DE3539090A1 - Lichtempfindliches element - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein lichtempfindliches Element mit
einer Schicht aus amorphem Silizium!Germanium.
10
Amorphes Silizium:Germanium (im nachfolgenden mit a-Si:Ge
abgekürzt),- dessen Bandbreite kleiner als die von amorphem Silizium (im nachfolgenden mit a-Si abgekürzt) ist, hat
in Richtung auf langwelliges Licht eine hohe Absorptionscharakteristik. Dies gestattet die Erzeugung von vielen
Trägerteilchen,so daß die Empfindlichkeit im Bereich langwelligem
Lichtes verbessert wird so daß a-Si:Ge als lichtempfindliches
Element für einen Printer verwendet werden kann, der mit einem Halbleiterlaser arbeitet. Darüberhinaus wird
eine hohe Empfindlichkeit im kurzwelligem Bereich beibehalten,
so daß die Anwendung von a-Si:Ge bei einfachen
COPY
'5-
Papierkopiergeräten (im nachfolgenden mit PPC abgekürzt)bei
geeigneter Wahl cies Emissionsspektrums der Belichtungslampen ermöglicht ist. Zusätzlich verbessern die ausgezeichneten
Charakteristiken der hohen Absorption in Richtung auf langwelliges Licht in der a-Si:Ge-Schicht weitgehend
Bildstörungen, die durch Lichtinterferenz verursacht werden, was häufig bei herkömmlichen lichtempfindlichen
Elementen aus a-Si beobachtet wird.
Mit diesen Eigenschaften von a-Si:Ge sind bereits zahlreiche
lichtempfindliche Elemente vorgeschlagen .worden, die eine
a-Si:Ge-Schicht enthalten.
Beispielsweise ist durch die JP-PA SHO 56-150753 und SHO 58-171039 und die US-PS 44 91 626 bekannt, auf einem leitfähigen
Substrat eines lichtempfindlichen Elementes eine a-Si:Ge-Schicht auszubilden. Bei diesen lichtempfindlichen
Elementen tritt jedoch das Problem auf, daß die Menge von Trägerteilchen, die durch kurzwelliges Licht in der
Nähe der Oberfläche angeregt werden, im wesentlichen gleich der Menge von Trägerteilchen ist , .die durch langwelliges
Licht in der Nähe des Substrats des lichtempfindlichen Elementes angeregt werden; hieraus folgt, daß beide Trägerteilchen
in der a-Si:Ge-Schicht des lichtempfindlichen Elementes
jeweils einander kreuzend von der Oberflächenseite zur Substratseite und von der Substratseite zur Oberflächen-
— 2 —
copy
seite wandern. Da beide Trägerteilchen entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, kann die Einstellung der Polarität
der a-Si:Ge-Schicht durch Zusetzen eines Fremdatoms durchgeführt werden, d.h. die Einstellung der Transportierbarkeit
der Löcher und Elektronen. Daraus folgt, daß eine bevorzugte Transportierbarkeit der Trägerteilchen und geeignete
Empfindlichkeit nicht erhalten werden. Darüberhinaus behindern die große Dicke der a-Si:Ge-Schicht und
der hohe Ge-Gehalt zur Unterbindung der Lichtinterferenz das Wandern der durch langwelliges Licht angeregten Trägerteilchen
aus der a-Si:Ge-Schicht, wenn die Trägerteilchen in dieser Schicht zusammengeballt sind, wodurch eine Verringerung
der Empfindlichkeit sowie des Ladungsvermögens infolge der starken Erzeugung von angeregten Trägerteilchen
im a-Si:Ge verursacht wird.
Weiterhin wurde auch durch die JP-PS SHO 56-150753 und US-PS 44 91 626 vorgeschlagen, die a-Si:Ge-Schicht an der
Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes auszubilden. In diesen Fällen behindert die große Dicke der a-Si:Ge-Schicht
und ein hoher Ge-Gehalt in der Schicht zur Unterbindung der Lichtinterferenz die Wanderung der durch kurzwelliges
Licht angeregten Trägerteilchen aus der a-Si:GeSchicht, wodurch eine Verminderung der Empfindlichkeit sowie
des Ladungsvermögens verursacht wird.
Durch die US-PS 44 51 546 ist ein lichtempfindliches EIe-
— 3 —
ment bekannt, welches mit einer a-Si-Schicht, einer a-Si:GeSchicht
auf dieser a-Si-Schicht und einer auf der a-Si:GeSchicht ausgebildeten a-Si-Schicht versehen ist. Dieses
lichtempfindliche Element kann an der Substratseite nicht in einem ausreichenden Maß langwelliges Licht absorbieren,
wodurch . Lichtinterferenz verursacht wird.
Wie vorstehend beschrieben erhöht die kleinere Bandbreite von a-Si:Ge verglichen mit der von a-Si die Absorptionsfähigkeit
in Richtung auf das langwellige Licht, um viele Trägerteilchen zu erzeugen und die Empfindlichkeit in Richtung
auf langwelliges Licht zu verbessern.
Auf der anderen Seite führt ein vermehrter Gehalt an Ge dazu, daß das lichtempfindliche. Element nicht mehr arbeitet.
Beispielsweise erhöht ein hoher Randgehalt an Ge das Niveau der Fremdatome in der Bandbreite, wodurch eine Verringerung
des Ladungsvermögens verursacht wird, das das Wesen der lichtempfindlichen Elemente ausmacht. Hieraus
folgt, daß geeignete elektrostatisch latente Bilder nicht erhalten werden.
