DE3541764C2

DE3541764C2 -

Info

Publication number: DE3541764C2
Application number: DE3541764A
Authority: DE
Inventors: Mutsuki Yokohama Jp Yamazaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-11-26
Filing date: 1985-11-26
Publication date: 1988-08-04
Also published as: US4666803A; US4716090A; US4724193A; DE3541764A1; US4716089A

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 4. Ein solches elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial zeigt bei Beleuchtung mit elektromagnetischem Licht im sichtbaren Bereich, im Infrarot-, Ultraviolett-, Röntgenstrahlungs- und Gammastrahlungsbereich Photoleitfähigkeit und erleichtert oder ermöglicht die Erzeugung eines elektrostatischen Latentbilds.

Bei der Bilderzeugung eingesetztes elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial muß einen hohen spezifischen Widerstand im Dunkelzustand (normalerweise 10¹³ Ω · cm oder höher) und einen niedrigen spezifischen Widerstand im Hellzustand haben.

Bei einem elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterial werden einer Körperoberfläche durch Koronaentladung elektrische Ladungen gleichmäßig erteilt. Sodann wird auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials Licht entsprechend einem Vorlagenmuster oder -bild aufgestrahlt. An der mit dem Licht bestrahlten Stelle werden im lichtempfindlichen Element Elektronen-Lochpaare erzeugt. Entweder die Elektronen oder die Löcher werden mit den zu neutralisierenden elektrischen Ladungen (positiv oder negativ) auf der Oberfläche des elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials kombiniert. Die restlichen Löcher oder Elektronen breiten sich durch eine Photoleiterschicht hindurch aus und erreichen einen leitfähigen Schichtträger. Auf diese Weise wird auf der Oberfläche des elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials durch elektrische Ladungen, die nicht neutralisiert sind, ein elektrostatisches Latentbild erzeugt. Toner (schwarzes Pulver), der mit einer den Ladungen auf der Oberfläche des elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials entgegengesetzten Polarität aufgeladen ist, wird an diese Oberfläche angelagert und unter Bildung eines Tonerbilds durch Coulombsche Anziehung gegen diese Oberfläche angezogen. Hierbei ist das Potential einer Entwicklungseinheit geringfügig höher eingestellt als das des elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials, so daß ein den Ladungen entgegengesetztes elektrisches Feld zwischen dem Aufzeichnungsmaterial und der Entwicklungseinheit gebildet wird, wobei dieser eine Entwicklungsvorspannung aufgeprägt wird. Wenn die Oberfläche des elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials nicht aufgeladen ist kann aus diesem Grund der Toner unter seiner Eigenaufladung nicht an dieses Aufzeichnungsmaterial angezogen werden.

Ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial muß folgende Eigenschaften besitzen:

1. Elektrische Ladungen auf der Oberfläche des elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials müssen auf der Oberfläche getragen oder gehalten werden, bis diese mit Licht bestrahlt wird.
2. Elektronen oder Löcher der Paare müssen die elektrische Ladung auf der Oberfläche ohne Rekombination neutralisieren, während die restlichen Löcher oder Elektronen den leitfähigen Schichtträger des Aufzeichnungsmaterials in kurzer Zeit erreichen.

Bei einem diesen Anforderungen genügenden elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterial wird üblicherweise für den Photoleiter ein amorphes Chalcogenidmaterial verwendet. Das hieraus geformte Aufzeichnungsmaterial kann mit großer Oberfläche ausgebildet werden. Da dieses Material jedoch Licht im Bereich von sichtbarem Licht bis zu Ultraviolettlicht absorbiert, ist die Lichtempfindlichkeit im Bereich sichtbaren Lichts in der Praxis niedrig. Da amorphes Chalcogenid nicht ausreichend hart ist, besitzt es eine kurze Lebensdauer oder Standzeit.

In neuerer Zeit hat amorphes Silizium (im folgenden als a-Si bezeichnet) große Aufmerksamkeit als Aufzeichnungsmaterial auf sich gezogen. Das a-Si besitzt einen weiten Absorptionswellenlängenbereich, es ist panchromatisch und sehr hart. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial mit a-Si besitzt eine 10mal größere Lebensdauer oder Standzeit als ein herkömmliches elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial. Zudem ist a-Si nicht toxisch. Da a-Si weiterhin kostengünstig ist, kann daraus ohne weiteres ein Aufzeichnungsmaterial mit einer größeren Oberfläche als ein solches aus z. B. einkristallinem Silizium hergestellt werden.

