DE69822111T2

DE69822111T2 - Elektrophotographisches lichtempfindliches Element

Info

Publication number: DE69822111T2
Application number: DE69822111T
Authority: DE
Inventors: Junichiro Ohta-ku Hashizume; Shigenori Ohta-ku Ueda; Makoto Ohta-ku Aoki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: EP0926560A1; EP0926560B1; DE69822111D1; US6238832B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrofotografisches lichtempfindliches Element, und spezieller auf ein elektrofotografisches lichtempfindliches Element ohne Erzeugung einer Schädigung und eines Abriebs und einer hervorragenden Haltbarkeit beim Kopieren, einer langen Lebensdauer in der Verwendung, einer geringen Veränderung der Potentialcharakteristiken, einer hohen Empfindlichkeit und einer geringen Erzeugung des Restbild-Phänomens.
Verwandter Stand der Technik
Zur Verwendung in einem elektrofotografischen lichtempfindlichen Element sind verschiedene Materialien wie etwa Selen, Cadmiumsulfid, Zinkoxid, Phthalocyanin und amorphes Silicium (auf das hiernach als „a-Si" Bezug genommen wird) vorgeschlagen worden. Von diesen ist ein abgeschiedener nicht einkristalliner Film, der als eine Hauptkomponente Siliciumatome enthält und durch a-Si dargestellt wird, zum Beispiel ein amorpher abgeschiedener Film wie etwa ein mit Wasserstoffatomen und/oder Halogen-Atomen (Fluor, Chlor oder dergleichen) ausbalancierter a-Si-Film, als ein nicht verschmutzendes lichtempfindliches Element mit hoher Leistung und hoher Haltbarkeit vorgeschlagen und bereits in der Praxis verwendet worden. Solch ein abgeschiedener Film kann durch verschiedene bekannte Verfahren wie etwa Sputtern, thermische CVD, bei der ein Rohmaterialgas durch Hitze zersetzt wird, Foto-CVD, bei der ein Rohmaterialgas durch Licht zersetzt wird, und Plasma-CVD, bei der ein Rohmaterialgas durch Plasma zersetzt wird, gebildet werden. Insbesondere ist das Plasma-CVD-Verfahren, bei dem das Rohmaterialgas durch Gleichstrom-Glimmentladung, Hochfrequenz (RF, VHF), Mikrowellen oder dergleichen zersetzt wird, um auf einem leitfähigen Substrat wie etwas aus Glas, Quarz, hitzebeständigem Plastikfilm, rostfreiem Stahl oder Aluminium einen dünnen abgeschiedenen Film zu bilden, für die Bildung des abgeschiedenen elektrofotografischen a-Si-Films erheblich entwickelt worden, und verschiedene Geräte sind dafür vorgeschlagen worden.
Zum Beispiel offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 57-115551 ein fotoleitfähiges Element einschließlich einer fotoleitfähigen Schicht aus einem amorphen Material, das im Wesentlichen aus Siliciumatomen besteht und wenigstens entweder Wasserstoffatome oder Halogenatome enthält, und einer darauf gebildeten Oberflächenbarriereschicht aus einem amorphen Material, das aus Silicium- und Kohlenstoffatomen als einer Matrix besteht und Wasserstoffatome enthält. Zudem offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 61-219961 ein elektrofotografisches lichtempfindliches Element, das aus einer lichtempfindlichen Schicht auf a-Si-Basis und einer darauf gebildeten Oberflächenschutzschicht aus amorphem Kohlenstofffilm (auf den hiernach als „a-C:H" Bezug genommen wird) besteht, der zu 10 Atomprozent bis 40 Atomprozent Wasserstoffatome enthält. Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 6-317920 offenbart ein Verfahren zur Verwendung einer hohen Frequenz von 20 MHz oder mehr und zur Bildung eines elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements, das aus einer fotoleitfähigen Schicht aus einem nicht einkristallinen Siliciummaterial, das als eine Matrix Siliciumatome enthält, und einer a-C:H-Oberflächenschutzschicht mit einem Wasserstoffatomgehalt von 8 Atomprozent bis 45 Atomprozent besteht. Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 60-186849 offenbart ein Verfahren und ein Gerät zur Bildung einer elektrofotografischen Vorrichtung mit einer obersten Inhibierungsschicht durch Mikrowellenplasma-CVD unter Verwendung einer Mikrowelle (zum Beispiel 2,45, GHz), um ein Rohmaterialgas zu zersetzen.
Unter Verwendung dieser Technologien ist das elektrofotografische lichtempfindliche Element in den elektrischen, optischen und fotoleitfähigen Eigenschaften und denen der Verwendungsumgebung und in der Haltbarkeit verbessert worden, und zudem wurde eine Verbesserung der Bildqualität möglich.
In den letzten Jahren werden für das elektrofotografische Gerät jedoch eine höhere Bildqualität und eine höhere Geschwindigkeit benötigt. Eine höhere Geschwindigkeit des elektrofotografischen Geräts kann durch Verkürzen der Schritte des Aufladens, der Belichtung, der Entwicklung, der Bildübertragung und der Ladungsbeseitigung erzielt werden. Infolgedessen ist es notwendig, die Vorschubgeschwindigkeit des Kopierblatts zu erhöhen. In solch einem Fall nimmt die Anzahl an Kontakten pro Zeiteinheit und die Kontaktzeit des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements mit dem Kopierblatt oder mit dem Reinigungsmechanismus drastisch zu. Zudem wird eine vollständige Reinigung mit größer werdenden Verfahrensgeschwindigkeit schwieriger. Aus diesem Grund wird im Allgemeinen die Kraft des Kontakts des Reinigungsblatts mit dem elektrofotografischen lichtempfindlichen Element erhöht, um ein fehlerhaftes Reinigen zu verhindern, das durch die Schwingung des Reinigungsblatts oder durch Toner, der unterhalb des Blatts entweicht, verursacht wird. Daher wird mit zunehmender Verfahrensgeschwindigkeit die lichtempfindliche Trommel einer größeren Reibungskraft unterzogen, was zu physikalischen Schäden wie etwa Reibungsschäden oder sogar zum Abrieb der Oberflächenschicht führt, die in dem herkömmlichen Verfahren vollständig intakt war.
Aus diesem Grund war ein elektrofotografisches lichtempfindliches Element erwünscht, das bei jeglichem Hochgeschwindigkeitsverfahren von einem Abrieb des lichtempfindlichen Elements frei ist. Solch ein Abrieb wird ausgeprägter, wenn das elektrofotografische lichtempfindliche Element verkleinert wird, um das elektrofotografische Gerät kompakter zu machen. Um solch eine Schädigung oder einen Abrieb zu vermeiden, wird die äußerste Oberfläche des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements härter oder rutschiger gemacht.
Als ein Material, das solch eine Aufgabe erfüllt, erregt ein wasserstoffhaltiger amorpher Kohlenstofffilm (auf den hiernach als „a-C:H-Film" Bezug genommen wird), Aufmerksamkeit. Es wird angenommen, dass ein a-C:H-Film, der auch als diamantartiger Kohlenstoff (DLC) bekannt ist, für die vorstehend beschriebene Aufgabe aufgrund einer sehr großen Härte und einer speziellen Schmiereigenschaft ein optimales Material ist. Allerdings zeigt der a-C:H-Film, obwohl er eine sehr große Härte hat, eine hohe Spannung in dem Film und neigt dazu, leicht abgelöst zu werden. Aus diesem Grund war eine Technologie erwünscht, die einen Film mit notwendiger Dicke ohne Ablösen abscheiden kann. Zudem benötigt die Filmqualität eines Halbleiterfilms unter Berücksichtigung der Verwendung in dem elektrofotografischen lichtempfindlichen Element eine Verbesserung. Wenn spezieller der a-C:H-Film in der Oberfläche des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements verwendet wird, verursacht er oftmals nachteilige Effekte wie etwa eine verringerte Empfindlichkeit, ein vergrößertes Restbild-Phänomen und ein erhöhtes Restpotential.
Mit zunehmender Verfahrensgeschwindigkeit zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Geräts wird andererseits die Aufladefähigkeit aufgrund einer kürzeren Aufladezeit verringert. Bei solch einer Verringerung der Aufladefähigkeit kann ein erwünschtes Aufladepotential nicht erzielt werden, solange nicht die geladenen Ladungen entsprechend erhöht werden, und die Menge an zum Ableiten solcher erhöhten Ladungen benötigten Fototrägern nimmt unvermeidbarerweise zu. Daher werden die Aufladefähigkeit und die Empfindlichkeit im Allgemeinen verringert, wenn die Verfahrensgeschwindigkeit größer wird. Aus diesem Grund sind die Verbesserungen in der Aufladefähigkeit und der Empfindlichkeit noch notwendiger.
Darüberhinaus ist in den letzten Jahren zusätzlich zu einer Produktivität eine höhere Bildqualität für ein elektrofotografisches Hochgeschwindigkeitsgerät sehr notwendig, obwohl eher die Produktivität als die Bildqualität so sehr für das herkömmliche elektrofotografische Hochgeschwindigkeitsgerät erforderlich war. Das a-Si verwendende elektrofotografische lichtempfindliche Element neigt dazu, das Restbild-Phänomen zu zeigen, bei dem ein vorausgehend kopiertes Bild in dünner Weise in einem Anteil mit mittlerer Dichte auf ein nächstes kopiertes Bild kopiert wird, und die Verbesserung solch eines Restbild-Phänomens ist in den letzten Jahren für die höhere Bildqualität strikt erforderlich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind:

(1) elektrofotografisches lichtempfindliches Element mit befriedigender Haltbarkeit, das keine Schädigung oder Abrieb in einer Langzeitverwendung erzeugt, für das gegenwärtige elektrofotografische Gerät mit hoher Geschwindigkeit und langer Lebensdauer bereitzustellen, dessen Gerätekörper irgendeinen Aufbau hat;
(2) eine Oberflächenschicht bereitzustellen, die unter jeglicher Bedingung keine Nachteile wie etwa ein Ablösen des Films aufweist;
(3) ein elektrofotografisches lichtempfindliches Element bereitzustellen, das zur Verwendung in einem elektrofotografischen Gerät optimal ist und selbst in einem elektrofotografischen Hochgeschwindigkeitsverfahren eine ausreichende Aufladungsfähigkeit, eine hohe Empfindlichkeit und ein ausreichend niedriges Restpotential bereitstellen kann; und
(4) ein elektrofotografisches lichtempfindliches Element bereitzustellen, das die gegenwärtige Anforderung an eine höhere Bildqualität für das elektrofotografische Gerät auf befriedigende Weise erfüllen kann, das nämlich auf stabile Weise ein Halbton-Bild mit gleichmäßiger Dichte und geringem Restbild-Phänomen und ein scharfes Bild mit hoher Auflösung in einer Langzeitverwendung bereitstellen kann.

