DE3701488A1 - Elektrophotographisches lichtempfindliches element - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrophotographisches lichtempfindliches Element für die Elektrophotographie sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Bisher wurde ein elektrophotographisches lichtempfindliches Element oder Lichtempfangsmaterial (photoreceptor) aus anorganischen Stoffen, wie CdS, ZnO, Se, Se-Te oder amorphes Silizium, oder organischen Stoffen, wie Poly-N- vinylcarbazol (PVCZ) oder Trinitrofluor (TNF), hergestellt. Diese herkömmlichen Photoleiter werfen jedoch verschiedene Schwierigkeiten bei der Herstellung des angestrebten Produkts auf. Demzufolge werden diese Stoffe selektiv entsprechend dem jeweils vorgesehenen Zweck verwendet, wobei sie gewisse Leistungsmängel bezüglich der gewünschten Eigenschaften eines lichtempfindlichen Systems zeigen.

Beispielsweise sind Se und CdS (für den Menschen) gesundheitsschädlich; diese Stoffe bedingen daher aus Sicherheitsgründen besondere Sorgfalt bei der Herstellung. Diese Stoffe sind daher mit den Mängeln behaftet, daß der Fertigungsvorgang einen komplizierten Arbeitsprozeß bedingt, was hohe Fertigungskosten und hohe Rückgewinnungskosten wegen der erforderlichen Rückgewinnung von Se zur Folge hat. Außerdem besitzen Stoffe der Se- und Se-Te-Reihe eine niedrige Kristallisationstemperatur von nur 65°C. Bei wiederholten Kopiervorgängen ergeben sich daher Schwierigkeiten bezüglich der Photoleitereigenschaften, z. B. bezüglich des Restpotentials. Infolgedessen besitzen Stoffe der Se- und Se-Te-Reihe eine kurze wirksame Betriebslebensdauer oder Standzeit und damit eingeschränkte praktische Verwendbarkeit.

Außerdem unterliegt ZnO leicht einer Sauerstoffreduktion; dieser Stoff wird durch atmosphärische Einflüsse deutlich beeinträchtigt, und er bietet eine geringe Zuverlässigkeit in seiner praktischen Anwendung.

Weiterhin wird von organischen Photoleitern, wie PVCZ und TNF, vermutet, daß sie krebserregend sind. Diese Stoffe werfen also Schwierigkeiten vom Standpunkt des Gesundheitsschutzes auf; noch ungünstiger ist, daß sie mit den für organische Stoffe charakteristischen Mängeln einer geringen thermischen Stabilität, einer geringen Abriebfestigkeit und einer kurzen effektiven Standzeit behaftet sind.

Andererseits hat amorphes Silizium (im folgenden auch als "a-Si" abgekürzt) in neuerer Zeit große Aufmerksamkeit als photoelektrisches Wandlermaterial auf sich gezogen, und dieses Material ist bereits für Solarzellen, Dünnschicht-Transistoren und Bildsensoren erfolgreich eingesetzt worden. Im folgenden sei nun die Verwendung von a-Si als Photoleiter(material) eines elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements betrachtet (vgl. JP-PS (Sho) 59-12 448). Neben seinen Vorteilen, daß es unschädlich ist und nicht zurückgewonnen zu werden braucht, bietet a-Si eine höchst spektrale Empfindlichkeit im Bereich sichtbaren Lichts als andere Stoffe; zudem besitzt es eine hohe Abrieb- und Schlagfestigkeit aufgrund seiner erheblichen Oberflächenhärte.

Die Verwendung von a-Si als Lichtempfangsmaterial für die elektronische Photographie auf der Grundlage des Carlson-Prozesses ist bereits untersucht worden. Für diesen Zweck ist ein lichtempfindliches Material mit hohem Widerstand und hoher Lichtempfindlichkeit erforderlich. Da jedoch diese beiden Erfordernisse mit einem einlagigen lichtempfindlichen Element nur schwierig erfüllt werden können, ist es übliche Praxis, eine Sperrschicht zwischen der photoleitenden Schicht und einem leitfähigen Schichtträger vorzusehen und eine Oberflächenladung haltende Schicht auf die photoleitende Schicht oder Photoleiterschicht aufzutragen bzw. auf ihr abzulagern, um mit dem so erhaltenen Schichtgebilde den obigen Erfordernissen zu genügen.