Darüberhinaus hat a-Si:Ge die Eigenschaft viele Trägerteilchen zu erzeugen, was jedoch die Wanderung der erzeugten
Trägerteilchen behindert. Demgemäß behindert die unnötig hohe Konzentration sowie die große
Dicke der a-Si:Ge-Schicht die Wanderung der Trägerteilchen,
wodurch eine Verringerung der Empfindlichkeit und eine Erhöhung des Restpotentials verursacht wird. Ferner kann
das Löschen des Restpotentials ebenfalls nicht zufriedenstellend durchgeführt werden, wodurch für die Elektrofotografie
unerwünschte Ergebnisse, wie beispielsweise das Erzeugen von Speicherung usw., hervorgebracht werden.
Auf der anderen Seite ist ein ausreichendes Absorptionsvermögen in Richtung auf langwelliges Licht erforderlich,
um die Erzeugung des Interferenzphänomens bei der Elektrofotografie
unter Verwendung von kohärentem Licht als Lichtquelle, wie beispielsweise bei Laserprintern, zu unterbinden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein lichtempfindliches EIement
zu schaffen, bei dem die vorstehend beschriebenen Nachteile beseitigt sind und das die für die Erzielung
von Bildern guter Qualität erforderlichen, ausgezeichneten
Eigenschaften aufweist, bestehend aus Schichten aus amorphem Silizium:Germanium, welches keine Verringerung
der Empfindlichkeit und optischen Ermüdung bewirkt, ein
niedriges Restpotential und ausgezeichnetes Ladungsvermögen hat und langwelliges Licht ausreichend absorbieren
kann, um die Erzeugung des Interferenzphäonomens bei der mit kohärentem Licht arbeitenden ' Elektrofotografie,
wie beispielsweise bei Laserprintern, zu unterbinder
dopy
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein lichtempfindliches
Element bestehend aus einem elektrisch leitfähigem Substrat, einer ersten Schicht aus im wesentlichen
amorphem Silizium:Germanium,einer auf der ersten Schicht
aufgebrachten zweiten Schicht aus im wesentlichen amorphem Silizium, und einer auf der zweiten Schicht aufgebrachten dritten Schicht aus im wesentlichen amorphem Silizium:Germanium.
aufgebrachten zweiten Schicht aus im wesentlichen amorphem Silizium, und einer auf der zweiten Schicht aufgebrachten dritten Schicht aus im wesentlichen amorphem Silizium:Germanium.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch das lichtempfindliche Element
gemäß der vorliegenden Erfindung;
gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Glimmentladungs-Zerlegungsgerätes
zur Herstellung des lichtempfindlichen
Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung;
Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine grafische Darstellung der spektralen Empfindlichkeit des vorliegenden lichtempfindlichen Elementes und
herkömmlicher lichtempfindlicher Elemente; und
Fig. 4 die Lichtabfallpotentiale des vorliegenden lichtempfindlichen
Elementes und der herkömmlichen lichtempfindlichen Elemente.
Copy
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des lichtempfindlichen
Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung, um den Aufbau desselben zu erläutern. Das lichtempfindliche Element
besteht aus einem elektrisch leitfähigem Substrat 1, einer
ersten a-Si:Ge-Schicht 2, die auf dem Substrat 1 aufgebracht ist, einer a-Si-Schicht 3, die auf der ersten a-Si:GeSchicht
2 aufgebracht ist,und einer zweiten a-Si:Ge-Schicht 4,
die auf der a-Si-Schicht 3 aufgebracht ist. Diese drei Schichten können geeignete Heteroatome wie beispielsweise
jeweils 0, N, C, B, P etc. enthalten, um das Ladungsvermögen und die Lichtempfindlichkeit zu verbessern.
Das lichtempfindliche Element gemäß der vorliegenden Erfindung ist als ein funktionstrennender Typ aufgebaut,
bei dem jeder Schicht die entsprechende Funktion zugeordnet ist. Wie im nachfolgenden beschrieben kann auf der
zweiten a-Si:Ge-Schicht falls erforderlich eine transparente Schutzschicht aufgebracht sein.
In der folgenden Beschreibung wird die Zusammensetzung jeder Schicht wie im folgenden dargestellt; der Ge-Gehalt
ist in Prozent angegeben, wobei die Anzahl der Ge-Atome durch die Gesamtzahl der Si-Atome und Ge-Atome geteilt
ist; die B-und P-Gehalte werden durch ein Volumenverhältnis
von BpH- und PH3 als Zusatzmengen relativ zu den SiH4-Gehalten
unter einer Standardbedingung angegeben; und der
der 0(C,N,F)-Gehalt wird in Prozent angegeben wobei die
Anzahl der 0(C,N,F)-Atome durch die Gesamtzahl der Si-Atome und O(C,N,F)-Atome geteilt ist.
Von der Seite des hereinkommenden Lichtes ausgehend wird
jede Schicht beschrieben. Die zweite a-Si:Ge-Schicht 4 hat
eine Dicke von ungefähr maximal 4μΐη, vorzugsweise 1 bis 2,5μπι
und einen Ge-Gehalt, der im wesentlichen aus a-Si-Ge mit ungefähr maximal 40 Atomprozent (im nachfolgenden at% abgekürzt)
vorzugsweise 15 bis 35 at % zusammengesetzt ist. Diese zweite a-Si:Ge-Schicht 4 hat die Funktion des Erzeujpns
von wirksamen Trägerteilchen bei Lichtabsorption. Anders gesagt werden Trägerteilchen infolge der kleineren
Bandbreite von a-Si:Ge verglichen mit der von a-Si mit höherer Wirksamkeit in Richtung auf langwelliges Licht (Licht
mit niederer Energie) von mehr als 600 bis 700 mm erzeugt. Demgemäß hat das lichtempfindliche Element eine verbesserte
Empfindlichkeit insbesondere im Bereich langwelligen Lichtes.