Es ist zudem eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrofotografisches lichtempfindliches Element bereitzustellen, das umfasst: auf einem leitfähigen Substrat eine fotoleitfähige Schicht bestehend aus einem nicht einkristallinen Material, das Siliciumatome als eine Matrix enthält, und eine Oberflächenschicht bestehend aus nicht einkristallinem Kohlenstoff, der wenigstens Wasserstoff enthält, wobei die Oberflächenschicht über eine Referenzlänge von 5 μm eine Oberflächenrauhigkeit Rz im Bereich von 500 Å bis 2000 Å aufweist und wenigstens Sauerstoff-, Stickstoff-, Fluor- und Boratome enthält.
In der Oberflächenschicht des vorstehend erwähnten lichtempfindlichen Elements kann der Gehalt der Sauerstoff-, Stickstoff-, Fluor- und Boratome größer als der in der an die Oberflächenschicht angrenzenden Schicht sein, und eine Pufferschicht kann zwischen der fotoleitfähigen Schicht und der Oberflächenschicht bereitgestellt sein.
Die Pufferschicht kann aus einem nicht einkristallinen Material bestehen, das als eine Matrix Siliciumatome und des Weiteren Kohlenstoffatome enthält, und kann gleichzeitig Sauerstoff-, Stickstoff-, Fluor- und Boratome enthalten, und der Gehalt eines jeden solcher Atome kann größer eingestellt werden als der in der fotoleitfähigen Schicht, die an die Pufferschicht angrenzt.
Darüber hinaus liegt die Summe der Gehalte der Sauerstoff-, Stickstoff-, Fluor- und Boratome in der Oberflächenschicht wünschenswerterweise innerhalb eines Bereichs von 0,001 Atomprozent bis 5 Atomprozent.
Um die vorstehend erwähnten Aufgaben zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausprobiert, einen nicht einkristallinen Kohlenstofffilm (auf den hiernach als „a-C:H-Film" Bezug genommen wird) als die Oberflächenschutzschicht zu verwenden. Wie in dem Vorhergehenden erläutert, hat der a-C:H-Film eine sehr große Härte, wie aus dem Namen DLC (diamond-like carbon, diamantartiger Kohlenstoff) ersichtlich ist, und für die Verwendung einer aus einem a-C:H-Film bestehenden Oberflächenschutzschicht in dem herkömmlichen elektrofotografischen lichtempfindlichen Element wurde gefunden, dass sie einen signifikanten Effekt des Verhinderns eines Verkratzens oder einer Schädigung auf dem lichtempfindlichen Element zeigt. Da allerdings solch ein a-C:H-Film, der eine hohe Beständigkeit gegenüber Verkratzen hat, eine hohe innere Spannung zeigt und sich sehr leicht ablöst, war es nicht einfach, solch einen Film mit einer erwünschten Filmdicke auf reproduzierbare Weise abzuscheiden und solch einen Film als die Oberflächenschicht des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements auf effektive Weise zu verwenden.
Eine weitere Studie hinsichtlich der Leichtigkeit des Ablösens hat enthüllt, dass dieses mit der Oberflächenrauhigkeit der a-C:H-Schicht in Beziehung steht. Spezieller wird eine befriedigende Anhaftung erzielt, wenn die Oberflächenrauhigkeit Rz der Oberflächenschicht über eine Referenzlänge von 5 μm 500 Å oder mehr beträgt. Eine größere Oberflächenrauhigkeit der a-C:H-Oberflächenschicht bedeutet eine rauere Grenzfläche zwischen der Oberflächenschicht und der fotoleitfähigen Schicht, und die verbesserte Anhaftung wird vermutlich durch einen vergrößerten Kontaktbereich erzielt. Andererseits wurde für eine Oberflächenrauhigkeit Rz, die 2000 Å übersteigt, gefunden, dass sie zu einem Verlust der Empfindlichkeit führt. Der Grund für dieses Phänomen ist gegenwärtig nicht geklärt, aber es wird angenommen, dass er mit der durch die Oberflächenrauhigkeit verursachten Lichtstreuung in Beziehung steht. Für die Beständigkeit gegenüber Ablösen wurde gefunden, dass sie ausreichend hoch ist, wenn die Oberflächenrauhigkeit Rz der a-C:H-Schicht selber in einem Bereich von 500 Å bis 2000 Å liegt, und es ist nicht notwendig gewesen, die Oberflächenrauhigkeit der fotoleitfähigen Schicht direkt zu definieren.
Ein spezielles Merkmal der vorliegenden Erfindung ist des Weiteren, dass in der a-C:H-Schicht N-, O-, F- und B-Atome gleichzeitig mit Gehalten enthalten sind, die höher sind als jene in einer Schicht, die an die a-C:H-Schicht angrenzt. Für die gleichzeitige Anwesenheit all dieser Atome wurde gefunden, dass sie die Anhaftung der Oberflächenschicht weitergehend verbessert. Ein Ablösen aus unbekanntem Grund, das gelegentlich angetroffen wird, selbst wenn die Oberflächenrauhigkeit innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs eingeregelt wird, kann durch die Gegenwart dieser Atome auf im Wesentlichen Null verringert werden.
Für den Effekt der Gehalte an N-, O-, F- und B-Atomen in der Oberflächenschicht zeigt sich, dass er nicht nur zur Verbesserung der Anhaftung, sondern auch zur Verbesserung der Aufladefähigkeit und der Lichtempfindlichkeit des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements und bei der Verringerung des Restbild-Phänomens effektiv ist. Es wird angenommen, dass die N-, O-, F- und B-Atome Strukturdefekte in dem a-C:H-Film beseitigen, indem sie zu einer Relaxation von dessen Struktur führen und zudem auf effektive Weise als terminierende Elemente fungieren. Die halbleitenden Eigenschaften des a-C:H-Films sind noch in der Entwicklung und haben noch Raum zur Verbesserung, aber von den N-, O-, F- und B-Atomen wird angenommen, dass sie eine spezielle Affinität zu dem a-C:H-Film haben und auf effektive Weise die Dichte lokaler Energieniveaus, die durch die im Film vorliegenden Strukturdefekte erzeugt werden, verringert. Diese Atome verhindern daher eine Injektion von Ladungsträgern durch die in der Oberflächenschicht vorliegenden Struktureffekte, wodurch sie die Aufladungsfähigkeit verbessern. Zudem verhindern sie ein Einfangen der Fototräger in den lokalen Energieniveaus, wodurch sie die Lichtempfindlichkeit verbessern und das Restbild-Phänomen verringern.
Die Summe der Gehalte an N-, O-, F- und B-Atomen liegt wünschenswerterweise in einem Bereich von 0,001 Atomprozent bis 5 Atomprozent. Atomprozent meint das Verhältnis der Anzahl an interessierenden Atomen zu der Gesamtanzahl aller Atome.
Die vorstehend erwähnten Effekte können nicht erzielt werden, wenn der aufsummierte Gehalt weniger als 0,001 Atomprozent beträgt. Wenn andererseits der aufsummierte Gehalt 5 Atomprozent übersteigt, zeigt der a-C:H-Film eine verkleinerte Bandlücke, was zu einer Verschlechterung der Lichtempfindlichkeit führt. Zudem sollte der Gehalt eines jeden der vorstehenden Elemente wenigstens 0,0001 Atomprozent betragen.
Die vorstehend beschriebenen Effekte können erzielt werden, wenn die N-, O-, F- und B-Atome gleichzeitig enthalten sind. Die Kombination dieser Elemente ist wichtig, da die Verbesserung der Aufladefähigkeit, der Empfindlichkeit und des Restbild-Phänomens in dem Fall, in dem irgendeines dieser Elemente nicht vorliegt, nicht erzielt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die 1, 2, 3, 4 und 5 sind schematische Querschnittsansichten, die bevorzugte Ausführungsformen des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements der vorliegenden Erfindung zeigen; und
die 6 und 7 sind schematische Querschnittsansichten, die Beispiele für das Gerät zur Herstellung des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements der vorliegenden Erfindung zeigen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung detaillierter mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben. Die 1 bis 5 sind schematische Querschnittsansichten, die Ausführungsformen des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements der vorliegenden Erfindung zeigen. Die 1 zeigt ein lichtempfindliches Element des so genannten Einschicht-Typs, in dem eine fotoleitfähige Schicht nicht funktionell getrennt ist und das eine fotoleitfähige a-Si-Schicht 102, die wenigstens Wasserstoff enthält, und eine Oberflächenschicht 103, die aus nicht einkristallinem Kohlenstoff besteht, aufweist, die in dieser Reihenfolge auf einem leitfähigen Substrat 101 abgeschieden sind. Die Oberflächenschicht 103 enthält N-, O-, F- und B-Atome in Gehalten, die größer sind als jene in der fotoleitfähigen Schicht 102, und hat über eine Referenzlänge von 5 μm eine Oberflächenrauhigkeit Rz, die innerhalb eines Bereichs von 500 Å bis 2000 Å eingeregelt ist.
Die 2 ist eine schematische Ansicht, die den Fall des Bereitstellens einer Pufferschicht 204 zwischen der Oberflächenschicht 203 und der fotoleitfähigen Schicht 202 des in 1 gezeigten elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements zeigt. Die Oberflächenschicht 203 enthält N-, O-, F- und B-Atome in Gehalten, die größer sind als jene in der Pufferschicht 204, und hat über eine Referenzlänge von 5 μm eine Oberflächenrauhigkeit Rz, die innerhalb eines Bereichs von 500 Å bis 2000 Å eingeregelt ist. In diesem Fall können die Gehalte der N-, O-, F- und B-Atome in der Pufferschicht 204 größer eingestellt werden als jene in der fotoleitfähigen Schicht 202.