Für a-Si gilt folgendes: Allgemein wird dieses Material nach dem Glimmentladung-Zersetzungsprozeß unter Verwendung eines Gases der Silanreihe hergestellt. Dabei wird Wasserstoff in die a-Si-Schicht eingeführt. Die elektrischen und optischen Eigenschaften variieren deutlich mit dem Wasserstoffgehalt. Je größer nämlich die in die a-Si-Schicht eingeführte Wasserstoffmenge ist, um so mehr vergrößert sich der optische Bandabstand mit entsprechender Erhöhung des Widerstands der a-Si-Schicht. Da die Empfindlichkeit der a-Si-Schicht für langweilige Lichtstrahlen (dabei) weiter herabgesetzt wird, erweist sich die praktische Anwendung eines mit z. B. einer Halbleiter-Laservorrichtung ausgerüsteten Halbleiterlaserstrahl-Druckers als schwierig. Wenn die a-Si-Schicht einen hohen Wasserstoffgehalt aufweist, kommt es zeitweilig vor, daß der größte Teil der Schicht mit z. B. einer Struktur aus (SiH₂)n in Bindung mit SiH₂ besetzt ist. In diesem Fall entstehen in erheblichem Ausmaß Blasen oder Hohlräume, und es entstehen in zunehmendem Maße nichtpaarige bzw. schaukelnde (dangling) Siliziumbindungen. Hierdurch wird die Photoleitereigenschaft der a-Si-Schicht so stark beeinträchtigt, daß sie ihre Aufgabe als elektrophotographisches lichtempfindliches Element, d. h. als Lichtempfangsmaterial, nicht mehr zu erfüllen vermag. Wenn andererseits kleinere (Wasserstoff)-Mengen in die a-Si-Schicht eingeführt werden, verkleinert sich der optische Bandabstand mit einer Verringerung des Widerstands, aber einer Erhöhung der Empfindlichkeit für langwellige Lichtstrahlen. Die nach dem üblichen Filmerzeugungsverfahren hergestellte, herkömmliche a-Si-Schicht ist mit den Nachteilen behaftet, daß sie bei Verringerung des Wasserstoffgehalts zu einer Kopplung mit nichtpaarigen bzw. schaukelnden Siliziumbindungen neigt, was zu einer Herabsetzung des Wasserstoffgehalts führt, was für die Minimierung dieser Kopplung wünschenswert wäre. Daraus ergeben sich die Nachteile, daß die Übertragungsgeschwindigkeit und die Lebensdauer der erzeugten Ladungsträger abnehmen, was eine Verschlechterung der Photoleitereigenschaften der a-Si-Schicht zur Folge hat, so daß die a-Si-Schicht als elektrophotographisches lichtempfindliches Element unbrauchbar wird.

In diesem Zusammenhang sei ein Verfahren zur Erhöhung der Empfindlichkeit der a-Si-Schicht für langwelliges Licht erwähnt. Bei diesem Verfahren werden ein Gas der Silanreihe mit Digerman (GeH₄) vermischt, eine Glimmentladungszersetzung durchgeführt und eine Schicht eines schmalen optischen Bandabstands erzeugt. Im allgemeinen weisen jedoch das Gas der Silanreihe und GeH₄ unterschiedliche optimale Substrattemperaturen auf, was zum Auftreten von Strukturfehlern in der erhaltenen Schicht führt, so daß diese keine zufriedenstellende Photoleitereigenschaft aufweist. Bei Oxidation wird das verbrauchte gasförmige GeH₄ in ein schädliches Gas umgesetzt. Die Behandlung des abgeführten gasförmigen GeH₄ ist daher mit komplizierten Vorgängen verbunden. Das beschriebene Verfahren unter Verwendung eines Gemisches aus einem Gas der Silanreihe und gasförmigem Digerman (GeH₄) erweist sich mithin als praktisch ungeeignet.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements mit ausgezeichneten Aufladeeigenschaften, niedrigem Restpotential, hoher Empfindlichkeit über einen weiten Wellenlängenbereich bis in die Nähe des Infrarotbereichs, guten Bindungseigenschaften gegenüber einem Schichtträger (oder Substrat) sowie ausgezeichneter Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrophotographischen lichtempfindlichen Element, umfassend einen leitfähigen Schichtträger, eine photoleitende Schicht oder Photoleiterschicht aus wasserstoffhaltigem, amorphem Silizium und eine zwischen dem leitfähigen Schichtträger und der Photoleiterschicht vorgesehene Sperrschicht, erfindungsgemäß gelöst durch eine auf der Photoleiterschicht ausgebildete Oberflächenschicht aus mikrokristallinem Silizium, das mindestens ein Element, wie Stickstoff, Kohlenstoff und/oder Sauerstoff, enthält.