Um die Funktion der Verhinderung des Interferenzphänomens
in der zweiten a-Si:Ge-Schicht 4 zu erhalten, kann der GeGehalt oder die Dicke erhöht sein. Die Erhöhung des Ge-Gehaltes
verursacht jedoch ihrerseits entsprechend den Eigenschaften von a-Si:Ge die Erzeugung von angeregten Trägerteilchen,
was zu einer Verringerung-des Ladungsvermögens
und optischer Ermüdung führt. Auf der anderen Seite erhöht die Vergrößerung der Dicke dieser Schicht die Anlagerungszentren,
was ebenfalls eine fundamentale Eigenschaft von a-Si:Ge ist. Dies führt zum Anlagern von Trägerteilchen
in dieser Schicht, was zu einer Verringerung der Empfindlichkeit und Erzeugung von Restpotential führt.
Demgemäß ist der Schwierigkeit zu begegnen, daß diese Schicht die Funktion zur Verhinderung des Interferenzphänomens
haben soll. In diesem Sinne hat diese Schicht vorzugsweise einen Ge-Gehalt von maximal 40 at% und eine
Dicke von maximal 4μπι.
Die vorstehend genannte zweite a-Si:Ge-Schicht 4 enthält
vorzugsweise Sauerstoff mit einer Menge von ungefähr 0,05 bis 5 at%, insbesondere 0,1 bis 2 at%, um das Ladungsvermögen
des lichtempfindlichen Elementes zu verbessern, d.h. den Dunkelwiderstand dieser Schicht zu verbessern. Wenn
der Sauerstoffgehalt in dieser Schicht weniger als 0.05
at% beträgt, kann das lichtempfindliche Element kein verbessertes
Ladungsvermögen aufweisen, während wenn der Sauerstoffgehalt oberhalb von 5 at% liegt, dies zu einer beträchtlichen
Verringerung der Empfindlichkeit führt. Weiterhin
kann die zweite a-Si:Ge-Schicht 4 einen Kohlenstoffgehalt von 0,1 bis 10 at% aus dem gleichen Grund wie vorstehend
beschrieben, enthalten. Der Sauerstoffgehalt zusammen mit dem Kohlenstoffgehalt kann eine Verbesserung des Ladungsvermögens
bewirken. Da diese zweite a-Si:Ge-Schicht 4 eine trägererzeugende Schicht ist, ist es darüberhinaus erforderlich,
daß in dieser Schicht erzeugte Leerstellen oder Elektronen wirksam un'd schnell zur Substratseite wandern können. Wenn
insbesondere das lichtempfindliche Element positiv geladen
ist, sollen Leerstellen wirksam wandern,und wenn es negativ geladen ist, sollen Elektronen wirksam wandern. Aus
diesem Grund enthält diese Schicht ein Fremdatom aus der Gruppe IIIA des periodischen Systems, insbesondere Bor
mit einer Menge von maximal 200 ppm (vorzugsweise 3 bis 100 ppm) für den Fall der positiven Ladung oder ein Fremdatom
der Gruppe VA des periodischen Systems, insbesondere Phosphor mit einer Menge von maximal 50 ppm (vorzugsweise
1 bis 20 ppm) für den Fall der negativen Ladung. Daher wird eine Einstellung der Polarität durchgeführt, um die
zweite a-Si:Ge-Schicht 4 durch Dotieren mit Bor p-leitend
und durch die Dotierung von Phosphor η-leitend zu machen. Hierdurch ist der wirksame Transport von Leerstellen und
Elektronen in die a-Si-Schicht 3 sichergestellt. Im einzelnen wird die Einstellung der Polarität des lichtempfindlichen
Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung durch Steuerung der Valenzelektronen durchgeführt, so daß bei
positiver Ladung des lichtempfindlichen Elementes Ladungen positiver Polarität als Majoritätsträger in der zweiten
a-Si:Ge-Schicht 4 (p-leitend) dienen, oder bei negativer Ladung des Elementes Ladungen mit negativer Polari-
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tat als Majoritätsträger (η-leitend) dienen. Statt dessen
kann die zweite a-Si:Ge-Schicht 4 i-leitend oder schwach
η-leitend sein, und dies wird ohne Dotierung des Fremdatoms der Gruppe IIIA oder Gruppe VA des periodischen Systems
erzielt, da die Dicke dieser Schicht mit maximal 4μηι klein
ist. Daher ist es nicht erforderlich, das Fremdatom in die Schicht zur Erzielung der Ladungspolarität zu dotieren.
Die a-Si-Schicht 3 hat eine Dicke von 10 bis 100 μπι vorzugsweise
20 bis 45 μιη und hat die Funktion, die in der zweiten
a-Si:Ge-Schicht 4 erzeugten Trägerteilchen wirksam zur Substratseite zu transportieren. Deshalb hat die a-Si-Schicht
3 an der Verbesserung der Empfindlichkeit durch Absorption von langwelligem Licht aus der zweiten a-Si:GeSchicht
4 Anteil, wobei die Absorption so gering ist, daß nur eine begrenzte Anzahl von Ladungsträgern erzeugt
wird. Demgemäß ist die fundamentale Funktion der a-Si-Schicht 3 der Transport der Trägerteilchen in Richtung auf
das Substrat. In diesem Zusammenhang könnte ein Gehalt an Ge in der a-Si-Schicht 3 in Betracht gezogen werden, um
die Empfindlichkeit zu verbessern, aber im Gegensatz hierzu werden infolge einer hohen Dichte an Anlagerungszentren
die Trägerteilchen leichter angelagert, wodurch eine Verringerung der Empfindlichkeit, Erzeugung von Restpotential
usw. verursacht wird. In diesem Sinne muß diese Schicht eine a-Si-Schicht ohne Ge sein.
