DE3619432A1

DE3619432A1 - Verfahren zur herstellung eines elektrophotographischen photosensors

Info

Publication number: DE3619432A1
Application number: DE19863619432
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Hata; Hiroyuki Mizukami; Toshio Ito
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1986-06-10
Filing date: 1986-06-10
Publication date: 1987-12-17
Also published as: US4933255A; GB8614110D0; GB2191511A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrophotographischen Photosensors wie etwa einer lichtempfindlichen Trommel eines Kopiergeräts.

Ein elektrophotographischer Photosensor, in dem eine photoleitfähige Schicht aus amorphem Silicium (a-Si : H) auf einer Aluminium-Grundlage gebildet ist, findet weit verbreitete Verwendung. Der Photosensor, bei dem als Basis Aluminium dient, hat den Voreil, daß er gute elektrostatische Eigenschaften liefert. Ein solcher Photosensor hat jedoch den Nachteil, daß ein Langzeit- Einsatz ein Abblättern der Schicht aus amorphem Silicium, die die photoleitfähige Schicht bildet, bewirken kann, da dieses amorphe Silicium zwangsläufig ein schwaches Haftvermögen an Aluminium aufweist.

Aus diesem Grund wird gemäß dem Stand der Technik, zum Beispiel der US-PS 44 16 962 ("Elektrophotographisches Element mit einer Aluminiumoxid-Schicht", Shirai et al.), als photoleitfähige Schicht verwendetes amorphes Silicium durch ein Aufdampfungsverfahren auf einer Oberfläche einer Alunit-Schicht gebildet, in der sehr kleine, in einem Oxidationsverfahren entstandene Porositäten zur Abdichtung verarbeitet wurden. Als Ergebnis davon wird die Haftfestigkeit des amorphen Siliciums an der Aluminium-Grundlage verstärkt.

Die Fig. 1 (a) und 1 (b) zeigen die Oberfläche der zu dem Alumit und weiter zur Versiegelung der Poren derselben verarbeiteten Aluminium-Grundlage. Insbesondere wird in dem Alumit-Verfahren mittels eines Elektrolysierverfahrens, in dem als positive Elektrode eine Alumminium-Unterlage 10 und als Elektrolyt Schwefelsäure oder Oxalsäure zum Einsatz gelangt, eine Alunit-Schicht mit einer Doppelstruktur aus einem porösen Teil (poröse Schicht) 21, die durch den Elektrolyten gelöst wird, und ein zurückbleibender unlöslicher feiner Teil (Grenzschicht) 22 als Oxid-Film der positiven Elektrode gebildet, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Weiterhin wird nach dem oben genannten Verfahren durch Verarbeitung der Alunit-Schicht zur Versiegelung ihrer Porositäten mit Hochdruck-Wasserdampf oder kochendem Wasser die poröse Schicht der Alunit-Schicht mit Wasser chemisch verbunden, wobei das Volumen insgesamt quillt, und wird anschließend zu einem stabilen Oxid-Film 23, dessen Poren verschlossen sind, wie in Fig. 1 (b) dargestellt ist.

In der mittels des Alunit-Verfahrens gebildeten Alunit- Schicht ist die Dicke der aus amorphem Al₂O₃ gebildeten porösen Schicht 21 proportional zur Dauer der Elektrolyse, während die Dicke der aus kristallinem Al₂O₃ bestehenden Grenzschicht 22 der Elektrolysenspannung proportional ist.

Gewöhnlich beträgt der Durchmesser jeder einzelnen Pore in der porösen Schicht 21 etwa 10 nm bis 30 nm (100 Å bis 300 Å), und die Dichte der Poren liegt bei etwa einigen hundert Millionen bis zu eintausend plus einigen hundert Millionen pro 1 mm². Sowohl der Porendurchmesser als auch die Porendichte hängen von den Bedingungen der Elektrolyse ab.