Da erfindungsgemäß eine photoleitende Schicht oder Photoleiterschicht aus wasserstoffhaltigem, amorphem Silizium geformt ist, zeigt sie eine hohe Empfindlichkeit für langwelliges Licht.

Da eine Oberflächenschicht aus mikrokristallinem Silizium (im folgenden auch µc-Si bezeichnet) mit mindestens einem Element, wie Stickstoff (N), Kohlenstoff (C) und/oder Sauerstoff (O), geformt ist, weist diese Oberflächenschicht augezeichnete Ladungshalteeigenschaften auf. Die Photoleiterschicht kann von einem funktionsmäßig getrennten oder unterteilten Typ (funktion-separated type) sein, d. h. sie kann in eine Ladungserzeugungsschicht zum Erzeugen von Ladungsträgern bei Bestrahlung mit Licht und in eine Ladungsübertragungs- oder -überganggschicht zum Übertragen der Ladungsträger zu einem leitfähigen Schichtträger über eine Sperrschicht unterteilt sein.

Die Sperrschicht kann aus Bornitrid (BN) oder µc-Si mit mindestens einem Element der Gruppe III oder V des Periodensystems bestehen.

Die aus BN geformte Sperrschicht besitzt einen hohen spezifischen Widerstand sowie gute Blockier- oder Sperreigenschaften; außerdem zeigt sie eine feste Bindung (oder Haftung) mit dem Schichtträger. Eine Sperrschicht aus µc-Si andererseits ist wegen der Dotierung mit einem Element der Gruppe III oder V des Periodensystems vom p-Typ bzw. n-Typ. Erfindungsgemäß kann somit eine Sperrschicht mit ausgezeichneten Rektifizier- oder Gleichrichtereigenschaften erhalten werden. Wenn die µc-Si-Sperrschicht mindestens ein Element wie C, N und/oder O enthält, weist sie einen hohen spezifischen Widerstand und ausgezeichnete Ladungshalteeigenschaften auf.

Es ist darauf hinzuweisen, daß sich µc-Si bezüglich der nachstehend angegebenen physikalischen Eigenschaften deutlich von a-Si und polykristallinem Silizium unterscheidet:

Da a-Si amorph ist, tritt - genauer gesagt - bei Röntgenbeugungsmessung nur Lichthof(störung) auf, und es kann kein Beugungsmuster gemessen werden. Andererseits zeigt µc-Si ein Beugungsmuster, in welchem 20 nahezu 28-28,5 beträgt. Polykristallines Silizium besitzt einen Dunkelwiderstand von 10⁶ Ω · cm, µc-Si einen solchen von 10¹¹ Ω · cm oder höher. Das µc-Si ist durch Mikrokristalle einer Teilchengröße in der Größenordnung entsprechend einem Mehrfachen von 10 Å oder einem Mehrfachen von 1 nm oder mehr gebildet.

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

Fig. 1 eine Schnittansicht eines elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements gemäß der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte elektrophotographische lichtempfindliche Element gemäß der Erfindung umfaßt eine auf einem leitfähigen Schichtträger 21 aus z. B. Aluminium ausgebildete Sperrschicht 22 und eine auf letzterer ausgebildete photoleitende Schicht oder Photoleiterschicht 23, auf welcher wiederum eine Oberflächenschicht 24 erzeugt ist. Die Sperrschicht 22 besteht aus amorphem Bornitrid (im folgenden auch als a-BN bezeichnet). Die auf der Sperrschicht 22 ausgebildete Photoleiterschicht 23 besteht aus a-Si mit 1-10 Atom-% Wasserstoff. Die Oberflächenschicht 24 besteht aus µc-Si mit mindestens einem Element, wie C, O und/oder N.

Die Sperrschicht 22 begrenzt das Fließen von Ladungsträgern (Elektronen oder Elektronenmangelstellen bzw. Löcher) aus dem leitfähigen Schichtträger zur Photoleiterschicht; sie verbessert damit die Ladungshaltefunktion des elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements und demzufolge seine Aufladeeigenschaften. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht die Sperrschicht 22 aus a-BN, das normalerweise amorph ist und Wasserstoff enthält. Dieses a-BN ist ähnlich einem eigenleitenden Halbleiter (i-Typ) und besitzt einen hohen Widerstand sowie gute Bindungseigenschaften gegenüber dem leitfähigen Schichtträger. Die Sperrschicht besitzt vorzugsweise eine Dicke von 0,01-10 µm.