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Die a-Si-Schicht 3 kann ähnlich wie die zweite a-Si:GeSchicht
4 , wie vorstehend beschrieben, Sauerstoff in einer Menge von 0,05 bis 5 at%, vorzugsweise 0,1 bis 2 at% enthalten,
um das Ladungsvermögen zu verbessern. Insbesondere stellt diese Schicht infolge ihrer großen Dicke von
ungefähr 10 bis 100 μπι sicher, daß die Ladungen im lichtempfindlichen
Element zurückgehalten werden. Wenn der Sauerstoffgehalt in der a-Si-Schicht 3 unter 0,05 at% liegt,
kann der verbesserte Dunkelwiderstand und das Ladungsvermögen des lichtempfindlichen Elementes nicht erzielt werden,
während ein Sauerstoff oberhalb von 5 at% zur Erzeugung eines Restpotentials sowie einer Verringerung der
Empfindlichkeit führt. Weiterhin können in dieser Schicht nicht nur Sauerstoff sondern auch Kohlenstoff und/oder
Stickstoff dotiert sein. Darüberhinaus kann in Verbindung mit ihrer relativ großen Dicke wie vorstehend erwähnt die
a-Si-Schicht 3 weiterhin ein Fremdatom der Gruppe IIIA des periodischen Systems, insbesondere Bor für den Fall
der positiven Ladung enthalten oder ein Fremdatom der Gruppe VA des periodischen Systems insbesondere Phosphor
für den Fall der negativen Ladung enthalten, um den Transport der Trägerteilchen zur Substratseite sicherzustellen.
Der Borgehalt von ungefähr maximal 200 ppm, vorzugsweise 3 bis 100 ppm oder der Phosphorgehalt von maximal 50 ppm,
vorzugsweise 1 bis 20 ppm in der a-Si-Schicht stellt die Polarität dieser Schicht ein, um die Leerstellen oder Elek-
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tronen mit Gewißheit zu transportieren.
Die erste a-Si:Ge-Schicht 2, die auf dem elektrisch leitfähigen
Substrat ausgebildet ist, absorbiert weitgehend vollständig das durchgelassene Licht (hauptsächlich Lichtwellenlänge),
welches nicht durch die vorstehend beschriebene zweite a-Si:Ge-Schicht 4 und a-Si-Schicht 3 absorbiert
ist, um so die Erzeugung des Interferenzphänomens zu verhindern. Bei Ausbildung der a-Si-Schicht 3 direkt
auf dem Substrat ohne die Zwischenfügung der ersten a-Si: Ge-Schicht 2 würde das durchgelassene Licht an der Oberfläche
des Substrats reflektiert und durch das lichtempfindliche Element zurück zur Oberfläche des Elementes wandern,
so daß sich Interferenz ergibt und ein Interferenzmuster
auf dem Kopierbild entsteht, wenn eine Lichtquelle mit kohärentem Licht (beispielsweise ein Halbleiterlaser mit
einer Wellenlänge von ungefähr 780nm) verwendet wird.
Um dies zu verhindern, wird von der ersten a-Si:Ge-Schicht
ein ausgezeichnetes Absorptionsvermögen im Lichtwellenbereich gefordert und bezogen hierauf hat diese Schicht einen Ge-Gehalt
von mindestens 10 at%, vorzugsweise 30 bis 45 at% und
eine Dicke von mindestens 0,05 μπι, im allgemeinen 2 bis 3 μπι.
Zusätzlich ist die Erzeugung von Trägerteilchen in dieser Schicht, die von der Lichtabsorption begleitet ist, kaum
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der Empfindlichkeit zuzuordnen, da Trägerteilchen in der Nähe des Substrats erzeugt werden. Demgemäß kann der GeGehalt ohne Berücksichtigung der Anlagerung erhöht werden.
Die erste a-Si:Ge-Schicht 2, die wie vorstehend beschrieben
als eine lichtabsorbierende Schicht funktioniert, dient auch als eine Schicht, die ein ausgezeichnetes Vermögen
zum Verhindern des Eindringens von Ladungen aus dem Substrat aufweist, und als eine Schicht mit verbesserter Anhaftung
durch Dotieren eines Fremdatoms der Gruppe IIIA oder VA des periodischen Systems zusätzlich zu Sauerstoff
oder Kohlenstoff. Genauergesagt, soll die erste a-Si:Geschieht
2 eine p-leitende oder η-leitende Schicht sein, je nach der Ladungspolarität des lichtempfindlichen Elementes,
um das Eindringen von Ladungen aus dem Substrat 1 zu verhindern. Der Grund dafür ist, daß die kleine optische
Bandbreite der ersten a-Si:Ge-Schicht 2 nicht das Eindringen der Ladungen aus dem Substrat 1 in die Schicht
verhindern kann. Daher wird die erste a-Si:Ge-Schicht 2
mit Bor dotiert, um die Schicht für den Fall der positiven Ladung p-leitend zu machen oder mit Phosphor dotiert, um
die Schicht für den Fall der negativen Ladung n-leitend zu machen, um eine Gleichrichtung zu erzielen. Im einzelnen
wird beschrieben, daß wenn das lichtempfindliche Element gemäß der vorliegenden Erfindung negativ geladen ist,
die erste a-Si-:Ge-Schicht 2 η-leitend gemacht wird, um
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das Eindringen der positiven Ladungen aus dem Substrat zu verhindern,und wenn das Element positiv geladen wird,
wird die Schicht p-leitend gemacht, um das Eindringen der negativen Ladungen aus dem Substrat zu verhindern. Die
Schicht kann bis 10 bis 10000 ppm, vorzugsweise 100 bis 500 ppm Bor und 5 bis 200 ppm Phosphor enthalten. Größere
Mengen von Bor oder Phosphor in dieser Schicht, als die bei der vorstehend beschriebenen a-Si-Schicht 3 und
der zweiten a-Si:Ge-Schicht 4 angegebenen Mengen,verleihen
der Schicht eine starke Gleichrichtung, so daß das lichtempfindliche Element ein verbessertes Ladungsvermögen
und einen verbesserten Dunkelabfall erhält, sowie die Bildstörungen basierend auf den Materialien des Substrates
verhindert werden.