Da jedoch a-Si normalerweise einen spezifischen Widerstand von etwa 10⁸-10¹⁰ Ω · cm im Dunkelzustand (auch einfach als (spezifischer) "Dunkelwiderstand" zu bezeichnen) besitzt, können elektrische Ladungen auf einer Oberfläche eines Aufzeichnungsmaterials, auf dem ein Latentbild erzeugt werden soll, nicht gehalten werden. Bei einem elektrophotogaphischen Aufzeichnungsmaterial wurde versucht, eine Sperrschicht eines hohen spezifischen Widerstands, z. B. aus Siliziumoxid, Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid, zwischen die a-Si-Photoleiterschicht und einen Schichtträger einzufügen, so daß eine Ladungsträgerinjektion vom leitfähigen Schichtträger in die Photoleiterschicht verhindert wird. Wenn in diesem Fall jedoch die Dicke der einen hohen spezifischen Widerstand besitzenden Sperrschicht vergrößert wird, wird die Übertragung von Ladungsträgern aus der auf der Sperrschicht ausgebildeten a-Si- Schicht zum leitfähigen Schichtträger unterbrochen, wodurch ein Restpotential hervorgerufen wird. Wenn andererseits die Dicke der Sperrschicht verringert wird, kann keine ausreichende Potentialhaltefunktion gewährleistet werden.

Neuerdings ist ein Verfahren entwickelt worden, bei dem ein Halbleiterfilm eines p- oder n-Leitfähigkeitstyps zwischen einen leitfähigen Schichtträger und eine Photoleiterschicht eingefügt wird. Normalerweise wird für diesen Zweck a-Si, das mit B oder P in hoher Konzentration dotiert ist, verwendet. Eine solche Schicht wird als Blockier- oder Sperrschicht bezeichnet. Die Ladungssperreigenschaft der Sperrschicht kann durch Dotieren derselben mit B oder P in hoher Konzentration verbessert werden. Eine solche Schicht besitzt allerdings in hohem Grad eine (mechanische) Innen- oder Eigenspannung. Wenn auf diese Schicht ein Film bzw. eine Dünnschicht einer unterschiedlichen Spannungsgröße aufgebracht wird, kann dieser Film von der Schicht nicht festgehalten werden, so daß er sich leicht ablöst.

Die Lichtabsorption von a-Si findet über einen weiten Wellenlängenbereich hinweg statt, und das Absorptionsvermögen nimmt selbst nahe der Absorptionskante nur allmählich ab. Genauer gesagt: obgleich das Absorptionsvermögen in einem Wellenlängenbereich zwischen 700 nm und 800 nm abnimmt, verringert es sich nicht auf 0, so daß stets eine geringfügige Lichtabsorption möglich ist. Wenn mithin eine Photoleiterschicht aus einem solchen Material hergestellt wird und eine so große Filmdicke wie bei einem Aufzeichnungsmaterial besitzt, kann Licht großer Wellenlänge durch einen Bereich nahe der Basis der Photoleiterschicht absorbiert werden. Da die Elektronen und Löcher von a-Si eine geringe Beweglichkeit besitzen, sind an von der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials entfernter Stelle erzeugte Ladungsträger bestrebt, in der a-Si-Schicht zu verbleiben. Ein elektrophotographisches Gerät arbeitet mit einem sog. Entladungsprozeß, bei dem nach der Übertragung eines Bilds Restladungen auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials gelöscht werden. Wenn dieser Prozeß durch Belichtung durchgeführt wird, neutralisieren Restladungsträger im Inneren der a-Si-Schicht auf dem Aufzeichnungsmaterial erzeugte Oberflächenladungen in Vorbereitung auf die Erzeugung des nächsten Bilds. Die Aufladeeigenschaft nach dem Belichten ist daher im Vergleich zu derjenigen im Dunkelzustand erheblich verschlechtert.

In der DE-OS 33 40 568 ist eine Halbleiteranordnung beschrieben, bei der auf einem Schichtträger nacheinander eine erste Sperrschicht, eine zweite Sperrschicht, eine Photoleiterschicht und eine Oberflächenschicht aufgetragen sind. Die erste Sperrschicht besteht aus einem p-Typ- oder n-Typ-Halbleitermaterial, das aus amorphem Silizium hergestellt ist, das beispielsweise mit einem Element der Gruppe IIIA des Periodensystems dotiert ist, während die zweite Sperrschicht ebenfalls aus p-Typ- oder n-Typ-Halbleitermaterial aus amorphem Silizium gefertigt ist, das mit Atomen von einem, zwei oder mehreren Elementen dotiert ist, die aus einer Grupe ausgewählt werden, die aus Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff besteht. Damit kann eine Halbleiteranordnung geschaffen werden, bei der in wirksamer Weise das Fließen elektrischer Ladungen von dem leitfähigen Schichtträger in die Photoleiterschicht verhindert wird.

In der DE-OS 34 18 596 ist ein elektrophotographischer Photorezeptor mit einer Photoleiterschicht aus beispielsweise hydrierten amorphem Silizium und einer Oberflächenmodifizierungsschicht beschrieben, wobei diese beiden Schichten auf einer Ladungstransportschicht aufgetragen sind, die über einer Ladungsblockierungsschicht auf einem Schichtträger vorgesehen ist. Bei diesem bekannten elektrophotographischen Photorezeptor liegt das untere Ende des Bandabstands der Ladungstransportschicht tiefer als das untere Ende des Bandabstands der Photoleiterschicht, so daß sich ein in der Photoleiterschicht erzeugtes positives Loch nicht auf die Ladungstransportschicht zu bewegen kann. Das heißt, die Bewegung des positiven Loches wird an der Grenzfläche zwischen der Ladungstransportschicht und der Photoleiterschicht unterdrückt. Mit anderen Worten, die Lage der Bandabstände des bekannten elektrophotographischen Photorezeptors führt zu einer Schranke für sich bewegende positive Löcher, so daß die Ladungstransportschicht für eine Ladungsübertragung nicht ohne Probleme eingesetzt werden kann.