Die Photoleiterschicht 23 besteht aus a-Si und enthält vorzugsweise 1-10 Atom-% Wasserstoff. Idealerweise weist die Photoleiterschicht keine Fangstelle für das Einfangen von Ladungsträgern auf. Falls die Siliziumschicht jedoch nicht monokristallin ist, weist sie ein gewisses Ausmaß an Unregelmäßigkeit und nichtpaarige bzw. schaukelnde (dangling) Bindungen auf. Wenn diese Schicht dabei Wasserstoff enthält, dienen Wasserstoffionen als Abschluß (terminator) der nichtpaarigen Siliziumbindungen zum Kompensieren derselben unter Verbesserung der Ladungsträger-Übertragungseigenschaften. Der Wasserstoffgehalt beträgt bevorzugt 1-10 Atom-%. Wenn der Wasserstoffgehalt 10 Atom-% übersteigt, liegen vorwiegend SiH₂- oder (SiH₂) _n -Bindungen vor; infolgedessen vergrößert sich die Zahl der nichtpaarigen Bindungen unter Verschlechterung der Photoleitereigenschaften des Elements, so daß sich kein lichtempfindlicher Körper der gewünschten Charakteristika erzielen läßt. Wenn der Wasserstoffgehalt unter 1 Atom-% liegt, vermögen die Wasserstoffionen die nichtpaarigen Bindungen nicht zu kompensieren, was verringerte Ladungsträgermobilität und -lebensdauer zur Folge hat.

Die auf der Photoleiterschicht 23 ausgebildete Oberflächenschicht 24 besteht aus µc-Si mit C, O oder N. Wenn die Oberflächenschicht 24 vorgesehen ist, ist die Photoleiterschicht 23 unter Verbesserung ihrer Aufladeeigenschaften, so daß Ladungen an die Oberflächenschicht angezogen werden, vor Beschädigung geschützt. Da das a-Si der Photoleiterschicht 23 einen vergleichsweise großen Brechungsindex von 3-4 aufweist, tritt an deren Oberfläche leicht eine Lichtreflexion auf. In einem solchen Fall wird die von der Photoleiterschicht absorbierte Lichtmenge entsprechend herabgesetzt und damit der Lichtverlust erhöht. Durch Ausbildung der Oberflächenschicht kann die Lichtreflexion verhindert werden.

Wenn das µc-Si oder a-Si mit mindestens einem Element wie Stickstoff (N), Kohlenstoff (C) und/oder Sauerstoff (O) dotiert ist, ist der Dunkelwiderstand des µc-Si oder a-Si unter Verbesserung seiner Photoleitereigenschaften vergrößert.

Die Stickstoffkonzentration im a-Si, µc-Si und a-BN ändert sich bevorzugt in Richtung der Schichtdicke. Auf diese Weise können die Bindungseigenschaften zwischen den betreffenden Schichten verbessert werden, und die (der) Ladungsträgerübertragung oder -übergang kann störungsfrei stattfinden.

Fig. 2 veranschaulicht eine Ausführungsform (oder Abwandlung) einer Photoleiterschicht eines funktionsmäßig unterteilten Typs, bei der eine Photoleiterschicht 40 in eine Ladungserzeugungsschicht 34 und eine Ladungsübertragungsschicht 33 unterteilt ist. Bei dieser Ausführungsform sind eine a-BN-Sperrschicht 32, eine Ladungsübertragungsschicht 33 aus a-Si oder µc-Si, eine a-Si-Ladungserzeugungsschicht 34 und eine µc-Si-Oberflächenschicht 35 in dieser Reihenfolge auf einem leitfähigen Schichtträger 31 ausgebildet. Die Ladungserzeugungsschicht 34 erzeugt Ladungsträger bei Bestrahlung mit Licht. Die Ladungsübertragungsschicht 33 überträgt die von der Ladungserzeugungsschicht 34 erzeugten Ladungsträger mit hoher Wirksamkeit oder hohem Wirkungsgrad zum leitfähigen Schichtträger. Durch Dotierung mit Wasserstoff können die Ladungsträger-Übertragungseigenschaften der Ladungsübertragungsschicht 33 verbessert werden. Wenn die Ladungsübertragungsschicht 33 mit einem Element der Gruppe III oder V des Periodensystems schwach dotiert (light-doped) wird, wird unter Verbesserung ihrer Aufladeeigenschaften ihr Dunkelwiderstand verbessert oder vergrößert.