Die erste a-Si:Ge-Schicht 2 enthält weiterhin Sauerstoff
und/oder Kohlenstoff, um das Ladungsvermögen sowie das Anhaften am Substrat zu verbessern. In dieser Schicht ist
Sauerstoff mit einer Menge von 1 bis 15 at%,vorzugsweise
2 bis 6 at% und Kohlenstoff mit einer Menge von 30 bis 70 at%, vorzugsweise 45 bis 55 at% enthalten. Wenn der
Sauerstoffgehalt über 15 at% und der Kohlenstoffgehalt
über 70 at% liegt, wird das Restpotential merklich erhöht, während bei einem Sauerstoffgehalt unterhalb von 1 at%
und Kohlenstoffgehalt unter 30 at% eine schwache Anhaftung am Substrat erzielt wird. Die Schicht kann Sauerstoff
und Kohlenstoff getrennt oder kombiniert in einer Menge
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entsprechend der vorstehend beschriebenen Menge enthalten.
Wie vorstehend beschrieben besteht das lichtempfindliche
Element gemäß der vorliegenden Erfindung grundsätzlich aus einem elektrisch leitfähigen Substrat, einer ersten
a-Si:Ge-Schicht 2, einer auf dieser a-Si:Ge-Schicht 2
aufgebrachten a-Si-Schicht 3 und einer zweiten, auf dieser a-Si-Schicht 3 aufgebrachten zweiten a-Si:Ge-Schicht
4. Auf der zweiten a-Si:Ge-Schicht 4 kann jedoch eine
Schutzschicht bestehend aus im wesentlichen a-Si ausgebildet sein, um das Ladungsvermögen sowie den Feuchtigkeitswiderstand
zu verbesser, der bei a-Si groß ist. Die Schutzschicht hat eine Dicke von 100 Ä bis 3 (im,vorzugsweise
0,1 bis 0,5 μπι und enthält wenigstens eines der Elemente
C, N, 0, oder F zusätzlich zu a-Si. Vorzugsweise enthält
die Schutzschicht wenigstens Kohlenstoff mit einer Menge von 30 bis 70 at%. Weiterhin kann diese Schicht Sauerstoff
oder Stickstoff mit 1 bis 15 at% oder Fluor mit 1 bis 10 at% enthalten.
Wie vorstehend beschrieben können die erste a-Si:Ge-Schicht
2, die a-Si-Schicht 3 und die zweite a-Si:Ge-Schicht 4
ein Fremdatom der Gruppe IIIA oder VA des periodischen Systems enthalten. Der Zusatz des Fremdatoms ist jedoch
so gesteuert, daß die erste a-Si:Ge-Schicht 2 und die a-Si-
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Schicht 3 die gleiche Polarität, entweder ρ- oder n-leitend
haben und die zweite a-Si:Ge-Schicht 4 eigenleitend oder die gleich Polarität wie die erste a-Si:Ge-Schicht
und die a-Si-3chicht 3 aufweist.D.h., wenn das lichtempfindliche
Element positiv geladen ist, ist in jeder Schicht Bor enthalten, um die Schichten p-leitend zu machen, während
wenn das Element negativ geladen ist, Phosphor enthalten ist, um die Schichten η-leitend zu machen. Die
zweite a-Si:Ge-Schicht 4 muß jedoch nicht das Fremdatom wie vorstehend beschrieben enthalten.
Das lichtempfindliche Element gemäß der vorliegenden Erfindung
kann durch jedes bekannte Verfahren, beispielsweise durch die Verwendung eines Glimmentladungs-Zersetzungsgerätes
hergestellt werden. Das elektrisch leitfähige Substrat wird im einzelnen auf eine Temperatur von
100° bis 3000C vorgeheizt und in einer Reaktionskammer
angeordnet, in die Gase eingeleitet werden, die Siliziumgase wie beispielsweise SiH. und SipH_, und Germaniumgase
wie beispielsweise GeH. und Ge2H- mit geeigneten
Trägergasen wie beispielsweise H? und Ar und, falls erforderlich
B2Hg, PH3, O2 und C2H.-Gase enthalten. Dann
wird die Glimmentladung durch Anlegen eines Hochfrequenzstromes zwischen Substrat und umgebender Elektrode durchgeführt.
Hierdurch wird auf dem Substrat die erste a-Si:Ge-Schicht 2 ausgebildet, dann die a-Si-Schicht 3 und die
- 17 -
zweite a-Si:Ge-Schicht 4 bei Einleiten der entsprechenden
Gase ausgebildet.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, hat das lichtempfindliche Element gemäß der vorliegenden Erfindung
eine verbesserte Empfindlichkeit in Richtung auf langwelliges
Licht und ein ausgezeichnetes Ladungsvermögen und ist frei von Restpotential und dem Interferenzphänomen. Das
vorliegende lichtempfindliche Element ist insbesondere bei einem Abbildeverfahren, welches kohärentes Licht als Lichtquelle
verwendet, wie beispielsweise einem Laserprinter (
frei von Interferenzphänomen, da eine weitgehend vollständige Absorption des langwelligen Lichtes erzielt wird.