Schließlich ist aus der DE-OS 32 15 151 ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial bekannt, bei dem eine Sperrschicht zwischen einem Schichtträger und einer Photoleiterschicht vorgesehen ist. Die Sperrschicht hat dabei eine Doppelschichtstruktur und besteht aus einem ersten Sperrfilm aus einem amorphem Material mit Siliziumatomen als Matrix und einem zweiten Sperrfilm aus einem elektrisch isolierenden Material, das von dem amorphem Material verschieden ist. Das heißt, bei diesem bekannten Aufzeichnungsmaterial liegt ein zweiter Sperrfilm zwischen dem ersten Sperrfilm und der Photoleiterschicht und besteht aus einem elektrisch isolierenden Material. Wenn aber der zweite Sperrfilm aus einem elektrisch isolierenden oder eigenleitenden Material hergestellt ist, so weist er einen breiten Bandabstand auf, was eine Bewegung der Ladungsträger aus der Photoleiterschicht in den ersten Sperrfilm verhindert. Dies bedeutet wiederum, daß die Ladungsträger im zweiten Sperrfilm gesammelt werden, was dort zu einem hohen Restpotential führt, das unerwünscht ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial zu schaffen, bei dem das Restpotential möglichst weitgehend unterdrückt ist, Potentialhalteeigenschaft und Aufladeeigenschaft verbessert sind, eine Verschlechterung der Aufladeeigenschaft nach wiederholtem Aufladen, Belichten und Entladen verringert ist, ein Isolationsdurchbruch aufgrund einer Entwicklungsvorspannung nicht auftritt und die Schichten sich nicht leicht ablösen.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterial nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 4 jeweils durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2, 3 und 5.

Die auf dem leitfähigen Schichtträger ausgebildete erste Schicht (erste Sperrschicht oder die eine Sperrschicht) ist mit mindestens einem Element der Gruppe III oder V des Periodensystems vergleichsweise stark dotiert, und die erste Schicht ist entweder eine p- oder eine n-Typ-Halbleiterschicht. Die zweite Schicht (zweite Sperrschicht oder erste Photoleiterschicht) auf der ersten Schicht ist mit mindestens einem Element der Gruppe III oder V des Periodensystems leicht dotiert; diese Schicht ist eine eigenleitende (i-Typ) Halbleiterschicht. Eine dritte Schicht (Photoleiterschicht oder zweite Photoleiterschicht) ist auf der zweiten Schicht ausgebildet. Bei diesem Aufbau besitzt eine Photoleiterschicht verbesserte Potentialhalte- und Aufladeeigenschaften, und sie ist frei von Restpotential; ein Isolationsdurchbruch aufgrund einer Entwicklungsvorspannung wird dabei verhindert. Es können eine Schichtablösung verhindert und eine Verschlechterung der Aufladeeigenschaften oder -fähigkeit auch nach wiederholter Belichtung und Entladung unterdrückt werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen in stark vergrößertem Maßstab gehaltenen Teilschnitt durch ein Aufzeichnungsmaterial gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung eines Aufzeichnungsmaterial gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Herstellung des Aufzeichnungsmaterials.

Nachstehend ist eine erste Ausführungsform der Erfindung anhand von Fig. 1 erläutert.

In Fig. 1 ist mit 2 ein flacher oder trommelförmiger, leitfähiger Schichtträger (z. B. eine Aluminium-Trommel) bezeichnet. Auf den leitfähigen Schichtträger 2 ist eine erste Blockier- bzw. Sperrschicht 4 aufgetragen, die aus amorphem Siliziumnitrid (im folgenden als a-Si : N bezeichnet) oder amorphem Siliziumnitrid (im folgenden als a-Si : C bezeichnet) mit 1 × 10^-4 Atom-% bis 1,0 Atom-% eines Elements der Gruppe III oder V der Periodensystems besteht. Die Schicht 4 verbessert die Potentialhalte- und Aufladeeigenschaften einer Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials durch Verhinderung eine Fließens von Ladungsträgern vom Schichtträger 2 in eine Photoleiterschicht 8.

Auf die Sperrschicht 4 ist eine zweite Blockier- oder Sperrschicht 6 einer Dicke von 5-40 µm aufgebracht. Die Sperrschicht 6 besteht aus a-Si : N oder a-Si : C mit 1 × 10^-8 bis 1 × 10^-4 Atom-% eines Elements der Gruppe III oder V des Periodensystems. Die Sperrschicht 6 besitzt einen geringfügig weiteren optischen Bandabstand und einen höheren spezifischen Widerstand als die Sperrschicht 4. Die Dicke der Sperrschicht 6 muß entsprechend der verwendeten Oberflächenpotentialladung geändert werden.