Im Fall des Photosensors aus amorphem Silicium, als dessen Basis Aluminium verwendet wird, kann die Haftfestigkeit des Films aus amorphem Silicium an der Aluminium-Unterlage dadurch verstärkt werden, daß ein aus amorphem Silicium bestehender photoleitfähiger Film auf einem Alunit-Film gebildet wird, der vorher auf der Aluminium-Unterlage mittels des oben erwähnten Verfahrens der Porenversiegelung hergestellt wurde. Ein solches Verfahren vergrößert die Haftfestigkeit bis zu einem gewissen Grade, vermag jedoch das Abblättern des Films aus amorphem Silicium nicht vollständig zu verhindern.

Außerdem werden, obwohl die Einwirkung des Alunit-Verfahrens auf die Oberfläche der Aluminium-Basis wie oben erwähnt die Haftfestigkeit erhöht, auch die elektrostatischen Kennwerte des elektrophotographischen Photosensors verschlechtert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Verstärkung der Haftfestigkeit eines Films aus amorphem Silicium an einer Aluminium-Unterlage bei der Bildung einer photoleitfähigen Schicht aus amorphem Silicium auf der Oberfläche einer Aluminium-Unterlage, die so bearbeitet ist, daß sie aus Alunit besteht, das Verfahren zur Versiegelung der Poren in der Oberfläche des Alunit-Films zur Stabilisierung desselben elimminiert, und die Oberfläche des Alunit-Films wird porös, das heißt außerordentlich stark aktiviert und groß in bezug auf die spezifische Oberfläche, belassen. Aufgrund dessen wird die Haftfestigkeit des Films aus amorphem Silicium an der Aluminium-Unterlage signifikant verbessert, und solche Fehler wie das Abblättern des Films aus amorphem Silicium läßt sich vollständig verhüten.

Weiterhin werden gemäß der vorliegenden Erfindung, um den Photosensor noch weiter bevorzugt auszugestalten, die Dicken der porösen Schicht und der Grenzschicht, die den Alunit-Film bilden, so auf einen geeigneten Dicke-Wert eingestellt, um nicht nur eine hohe Haftfestigkeit zu erzielen, sondern auch hervorragende elektrostatische Kennwerte. Dies beruht auf dem Ergebnis von Versuchen, die anzeigen, daß die elektrostatischen Kenndaten um so stärker verbessert werden, je dünner die Grenzschicht ist, und daß die Haftfestigkeit um so mehr verbessert wird, je dicker die Grenzschicht ist im Rahmen der durch elektrostatischen Kennwerte vorgegebenen Randbedingungen. Zur konkreten Veranschaulichung dieser Vesuchsergebnisse ist anzugeben, daß bei einer Dicke α der Grenzschicht und der Dicke β der porösen Schicht und einer Einstellung der Werte α und β innerhalb der nachstehend angegebenen Bereiche

1 nm (10 Å) ≦a≦50 nm (500 Å) und
0 µm <β≦5 µm

sowohl die elektrischen Kennwerte als auch die Haftfestigkeit ausgezeichnet sind. Weiterhin läßt sich, wie bereits oben erwähnt wurde, die Dicke der Grenzschicht durch die Elektrolysenspannung einstellen, während die Dicke der porösen Schicht durch die Elektrolysendauer eingestellt werden kann.

Demgemäß läßt sich bei einem Verfahren zur Herstellung eines elektrophotographischen Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung die Haftfestigkeit eines Films aus amorphem Silicium an einer Aluminium-Unterlage signifikant verbessern, ohne daß dabei solche Fehler auftreten wie der des Abschälens bzw. Abblätterns der Schicht aus ammorphem Silicium.

Weiterhin lassen sich durch Einstellen der Dicken der Grenzschicht und der porösen Schicht auf der Aluminium- Basis mittels eines Alunit-Verfahrens auf optimale Werte innerhalb der oben angegebenen Bereiche nicht nur eine hervorragende Haftfestigkeit, sondern auch hervorragende elektrostatische Kenndaten des Photosensors erzielen, der der Gefahr unterliegt, durch das Alunit- Verfahren beeinträchtigt zu werden.