Im folgenden ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Diese zweite Ausführungsform entspricht im wesentlichen der zuerst beschriebenen Ausführungsform, nur mit dem Unterschied, daß die Sperrschicht 22 (Fig. 1) aus µc-Si gebildet ist. Insbesondere besteht dabei die Sperrschicht 22 aus µc-Si mit mindestens einem Element der Gruppe III oder V des Periodensystems. Bevorzugt enthält die Sperrschicht 22 mindestens ein Element wie C, O und/oder N.

Die Sperrschicht 22 begrenzt das Fließen von Ladungsträgern (Elektronen oder Löcher) vom leitfähigen Schichtträger 21 zur Photoleiterschicht 23 zwecks Verbesserung der Ladungshaltefunktion des elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements und seiner Aufladeeigenschaften. Wenn im Carlson-Prozeß die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements (oder Körpers) positiv aufgeladen werden soll, wird eine p-Typ-Sperrschicht vorgesehen, um eine Elektroneninjektion vom Schichtträger zur Photoleiterschicht zu verhindern. Wenn die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements negativ aufgeladen werden soll, wird eine n-Typ-Sperrschicht vorgesehen, um die Injektion von Elektronenmangelstellen oder Löchern vom Schichtträger zur Photoleiterschicht zu verhindern. Die Sperrschicht weist bevorzugt eine Dicke von 0,01-10 µm auf.

Zur Gewinnung von µc-Si des p-Typs wird vorzugsweise mit einem Element der Gruppe III des Periodensystems, z. B. Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In), Thallium (Tl) o. dgl., dotiert. Zur Erzielung von µc-Si des n-Typs wird andererseits vorzugsweise mit einem Element der Gruppe V des Periodensystems, z. B. Stickstoff (N), Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb), Wismuth (Bi) o. dgl., dotiert. Durch Dotierung mit einem p-Typ- oder n-Typ-Fremdatom kann die Übertragung oder der Übergang von Ladungsträgern vom Schichtträger zur Photoleiterschicht verhindert werden.

Wenn der Bandabstand der µc-Si-Schicht erweitert wird, kann diese Schicht als Sperrschicht benutzt werden.

Dies (diese Bandabstandserweiterung) kann durch Dotieren der µc-Si-Schicht mit C, O oder N erfolgen. Wenn die C, O oder N enthaltende µc-Si-Schicht mit einem Element der Gruppe III oder V des Periodensystems dotiert wird, lassen sich ihre Blockier- oder Sperreigenschaften weiter verbessern. Wenn weiterhin eine C, O oder N enthaltende µc-Si-Schicht auf eine ein Element der Gruppe III oder V des Periodensystems enthaltende µc-Si- Schicht aufgebracht wird, erhält man eine Sperrschicht mit ausgezeichneten Auflade- und Ladungshalteeigenschaften.

Im folgenden ist anhand von Fig. 3 eine Vorrichtung zur Herstellung eines elektrophotographischen lichtempfindlichen Elements gemäß der Erfindung beschrieben. dabei sind Gasflaschen 1, 2, 3, 4 jeweils mit einem Rohr- oder Ausgangsgas, wie SiH₄, B₂H₆, H₂, He, Ar, CH₄ und N₂, gefüllt. Von den Gasflaschen 1-4 werden die Gase über entsprechende Durchsatzregelventile 6 und Leitungen 7 einem Mischer 8 zugeführt. An jede Gasflasche 1-4 ist je ein Manometer 5 angeschlossen. Das Strömungsmengen- oder Durchsatz- und Mischungsverhältnis der dem Mischer 8 zugeführten Rohgase kann durch Ablesen der Anzeigen auf den Manometern 5 und mittels der Regelventile 6 eingestellt werden. Die im Mischer 8 gemischten Gase (bzw. das Gasgemisch) werden (wird) in einen Reaktor 9 abgeleitet, dessen Bodenplatte 11 mit einer lotrechten drehbaren Welle 10 versehen ist bzw. von dieser durchsetzt wird. Am oberen Ende der Welle 10 ist eine Tragscheibe 12 befestigt, deren Ebene senkrecht zur Welle 10 verläuft. Innerhalb des Reaktors 9 ist auf die Bodenplatte 11 eine zylindrische Elektrode 13 mit ihrem Zentrum konzentrisch zur Welle 10 aufgesetzt. Ein trommelförmiger Hauptkörper 14 eines lichtempfindlichen Elements ist konzentrisch zur Welle 10 auf der Tragscheibe 12 montiert. Im Inneren des trommelförmigen Hauptkörpers 14 befindet sich ein Heizelement 15. Zwischen die Elektrode 13 und den Hauptkörper 15 ist eine Hochfrequenz-Stromquelle 16 für die Zufuhr von Hochfrequenzstrom zu ihnen geschaltet. Die Welle 10 ist durch einen Motor 18 antreibbar. Der im Reaktor 9 herrschende Druck wird mittels eines Manometers 17 überwacht. Der Reaktor 9 ist über ein Schieber- oder Absperrventil 19 mit einer zweckmäßigen Absaugeinrichtung, z. B. einer Vakuumpumpe, verbunden.