Auf die Sperrschicht 6 ist eine Photoleiterschicht 8 einer Dicke von 0,5-5 µm aufgetragen. Die Schicht 8 besteht aus amorphem Silizium (im folgenden als a-Si bezeichnet) mit einem Element der Gruppe IIIa oder Va des Periodensystems in einer Menge von 1 × 10^-8 Atom-% bzw. 1 × 10^-4 Atom-%. Das a-Si besitzt einen hohen Absorptionskoeffizienten über einen weiten Wellenlängenbereich hinweg, wobei aufgrund seiner vorgegebenen Dicke eine ausreichende Lichtempfindlichkeit erzielt werden kann.

Zur Verbesserung der chemischen Stabilität ist vorzugsweise eine Oberflächen-Überzugsschicht 10 eines spezifischen Widerstands von 10¹⁸ Ω·cm oder höher in einer Dicke von 0,05-5 µm auf die Schicht 8 aufgetragen. Für die Schicht 10 wird bevorzugt ein Material mit einem weiten optischen Bandabstand, wie SiO₂, SiN oder SiC verwendet. Zur Verbesserung der Beweglichkeit der Elektronen ist zudem die Schicht 10 bevorzugt mit einem Element der Gruppe IIIa des Periodensystems dotiert.

Die Sperrschicht 6 spielt eine Zusatzrolle zur Sperrschicht 4 und besitzt, wie erwähnt, einen geringfügig weiteren optischen Bandabstand und einen höheren spezifischen Widerstand als die Sperrschicht 4. Die Sperrschicht 4 ist vergleichsweise stark dotiert; es handelt sich dabei um eine p- oder n-Typ-Halbleiterschicht. Im Gegensatz dazu ist die Sperrschicht 6 leicht dotiert; es handelt sich dabei um eine (eigenleitende) i-Typ-Halbleiterschicht. Durch diesen doppellagigen Aufbau können Auflade- und Potentialhalteeigenschaften verbessert werden.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 veranschaulicht.

Fig. 2 veranschaulicht ein Aufzeichnungsmaterial mit einem flachen oder trommelförmigen, leitfähigen Schichtträger 12.

Auf den Schichtträger 12 ist eine Blockier- oder Sperrschicht 14 aufgetragen, die aus a-Si : N oder a-Si : C mit einem Element der Gruppe III oder V in einer Menge im Bereich von 1,0 × 10^-4 bis 1,0 Atom-% besteht.

Auf die Sperrschicht 14 ist eine erste Photoleiterschicht 16 einer Dicke von 5-60 µm aufgetragen, die aus a-Si : N oder a-Si : C mit einem Element der Gruppe III in einer Menge von 1,0 × 10^-8 bis 1,0 × 10^-4 Atom-% besteht. Die Dicke der Schicht 16 kann 5 µm betragen, ändert sich jedoch in Abhängigkeit vom gewünschten Oberflächenpotential, wenn ihre Oberfläche aufgeladen werden soll. Für die Photoleiterschicht 16 werden folgende Eigenschaften gefordert: Der Stickstoffgehalt in der Schicht muß 0,1-15 Atom-%, bezogen auf den Siliziumgehalt, betragen; der optische Bandabstand liegt bevorzugt im Bereich von 1,65-1,9 eV; und das Produkt µ·τ aus der Beweglichkeit µ und der Lebensdauer τ der Löcher (Elektronenfehlstellen) in den durch Lichtabsorption erzeugten Elektronen-Loch-Paaren muß 1 × 10^-7 cm²/V oder mehr betragen. In diesem Fall ist es besonders wichtig, daß die Beweglichkeit µ hoch ist. Wenn ein Bereich niedriger Beweglichkeit in einem anderen Abschnitt als einer Oberflächenschicht in der das lichtempfindliche Element bildenden amorphen Schicht vorhanden ist, wird eine durch Lichtabsorption hervorgerufene schnelle Bewegung der Ladungsträger zum Schichtträger 12 behindert, was zu einer Verschlechterung der Wiederholungseigenschaften führt. Da a-Si : N, a-Si : C oder a-Si eine hohe Beweglichkeit von Elektronen, aber eine vergleichsweise geringe Beweglichkeit von Löchern besitzen, müssen die Werkstoffe unter Berücksichtigung der angeführten Eigenschaften gewählt werden.

Weiterhin ist auf die Photoleiterschicht 16 eine zweite Photoleiterschicht 18 einer Dicke von 0,5-5 µm aufgetragen. Die Schicht 18 besteht aus a-Si und enthält ein Element der Gruppe III des Periodensystems in einer Menge von 1 × 10^-8 bis 1,0 × 10^-4 Atom-%. Dieses a-Si besitzt einen hohen Lichtabsorptionskoeffizienten in einem weiten Wellenlängenbereich, wobei im angegebenen Dickenbereich eine ausreichende Lichtempfindlichkeit erzielt werden kann.