Versuchsbeispiel 1
Stufe 1:
Stufe 1:
Bezugnehmend auf die Fig. 2, die ein Glimmentladungs-Zersetzungsgerät
zeigt, wird eine erste Rotationspumpe 10 und dann eine Diffusionspumpe 11 betätigt, um das Innere
der Reaktionskammer 12 auf ein Hochvakuum von ungefähr
—6
10 Torr zu evakuieren. Dann werden das erste bis vierte und das sechste Regelventil 13, 14, 15, 16, 17 und geöffnet, um aus einem ersten Tank 19 Hp-Gas, aus einem zweiten Tank 20 100 % SiH4-GaS aus einem dritten Tank 21 B2Hg-GaS, welches durch H„ auf 200 ppm verdünnt ist, aus einem vierten Tank 22 100 % GeH4-GaS und aus einem sechsten
10 Torr zu evakuieren. Dann werden das erste bis vierte und das sechste Regelventil 13, 14, 15, 16, 17 und geöffnet, um aus einem ersten Tank 19 Hp-Gas, aus einem zweiten Tank 20 100 % SiH4-GaS aus einem dritten Tank 21 B2Hg-GaS, welches durch H„ auf 200 ppm verdünnt ist, aus einem vierten Tank 22 100 % GeH4-GaS und aus einem sechsten
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Tank 24 100% O2-GaS jeweils mit einem auf 1,5 kg/cm2eingestellten
Ausgangsdruck in die jeweiligen Mengenstromregler 25, 26, 27, 28 und 30 strömen zu lassen. Dann werden
die Gase in die Reaktionskammer 12 eingeführt, wobei die jeweiligen Mengenstromregler für H? auf 365 sccm
für SiH4 auf 100 sccm, für B2Hg/H2 auf 100 sccm, für GeH4
auf 20 sccm und für 0„ auf 15 sccm Strömungsgeschwindigkeit
eingestellt sind. Nach der Stabilisierung jeder Strömungsgeschwindigkeit wird der Innendruck der Reaktionskammer
31 auf 1,0 Torr eingestellt. Auf der anderen Seite wurde eine Aluminiumtrommel als ein elektrisch leitfähiges
Substrat 1 verwendet. Die Aluminiumtrommel mit einem Durchmesser von 80mm wurde auf 2500C vorgeheizt. Nach
der Stabilisierung jeder Gasströmungsgeschwindigkeit und des Innendruckes wurde eine Hochfrequenzstromquelle 32
eingeschaltet, um an eine zylinderförmige Elektrode 33
einen Strom mit 250 Watt (Frequenz: 13,56 MHz) anzulegen, um die Glimmentladung zu bewirken. Diese Glimmentladung
wurde für ungeführ 40 Minuten durchgeführt, um auf dem Substrat 1 eine erste lichtempfindliche Schicht 2 aus
a-Si:Ge mit einer Dicke von ungeführ 2 μπι und einem Gehalt
an Wasserstoff, Bor und einer Spur Sauerstoff, aufzubringen.
Der Germaniumgehalt dieser Schicht betrug ungeführ 30 at%,
- 19 -
a^-
Stufe 2:
Stufe 2:
Nachdem die erste lichtempfindliche Schicht aus a-Si:Ge
ausgebildet worden ist, wurde der Strom von der Hochfrequenzstromquelle 32 abgeschaltet, wobei die Strömungsgeschwindigkeit
der Mengenstromregler auf O eingestellt war, um die Reaktionskammer 12 vollständig zu entgasen. Danach
wurden in die Reaktionskammer aus dem ersten Tank 19 H„-Gas
mit 383 sccm, aus dem zweiten Tank 20, 100% SiH.-Gas
mit 200 sccm, aus dem dritten Tank 21, BpH6/H2 auf 200 ppm
verdünnt mit 15 sccm und aus dem sechsten Tank 24 O^-Gas
mit 2 sccm eingeleitet. Nach der Einstellung des Innendruckes auf 1,0 Torr wurde dann die Hochfrequenzstromquelle
eingeschaltet, um einen Strom von 300 Watt anzulegen. Diese Glimmentladung wurde für ungefähr 5 Stunden fortgesetzt,
um eine a-Si-Schicht 3 mit einer Dicke von ungefähr 35 μπι auszubilden.
Stufe 3:
Nach dem Ausbilden der a-Si-Schicht 3 wurde das Anlegen
des Stromes von der Hochfrequenzstromquelle 32 wieder unterbrochen, während die Strömungsgeschwindigkeit der Mengenstromregler
auf 0 eingestellt war, um die Reaktorkammer 12 vollständig zu entgasen. Dann wurden in die Reaktionskammer
aus dem ersten Tank 19 H?-Gas mit 479 sccm,
aus dem zweiten Tank 20 100% SiH.-Gas mit 100 sccm, aus dem dritten Tank 21 mit H2 auf 200 ppm verdünntes B 2 H 6/H 2-
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Gas mit 5 seem , aus dem vierten Tank 22 GeH.-Gas mit
15 sccm und aus dem sechsten Tank 24 O„-Gas mit 1 sccm
eingeleitet. Bei Einstellung des Innendruckes auf 1,0 Torr wurde die Hochfrequenzstromquelle eingeschaltet, um einen
Strom von 250 Watt anzulegen. Diese Entladung wurde für ungefähr 40 Minuten durchgeführt, um eine a-Si:GeSchicht
4 mit einer Dicke von ungefähr 2 μπι und einem Germaniumgehalt von ungefähr 24 at% zu erzeugen.