Für die Herstellung eines lichtempfindlichen Elements mittels der beschriebenen Vorrichtung wird zunächst der trommelförmige Hauptkörper 14 in den Reaktor 9 eingesetzt. Das Innere des Reaktors 9 wird dann bei geöffnetem Absperrventil 19 auf einen Unterdruck von weniger als etwa 13,33 Pa (0,1 Torr) evakuiert. Anschließend werden die benötigten Reaktionsgase aus den Gasflaschen 1-4 im vorbestimmten Mischungsverhältnis in den Reaktor 9 eingeleitet bzw. eingesaugt. Hierbei werden diese Gase mit einer solchen Strömungs- oder Durchsatzmenge in den Reaktor 9 eingeführt, daß dessen Innendruck einen Wert von 13,33-133,322 Pa (0,1-1 Torr) erreicht. Hierauf wird zur Drehung des Hauptkörpers 14 der Motor 18 eingeschaltet. Der Hauptkörper 14 wird durch das Heizelement 15 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt; gleichzeitig wird von der Hochfrequenz- Stromquelle 16 her ein Hochfrequenzstrom zwischen Elektrode 13 und Hauptkörper 14 angelegt, um zwischen beiden eine Glimmentladung zu erzeugen. Infolgedessen wird auf den trommelförmigen Hauptkörper 14 eine Schicht aus a-Si, µc-Si oder a-BN aufgedampft. Durch Zufuhr eines Rohgases, wie N₂O, NH₃, NO₂, N₂, CH₄, C₂H₄ oder O₂, kann dabei einer Schicht aus a-Si oder µc-Si ein Element wie N, C oder O einverleibt werden.

Die Dotierung der µc-Si- oder a-Si-Schicht mit z. B. Wasserstoff mittels des Glimmentladungs-Zersetzungsprozesses kann im Reaktor 9 einerseits durch Glimmentladungszersetzung eines Gemisches aus einem Rohgas, wie SiH₄ oder Si₂H₆, der Silanreihe und eines Trägergases, wie Wasserstoff oder Helium, erfolgen. Wahlweise kann die Glimmentladungszersetzung mit einem Gasgemisch aus halogeniertem Silizium, wie SiF₄ oder SiCl₄, und Wasserstoff oder Helium erfolgen. Andererseits kann die Glimmentladungszersetzung auch mit einem gasförmigen Gemisch aus einem Gas der Silanreihe und halogeniertem Silizium vorgenommen werden. Weiterhin ist es auch möglich, eine Schicht aus µc-Si oder a-Si nach einem physikalischen Prozeß, wie Zerstäuben oder Aufsprühen, anstelle der Glimmentladungszersetzung zu erzeugen.

Das elektrophotographische lichtempfindliche Element gemäß der Erfindung bietet die folgenden Vorteile: Da das Erzeugnis (Element) in einem geschlossenen System herstellbar ist, ist eine Gesundheitsgefährdung ausgeschlossen; das elektrophotographische lichtempfindliche Element besitzt eine hohe Wärme-, Feuchtigkeits- und Abriebbeständigkeit bei nur vernachlässigbarer Verschlechterung seiner Eigenschaften im wiederholten Betriebseinsatz über lange Zeiträume hinweg, d. h. es besitzt eine lange effektive Standzeit; da kein Langwellen- Sensibilisierungsstoff, wie GeH₄, eingesetzt zu werden braucht, wird keine Abgasbehandlungsvorrichtung benötigt; schließlich kann das erfindungsgemäße Element in industriellem Maßstab mit hohem Ausbringen hergestellt werden.