Auf die Photoleiterschicht 18 ist zur Verbesserung der chemischen Stabilität eine Oberflächen-Überzugsschicht 20 eine Dicke von 0,05-5 µm aufgetragen. Für die Schicht 20 wird bevorzugt ein Werkstoff eines weiten optischen Bandabstands, wie SiO₂, SiN oder SiC, verwendet. Für die Verbesserung der Beweglichkeit von Elektronen bietet sich darüber hinaus ein leichtes Dotieren dieser Schicht mit einem Element der Gruppe III des Periodensystems an.

Da beim beschriebenen Gebilde die Sperrschicht 14 aus a-Si : N oder a-Si : C mit einem Element der Gruppe III oder V in einer Menge im Bereich von 1 × 10^-4 und 1,0 Atom-% besteht, kann ein Abtragen oder Abschälen dieser Schichten verhindert werden.

Die photoleitenen Schichten sind aus erster und zweiter Photoleiterschicht 16 bzw. 18 gebildet. Die Schicht 16 besteht aus a-Si : N oder a-Si : C mit 1 × 10^-8 bis 1 × 10^-4 Atom-% eines Elements der Gruppe III des Periodensystems; bei ihr beträgt das Produkt µ·τ aus Beweglichkeit µ und Lebensdauer τ der Löcher in Elektronen- Loch-Paaren, durch Lichtabsorption erzeugt, 1 × 10^-7 cm²/V oder mehr, und sie besitzt eine Dicke von 5-60 µm. Die Schicht 18 besteht aus a-Si mit 1 × 10^-8 bis 1,0 × 10^-4 Atom-% eines Elements der Gruppe III, und sie besitzt eine Dicke von 0,05-5 µm. Infolgedessen können gute Auflade- und Potentialhalteeigenschaften gewährleistet werden, während eine unerwünschte Beeinträchtigung der Aufladeeigenschaft infolge der Belichtung unmittelbar vor dem Aufladen unterdrückt ist.

Wenn die Schichten 16 und 18 aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, und wenn für die Schicht 18 nahe der Oberfläche ein Werkstoff eines kleinen optischen Bandabstands verwendet wird, findet die Lichtabsorption hauptsächlich in der Schicht 18 statt. Wenn die Film- bzw. Schichtdicke der Schicht 18 mit etwa 5 µm gewählt ist, bleiben die durch Belichtung erzeugten Träger nicht in dieser Schicht zurück. Auf diese Weise kann eine Beeinträchtigung der Aufladeeigenschaft infolge der Belichtung unmittelbar vor dem Aufladen oder eine Verschlechterung der Aufladeeigenschaft nach wiederholten Belichtungs- und Entladungsvorgängen weiter unterdrückt werden.

Die Schicht 16 an der Seite der Sperrschicht 14 besteht vorzugsweise aus a-Si : N oder a-Si : C eines optischen Bandabstands von 1,7-2,0 eV. Wenn die Schicht 16 weiterhin leicht mit B oder P dotiert ist, ist die Beweglichkeit der Löcher weiter verbessert.

Fig. 3 veranschaulicht eine Vorrichtung 20 zur Herstellung eines Aufzeichnungsmaterials gemäß der Erfindung. Dabei ist auf einem Sockel 22 der Vorrichtung 20 ein luftdichtes Gehäuse 24 angeordnet, in welchem eine Reaktionskammer 26 festgelegt ist. Der Sockel 22 kommuniziert über ein rohrartiges Verbindungselement 28 mit einer mechanischen Förderpumpe 30 und einer Kreiselpumpe 32.

Die Reaktionskammer 26 wird durch die Pumpen 30 und 32 auf einen Druck (Unterdruck) von 133,3 × 10^-3 bis 133,3 × 10^-4 Pa (10^-3 bis 10^-4 Torr) evakuiert. Ein Zahnrad 36 ist an einer Unterseite eines Trommel- Halteelements 34 montiert, das im Sockel 22 über das Zahnrad 36 so gelagert ist, daß es um das Zentrum des Zahnrads 36 herum drehbar ist. An der Welle eines Motors 39, der über den Sockel 22 geerdet ist, ist ein Zahnrad 37 befestigt, das mit dem Zahnrad 36 kämmt. Bei laufendem Motor 39 werden ein trommelförmiger Schichtträger 40, das Halteelement 34 und ein Heizelement 38 über die Zahnräder 36 und 37 in Drehung versetzt. Das Heizelement 38 ist in einem zentralen Bereich des Halteelements 34 angeordnet, wobei der zylindrische, leitfähige Schichtträger 40 auf dem Halteelement 34 um das Heizelement 38 herum angeordnet ist. Ein zylindrisches Gaseinführelement 42 mit einer Außenwand und einer Innenwand ist auf dem Sockel 22 um den Schichtträger 40 herum montiert, wobei der Innenraum zwischen Außen- und Innenwand des Elements 42 über ein Ventil 44 mit einer nicht dargestellten externen Gasversorgung in Verbindung steht. In der Innenumfangswand des Gaseinführelements 42 sind zahlreiche Gasauslaßöffnungen 46 ausgebildet. Ein über das Ventil 44 in das Gaseinführelement 42 eingeleitetes Gas tritt infolgedessen über die Öffnungen 46 zwischen dem Gaseinführelement 42 und dem Schichtträger 40 aus. Der Schichtträger 40 ist dabei geerdet bzw. an Masse gelegt. Die Innenwand des Gaseinführelements 42 dient als Elektrode 48, die mit einer Hochfrequenz-Stromquelle 50 verbunden ist.