Das so erhaltene lichtempfindliche Element wird im Folgenden als lichtempfindliches Element A bezeichnet. Das lichtempfindliche
Element A wurde in ein Kopiergerät vom Tonerbildübertragungstyp (Modell EP65OZ der Firma Minolta Camera
K.K.) eingesetzt und zum Kopieren mit positiver Ladungspolarität verwendet. Es wurden scharfe Kopierbilder mit
hoher Bilddichte, hohem Auflösungsvermögen und guter Tonerreproduktion
erhalten. Nach 50.000 fortlaufenden Kopiervorgängen wurden immer noch zufriedenstellende Kopien
ohne Nachlassen der Bildcharakteristiken erhalten.
Darüberhinaus wurde das lichtempfindliche Element A für
einen Laserprinter mit einem Halbleiterlaser als Lichtquelle verwendet. Selbst bei Hochgeschwindigkeitskopierbedingungen
wurden scharfe Kopierbilder hoher Qualität erhalten, die keine Dichteveränderung der Bilder infolge
des herkömmlichen Interferenzphänomens aufwiesen.
- 21 -
Das lichtempfindliche Element P wurde auf die gleiche Art und Weise wie beim Versuchsbeispiel 1 unter Weglassung
der Stufe 3 erhalten.
Vergleichsbeispiel 2
Das lichtempfindliche Element Q wurde auf die gleiche Art
und Weise wie beim Versuchsbespiel 1 unter Weglassung der Stufe 1 erhalten.
Die so erhaltenen lichtempfindlichen Elemente P und Q entsprechen
dem Element gemäß Fig. 1 jeweils ohne die zweite a-Si:Ge-Schicht 4 und die erste a-Si:Ge-Schieht 2. Bezogen
auf die Fig. 3 ist an der Ordinate die Fläche (cm2) aufgetragen, die einen Lichtabfall bei einem Potential von
600 V, mit dem das lichtempfindliche Element aufgeladen ist, auf ein 150 V durch die Lichtenergie von 1 erg bewirken
kann, und dies entspricht der Empfindlichkeit. Darüberhinaus
wurden die auf 600 V durch Koronaentladung aufgeladenen lichtempfindlichen Elemente A, P, und Q mit
einem Halbleiterlaserlicht (Wellenlänge ungefähr 780 nm, Stärke 15 ergs/cm2) bestrahlt und es wurden die entsprechenden
Potentiale nach dem Lichtabfall gemessen. Fig. 4 zeigt die Ergebnisse der entsprechenden Potentiale. In
der Fig. 4 gibt die Ordinate den abweichenden Potentialwert der entsprechenden lichtempfindlichen Elemente nach
- 22 -
dem Lichtabfall in Abhängigkeit von den Flächen, die den Unterschieden zwischen der Empfindlichkeit im Lichtteil
und Dunkelteil entsprechen, aufgetragen. Das lichtempfindliche Element A zeigt gemäß Fig. 3 eine verbesserte
Empfindlichkeit und ist gemäß der Fig. 4 frei von Potentialermüdung, die durch das Interferenzphänomen verursacht
wird.
Versuchsbeispiel 2
Stufe 4:
Stufe 4:
Es wurden wie beim Versuchsbeispiel 1 die Stufe 1 bis 3 unter den gleichen Bedingungen wiederholt. Darauf wurde
der von der Hochfrequenzstromquelle 32 angelegte Strom
unterbrochen, während die Strömungsgeschwindigkeiten der Mengenstromregler auf O eingestellt wurden, um die Reaktionskammer
12 vollständig zu entgasen. Dann wurden in die Reaktionskammer aus dem ersten Tank 19 H_-Gas mit
350 sccm, aus dem zweiten Tank 20 100% SiH.-Gas mit 30 sccm
und aus einem fünften Tank 23 CpH.-Gas mit 120 sccm eingeleitet.
Bei Einstellung des Innendruckes auf 1,0 Torr wurde die Hochfrequenzstromquelle eingeschaltet, um einen
Strom von 250 Watt anzulegen. Diese Entladung wurde für ungefähr 9 Minuten durchgeführt, um eine a-Si:C-Schicht
mit einer Dicke von 0,1 μηι und einem Kohlenstoffgehalt
von ungefähr 60 at% auszubilden. Bezugnehmend auf die Fig.
1 wurde insbesondere auf der zweiten a-Si:Ge-Schicht 4
- 23 -
eine Schutzschicht aus a-Si mit Kohlenstoff ausgebildet. Das so erhaltene lichtempfindliche Element wird im Folgenden
mit B bezeichnet. Das lichtempfindliche Element wurde weiterhin zum Kopieren bei hoher Temperatur und hoher
Luftfeuchtigkeit von 3O0C und 85% verwendet, aber es
wurden( verglichen mit den Ergebnissen bei Raumtemperatur(
keine Unterschiede der elektrofotografischen Eigenschaften
des Elementes und der Qualität der Kopierbilder beobachtet.
Versuchsbeispiel 3
Das lichtempfindliche Element C wurde durch Wiederholen
der Stufen 1, 2 und 3 erhalten( mit Ausnahme, daß CpH4-Gas
mit 240 sccm anstatt von O?-Gas eingeleitet wurde
und Hp-Gas in der Stufe 1 auf 140 sccm eingestellt war. Bezugnehmend auf das lichtempfindliche Element C ist in
der ersten, in der Stufe 1 hergestellten a-Si:Ge-Schicht Kohlenstoff mit 45 at% enthalten.