Die 3 ist eine schematische Ansicht, die den Fall des Bereitstellens einer unteren Inhibierungsschicht 305 zwischen der fotoleitfähigen Schicht 302 und dem leitfähigen Substrat 301 in dem elektrofotografischen lichtempfindlichen Element der vorliegenden Erfindung zeigt, das in 1 gezeigt ist. Die 4 zeigt ein lichtempfindliches Element des so genannten funktionell getrennten Typs, in dem die fotoleitfähige Schicht funktionell in eine Ladungserzeugungsschicht und eine Ladungstransportschicht getrennt ist. Auf einem leitfähigen Substrat 401 ist, wenn notwendig, eine untere Inhibierungsschicht 401 gebildet. Darauf sind a-Si-Schichten, die wenigstens Wasserstoff enthalten und eine Ladungstransportschicht 406 und eine Ladungserzeugungsschicht 402 bilden, die funktionell getrennt sind, gebildet, und des Weiteren ist darauf eine Oberflächenschicht 403 abgeschieden, die aus nicht einkristallinem Kohlenstoff besteht. Die Ladungstransportschicht 406 und die Ladungserzeugungsschicht 402 müssen nicht notwendigerweise in der in 4 veranschaulichten Reihenfolge bereitgestellt sein, sondern können in einer beliebigen Reihenfolge bereitgestellt sein. Wenn die funktionelle Trennung der Schicht durch Variieren der Schichtzusammensetzung erzielt wird, kann solch eine Variation der Zusammensetzung zudem in einer kontinuierlichen Weise erfolgen.
Die 5 ist eine schematische Ansicht eines Aufbaus des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements, das aus einem leitfähigen Substrat 501, einer unteren Inhibierungsschicht 505, einer fotoleitfähigen Schicht 502, einer Pufferschicht 504 und einer Oberflächenschicht 503 besteht.
Bei den fotoempfindlichen Elementen, die in den 1 bis 5 gezeigt sind, kann jede der bildenden Schichten eine kontinuierliche Variation der Zusammensetzung einschließen, und eine ausgeprägte Grenzfläche muss nicht notwendigerweise zwischen diesen Schichten vorliegen.
Die leitfähigen Substrate 101, 201, 301, 401 oder 501 zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung können aus einem Material bestehen oder eine Gestalt haben, die gemäß ihrem Verwendungszweck bestimmt sind. Hinsichtlich der Gestalt ist zum Beispiel ein zylindrisches Substrat im Falle der Verwendung als das elektrofotografische lichtempfindliche Element wünschenswert, aber gemäß der Notwendigkeit kann die Gestalt einer flachen Platte, die Gestalt eines endlosen Bandes oder andere Gestalten angenommen werden. Die Dicke des Substrats wird geeignet bestimmt, um ein erwünschtes elektrofotografisches lichtempfindliches Element zu erhalten, kann aber innerhalb eines Ausmaßes, in dem sich die Funktion des Substrats auf befriedigende Weise zeigt, wenn eine Flexibilität benötigt wird, so klein wie möglich gemacht werden. Allerdings beträgt die Dicke des Substrats üblicherweise 10 μm oder mehr unter Berücksichtigung der Leichtigkeit der Herstellung, der Handhabung und der mechanischen Festigkeit. Das Substrat kann aus Kupfer, Aluminium, Gold, Silber, Platin; Blei; Nickel, Cobalt, Eisen, Chrom, Molybdän, Titan, rostfreiem Stahl oder einem Verbundmaterial, das wenigstens zwei der vorhergehenden Materialien enthält, oder aus einem isolierenden Material wie etwa Polyester, Polyethylen, Polycarbonat, Celluloseacetat, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polystyrol, Glaskeramiken oder Papier, die mit einem leitfähigen Material bedeckt sind, bestehen.
Die untere Inhibierungsschicht 305, 405 oder 505 in dem elektrofotografischen lichtempfindlichen Element der vorliegenden Erfindung hat eine so genannte Polaritätsabhängigkeit, die in dem Fall, dass die freie Oberfläche des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements einem Aufladungsprozess einer bestimmten Polarität unterzogen wird, eine Funktion des Inhibierens einer Ladungsinjektion von dem leitfähigen Substrat zu der fotoleitfähigen Schicht zeigt, aber in dem Fall, dass es einem Aufladungsprozess entgegengesetzter Polarität unterzogen wird, keine solche Funktion zeigt. Um solch eine Funktion zu verwirklichen, enthält die untere Inhibierungsschicht 305, 405 oder 505 verglichen mit der fotoleitfähigen Schicht Atome, die die Leitfähigkeit steuern, in einer relativ großen Menge. Die Leitfähigkeit steuernden Atome, die in der unteren Inhibierungsschicht 305, 405 oder 505 enthalten sind, können jene der Gruppe IIIb oder Vb des Periodensystems sein. Die Menge der Leitfähigkeit steuernden Atome, die in der unteren Inhibierungsschicht 305, 405 oder 505 enthalten sind, kann geeignet bestimmt werden, um die Aufgaben der vorliegenden Erfindung auf effektive Weise zu lösen, aber sie liegt bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 10 bis 1 × 10⁴ Atom-ppm, mehr bevorzugt 50. bis 5 × 10³ Atom-ppm und mehr bevorzugt 1 × 10² bis 1 × 10³ Atom-ppm.
Die untere Inhibierungsschicht 305, 405 oder 505 kann des Weiteren wenigstens Kohlenstoff-, Stickstoff- oder Sauerstoffatome enthalten, um die Anhaftung an eine weitere Schicht zu verbessern, die im direkten Kontakt mit der unteren Inhibierungsschicht steht. Der Gehalt der Kohlenstoffatome und/oder der Stickstoffatome und/oder der Sauerstoffatome, die in der gesamten unteren Inhibierungsschicht enthalten sind, liegt als der Gehalt eines einzelnen Elements, wenn das einzelne Element verwendet wird, oder als der aufsummierte Gehalt, wenn zwei oder mehr Elemente verwendet werden, bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 1 × 10^–3 bis 50 Atomprozent, mehr bevorzugt von 5 × 10^–3 bis 30 Atomprozent und am meisten bevorzugt von 1 × 10^–2 bis 10 Atomprozent.
Wasserstoff- und/oder Halogenatome, die in der unteren Inhibierungsschicht enthalten sind, gleichen baumelnde Bindungen aus, die in der Schicht vorliegen, und sind somit zur Verbesserung der Filmqualität effektiv. Die Gesamtmenge an Wasserstoff- und/oder Halogenatomen, die in der unteren Inhibierungsschicht vorliegen, liegt bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 1 Atomprozent bis 50 Atomprozent, mehr bevorzugt von 5 Atomprozent bis 40 Atomprozent und am meisten bevorzugt von 10 Atomprozent bis 30 Atomprozent.
Die Dicke der unteren Inhibierungsschicht liegt bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 5 μm und am meisten bevorzugt von 1 bis 4 μm, um die erwünschten elektrofotografischen Eigenschaften und eine hohe Empfindlichkeit auf wirtschaftliche Weise zu erzielen.
Die fotoleitfähige Schicht 102, 202, 302, 402 oder 502 in dem elektrofotografischen lichtempfindlichen Element der vorliegenden Erfindung enthält notwendigerweise Wasserstoff- und/oder Halogenatome, um die baumelnden Bindungen der Siliciumatome auszugleichen, um die Qualität der Schicht und insbesondere die Fotoleitfähigkeits- und Ladungsrückhaltungseigenschaften zu verbessern. Der Gehalt an Wasserstoffatomen oder Halogenatomen oder der aufsummierte Gehalt an Wasserstoffatomen und Halogenatomen liegt bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 10 Atomprozent bis 30 Atomprozent und mehr bevorzugt von 15 Atomprozent bis 25 Atomprozent, bezogen auf die Summe an Siliciumatomen und Wasserstoffatomen und/oder Halogenatomen. Die Menge der in der fotoleitfähigen Schicht enthaltenen Wasserstoffatome und/oder Halogenatome kann bei der Schichtbildung zum Beispiel durch die Temperatur eines Substrats, die in einen Reaktor eingebrachte Menge eines Rohmaterials, das zum Einbringen von Wasserstoffatomen und/oder Halogenatomen verwendet wird, eine elektrische Entladeenergie usw. gesteuert werden.
Wenn notwendig, enthält die fotoleitfähige Schicht 102, 202, 302, 402 oder 502 bevorzugt Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit. Solche Leitfähigkeit steuernden Atome können ähnlich zu jenen sein, die in der unteren Inhibierungsschicht verwendet werden. Der Gehalt an Leitfähigkeit steuernden Atomen in der fotoleitfähigen Schicht liegt bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 1 × 10^–2 bis 1 × 10⁴ Atom-ppm, mehr bevorzugt von 5 × 10^–2 bis 5 × 10³ Atom-ppm und am meisten bevorzugt von 1 × 10^–1 bis 1 × 10³ Atom-ppm.
Es ist zudem effektiv, Kohlenstoffatome und/oder Sauerstoffatome und/oder Stickstoffatome in die fotoleitfähige Schicht einzuschließen. Der Gehalt dieser Atome liegt hinsichtlich der Summe an Silicium-, Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffatomen bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 1 × 10^–5 bis 10 Atomprozent, mehr bevorzugt von 1 × 10^–4 bis 8 Atomprozent und am meisten bevorzugt von 1 × 10^–3 bis 5 Atomprozent. Die Kohlenstoffatome und/oder Sauerstoffatome und/oder Stickstoffatome müssen nicht notwendigerweise über die gesamte Schicht enthalten sein, sondern können nur in einem Teil der Schicht enthalten sein oder können in einer Verteilung mit unterschiedlichen Konzentrationen in der Dickenrichtung enthalten sein.
Die Dicke der fotoleitfähigen Schicht wird geeignet bestimmt, so dass die erwünschten elektrofotografischen Eigenschaften erzielt werden und unter Berücksichtigung des wirtschaftlichen Effekts, und liegt bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 10 bis 50 μm, mehr bevorzugt von 20 bis 45 μm und am meisten bevorzugt von 25 bis 40 μm.