Bei der beschriebenen Vorrichtung wird nach dem Abnehmen des Gehäuses 24 vom Sockel 22 der Schichtträger 40 auf das Halteelement 34 aufgesetzt. Sodann wird das Gehäuse 24 mit luftdichter Abdichtung am Sockel 22 angebracht, und die Reaktionskammer 26 wird mittels der Pumpe 32 auf den oben angegebenen Unterdruck evakuiert. Der Schichtträger 40 wird auf 150-300° C erwärmt. Das Evakuierungssystem der Reaktionskammer 26 wird sodann von der Pumpe 32 auf die Pumpe 30 umgeschaltet, während gleichzeitig das Ventil 44 geöffnet wird, um damit der Reaktionskammer 26 ein Speisegas zuzuführen. Letzteres kann ein Siliziumatome enthaltendes Gas, z. B. gasförmiges SiH₄, gasförmiges Si₂H₆ oder gasförmiges SiF₄, sein. Das Speisegas tritt über die Öffnungen 46 in Richtung auf den Schichtträger 40 aus und wird durch die Pumpe 30 abgesaugt. Wenn hierbei die Ausgangsleistungen des Ventils 44 und der Pumpe 30 entsprechend geregelt werden, kann das Speisegas in der Reaktionskammer 26 auf einen Druck von 13,33-133,3 Pa (0,1-1 Torr) eingestellt werden. Der Schichtträger 40 wird mittels des Motors 39 in Drehung versetzt, während an die Elektrode 48 Hochfrequenzstrom, z. B. von 3,56 MHz, angelegt wird. Hierdurch wird zwischen der Elektrode 48 und dem Schichtträger 40 in der Speisegasatmosphäre eine Glimmentladung erzeugt. Wenn das Speisegas kontinuierlich zugeführt wird, werden auf dem Schichtträger 40 die jeweiligen, aus a-Si bestehenden, in Fig. 1 oder 2 gezeigten Schichten erzeugt. Zum Dotieren mit einem Fremdatomelement kann ein Atome des Dotierungselements enthaltendes Gas gleichzeitig mit der Zufuhr des Si enthaltenden Speisegases in die Reaktionskammer 26 eingeleitet werden. Wenn eine a-Si : N-Schicht erzeugt werden soll, wird dem Speisegas ein N enthaltendes Gas, wie N₂ oder NH₃, zugemischt. Für die Erzeugung einer a-Si : C-Schicht wird dem obigen Gasgemisch ein Kohlenwasserstoff, wie CH₄ oder C₂H₆, zugemischt. Durch Änderung des Mischungsverhältnisses der Gase kann auch der optische Bandabstand geändert werden. Zum Dotieren mit einem Element der Gruppe III oder V des Periodensystems kann ein Gas, wie B₂H₆ oder BF₃, bzw. ein Gas, wie PH₃ oder PF₅, dem die Siliziumatome enthaltenden Gas zugemischt werden. Es ist darauf hinzuweisen, daß dann, wenn mit einem Element der Gruppe III oder V des Periodensystems dotiert wird, eine Valenzelektronsteuerung von a-Si vorgenommen werden kann. In diesem Fall zeigt das Material bei starker Dotierung mit dem Element der Gruppe III oder der Gruppe V einen kleineren spezifischen Widerstand und bei leichter Dotierung mit dem Element der Gruppe III einen größeren spezifischen Widerstand.

Im folgenden ist die Erfindung in Beispielen beschrieben. Zunächst wird ein sich auf die erste Ausführungsform beziehendes Beispiel erläutert. Als erste Sperrschicht 4 wird eine a-Si : N- oder a-Si : C-Schicht, mit 1 × 10^-3 Atom-% B dotiert, bis zu einer Dicke von etwa 0,5 µm auf den Schichtträger 2 aufgebracht bzw. auf diesem abgelagert. Die Sperrschicht 4 ist dabei stark mit B dotiert und besitzt einen niedrigen spezifischen Widerstand sowie einen optischen Bandabstand von etwa 1,70 eV.

Als zweite Sperrschicht 6 wird eine a-Si : N- oder a-Si : C- Schicht, mit etwa 1 × 10^-6 Atom-% B dotiert, bis zu einer Dicke von 25 µm aufgetragen bzw. abgelagert. Aufgrund der B-Dotierung ähnelt diese Schicht einem eigenleitenden Bereich. Diese Schicht besitzt einen hohen spezifischen Widerstand von z. B. 10¹³ Ω·cm und einen optischen Bandabstand von etwa 1,75 eV, welcher damit weiter ist als derjenige der Schicht 4.