Das lichtempfindliche Element D wurde durch Wiederholen
der Stufen 1, 2 und 3 zum Ausbilden jeder Schicht hergestellt, mi-t Ausnahme, daß die Strömungsgeschwindigkeiten
für Op-Gas und HL-Gas auf jeweils 10 sccm und 270 sccm
eingestellt waren und weiterhin in der Stufe 1 ein CpH4-Gas
mit 100 sccm zugeführt wurde.
- 24 -
it*
Vergleichsbeispiel 3
Das lichtempfindliche Element R wurde durch Wiederholen der Stufen 1, 2 und 3 unter Ausbildung jeder Schicht erhalten, mit Ausnahme, daß die Strömungsmengen für Op-Gas und Hp-Gas in der Stufe 1 jeweils auf 1 sccm und 379 sccm eingestellt wurden. Das lichtempfindliche Element R hat einen Sauerstoffgehalt von ungefähr 0,4 at%.
Das lichtempfindliche Element R wurde durch Wiederholen der Stufen 1, 2 und 3 unter Ausbildung jeder Schicht erhalten, mit Ausnahme, daß die Strömungsmengen für Op-Gas und Hp-Gas in der Stufe 1 jeweils auf 1 sccm und 379 sccm eingestellt wurden. Das lichtempfindliche Element R hat einen Sauerstoffgehalt von ungefähr 0,4 at%.
Das lichtempfindliche Element S wurde unter Wiederholung
der Stufen 1, 2 und 3 zur Ausbildung jeder Schicht hergestellt, mit Ausnahme, daß das CJH.-Gas mit 15 sccm anstatt
von Op-Gas in der Stufe 1 eingeleitet wurde. Das lichtempfindliche Element S hatte einen Kohlenstoffgehalt von ungefähr
10 at%.
Die so erhaltenen lichtempfindlichen Elemente C, D, R und
S wurden 24 Stunden bei 3O0C und 80 % Luftfeuchtigkeit
gehalten, um die Adhäsion der Elemente zu prüfen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. Die erste a-Si:GeSchicht
der vorliegenden Erfindung zeigt ein ausgezeichnetes Haftvermögen gemäß Tabelle 1.
| I Lichtempfindliches Element Haftzustand |
C O |
D O |
R Δ |
S X |
Δ
χ
χ
anhaftend
teilweise abgeblättert
ganz abgeblättert
- 25 -
Claims (8)
1. Lichtempfindliches Element, gekennzeichnet
durch
ein elektrisch leitfähiges Substrat; eine erste Schicht aus amorphem Silizium:Germanium;
eine auf der ersten Schicht ausgebildete Schicht aus amorphem Silizium mit einer Dicke von ungefähr 10 bis 100 μπι;
und
eine auf der Schicht aus amorphem Silizium ausgebildete zweite Schicht aus amorphem Silizium:Germanium mit einer
Dicke von maximal ungefähr 400 μπι.
2. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , daß die erste Schicht aus amorphem Silizium:Germanium ungefähr mindestens 10 Atomprozent
Germanium und die zweite Schicht aus amorphem Si-
lizium:Germanium ungefähr maximal 40 Atomprozent Germanium
enthält.
3. Lichtempfindliches Element, gekennzeichnet
durch
ein elektrisch leitfähiges Substrat; eine erste Schicht aus amorphem Silizium:Germanium mit einer
Dicke von mindestens Ο,Ο5μΐη und einem Gehalt an Sauerstoff
und/oder Kohlenstoff, mindestens 10 Atomprozent Germanium und ungefähr 10 bis 10.000 ppm eines Fremdatoms der
Gruppe IIIA oder ungefähr 5 bis 200 ppm eines Fremdatoms
der Gruppe"VA des periodischen Systems; eine auf der ersten Schicht aufgebrachte Schicht aus amorphem
Silizium mit einer Dicke von ungefähr 10 bis 100 ppm mit einem Gehalt an Sauerstoff, ungefähr maximal 200 ppm
eines Fremdatoms der Gruppe IIIA oder ungefähr maximal 50ppm eines Fremdatoms der Gruppe VA des periodischen Systems; und
eine auf der Schicht aus amorphem Silizium aufgebrachte Schicht aus amorphem Silizium!Germanium, mit einer Dicke
von ungefähr maximal 4 μπι und einem Gehalt an Sauerstoff
und/oder Kohlenstoff und ungefähr maximal 40 Atomprozent Germanium.
4. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet , daß die Schicht aus amorphem Silizium ungefähr 0,05 bis 5 Atomprozent Sauerstoff enthält.
5. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Schicht aus
amorphem Silizium:Germanium ungefähr 1 bis 15 Atomprozent
Sauerstoff und/oder ungefähr 30 bis 70 Atomprozent Kohlenstoff enthält.
6. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet , daß die zweite Schicht aus amorphem Silizium:Germanium ungefähr 0,05 bis 5 Atomprozent
Sauerstoff oder ungefähr 10 bis 60 Atomprozent Kohlenstoff enthält.
7. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet , daß ein Fremdatom der Gruppe IIIA des periodischen Systems Bor ist.
8. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Fremdatom der Gruppe
VA des periodischen Systems Phosphor ist.
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| JP59232879A JPS61110152A (ja) | 1984-11-05 | 1984-11-05 | 感光体 |
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Family Applications (1)
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-
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- 1985-10-28 US US06/791,710 patent/US4698287A/en not_active Expired - Lifetime
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