Wenn notwendig, ist die Pufferschicht 204 oder 504 bereitgestellt, damit die fotoleitfähige Schicht 202, 502 und die Oberflächenschicht 203, 503 mechanisch und elektrisch zueinander passen. Unter Berücksichtigung, dass die fotoleitfähige Schicht 202, 502 und die Oberflächenschicht 203, 503 zueinander passen, besteht die Pufferschicht bevorzugt aus einer SiC-Schicht mit einer Zwischenzusammensetzung. Die Pufferschicht 204 oder 504 kann eine gleichmäßige Schicht mit einer konstanten Zusammensetzung sein, oder sie kann in der Zusammensetzung kontinuierlich variieren. Die Pufferschicht kann, falls notwendig, N-, O-, F- und B-Atome enthalten. In solch einem Fall kann ihr Gehalt größer eingestellt werden als der in der fotoleitfähigen Schicht, um die Anhaftung zu verbessern.
Die Pufferschicht 204 oder 504 kann zudem Leitfähigkeit steuernde Atome ähnlich zu dem Fall der unteren Inhibierungsschicht 305 oder 505 enthalten. Als die in der Pufferschicht enthaltenen Leitfähigkeit steuernden Atome können Atome der Gruppe IIIb oder Vb des Periodensystems verwendet werden. In der vorliegenden Erfindung ist der Gehalt der in der Pufferschicht enthaltenen Leitfähigkeit steuernden Atome geeignet bestimmt, so dass die Aufgaben der vorliegenden Erfindung effektiv gelöst werden, liegt aber bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 10 bis 1 × 10⁴ Atomprozent, mehr bevorzugt von 50 bis 5 × 10³ Atomprozent und am meisten bevorzugt von 1 × 10² bis 1 × 10³ Atomprozent.
Die Dicke der Pufferschicht ist gemäß dem Zweck geeignet ausgewählt, liegt aber im Allgemeinen innerhalb eines Bereichs von 0,01 μm bis 10 μm, mehr bevorzugt von 0,05 μm bis 5 μm und mehr bevorzugt von 0,1 μm bis 1 μm.
Die Oberflächenschicht 103, 203, 303, 403 oder 503 der vorliegenden Erfindung besteht aus nicht einkristallinem Kohlenstoff. Der nicht einkristalline Kohlenstoff bezeichnet hauptsächlich amorphen Kohlenstoff mit Eigenschaften zwischen jenen von Graphit und Diamant, kann aber teilweise Mikrokristalle oder Polykristalle enthalten. Die Oberflächenschicht hat eine freie Oberfläche und ist bereitgestellt, um die Aufgaben der vorliegenden Erfindung zum Verhindern der Schädigung oder des Abriebs hauptsächlich bei einer Langzeitverwendung und der Verbesserung der Aufladungsfähigkeit und der Empfindlichkeit ohne ein Ablösen und einen Anstieg des Restpotenzials und des Restbild-Phänomens zu erzielen.
Die Oberflächenschicht der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung von Plasma-CVD, Sputtern oder Ionenplattieren und unter Verwendung von gasförmigem Kohlenwasserstoff bei gewöhnlicher Temperatur und Atmosphärendruck hergestellt werden, aber der durch Plasma-CVD hergestellte Film zeigt eine hohe Transparenz und große Härte und ist zur Verwendung als die Oberflächenschicht des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements geeignet. Das Plasma-CVD-Verfahren zur Herstellung der Oberflächenschicht kann irgendeine Entladungsfrequenz verwenden. Industriell kann vorteilhaft eine hohe Frequenz von 1 bis 450 MHz, das so genannte RF-Band, insbesondere von 13,56 MHz verwendet werden. Zur Bildung der Oberflächenschicht ist es mehr bevorzugt, das sogenannte VHF-Band von 50 bis 450 MHz zu verwenden, da die Transparenz und die Härte weiter verbessert werden können.
Für die Oberflächenschicht 103, 203, 303, 403 oder 503 der vorliegenden Erfindung ist es notwendig, über eine Referenzlänge von 5 μm eine Oberflächenrauhigkeit Rz innerhalb eines Bereichs von 500 Å bis 2000 Å aufzuweisen. Die Oberflächenrauhigkeit der Oberflächenschicht kann innerhalb eines solchen Bereichs eingeregelt werden, in dem feine Unregelmäßigkeiten durch Optimieren der Schleifbedingungen für das leitfähige Substrat gebildet werden. Die Rauhigkeit kann zudem gesteuert werden, indem verschiedene Parameter bei der Herstellung der fotoleitfähigen Schicht 102, 202, 302, 402 oder 502 reguliert werden. Die Oberflächenrauhigkeit wird im Allgemeinen mit einem Anstieg der elektrischen Entladeenergie oder der Vorspannung größer. Nach dem Abscheiden der fotoleitfähigen Schicht oder der Pufferschicht kann die Oberflächenrauhigkeit zudem eingestellt werden, indem die Oberfläche der Schicht durch Erzeugung von Plasmaentladung in einem fluorhaltigen Gas oder in einem Wasserstoffgas geätzt wird.
Um die Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu erzielen, ist es notwendig, dass des Weiteren alle der N-, O-, F- und B-Atome in der Oberflächenschicht enthalten sind. Es wird angenommen, dass das Vorliegen dieser Atome auf effektive Weise die Struktureffekte in dem Film durch einen speziellen synergistischen Effekt mit dem a-C:H-Film ausgleicht, wodurch die Dichte lokaler Energieniveaus verringert wird. Im Ergebnis wird die Transparenz des Films verbessert, so dass die unerwünschte Lichtabsorption in dem Film unterdrückt wird, wodurch die Lichtempfindlichkeit drastisch verbessert wird. Zudem wird die Oberflächenschicht verdichtet, wodurch die Injektion geladener Träger unterdrückt wird, so dass die Aufladeeigenschaften verbessert werden. Gleichzeitig zeigen die N-, O-, F- und B-Atome einen Effekt der Verbesserung der Filmanhaftung, wodurch ein Material mit einer hohen inneren Spannung wie etwa der a-C:H-Film verwendet werden kann, ohne dass sich der Film ablöst.
Der aufsummierte Gehalt der N-, O-, F- und B-Atome liegt wünschenswerter Weise innerhalb eines Bereichs von 0,001 Atomprozent bis 5 Atomprozent. Die vorstehend erwähnten Effekte werden verringert, wenn der Gehalt weniger als 0,001 Atomprozent beträgt. Andererseits verringert ein über 5 Atomprozent hinausgehender Gehalt die Bandlücke des a-C:H-Films, was zu einer Verschlechterung der Lichtempfindlichkeit führt. Zudem beträgt jeder Gehalt der vorstehenden Atome wünschenswerter Weise 0,0001 Atomprozent oder mehr.
Für den a-C:H-Film, der als die Oberflächenschicht in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist es notwendig, dass er eine geeignete Menge an Wasserstoffatomen enthält. Der Wasserstoffgehalt in dem a-C:H-Film, der durch H/(C+H) definiert ist, liegt innerhalb eines Bereichs von 10 Atomprozent bis 60 Atomprozent, bevorzugt von 20 Atomprozent bis 40 Atomprozent. Ein Wasserstoffgehalt von weniger als 10 Atomprozent verkleinert die optische Bandlücke, was zu einer nicht geeigneten Empfindlichkeit führt, während ein über 60 Atomprozent hinausgehender Wasserstoffgehalt die Härte verringert, was das Verkratzen stimuliert. Im Allgemeinen sollte die optische Bandlücke vorteilhafter Weise innerhalb eines Bereichs von 1,2 eV bis 2,2 eV liegen und beträgt bevorzugt 1,6 eV oder mehr unter Berücksichtigung der Empfindlichkeit. Der Brechungsindex sollte vorteilhafterweise innerhalb eines Bereichs von etwa 1,8 bis etwa 2,8 liegen. Die Filmdicke liegt innerhalb eines Bereichs von 50 bis 10.000 Å, bevorzugt von 100 Å bis 2.000 Å. Eine Dicke von weniger als 50 Å resultiert in einer unzureichenden mechanischen Festigkeit während eine über 10.000Å hinausgehende Dicke zu einer unzureichenden Lichtempfindhichkeit führt.
Zudem kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Oberflächenschicht des Weiteren Atome zur Steuerung der Leitfähigkeit enthalten. Solche Leitfähigkeit steuernden Atome können so genannte Verunreinigungen auf dem Gebiet eines Halbleiters sein und können die Atome sein, die zu der Gruppe IIIb des Periodensystems gehören, um eine p-artige Leitfähigkeit bereitzustellen (auf die hiernach als "Atome der Gruppe IIIb" Bezug genommen wird), oder die Atome sein, die zu der Gruppe Vb des Periodensystems gehören, um eine n-artige Leitfähigkeit bereitzustellen (auf die hiernach als "Atome der Gruppe Vb" Bezug genommen wird). Der Gehalt der Leitfähigkeit steuernden Atome kann geeignet bestimmt werden, liegt aber bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 10 bis 1 × 10⁴ Atom-ppm, mehr bevorzugt von 50 bis 5 × 10³ Atom-ppm und am meisten bevorzugt von 1 × 10² bis 1 × 10³ Atom-ppm.
Die a-C:H-Oberflächenschicht der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren Halogenatome enthalten, falls es notwendig ist.
Die Substrattemperatur wird bei der Schichtbildung innerhalb eines Bereichs von Raumtemperatur bis 350°C eingeregelt, aber eine relativ niedrige Temperatur ist bevorzugt, da eine übermäßig hohe Substrattemperatur die Bandlücke verkleinert, so dass die Transparenz verschlechtert wird. Die Hochfrequenzenergie ist bevorzugt so groß wie möglich, um eine ausreichende Zersetzung von Kohlenwasserstoff zu erzielen, und beträgt spezieller 5 W/cm³ oder mehr hinsichthich des Rohmaterial-Kohlenwasserstoffgases, sollte aber bei einem Niveau gehalten werden, das keine abnormale Entladung verursacht, da eine übermäßig hohe Energie abnormale Entladung erzeugt, was zu einer Verschlechterung der Eigenschaften des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements führt. Der Druck des Entladungsraums wird bevorzugt bei einem relativ hohen Vakuum gehalten, da es im Falle der Filmbildung mit einem Rohmaterialgas wie etwa Kohlenwasserstoff nicht wahrscheinlich ist, dass es leicht zersetzt wird, da die gegenseitige Kollision zersetzter Spezies in der Gasphase leicht zu einer Polymerbildung führt. Der Druck in dem Entladungsraum wird im Allgemeinen innerhalb eines Bereichs von 13,3 Pa bis 1330 Pa im Falle gewöhnlicher RF-Energie (repräsentativ 13,56 MHz) oder von 13,3 mPa bis 13,3 Pa im Falle des VHF-Bandes (repräsentativ 50 bis 450 MHz) gehalten.