Im folgenden ist die Erfindung in Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Nach dem Erwärmen eines leitfähigen (Schicht-)Trägers auf eine Dauertemperatur von etwa 300°C wird mittels gasförmigem Stickstoff auf eine Konzentration von 10% verdünntes gasförmiges B₂H₆ in einer Menge von 500 SCCM (Standard cm³) zugeführt, und das Innere eines Reaktionsraumes wird mittels einer mechanischen Förderpumpe und einer Kreiselpumpe auf etwa 160 Pa (1,2 Torr) evakuiert. Zur Erzeugung eines B₂H₆- und eines N₂-Plasmas wird ein Hochfrequenzstrom von 400 W und 13,56 MHz zwischen eine Elektrode und eine Trommel angelegt, wobei eine Sperrschicht aus wasserstoffhaltigem BN erzeugt wird.

Die Strömungs- oder Durchsatzmenge von gasförmigem SiH₄ wird auf 500 SCCM (Standard cm³), diejenige des gasförmigen B₂H₆ im Verhältnis zur Durchsatzmenge des gasförmigen SiH₄ auf 10^-7 eingestellt, und beide Gase werden in den Reaktionsraum eingeführt. Unter einem Reaktionsdruck von 160 Pa (1,2 Torr) und mit einer Hochfrequenzleistung von 400 W wird eine 30 µm dicke a-Si-Photoleiterschicht erzeugt.

Anschließend wird eine Oberflächenschicht aus µc-Si mit C, O oder N erzeugt.

Das auf diese Weise hergestellte elektrophotographische lichtempfindliche Element wird in einen Halbleiterlaser- Drucker eingebaut, in welchem nach dem Carlson-Prozeß ein Bild erzeugt wird. Selbst bei einem Belichtungswert von 25 Erg/cm² wird dabei ein klares bzw. scharfes Bild mit hoher Auflösung erhalten. Bei Untersuchung der Wiederholbarkeit und Stabilität durch Wiederholung des Kopiervorgangs wird ein ausgezeichnetes Übertragungsbild erhalten; die Trommel selbst zeigt eine ausgezeichnete Haltbarkeit, d. h. Koronalfreiheit sowie Feuchtigkeits- und Verschleißbeständigkeitseigenschaften und dgl..

Beispiel 2

Ein leitfähiger (Schicht-)Träger wird auf eine Temperatur von etwa 300°C erwärmt und auf dieser Temperatur gehalten. Gasförmiges SiH₄ mit einer Strömungs- oder Durchsatzmenge von 200 SCCM (Standard cm³) und gasförmiges B₂H₆ mit einem Durchsatzmengenverhältnis von 10^-8 zur Strömungsmenge von SiH₄ werden miteinander vermischt, und das entsprechende Gemisch wird in einen Reaktionsraum eingeführt. Das Innere des Reaktionsraums wird sodann mittels einer mechanischen Förderpumpe und einer Kreiselpumpe zur Einstellung des Reaktionsdrucks (im Inneren) auf 133,322 Pa (1 Torr) evakuiert. Zwischen eine Elektrode und eine Trommel wird ein Hochfrequenzstrom von 600 W und 13,56 MHz angelegt, um SiH₄-, B₂H₆- und N₂-Plasma zur Ausbildung einer Sperrschicht aus µc-Si des p-Typs zu erzeugen.

Die Strömungs- oder Durchsatzmenge des gasförmigen SiH₄ wird auf 500 SCCM (Standard cm³), diejenige des gasförmigen B₂H₆ im Verhältnis zur Durchsatzmenge von SiH₄ auf 10^-7 eingestellt, und das gebildete Gasgemisch wird in den Reaktionsraum eingeführt. Unter einem Reaktionsdruck von 160 Pa (1,2 Torr) und mit einer Hochfrequenzleistung von 400 W wird eine 30 µm dicke a-Si-Photoleiterschicht erzeugt.

Anschließend wird auf dieselbe Weise, wie oben beschrieben, eine Oberflächenschicht aus µc-Si mit C, O oder N ausgebildet.

Das auf diese Weise hergestellte elektrophotographische lichtempfindliche Element wird in einen Halbleiterlaser- Drucker eingebaut, in welchem nach dem Carlson-Prozeß ein Bild erzeugt wird. Selbst bei einem Belichtungswert von 25 Erg/cm² wird dabei ein klares bzw. scharfes Bild mit hoher Auflösung erhalten. Bei Untersuchung der Wiederholbarkeit und Stabilität durch Wiederholung des Kopiervorgangs wird ein ausgezeichnetes Übertragungsbild erhalten; die Trommel selbst zeigt eine ausgezeichnete Haltbarkeit, d. h. Koronafreiheit sowie Feuchtigkeits- und Verschleißbeständigkeitseigenschaften und dgl..