Fig. 1 (a) und Fig. 1 (b) zeigen vergrößerte Querschnitt-Ansichten einer Aluminium-Unterlage zur Erläuterung jeder Phase des Verfahrens nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 (a) bis Fig. 2 (d) zeigen vergrößerte Querschnitt-Ansichten eines elektrophotographischen Photosensors zur Erläuterung jedes Schrittes eines Verfahrens zur Fertigung eines Photosensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Dicke der Grenzschicht und dem Oberflächenpotential eines Photosensors.

Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Dicke der Grenzschicht und dem Restpotential eines Photosensors.

Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Dicke der Grenzschicht und der Halbwertszeit der Photonen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird ein Verfahren zur Herstellung des elektrophotographischen Photosensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

(1) Zuerst wird eine Alunit-Schicht, die eine poröse Schicht 21 und eine Grenzschicht 22 umfaßt, wie sie in Fig. 2 (b) dargestellt ist, auf der Oberfläche einer Aluminium-Unterlage 10, die so bearbeitet ist, daß sie eine geeignete Form als Unterlage für den Photosensor, wie etwa die eines Zylinders, besitzt (vgl. Fig. 2 (a)) mittels eines elektrolytischen Verfahrens gebildet, bei dem als positive Elektrode die Aluminium-Unterlage 10 und als Elektrolyt Schwefelsäure oder Oxalsäure dienen. In diesem elektrolytischen Verfahren werden die Elektrolysendauer und die Elektrolysenspannung jeweils auf geeignete Werte eingestellt, um die Dicke β der porösen Schicht 21 auf einen Wert innerhalb des Bereichs

0 µm <β≦5 µm

und die Dicke α der Grenzschicht 22 auf einen Wert innerhalb des Bereichs

1 nm (10 Å) ≦α≦50 nm (500 Å)

einzustellen.

Beispielsweise wird angenommen, daß die Dicke β der porösen Schicht 21 auf etwa 3 µm festgesetzt wird und die Dicke α der Grenzschicht 22 auf etwa 1 nm (10 Å) festgesetzt wird. Wie im Vorstehenden erwähnt, gibt es in der porösen Schicht 21 tatsächlich einige hundert Millionen bis zu eintausend Millionen außerordentlich kleine Poren pro 1 mm², die Durchmesser von etwa 10 nm bis 30 nm (100 Å bis 300 Å) aufweisen, wie in Fig. 2 (b) veranschaulicht ist.

(2) Nachdem auf diese Weise eine Alunit-Schicht gebildet ist, wird aus amorphem Silicium eine photoleitfähige Schicht 30 mit einer Dicke von etwa 30 µm hergestellt, zum Beispiel unmittelbar auf der porösen Schicht 21 ohne irgendein Verfahren zur Versiegelung der Poren (vgl. Fig. 2 (c)). Die Bildung dieser Schicht kann mittels eines bekannten Verdampfungsverfahrens, Glimmentladungsverfahrens oder Zerstäubungsverfahrens erfolgen.

(3) Nachdem auf diese Weise eine photoleitfähige Schicht 30 aus amorphem Silicium gebildet ist, wird die Herstellung des Photosensors schließlich damit beendet, daß auf der Oberfläche der photoleitfähigen Schicht 30 eine Oberflächenschutzschicht 40, beispielsweise aus a-Si, a-SiN oder a-SiO, gebildet wird (vgl. Fig. 2 (d)). Diese Bildung kann mittels des oben genannten Verfahrens erfolgen.

Aufgrund eines Haltbarkeitstests und eines Tests der elektrostatischen Kennwerte, die mit dem so gefertigten Photosensor durchgeführt wurden, erfüllen die mechanische Festigkeit (insbesondere die Haftfestigkeit der photoleitfähigen Schicht 30 an der Aluminium-Unterlage 10) und die elektrostatischen Kennwerte des die photoleitfähige Schicht 30 und die Aluminium-Unterlage 10 umfassenden Photosensors die Bedingungen für einen praktischen Einsatz.