Die Leitfähigkeit steuernden Atome, die in der vorliegenden Erfindung zu verwenden sind, schließen als die Atome der Gruppe IIIb B (Bor), Al (Aluminium), Ga (Gallium), In (Indium), oder Ta (Tallium) ein, und insbesondere B, Al und Ga werden bevorzugt verwendet. Sie schließen zudem als die Atome der Gruppe Vb P (Phosphor), As (Arsen), Sb (Antimon) oder Bi (Bismuth) ein, und insbesondere P und As werden bevorzugt verwendet.
Die Atome der Gruppe IIIb oder die Atome der Gruppe Vb können bei der Schichterzeugung in eine Schicht eingebracht werden, indem ein Rohmaterial zum Einbringen der Atome der Gruppe IIIb oder Vb , im gasförmigen Zustand zusammen mit anderen Gasen in die Reaktionskammer eingeleitet wird. Es ist bevorzugt, als das Rohmaterial zum Einbringen der Atome der Gruppe IIIb oder Vb ein bei gewöhnlicher Temperatur und Atmosphärendruck gasförmiges Material oder ein Material, das wenigstens unter den Bedingungen der Schichterzeugung leicht vergast werden kann, zu verwenden. Beispiele für ein solches Rohmaterial zum Einbringen der Atome der Gruppe IIIb schließen zum Einbringen von Boratomen Borhydride wie etwa B₂H₆, B₄H₁₀, B₅H₉, B₅H₁₁, B₆H₁₀, B₆H₁₂ und B₆₁₄ und Borhalogenide wie etwa BF₃, BCl₃ und BBr₃ ein. Beispiele für das vorstehende Rohmaterial schließen des Weiteren AlCl₃, GaCl₃, Gd(CH₃)₃, InCl₃ und TiCl₃ ein. Zudem schließen Beispiele für das Rohmaterial zum Einbringen der Atome der Gruppe Vb zum Einbringen von Phosphoratomen Phosphorhydride wie etwa PH₃ und P₂H₄ und Phosphorhalogenide wie etwa PH₄I, PF₃, PF₅, PCl₃, PCl₅, PBr₃, PBr₅ oder Pl₃ ein. Beispiele für das Rohmaterial zum Einbringen der Atome der Gruppe Vb schließen des Weiteren AsH₃, AsF₃, AsCl₃, AsBr₃, AsF₅, SbH₃, SbF₃, SbF₅, SbCl₃, SbCl₃, BiH₃, BiCl₃ und BiBr₃ ein. Diese Rohmaterialien zum Einbringen der Leitfähigkeit steuernden Atome können geeignet mit H₂ und/oder He verdünnt werden.
Das Material für ein Gas, das zum Zuführen von Si in der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist, sind gasförmige oder vergasbare Siliciumhydride (Silane) wie etwa SiH₄, Si₂H₆, Si₃H₈ und Si₄H₁₀. SiH₄ und Si₂H₆ sind unter Berücksichtigung einer einfachen Handhabung bei der Schichtbildung und einer hohen Effizienz des Zuführens von Si bevorzugt.
Um Wasserstoffatome in die zu bildenden Schichten strukturell einzubringen und um zudem die Steuerung des eingebrachten Anteils an Wasserstoffatomen zu vereinfachen und die Filmeigenschaften, die die Aufgaben der vorliegenden Erfindung erfüllen, zu erhalten, kann die Schichtbildung durchgeführt werden, indem die vorstehend genannten Gase mit einer erwünschten Menge an H₂ und/oder He ebenso wie mit Gas einer wasserstoffhaltigen Siliciumverbindung vermischt werden. Zudem braucht jedes Gas nicht von einer einzelnen Art zu sein, sondern kann eine Mischung einer Vielzahl von Spezies in einem vorbestimmten Mischungsverhältnis sein.
Die Strömungsgeschwindigkeit von H₂ und/oder He, die als das verdünnende Gas verwendet werden, kann gemäß der Gestaltung der Schichten geeignet ausgewählt werden, aber hinsichtlich des Si zuführenden Gases werden H₂ und/oder He im Allgemeinen innerhalb eines Bereiches des Drei- bis Zwanzigfachen des gewöhnlichen Falles, bevorzugt des Vier- bis Fünfzehnfachen und am meisten bevorzugt des Zünf- bis Zehnfachen eingeregelt.
Bevorzugte Beispiele für das Rohmaterial zum Zuführen eines Halogenatoms, das in der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist, schließen gasförmige oder vergasbare Halogenverbindungen wie etwa Halogengase, Halogenide, Interhalogenverbindungen und halogensubstituierte Silanderivate ein. Zudem können effektiv gasförmige oder vergasbare halogenhaltige Siliciumhydride verwendet werden, die aus Siliciumatomen und Halogenatomen bestehen. Bevorzugte Beispiele für die in der vorliegenden Erfindung zu verwendende Halogenverbindung schließen Fluorgas (F₂), CF₄, C₂F₆, C₃F₈, C₄F₁₀ und Interhalogenverbindungen wie etwa BrF, ClF, ClF₃, BrF₃, BrF₅, IF₃ und IF₇ ein. Bevorzugte Beispiele für halogenhaltige Siliciumverbindungen oder halogensubstituierte Silanderivate schließen Siliciumfluoride wie etwa SiF₄ und Si₂F₆ ein.
Das Material für ein Gas zum Zuführen von Kohlenstoff können gasförmige oder vergasbare Kohlenwasserstoffe wie etwa CH₄, C₂H₆, C₃H₈ oder C₄H₁₀ sein. CH₄ und C₂H₆ werden hinsichtlich einer einfachen Handhabung bei der Schichtbildung und einer hohen Effizienz des Zuführens von Si bevorzugt verwendet.
Das Material für ein Gas zum Zuführen von Stickstoff oder Sauerstoff können gasförmige oder vergasbare Verbindungen wie etwa NH₃, NO, N₂O, NO₂, O₂, COL, CO₂ und N₂ sein.
Die in jeder Schicht enthaltenen Atome können über solch eine Schicht gleichmäßig verteilt sein, oder sie können in der gesamten Dickenrichtung enthalten oder können ungleichmäßig verteilt sein. In jedem Fall ist es allerdings notwendig, dass die Atome in einer Ebene entlang einer Richtung parallel zu der Oberfläche des Substrats gleichmäßig enthalten sind, um gleichmäßige Eigenschaften in der Ebene zu erhalten.
Der Gasdruck in der Reaktionskammer wird gemäß der Gestaltung der Schichten geeignet ausgewählt, wird aber üblicherweise innerhalb eines Bereichs von 13,3 mPa bis 133 Pa, bevorzugt von 66,5 mPa bis 665 Pa und am meisten bevorzugt von 133 mPa bis 133 Pa gehalten.
Die elektrische Entladeenergie wird gemäß der Gestaltung der Schichten ebenfalls geeignet ausgewählt, aber die Entladeenergie wird hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit Gases zum Zuführen von Si im Allgemeinen innerhalb eines Bereichs von dem 2- bis 7-Fachen des üblichen Falls, bevorzugt 2,5- bis 6-Fachen und am meisten bevorzugt 3- bis 5-Fachen ausgewählt.
Die Substrattemperatur wird ebenfalls in Abhängigkeit von der Gestaltung der Schichten geeignet ausgewählt, wird aber bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 50°C bis 500°C, mehr bevorzugt von 200°C bis 350°C ausgewählt.
In der vorliegenden Erfindung werden das Mischungsverhältnis der Rohmaterialgase, der Gasdruck, die Substrattemperatur und die elektrische Entladeenergie zum Bilden der verschiedenen Schichten wünschenswerter Weise innerhalb der vorstehend angegebenen numerischen Bereiche eingestellt, aber diese Bedingungen werden im Allgemeinen nicht unabhängig bestimmt, sondern werden wünschenswerterweise in einer gegenseitigen Beziehung zur Bildung der abgeschiedenen Filme mit den erwünschten Eigenschaften bestimmt.
Im Folgenden wird ein Gerät zur Bildung der abgeschiedenen Filme durch Hochfrequenz-Plasma-CVD und ein Verfahren zur Bildung solcher Filme erläutert.
Die 6 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel des Geräts zur Herstellung des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements durch Hochfrequenz-Plasma-CVD (auf das hiernach als „RF-PCVD" Bezug genommen wird) zeigt. Das in 6 gezeigte Gerät, das RF-PCVD verwendet, ist auf die folgende Weise aufgebaut. Grundsätzlich besteht das Gerät aus einem Abscheidungsgerät 5100, einem Gerät 5200 zum Zuführen von Rohmaterialgas und einem Auslassgerät 5117 zur Verringerung des Innendrucks einer Reaktionskammer 5111. In der Reaktionskammer 5111 des Abscheidungsgeräts 5100 sind ein leitfähiges Substrat 5112, ein Substratheizer 5113 und eine Rohmaterialgas einleitende Röhre 5114 bereitgestellt, und ein Hochfrequenz-Anpassungskasten 5115 ist damit verbunden.
Das Rohmaterialgas zuführende Gerät 5200 besteht aus Behältern 5221 bis 5226 für die Rohmaterialien wie etwa SiH₄, H₂, CH₄, NO, B₂H₆ und GeH₄, Ventilen 5231 bis 5236, 5241 bis 5246 und 5251 bis 5256 und Massenstrom-Steuerbausteinen 5211 bis 5216, und jeder Gasbehälter ist durch ein Ventil 5260 mit der Gas einleitenden Röhre 5114 in der Reaktionskammer 5111 verbunden.
