc

Bildauswertung

0,9

0,91

0,33

0,25

0,9

0,86

0,19

0,13

0,9

0,86

0,10

0,07

0,9

0,55

0,19

0,05

0,9

0,48

0,10

0,02

0,9

0,32

0,21

0,02

0,9

0,96

0,19

0,16

0,9

0,96

0,34

0,28

CD "

O ^:,

00 :<

CD -,.

Was die Bildauswertung anbetrifft, so besagt © t mit dem bloßen Auge keine Streifen erkennbar waren; besagt, daß die Streifenbildung im Hinblick auf die Qualität des Bildes bei der Verwendung der lichtempfindlichen Elemente in Laserstrahldruckern fast vernachlässigbar ist, was heißt, daß der Verwendung in der Praxis nichts im Wege steht, und χ verweist auf ein schlechtes Bild mit Streifenbildungen.

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, ist bei den lichtempfindlichen Elementen B bis G die Streifenbildung auf dem Bild vernachlässigbar, so daß der Verwendung in der Praxis nichts im Wege steht. Mit den lichtempfindlichen Elementen C bis F dagegen wurden gute Bilder ohne Streifenbildungen erhalten.

Beispiel 3

Das Verhältnis der Laserstrahlwellenlängen zu dem Absorptionskoeffizienten (cm ) wurde durch Veränderung des Verhältnisses von Al(CH₃)- zu der Summe aus Al(CH₃J₃ und SiH. bestimmt. Die Ergebnisse gehen aus Fig. 7 hervor.

I bis IV zeigen die Absorptionskoeffizientenkurve für den Fall, in dem das Verhältnis auf O bzw. 0,009 bzw. 0,010 bzw. 0,015 bzw. 0,024 bzw. 0,048 eingestellt worden ist.

Aus Fig. 7 geht hervor, daß der Absorptionskoeffizient mit Zunahme des Al (CH₃)--Gehalts größer wird.

Beispiel 4

Ein zylindrisches Aluminiumsubstrat mit einer auf einer ültrapräzisionsdrehbank unter Verwendung eines Diamant-Werkzeugs zugeschliffenen Oberfläche wird in einer alkalischen Lösung entfettet, gewaschen und zur Säuberung getrocknet. Sodann wird es in den Reaktionsbehälter 49 einer

Glimmentladungs-Zerlegungsvorrichtung vom Typ kapazitive Kopplung gemäß Fig. 9 verbracht.

Aus dem ersten Behälter 33 wird SiH.-Gas bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 350 cm /sec/unter Verwendung von Wasserstoff als Trägergas und von dem zweiten Behälter 34

ein 3

GeH.-Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 25 cm /see unter Verwendung von Wasserstoff als Trägergas zur Bildung der aus amorphem Silicium und Germanium bestehenden Zwischenschicht 3a auf einem Aluminiumsubstrat 1a durch Glimmentladungszerlegung in einem eingestellten Verhältnis von GeH. zu der Summe aus SiH₄ und GeH. von 0,37 eingespeist.

Die erhaltene Zwischenschicht 3a weist eine Dicke von und einen Durchlässigkeitsfaktor von 0,36 für einen Laserstrahl von 780 tun Wellenlänge auf.

In diesem Beispiel wurden der Reflexionsfaktor und der Durchlässigkeitsfaktor mit einem Laserstrahl von 780 nm Wellenlänge gemessen.

Hieran anschließend wird zur Bildung einer Grenzschicht 4a mit etwa 2.000 Teilen/Million Bor und einer Dicke von

2,5/am durch Glimmentladungszerlegung von dem ersten Behälter
33 SiH.-Gas bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 350

cm /see und unter Verwendung von Wasserstoff als Trägergas und aus dem dritten Behälter 35 B«H,-Gas bei einer

3 ²

Strömungsgeschwindigkeit von 55 cm /see und unter Verwendung von Wasserstoff als Trägergas ,sowie aus dem vierten Behälter 36 NO-Gas bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 4 cm /see eingespeist.

Die aus amorphem Silicium und Germanium bestehende Schicht 3a sowie die Grenzschicht 4a werden bei einem Gasdruck von 0,4 Torr und einer Entladungskapazität von 120W hergestellt.

Nunmehr werden SiH.-Gas bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 385 cm /see in einer Konzentration von 55 % und unter Verwendung von Wasserstoff als Trägergas sowie B₉H--Gas bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 cm /see und in einer anderen Konzentration als für die Bildung der Grenzschicht 4a zur Herstellung einer photoelektrisch leitenden Schicht 5a eingespeist, welche etwa 0,15 Teile/Million Bor enthält und eine Dicke von 25 jam aufweist. Die Entladungskapazität bei der Glimmentladung beträgt 200 W und der Gasdruck 0,5 Torr.

Hieran anschließend werden zur Bildung einer aus SiC bestehenden Oberflächenschutzschicht 6a mit einer Dicke von 0,5jum SiH.-Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von

3
5 cm /see und CH.-Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit

3
von 300 cm /see eingespeist. Die Entladungskapazität bei der Glimmentladungs-Zerlegung beträgt 200 W und der Gasdruck 0,4 Torr.