Als Photoleiterschicht 8 wird sodann eine a-Si-Schicht einer Dicke von 5 µm aufgetragen bzw. abgelagert. Diese Schicht braucht nicht dotiert zu werden. Wenn sie jedoch mit etwa 1 × 10^-6 Atom-% B dotiert wird, wird die Beweglichkeit der Löcher verbessert. Die Schicht 8 besitzt einen optischen Bandabstand von etwa 1,55 eV und absorbiert Licht über einen weiten Wellenlängenbereich hinweg.

Als Oberflächen-Überzeugungsschicht 10 wird eine a-Si : N- oder a-Si : C-Schicht eines optischen Bandabstands von 2,2 eV und eines spezifischen Widerstands von etwa 10¹⁴Ω·cm in einer Dicke von 1 µm aufgetragen. Die Dicke der Schicht 10 kann etwa 0,1 µm betragen. Wenn ihre Dicke auf 5 µm oder weniger eingestellt ist, ist das Restpotential geringfügig höher. Da jedoch die Aufladeeigenschaft im Dunkelzustand ausreichend verbessert sein kann, läßt sich dieser Nachteil überwinden, und die Schicht kann chemisch stabilisiert sein. Wenn sie mit etwa 1 × 10^-6 Atom-% B dotiert ist, ist die Beweglichkeit der Elektronen verbessert.

Bei Verwendung des auf vorstehend beschriebene Weise hergestellten Aufzeichnungsmaterials werden ausgezeichnete elektrostatische Eigenschaften festgestellt. Genauer gesagt: ein Oberflächenpotential von 700 V oder höher wird mit einer von einer Koronaaufladevorrichtung in das Aufzeichnungsmaterial fließenden Ladung von 0,4 µC/cm² erzielt, und die Potentialhaltegröße innerhalb von 15 s nach dem Aufladen beträgt 80%.

Es ist darauf hinzuweisen, daß dieses Aufzeichnungsmaterial als ein positiv aufzuladendes Aufzeichnungsmaterial verwendet werden soll. Wenn jedoch das Dotiermittel B (Bor) durch P (Phosphor) ersetzt wird, kann das Aufzeichnungsmaterial als ein negativ aufzuladendes Aufzeichnungsmaterial verwendet werden. Zu diesem Zweck kann das gasförmige B₂H₆, das dem die Siliziumatome enthaltenden Gas beim Schichterzeugungsvorgang zugemischt werden soll, einfach durch PH₃ ersetzt werden, während alle anderen Bedingungen gleich bleiben. Das auf diese Weise hergestellte Aufzeichnungsmaterial besitzt gute Auflade- und Potentialhalteeigenschaften unter denselben Bedingungen, wie oben angegeben, bei denen lediglich die Polarität der an die Koronaaufladevorrichtung angelegten Spannung umgekehrt war.

Nachstehend ist ein Beispiel für die zweite Ausführungsform beschrieben. Als Sperrschicht 14 wird eine a-Si : N- oder a-Si : C-Schicht, mit 1 × 10^-3 Atom-% B dotiert, in einer bzw. bis zu einer Dicke von etwa 0,5 µm aufgetragen. Die stark mit B dotierte Schicht 14 besitzt einen niedrigen spezifischen Widerstand und einen optischen Bandabstand von etwa 1,70 eV.

Als erste Photoleiterschicht 16 wird eine a-Si : N- oder a-Si : C-Schicht, mit 1 × 10^-6 Atom-% B dotiert, in einer Dicke von etwa 25 µm aufgetragen oder abgelagert. Da die Schicht 16 mit B nur leicht dotiert ist, ist sie einem eigenleitenden Bereich ähnlich. Die Photoleiterschicht 16 besitzt einen hohen spezifischen Widerstand von 10¹³ Ω·cm oder mehr und einen optischen Bandabstand von etwa 1,75 eV, der damit weiter ist als derjenige der Schicht 18.

Als zweite Photoleiterschicht 18 wird eine a-Si-Schicht mit einer Dicke von etwa 5 µm aufgetragen bzw. abgelagert. Die Schicht 18 braucht nicht dotiert zu werden. Wenn die Photoleiterschicht 18 jedoch mit etwa 1 × 10^-6 Atom-% B dotiert ist, ist die Beweglichkeit der Löcher verbessert. Die Photoleiterschicht 18 besitzt einen optischen Bandabstand von etwa 1,55 eV und vermag Licht über einen weiten Wellenlängenbereich hinweg zu absorbieren.

Als Oberflächen-Überzugsschicht 20 wird ein a-Si : N- oder a-Si : C-Schicht eines optischen Bandabstands von etwa 2,2 eV und eines spezifischen Widerstands von etwa 10¹⁴Ω·cm in einer Dicke von 1 µm aufgebracht bzw. abgelagert. Die Dicke der Schicht 20 kann auch etwa 0,1 µm betragen. Wenn die Dicke der Schicht 20 auf 5 µm oder weniger eingestellt ist, kann trotz leicht erhöhtem Restpotential die Aufladeeigenschaft im dunklen Zustand ausreichend verbessert sein, um diesem Mangel zu begegnen, und die Schicht kann weiterhin chemisch stabilisiert sein. Wenn die Schicht 20 mit etwa 1 × 10^-6 Atom-% B dotiert ist, ist die Elektronenbeweglichkeit verbessert.