Die Bildung abgeschiedener Filme unter Verwendung dieses Geräts kann auf die folgende Weise durchgeführt werden. Zuerst wird das leitfähige Substrat 5112 in die Reaktionskammer 5111 gesetzt. Das leitfähige Substrat 5112 ist im Falle des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements bevorzugt zylindrisch. Danach wird das Innere der Reaktionskammer 5111 durch das Auslassgerät 5117 (zum Beispiel eine Vakuumpumpe) evakuiert. Dann wird der Substratheizer 5113 eingestellt, um die Temperatur des leitfähigen Substrats 5112 auf eine vorbestimmte Temperatur innerhalb eines Bereichs von 250°C bis 500°C einzuregeln.
Zum Einleiten der Rohmaterialgase zum Bilden der abgeschiedenen Filme in die Reaktionskammer 5111 wird zuerst bestätigt, dass die Ventile 5231 bis 5236 der Gasbehälter und ein Leckventil 5123 der Reaktionskammer geschlossen sind und dass Einströmungsventile 5251 bis 5256, Ausströmungsventile 5241 bis 5246 und ein Hilfsventil 5260 geöffnet sind. Danach wird ein Hauptventil 5118 geöffnet, und die Innenräume der Reaktionskammer 5111 und der Gasröhren werden entleert. Wenn dann ein Vakuummesser 5124 einen Druck von etwa 6,65 × 10^–4 Pa erreicht, werden das Hilfsventil 5260 und die Ausströmungsventile 5251 bis 5256 geschlossen.
Anschließend werden die Ventile 5231 bis 5236 geöffnet, um die Gase aus den Behältern 5221 bis 5226 einzuleiten, und der Druck jedes Gases wird durch die Druckregulatoren 5261 bis 5266 reguliert (zum Beispiel auf 200 kPa). Dann werden die Einströmungsventile 5241 bis 5246 allmählich geöffnet, um die Gase in die Massenstrom-Steuerbausteine 5211 bis 5216 einzuleiten.
Wenn das leitfähige Substrat 5112 eine vorbestimmte Temperatur erreicht, werden notwendige Ventile der Ausströmungsventile 5251 bis 5256 und des Hilfsventils allmählich geöffnet, wodurch vorbestimmte Gase aus den Gasbehältern 5221 bis 5226 durch das Gaseinleitungsrohr 5114 in die Reaktionskammer 5111 eingeleitet werden. Dann werden die Gase durch die Massenstrom-Steuerbausteine 5211 bis 5216 auf vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeiten einreguliert. Bei diesem Vorgang wird die Blende des Hauptventils 5118 unter Beobachtung des Vakuummessers 5124 auf solch eine Weise reguliert, dass der Innendruck der Reaktionskammer 5111 einen vorbestimmten Druck erreicht, der 133 Pa nicht übersteigt. Wenn der Innendruck stabilisiert ist, wird eine RF-Energiequelle (in den Zeichnungen nicht gezeigt) auf eine erwünschte Energie eingestellt, um die RF-Energie durch den Hochfrequenz-Anpassungskasten 5115 in die Reaktionskammer 5111 einzuleiten, wodurch eine RF-Glimmentladung erzeugt wird. Die Entladungsenergie zersetzt das in die Reaktionskammer eingeleitete Rohmaterialgas, wodurch der vorbestimmte abgeschiedene Film auf dem leitfähigen Substrat 5112 gebildet wird. Nachdem der Film in einer erwünschten Dicke gebildet wurde, wird die RF-Energiezufuhr angehalten, und die Ausströmungsventile werden geschlossen, um die Gaseinleitung in die Reaktionskammer anzuhalten, wodurch die Bildung eines vorbestimmten abgeschiedenen Films vervollständigt wird. Indem solch ein Vorgang viele Male auf eine ähnliche Weise wiederholt wird, kann das elektrophotografische lichtempfindliche Element mit einer Vielschichtstruktur einschließlich zum Beispiel einer unteren Inhibierungsschicht, einer photoleitfähigen Schicht und einer Oberflächenschutzschicht erhalten werden.
Bei der Bildung jeder Schicht sind natürlicherweise alle Ausströmungsventile mit Ausnahme der Ventile für notwendige Gase geschlossen. Um für jedes Gas zu verhindern, dass es in der Reaktionskammer 5111 oder in den Röhren von den Ausströmungsventilen 5251 bis 5256 zu der Reaktionskammer 5111 verbleibt, wird zudem, falls notwendig, ein Vorgang des Verschließens der Ausströmungsventile 5251 bis 5256, des Öffnens des Hilfsventils 5260, des vollständigen Öffnens des Hauptventils 5118 und des Evakuierens des Inneren des Systems auf ein hohes Vakuum durchgeführt. Um eine gleichmäßige Filmbildung zu erzielen, wird das leitfähige Substrat 5112 zudem durch ein Antriebsgerät (in den Zeichnungen nicht gezeigt) mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit während der Filmerzeugung gedreht. Die Gasspezies und der vorstehend erwähnte Ventilvorgang können natürlicherweise gemäß den Bildungsbedingungen einer jeden Schicht modifiziert werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements durch Hochfrequenz-Plasma-CVD unter Verwendung des VHF-Frequenzbandes (auf die hiernach als „VHF-PCVD" Bezug gennommen wird) erläutert. Das Gerät zur Herstellung des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements durch VHF-PCVD kann erhalten werden, indem das in 6 gezeigte RF-PCVD-Abscheidungsgerät 5100 durch ein in 7 gezeigtes Abscheidungsgerät 6100 ersetzt und das Abscheidungsgerät 6100 an das Gerät 5200 zum Zuführen von Rohmaterial angeschlossen wird.
Das vorstehend erwähnte Gerät 6100 besteht aus einer hermetisch verschlossenen und evakuierbaren Reaktionskammer 6111, einem Gerät 5200 zum Zuführen eines Rohmaterials und einem Auslassgerät (in den Zeichnungen nicht gezeigt) zum Verringern des Innendrucks der Reaktionskammer. In der Reaktionskammer 6111 sind ein leitfähiges Substrat 6112, ein Substratheizer 6113, ein Rohmaterialgas einleitendes Rohr (in den Zeichnungen nicht gezeigt) und eine Elektrode 6115 bereitgestellt, und ein Hochfrequenz-Anpassungskasten 6116 ist damit verbunden. Die Reaktionskammer 6111 ist durch ein Auslassrohr 6121 mit einer in den Zeichnungen nicht gezeigten Diffusionspumpe verbunden.
Das Gerät 5200 zum Zuführen von Rohmaterialgas besteht, wie im Vorhergehenden erläutert, aus Behältern 5221 bis 5226 für die Rohmaterialien wie etwa SiH₄, GeH₄, H₂, CH₄, B₂H₆ und PH₃, Ventilen 5231 bis 5236, 5241 bis 5246 und 5251 bis 5256 und Massenstrom-Steuerbausteinen 5211 bis 5216, und die Gasbehälter sind durch ein Ventil 5260 mit dem Gaseinleitungsrohr (in den Zeichnungen nicht gezeigt) in der Reaktionskammer 5111 verbunden. Zudem bildet ein Raum, der von den leitfähigen Substraten 6112 umgeben wird, einen Entladungsraum.
Die Bildung der abgeschiedenen Filme in diesem Gerät durch das VHF-PCVD-Verfahren kann auf die folgende Weise durchgeführt werden. Zuerst wird das leitfähige Substrat 6112 in die Reaktionskammer 6111 gesetzt und durch eine Antriebsvorrichtung 6120 gedreht, und das Innere der Reaktionskammer 6111 wird durch ein in den Zeichnungen nicht gezeigtes Vakuumgerät (zum Beispiel eine Diffusionspumpe) auf einen Druck evakuiert, der 1,33 × 10^–5 Pa nicht übersteigt. Dann wird das leitfähige Substrat 6112 durch den Substratheizer 6113 auf eine vorbestimmte Temperatur innerhalb eines Bereichs von 50°C bis 500°C erhitzt.
Zum Einleiten der Rohmaterialgase zum Bilden der abgeschiedenen Filme in die Reaktionskammer 6111 wird zuerst bestätigt, dass die Ventile 5231 bis 5236 der Gasbehälter und ein in den Zeichnungen nicht gezeigtes Leckventil der Reaktionskammer verschlossen und dass die Einströmungsventile 5241 bis 5246, die Ausströmungsventile 5251 bis 5256 und ein Hilfsventil 5260 geöffnet sind. Danach wird ein Hauptventil (in den Zeichnungen nicht gezeigt) geöffnet, um das Innere der Reaktionskammer 6111 und der Gasröhren zu evakuieren.
Wenn dann ein Vakuummesser (in den Zeichnungen nicht gezeigt) einen Druck von etwa 6,65 × 10^–4 Pa anzeigt, werden das Hilfsventil 5260 und die Ausströmungsventile 5251 bis 5256 geschlossen. Anschließend werden die Ventile 5231 bis 5236 geöffnet, um die Gase aus den Behältern 5221 bis 5226 einzuleiten, und der Druck eines jeden Gases wird durch die Druckregulatoren 5261 bis 5266 bei 2 × 10⁵ Pa eingeregelt (zum Beispiel bei 2 × 10⁵ Pa). Dann werden die Einströmungsventile 5241 bis 5246 allmählich geöffnet, um die Gase in die Massenstrom-Steuerbausteine 5211 bis 5216 einzuleiten.
Nach den vorstehend beschriebenen Vorbereitungen zur Filmbildung werden abgeschiedene Filme auf dem leitfähigen Substrat 6112 auf die folgende Weise gebildet.
Wenn das leitfähige Substrat 6112 eine vorbestimmte Temperatur erreicht, werden notwendige Ventile der Ausströmungsventile 5251 bis 5256 und das Hilfsventil 5260 allmählich geöffnet, wodurch vorbestimmte Gase aus den Gasbehältern 5221 bis 5226 durch das Gaseinleitungsrohr (in den Zeichnungen nicht gezeigt) in den Entladungsraum 6130 in der Reaktionskammer 6111 eingeleitet werden. Dann werden die Gase durch die Massenstrom-Steuerbausteine 5211 bis 5216 auf vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeiten einreguliert. Bei diesem Vorgang wird die Blende des Hauptventils (in den Zeichnungen nicht gezeigt) unter Beobachtung des Vakuummessers auf solch eine Weise reguliert, dass der Druck des Entladungsraums 6130 einen vorbestimmten Druck erreicht, der 133 Pa nicht übersteigt.