Der Durchlässigkeitsfaktor der auf diese Weise erhaltenen, aus der Grenzschicht 4a, der lichtelektrisch leitenden Schicht 5a und der Oberflächenschutzschicht 6a bestehenden lichtempfindlichen Schicht beträgt 0,61.

Der Reflexionsfaktor des Aluminiumsubstrats ist 0,75, so

daß a χ b χ c gleich 0,06 ist. Die erhaltenen lichtempfindlichen Elemente wurden in einem Laserstrahldrucker unter Verwendung eines Halbleiterstrahls als Aufzeichnungselement zur Bildauswertung getestet. Es war keine Streifenbildung mit dem bloßen Auge erkennbar.

Beispiel 5

Gemäß Beispiel 4 wurde eine aus amorphem Silicium und Germanium bestehende Zwischenschicht 3a mit einer Dicke von 1 pm unter Einstellung des Verhältnisses von GeH, zu der Summe aus SiH₄ und GeH₄ auf 0,58 hergestellt.

Der Durchlässigkeitsfaktor der erhaltenen Zwischenschicht 3a betrug 0,58.

Hieran anschließend wurden eine Grenzschicht 4a, eine ' lichtelektrisch leitende Schicht 5a und eine aus SiC bestehende Oberflächenschutzschicht 6a auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 zum Erhalt einer lichtempfindlichen
Schicht mit einem Durchlässigkeitsfaktor von 0,67 hergestellt (die Dicke der lichtelektrisch leitenden Schicht
5a betrug jedoch 20 um).

Bei diesem Beispiel war der Reflexionsfaktor eines AIu-

2 miniumsubstrats 1a 0,80, so daß a χ b χ c einen

Wert 0,18 ergab. Wie in Beispiel 4 konnten mit dem bloßen Auge keine Streifenbildungen festgestellt werden.

Vergleichsbeispiel

Gemäß Beispiel 4 wurde eine aus amorphem Silicium und Germanium bestehende Zwischenschicht 3a mit einer Dicke von 0,5 jam in einem Verhältnis von GeH. zu der Summe aus SiH₄ und GeH. von 0,28 hergestellt. Der Durchlässigkeitsfaktor der erhaltenen Zwischenschicht 3a betrug 0,76.

Am Anschluß hieran wurde eine lichtempfindliche Schicht
wie in Beispiel 5 (Durchlässigkeitsfaktor 0,67) hergestellt.

Bei dem auf diese Weise erhaltenen lichtempfindlichen Element war der Durchlässigkeitsfaktor eines Al-Substrats

2
0,80, so daß a χ b χ c einen Wert von 0,31 ergab. Das erhaltene lichtempfindliche Element wurde in einem Laserstrahldrucker unter Verwendung eines Halbleiterlaserstrahls als Aufzeichnungselement zur Bildauswertung getestet. Es wurden schlechte Bilder mit Streifenbildungen erhalten.

Beispiel

Eä wurden die Absorptionskoeffizienten (cm ) für unterschiedliche Laserstrahl-Wellenlängen bei Veränderung des Verhältnisses von GeH₄ zu der Summe aus SiH. und GeH. gemessen. Die Ergebnisse gehen aus Fig. 10 hervor. VII bis IX zeigen die Absorptionskoeffizientenkurven in dem Fall, in dem das Verhältnis von (/*-= GeH₄Z(SiH₄ + GeH₄)) auf 0,28 bzw. 0,37 bzw. 0,44 eingestellt worden ist.

Aus Fig. 10 geht hervor, daß der Absorptionskoeffizient mit Zunahme des genannten Verhältnisses größer wird.

Wie vorstehend beschrieben, sind mit dem erfindungsgemässen elektrophotographisch empfindlichen Element zur Verwendung in einem Laserstrahldrucker Bilder von guter Qualität ohne Streifenbildungen dadurch herstellbar, daß man eine Zwischenschicht herstellt, welche eine verhältnismäßig hohe Kapazität für die Laserstrahlabsorption aufweist, sowie dadurch, daß man den Reflexionsfaktor und den Durchlässigkeitsfaktor eines Substrats und verschiedener Schichten entsprechend wählt.

tantanw&lte ^g. Eder ^. te/kchieschke

München*0 FH

Claims

Patentansprüche

1. Elektrophotographisch empfindliches Element, bei welchem f eine lichtempfindliche Schicht mit mindestens einer lichtelektrisch leitenden Schicht auf ein elektrisch leitendes Substrat auflaminiert wird und ein Laserstrahl auf eine Oberseite der lichtempfindlichen Schicht auftrifft, um in der lichtempfindlichen Schicht einen optischen Träger zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet , daß der lichtempfindliche Träger auf einem elektrisch leitenden Substrat über eine Zwischenschicht (3, 3a) gebildet

ist und daß axb xc = 0,2 oder darunter beträgt, wobei a der Durchlässigkeitsfaktor für den Laserstrahl durch die lichtempfindliche Schicht, b der Durchlässigkeitsfaktor für den Laserstrahl durch die Zwischenschicht und c der durch das Substrat (1, 1a. V bedingte Reflexionsfaktor ist.

2. Elektrophotographisch empfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Element aus amorphem Silicium gebildet ist. f

3. Elektrophotographisch empfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus amorphem Silicium gebildet ist.

fntanvvälte h^vE. Eder

8 München 40, Elisabsthsciiise