Beispiel 3

Ein leitfähiger (Schicht-)Träger wird auf eine Dauertemperatur von etwa 300°C erwärmt, worauf gaförmiges SiH₄ mit einer Strömungs- oder Durchsatzmenge von 200 SCCM (Standard cm³), gasförmiges B₂H₆ mit einem Durchsatzmengenverhältnis von 10^-5 zur Durchsatzmenge von SiH₄ und gasförmiges N₂ mit einer Durchsatzmenge von 100 SCCM miteinander vermischt und dann in einen Reaktionsraum eingeführt werden, dessen Inneres hierauf mittels einer mechanischen Förderpumpe und einer Kreiselpumpe zur Einstellung eines Reaktionsdrucks von 133,322 Pa (1 Torr) evakuiert wird. Zwischen eine Elektrode und eine Trommel wird ein Hochfrequenzstrom von 600 W und 13,56 MHz angelegt, um SiH₄-, B₂H₆- und N₂-Plasmen zur Ausbildung einer Sperrschicht aus p-Typ- µc-Si mit N zu erzeugen.

Die Strömungs- oder Durchsatzmenge des gasförmigen SiH₄ wird auf 500 SCCM (Standard cm³), diejenige des gasförmigen B₂H₆ im Verhältnis zur Durchsatzmenge von SiH₄ auf 10^-7 eingestellt, worauf beide Gase in den Reaktionsraum eingeführt werden. Unter einem Reaktionsdruck von 160 Pa (1,2 Torr) und mit einer Hochfrequenzleistung von 400 W wird eine 30 µm dicke a-Si-Photoleiterschicht erzeugt.

Anschließend wird auf dieselbe Weise, wie oben beschrieben, eine Oberflächenschicht aus µc-Si mit C, O oder N erzeugt.

Das auf diese Weise hergesellte elektrophotographische lichtempfindliche Element wird in einen Halbleiterlaser- Drucker eingebaut, in welchem nach dem Carlson-Prozeß ein Bild erzeugt wird. Selbst bei einem Belichtungswert von 25 Erg/cm² wird dabei ein klares bzw. scharfes Bild mit hoher Auflösung erhalten. Bei Untersuchung der Wiederholbarkeit und Stabilität durch Wiederholung des Kopiervorgangs wird ein ausgezeichnetes Übertragungsbild erhalten; die Trommel selbst zeigt eine ausgezeichnete Haltbarkeit, d. h. Koranafreiheit sowie Feuchtigkeits- und Verschleißbeständigkeitseigenschaften und dgl..

Mit der Erfindung wird mithin ein elektrophotographisches lichtempfindliches Element geschaffen, das einen hohen spezifischen Widerstand, ausgezeichnete Aufladeeigenschaften und eine hohe Lichtempfindlichkeit im Bereich des sichtbaren Lichts und in der Nähe des Infrarotlichtbereichs aufweist und das sich einfach herstellen läßt und bedeutsame praktische Vorteile bietet.

Claims (6)

1. Elektrophotographisches lichtempfindliches Element, umfassend
einen leitfähigen Schichtträger (21, 31),
eine photoleitende Schicht oder Photoleiterschicht (23, 33, 34) aus wasserstoffhaltigem, amorphem Silizium und
eine zwischen dem leitfähigen Schichtträger und der Photoleiterschicht vorgesehene Sperrschicht (22, 32), gekennzeichnet durch
eine auf der Photoleiterschicht ausgebildete Oberflächenschicht (24, 35) aus mikrokristallinem Silizium, das mindestens ein Element, wie Stickstoff, Kohlenstoff und/oder Sauerstoff, enthält.

2. Elektrophotographisches lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (22, 32) aus amorphem Bornitrid geformt ist.

3. Elektrophotographisches lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (22, 32) aus mikrokristallinem Silizium mit mindestens einem Element der Gruppe III oder V des Periodensystems geformt ist.

4. Elektrophotographisches lichtempfindliches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (22, 32) mindestens ein Element, wie Kohlenstoff, Sauerstoff und/oder Stickstoff, enthält.

5. Elektrophotographisches lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoleiterschicht (23, 33, 34) 1-10 Atom-% Wasserstoff enthält.

6. Elektrophotographisches lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Sperrschicht (22, 32) im Bereich von nahezu 0,01 µm bis 10 µm liegt.