Wenn der Innendruck stabilisiert ist, wird eine VHF-Energiequelle (in den Zeichnungen nicht gezeigt) mit zum Beispiel einer Frequenz von 105 MHz auf eine gewünschte Energie eingestellt, um die VHF-Energie durch den Anpassungskasten 6116 in den Entladungsraum 6130 einzuleiten, wodurch eine Glimmentladung erzeugt wird. Dadurch wird innerhalb des durch die Substrate 6112 umgebenen Entladungsraums das eingeleitete Rohmaterialgas durch die Entladungsenergie angeregt und zersetzt, wodurch ein vorbestimmter abgeschiedener Film auf dem leitfähigen Substrat 6112 gebildet wird. Bei diesem Vorgang wird gleichzeitig mit dem Einleiten der VHF-Energie die Ausgabe des Substratheizers 6113 eingestellt, um die Substrattemperatur bei einem vorbestimmten Wert zu variieren. Um eine gleichmäßige Filmbildung zu erzielen, wird das Substrat durch einen Substratrotationsmotor (M) 6120 mit einer erwünschten Rotationsgeschwindigkeit gedreht. Nachdem der Film mit einer erwünschten Dicke gebildet wurde, wird die VHF-Energiezufuhr angehalten, und die Ausströmungsventile werden geschlossen, um die Gaseinleitung in die Reaktionskammer anzuhalten, wodurch die Bildung eines abgeschiedenen Films vervollständigt wird. Indem solch ein Vorgang viele Male auf eine ähnliche Weise wiederholt wird, kann das elektrofotografische lichtempfindliche Element mit einer erwünschten Vielschichtstruktur erhalten werden.
Bei der Bildung jeder Schicht sind natürlicherweise alle Ausströmungsventile mit Ausnahme der Ventile für notwendige Gase geschlossen. Um für jedes Gas zu verhindern, dass es in der Reaktionskammer 6111 oder in den Röhren von den Ausströmungsventilen 5251 bis 5256 zu der Reaktionskammer 6111 verbleibt, wird zudem, falls notwendig, ein Vorgang des Verschließens der Ausströmungsventile 5251 bis 5256, des Öffnens des Hilfsventils 5260, des vollständigen Öffnens des Hauptventils (in den Zeichnungen nicht gezeigt) und des Entleerens des Inneren des Systems auf ein hohes Vakuum durchgeführt. Die Gasspezies und der vorstehend erwähnte Ventilvorgang können natürlicherweise gemäß den Bildungsbedingungen einer jeden Schicht modifiziert werden.
Um das leitfähige Substrat 5112 oder 6112 zu erhitzen, kann jedes im Vakuum verwendete hitzeerzeugende Element verwendet werden, zum Beispiel ein hitzeerzeugender Widerstand wie etwa ein Mantelheizer, ein Spulenheizer, ein plattenförmiger Heizer oder ein keramischer Heizer, eine Hitze einstrahlende Lampe wie etwa eine Halogenlampe oder eine Infrarotlampe, oder ein durch Wärmeaustausch unter Verwendung einer Flüssigkeit; eines Gases oder dergleichen hitzeerzeugendes Element. Das Oberflächenmaterial der Heizeinrichtung kann aus einem Metall wie etwa rostfreiem Stahl, Nickel, Aluminium oder Kupfer und Keramiken aus hitzebeständigen Polymeren bestehen. Auf eine andere Weise ist es zudem möglich, außerhalb der Reaktionskammer 5111 oder 6111 eine Heizkammer bereitzustellen und das leitfähige Substrat 5112 oder 6112 von der Heizkammer zu der Reaktionskammer 5111 oder 6111 zu transportieren, nachdem das Substrat darin erhitzt wurde.
Bei dem VHF-PCVD-Verfahren liegt der Druck des Entladungsraums bevorzugt in einem Bereich von 0,133 Pa bis 66,5 Pa, mehr bevorzugt von 0,1333 Pa bis 40 Pa und am meisten bevorzugt von 0,133 Pa bis 13,3 Pa.
Die in dem Entladungsraum bei dem VHF-PCVD-Verfahren bereitgestellte Elektrode 6115 kann jede Größe und Gestalt haben, solange dies nicht die Entladung stört, aber in der Praxis hat sie bevorzugt die Gestalt eines Zylinders mit einem Durchmesser innerhalb eines Bereichs von 1 mm bis 10 cm. In solch einem Fall kann die Elektrode 6115 eine beliebige Länge haben, solange ein gleichmäßiges elektrisches Feld auf das leitfähige Substrat 6112 angewendet werden kann.
Die Elektrode 6115 kann aus irgendeinem Material mit einer leitfähigen Oberfläche bestehen, zum Beispiel aus einem Metall wie etwa rostfreiem Stahl, Al, Cr, Mo, Au, In, Nb, Te, V, Ti, Pt, Pb oder Fe, oder Legierungen von diesen, oder aus einem Glas oder einem keramischen Material, deren Oberfläche leitfähig gemacht wurde.
Das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte elektrofotografsche lichtempfindliche Element ist, nicht nur für das elektrofotografische Kopiergerät anwendbar, sondern zudem für andere elektrofotografische Anwendungen wie etwa einen Laserstrahldrucker, einen CRT-Drucker, einen LED-Drucker, einen Flüssigkristall-Drucker, ein Laser-Gravurgerät etc.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung durch ihre Beispiele detaillierter beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf solche Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
Das in 1 gezeigte Plasma-CVD-Gerät wurde entwickelt, um eine untere Inhibierungsschicht und eine fotoleitfähige Schicht nacheinander unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen auf einem zylindrischen Al-Substrat abzuscheiden. Dann wurde die Oberfläche der Schicht unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen geätzt, um die Oberflächenrauhigkeit zu modifizieren. Anschließend wurde unter den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen eine Oberflächenschicht abgeschieden, um ein elektrofotografisches lichtempfindliches Element zu vervollständigen. In dem vorliegenden Beispiel wurden sieben lichtempfindliche Elemente (Proben Nr. 1 bis 7) durch variierende Ätzbedingungen hergestellt.
Die Gehalte (Atomprozent) der N-, O-, F- und B-Atome in dem hergestellten elektrofotografischen lichtempfindlichen Element wurden durch SIMS-Analyse in der Oberflächenschicht zu jeweils 0,5%, 0,8%, 0,12% und 2,5% und in der an die Oberflächenschicht angrenzenden fotoleitfähigen Schicht zu jeweils 0,005, 0,007, 0,0035% und 0,0012% bestimmt. Die Oberflächenrauhigkeit des erhaltenen elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements wurde durch AFM (Rasterkraft-Mikroskop) gemessen.
Das so erhaltende elektrofotografische lichtempfindliche Element wurde auf die folgende Weise bewertet.
Anhaftungstest: Die Oberfläche des hergestellten elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements wurde mit einer scharfen Nadel in einem Schraffurmuster zerkratzt. Das fotoempfindliche Element wurde für eine Woche in Wasser eingetaucht, und das Ablösen des Films von dem Kratzer wurde visuell untersucht.
Die Symbole a, b und c bedeuten bei dem Anhaftungstest das Folgende.

a: Es wurde ein sehr befriedigendes Ergebnis ohne ein Ablösen des Films erhalten.
b: Ein Ablösen breitete sich von dem Kratzer sehr lokal aus.
c: In einigen Fällen wurde über einen weiten Bereich ein Ablösen erzeugt.

Test mit erzwungenem Stau: Das lichtempfindliche Element wurde auf ein elektrofotografisches Gerät gesetzt, und während des Blatttransports wurde auf erzwungene Weise ein Blattstau erzeugt. Dieser Vorgang wurde zehnmal wiederholt, und das Ablösen des lichtempfindlichen Elements wurde auf dem erzeugten Bild untersucht.
Die Symbole a, b und c bedeuten bei dem Test mit erzwungenem Stau das Folgende.

a: Es wurde ein sehr befriedigendes Ergebnis ohne Schramme erhalten.
b: Das lichtempfindliche Element wurde leicht verschrammt, aber das Bild war nicht verschrammt, ohne ein praktisches Problem.
c: Eine auf dem erzeugten Bild auftretende Schramme wurde auf dem lichtempfindlichen Element gebildet.

Aufladefähigkeit: Das elektrofotografische lichtempfindliche Element wurde auf ein elektrofotografisches Gerät gesetzt und einer Koronaentladung unterzogen, die durch Anlegen einer hohen Spannung von +6 kV an das Aufladeelement erzeugt wurde, und dann wurde das Dunkel-Oberflächenpotential des lichtempfindlichen Elements an der entwickelnden Position durch ein Oberflächen-Potentialmessgerät gemessen.
Empfindlichkeit: Das elektrofotografische lichtempfindliche Element wurde auf ein vorbestimmtes Dunkel-Oberflächenpotential aufgeladen und dann sofort mit dem Licht einer Halogenlampe bestrahlt, aus dem eine Wellenlänge von 550 nm und mehr durch einen Filter herausgenommen wurde, und die Lichtmenge wurde so einreguliert, dass das Licht-Oberflächenpotential des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements einen vorbestimmten Wert hatte. Die in diesem Zustand benötigte Lichtmenge wurde aus einer Berechnung der Beleuchtungsspannung der Halogenlampe erhalten, und die Empfindlichkeit wurde durch diese Lichtmenge bewertet.
Restpotential: Das elektrofotografische lichtempfindliche Element wurde auf ein vorbestimmtes Dunkel-Oberflächenpotential aufgeladen und sofort mit einem relativ starkem nicht (zum Beispiel 2 L·s) bei einer konstanten Lichtmenge von einer Halogenlampe als einer Lichtquelle bestrahlt. Aus dem Licht der Lichtquelle wurde eine Wellenlänge von 550 nm und mehr mit einem Filter herausgenommen. Nach der Bestrahlung wurde das Licht-Oberflächenpotential des elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements mit einem OberflächenPotentialmessgerät gemessen.