Im folgenden werden die Ergebnisse der Versuche beschrieben, die sich mit dem Zusammenhang zwischen der Haftfestigkeit der aus amorphem Silicium bestehenden photoleitfähigen Schicht 30 an der Aluminium-Unterlage 10 und den Dicken der porösen Schicht 21 und der Grenzschicht 22 in der Alunit-Schicht sowie mit dem Zusammenhang zwischen den elektrostatischen Kennwerten des Photosensors und den oben genannten Dicken befassen.

Fig. 3, die die Beziehung zwischen der Dicke α der Grenzschicht 22 und der Oberflächenspannung des Photosensors darstellt, zeigt, daß das Oberflächenpotential nicht stark abnimmt, wenn die Dicke α der Grenzschicht abnimmt. Mit anderen Worten bleibt die Isolierung auch dann erhalten, wenn die Dicke α klein ist.

Fig. 4, die die Beziehung zwischen der Dicke α der Grenzschicht 22 und dem Restpotential des Photosensors darstellt, zeigt, daß das Restpotential um so stärker abnimmt, d. h. der Photosensor um so mehr zu bevorzugen ist, je kleiner die Dicke α der Grenzschicht ist.

Fig. 5, die die Beziehung zwischen der Dicke α der Grenzschicht 22 und der Halbwertszeit der Photonen in dem Photosensor darstellt, zeigt, daß die Halbwertszeit der Photonen um so kleiner ist, d. h. die Lichtempfindlichkeit des Photosensors um so höher ist, je kleiner die Dicke α der Grenzschicht ist.

Als Folgerung ergibt sich, daß die elektrostatischen Kennwerte des Photosensors umso besser werden, je kleiner die Dicke α der Grenzschicht ist.

Andererseits wird bestätigt, daß die Haftfestigkeit der photoleitfähigen Schicht 30 an der Aluminium-Unterlage 10 von der Dicke β der porösen Schicht 21 abhängt und daß die Haftfestigkeit um so mehr verstärkt wird, je größer die Dicke β ist.

Die relativen Bewertungen der Haftfestigkeit und der elektrostatischen Kennwerte für verschiedene Kombinationen der Dicken der porösen Schicht 21 und der Grenzschicht 22 sind in der folgenden Tabelle dargestellt, in der "+" "überlegen" bezeichnet, "-" "minderwertig" bezeichnet und "0" nicht überlegen, jedoch im praktischen Gebrauch unproblematisch" bezeichnet.

Tabelle

Die Tabelle läßt erkennen, daß die Haftfestigkeit um so mehr verbessert ist, je dicker die poröse Schicht 21 ist. Betrachtet man jedoch die elektrostatischen Kennwerte, so ist es vorzuziehen, die Dicke der porösen Schicht auf einen Wert bis zu etwa 5 µm einzustellen. Obwohl die Grenzschicht 22 wie oben erwähnt vorzugsweise so dünn wie möglich gemacht wird, gibt es keine Probleme in bezug auf die elektrostatischen Kennwerte, wenn sie zwischen 1 nm (10 Å) und 50 nm (500 Å) liegt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrophotographischen Photosensors, in dem eine photoleitfähige Schicht aus amorphem Silicium auf einer Aluminium-Grundlage gebildet wird, umfassend die Schritte des
Bildens einer Alunit-Schicht, die eine Grenzschicht und eine poröse Schicht umfaßt, auf der Oberfläche der Aluminium-Grundlage mittels eines Alunit-Verfahrens und des
Bildens von amorphem Silicium unmittelbar auf der Oberfläche der porösen Schicht ohne Durchführung irgendeines Verfahrens zum Versiegeln der Poren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke α der Grenzschicht auf einenWert innerhalb des Bereichs 1 nm (10 Å) ≦α≦50 nm (500 Å)und die Dicke β der porösen Schicht auf einen Wert innerhalb des Bereichs0 µm <β≦5 µmeingestellt werden.