Bei Verwendung des auf vorstehend beschriebene Weise hergestellten Aufzeichnungsmaterials werden ausgezeichnete elektrostatische Eigenschaften erzielt. Genauer gesagt: ein Oberflächenpotential von 700 V oder mehr wird mit einem von einer Koronaaufladevorrichtung in das Aufzeichnungsmaterial fließenden Ladung von 0,4 µc/cm² erzielt, und die Potentialhaltegröße innerhalb von 15 s nach dem Aufladen beträgt 80%. Weiterhin sind die Schichten nicht ohne weiteres einem Ablösen unterworfen, und die Beeinträchtigung der Aufladeeigenschaft bzw. -fähigkeit ist gering.

Das beschriebene Aufzeichnungsmaterial wird als ein positiv aufzuladendes Aufzeichnungsmaterial verwendet. Wenn jedoch das Dotiermittel B durch P ersetzt wird, kann das Aufzeichnungsmaterial auch als ein negativ aufzuladendes Aufzeichnungsmaterial verwendet werden. Zu diesem Zweck wird das gasförmige B₂H₆, das dem die Si-Atome enthaltenden Gas beim Film- oder Schichterzeugungsvorgang zugemischt wird, durch gasförmiges PH₃ ersetzt, während die sonstigen Bedingungen gleich bleiben. Wenn das auf diese Weise hergestellte Aufzeichnungsmaterial unter den oben beschriebenen Bedingungen benutzt wird, nur mit der Ausnahme, daß die Polarität der an die Koronaaufladevorrichtung angelegten Spannung geändert bzw. umgekehrt ist, werden ausgezeichnete Auflade- und Potentialhalteeigenschaften erzielt.

Claims

1. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial, umfassend

- einen leitfähigen Schichtträger (2),
- eine auf letzterem ausgebildete erste Sperrschicht (4) aus mit einem Element der Gruppe III oder V des Periodensystems dotiertem amorphem Halbleitermaterial,
- eine auf letzterer erzeugte zweite Sperrschicht (6) aus dotiertem amorphem Halbleitermaterial und
- eine auf der zweiten Sperrschicht ausgebildete Photoleiterschicht (8),

dadurch gekennzeichnet, daß

- die erste Sperrschicht (4) aus amorphem Siliziumkarbid oder amorphem Siliziumnitrid mit 1 × 10^-4 bis 1,0 Atom-% des Elements der Gruppe III oder V des Periodensystems gebildet ist,
- die Photoleiterschicht (8) aus amorphem Silizium gebildet ist und eine Dicke von 0,5-5 µm besitzt, und
- die zweite Sperrschicht (6) aus amorphem Siliziumkarbid oder amorphem Siliziumnitrid mit 1 × 10^-8 bis 1 × 10^-4 Atom-% eines Elements der Gruppe III oder V des Periodensystems gebildet ist, einen optischen Bandabstand aufweist, der größer ist als die optischen Bandabstände der ersten Sperrschicht (4) und der Photoleiterschicht (8), und eine Dicke von 5-40 µm besitzt.

2. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoleiterschicht (8) ein Element der Gruppe III oder V des Periodensystems enthält.

3. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Photoleiterschicht (8) eine Oberflächenschicht (10) ausgebildet ist, die eine Dicke von 0,05-5 µm und einen spezifischen Widerstand von 10¹³ Ω · cm besitzt.

4. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial, umfassend

- einen leitfähigen Schichtträger (12),
- eine auf letzterem ausgebildete Sperrschicht (14) aus mit einem Element der Gruppe III oder V des Periodensystems dotiertem amorphem Halbleitermaterial,
- eine auf letzterer erzeugte erste Photoleiterschicht (16) aus dotiertem amorphem Halbleitermaterial und
- eine auf der ersten Photoleiterschicht (16) ausgebildete zweite Photoleiterschicht (18),

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Sperrschicht (14) aus amorphem Siliziumkarbid oder amorphem Siliziumnitrid mit 1 × 10^-3 bis 1,0 Atom-% des Elements der Gruppe III oder V des Periodensystems gebildet ist,
- die erste Photoleiterschicht (16) aus amorphem Siliziumkarbid oder amorphem Siliziumnitrid mit 1 × 10^-6 bis 1 × 10^-3 Atom-% eines Elements der Gruppe III des Periodensystems gebildet ist, wobei das Produkt aus Beweglichkeit (cm²/sV) und Lebensdauer (s) der Löcher der bei Lichtabsorption erzeugten Elektronen-Loch-Paare 1 × 10^-7 cm²/V oder mehr beträgt, und
- die zweite Photoleiterschicht (18) in einer Dicke von 0,1-5 µm aus amorphem Silizium mit 1 × 10^-6 bis 1 × 10^-3 Atom-% eines Elements der Gruppe III des Periodensystems gebildet ist.

5. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin auf der zweiten Photoleiterschicht (18) eine Oberflächenschicht (20) ausgebildet ist, die eine Dicke von 0,05-5 µm und einen spezifischen Widerstand von 10¹³ Ω · cm besitzt.