Geistereffekt: Eine Canon-Geistereffekt-Testkarte (Teil Nr.: FY9-9040), auf der ein schwarzer Punkt mit einer Reflexionsdichte von 1,1 und einem Durchmesser von 5 mm anhaftete, wurde an einem vorderen Bildendabschnitt der Originalplatte angeordnet, und eine Canon-Halbton-Karte (Teil Nr.: FY9-9042) wurde darauf überlagert. In dem in diesem Zustand erhaltenen Kopierbild wurde der Geistereffekt bewertet, indem der Unterschied zwischen der Reflexionsdichte einer Geistereffekt-Karte mit einem Durchmesser von 5 mm auf dem Halbton-Kopierbild und der Reflexionsdichte auf dem Halbton-Abschnitt gemessen wurde.
Die Aufladefähigkeit, die Empfindlichkeit, das Restpotential und der Geistereffekt wurden auf die folgende Weise eingeordnet:

a: Hervorragend
b: Gut
c: Kein Problem bei der praktischen Verwendung
d: In einigen Fällen gibt es ein Problem bei der praktischen Verwendung.

Die Ergebnisse der Bewertung sind in Tabelle 4 gezeigt. Das Beispiel 1 zeigt an, dass die vorliegende Erfindung insbesondere effektiv war, wenn die Oberflächenrauhigkeit innerhalb eines Bereichs von 500 Å bis 2000 Å eingeregelt wurde und jedes von N, O, F und B innerhalb eines Bereichs von 0,001 bis 5% enthalten ist.
Beispiel 2
Das in 6 gezeigte Plasma-CVD-Gerät wurde verwendet, um eine untere Inhibierungsschicht und eine lichtempfindliche Schicht nacheinander unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen auf einem zylindrischen Al-Substrat abzuscheiden. Dann wurde die Oberfläche unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen geätzt, um die Oberflächenrauhigkeit auf etwa 800 Å einzuregeln. Dann wurde eine Oberflächenschicht unter den in Tabelle 5 gezeigten Bedingungen abgeschieden, um das elektrofotografische lichtempfindliche Element zu erhalten. In dem vorliegenden Beispiel wurden 8 elektrofotografische lichtempfindliche Elemente (Probe Nr. 1 bis 8) hergestellt, indem die Gehalte an N, O, F und B in der Oberflächenschicht variiert wurden. Die N-, O-, F- und B-Gehalte (Atomprozent) in der Oberflächenschicht des hergestellten elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements wurden durch SIMS-Analyse gemessen. Die Gehalte an N, O, F und B in der an die Oberflächenschicht angrenzenden fotoleitfähigen Schicht betrugen jeweils 0,005, 0,007, 0,0035 und 0,0001.
Das so hergestellte elektrofotografische lichtempfindliche Element wurde auf eine zu Beispiel 1 ähnliche Weise bewertet.
Die Ergebnisse der Bewertung des Beispiels 2 sind in Tabelle 6 gezeigt. Die Ergebnisse des Beispiels 2 zeigen an, dass die vorliegende Erfindung insbesondere effektiv war, wenn die Oberflächenrauhigkeit innerhalb eines Bereichs von 500 Å bis 2000 Å eingeregelt wurde und jedes von N, O, F und B innerhalb eines Bereichs von 0,001 bis 5% enthalten war.
Vergleichsbeispiel 1
Das in 6 gezeigte Plasma-CVD-Gerät wurde verwendet, um eine untere Inhibierungsschicht und eine fotoleitfähige Schicht nacheinander unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen auf einem zylindrischen Al-Substrat abzuscheiden. Dann wurde die Oberfläche der Schicht unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen geätzt, um die Oberflächenrauhigkeit einzuregeln. Dann wurde eine Oberflächenschicht unter den in Tabelle 7 gezeigten Bedingungen abgeschieden, um das elektrofotografische lichtempfindliche Element zu vervollständigen.
Eine SIMS-Analyse ließ erkennen, dass die N-, O-, F-, und B-Gehalte in der Oberflächenschicht des hergestellten elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements von jenen in der an die Oberflächenschicht angrenzenden fotoleitfähigen Schicht nicht sehr verschieden waren. Die Oberflächenrauhigkeit Rz des erhaltenen elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements wurde durch ein AFM (Rasterkraft-Mikroskop) gemessen und betrug etwa 1500 Å.
Das so hergestellte elektrofotografische lichtempfindliche Element wurde auf eine zu Beispiel 1 ähnliche Weise bewertet. Die Ergebnisse der Bewertung des Vergleichsbeispiels 1 sind in Tabelle 8 gezeigt. Die Ergebnisse des Vergleichsbeispiels 1 zeigen an, dass sich die Effekte der vorliegenden Erfindung nicht zeigen konnten, wenn die N-, O-, F- und B-Gehalte in der Oberflächenschicht nicht höher als jene in der angrenzenden Schicht waren, selbst in dem Fall, dass die Oberflächenrauhigkeit innerhalb eines Bereichs von 500 Å bis 2000 Å eingeregelt war.
Beispiel 3
Das in 6 gezeigte Plasma-CVD-Gerät wurde verwendet, um eine untere Inhibierungsschicht und eine fotoleitfähige Schicht nacheinander unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen auf einem zylindrischen Al-Substrat abzuscheiden, und eine a-SiC-Pufferschicht wurde unter den in Tabelle 9 gezeigten Bedingungen abgeschieden.
Dann wurde die Oberfläche der Schicht unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen geätzt, um die Oberflächenrauhigkeit einzuregeln. Danach wurde eine Oberflächenschicht unter den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen abgeschieden, um das elektrofotografische lichtempfindliche Element zu vervollständigen.
In dem so hergestellten elektrofotografischen lichtempfindlichen Element wurden die N-, O-, F- und B-Gehalte (Atomprozent) durch SIMS zu jeweils 0,5%, 0,8%, 0,12 und 2,5% in der Oberflächenschicht, zu jeweils 0,0045%, 0,0085%, 0;0025% und 0,0003% in der an die Oberflächenschicht angrenzenden a-SiC-Pufferschicht und zu jeweils 0,0025%, 0,0045, 0,0015% und 0,0001 in der an die a-SiC-Pufferschicht angrenzenden fotoleitfähigen Schicht gemessen. Die Oberflächenrauhigkeit Rz des hergestellten elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements wurde durch ein AFM (Rasterkraft-Mikroskop) zu etwa 1000 Å gemessen.
Die Tabelle 10 zeigt die Ergebnisse einer zu dem Beispiel 1 ähnlichen Bewertung des so hergestellten elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements. Die Ergebnisse des Beispiels 3 zeigen an, dass die Effekte der vorliegenden Erfindung auf ähnliche Weise erhalten wurden, selbst wenn eine aus a-SiC bestehende Pufferschicht zwischen der fotoleitfähigen Schicht und der Oberflächenschicht bereitgestellt wurde.
Beispiel 4
Das in 6 gezeigte Plasma-CVD-Gerät wurde verwendet, um eine untere Inhibierungsschicht und eine fotoleitfähige Schicht unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen auf einem zylindrischen Al-Substrat und sukzessive unter den in Tabelle 9 gezeigten Bedingungen eine a-SiC-Pufferschicht abzuscheiden, um das elektrofotografische lichtempfindliche Element zu erhalten. In dem vorliegenden Beispiel wurde die Oberflächenschicht unter den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen ohne irgendeine Einregelung der Oberflächenrauhigkeit abgeschieden, um das lichtempfindliche Element zu vervollständigen.
Für das so erhaltene elektrofotografische lichtempfindliche Element wurden die N-, O-, F- und B-Gehalte (Atomprozent) durch SIMS zu jeweils 0,5%, 0,8%, 0,12 und 2,5% in der Oberflächenschicht, zu jeweils 0,0045%, 0,0085%, 0,0025% und 0,0003% in der an die Oberflächenschicht angrenzenden a-SiC-Pufferschicht und zu jeweils 0,0025, 0,0045%, 0,0015 und 0,0001 in der an die a-SiC-Pufferschicht angrenzenden fotoleitfähigen Schicht gemessen. Die Oberflächenrauhigkeit Rz des hergestellten elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements wurde durch ein AFM (Rasterkraft-Mikroskop) zu etwa 2000 Å gemessen.
Eine Bewertung des so hergestellten elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 1 lieferte sehr befriedigende Ergebnisse ähnlich zu Beispiel 3. Diese Ergebnisse zeigen an, dass die Effekte der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, ohne die Oberflächenrauhigkeit irgendwie, zum Beispiel durch Ätzen, einzuregeln, solange die Oberflächenrauhigkeit innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung lag.
Beispiel 5
Das in 6 gezeigte Plasma-CVD-Gerät wurde verwendet, um eine untere Inhibierungsschicht und eine fotoleitfähige Schicht unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen und sukzessive eine a-SiC-Pufferschicht unter den in Tabelle 11 gezeigten Bedingungen auf einem zylindrischen Al-Substrat abzuscheiden, um das elektrofotografische lichtempfindliche Element zu erhalten.
Die a-SiC-Pufferschicht des vorliegenden Beispiels wurde so gebildet, dass sich ihre Zusammensetzung von der fotoleitfähigen Schicht zu der Oberflächenschicht hin glatt verändert. Dann wurde eine Oberflächenschicht unter den in Tabelle 11 gezeigten Bedingungen ohne irgendeine Einregelung der Oberflächenrauhigkeit abgeschieden, um das fotoempfindliche Element zu vervollständigen.
Für das so hergestellte elektrofotografische lichtempfindliche Element wurden die N-, O-, F- und B-Gehalte (Atomprozent) durch SIMS zu jeweils 0,5%, 0,8%, 0,12 und 2,5% in der Oberflächenschicht, zu jeweils 0,0040%, 0,008, 0,0030% und 0,0002% in der Mitte der Dicke der an die Oberflächenschicht angrenzenden a-SiC-Pufferschicht und zu jeweils 0,0015%, 0,0040, 0,0010% und 0,0001 in der an die a-SiC-Pufferschicht angrenzenden fotoleitfähigen Schicht gemessen. Die Oberflächenrauhigkeit Rz des so hergestellten elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements wurde durch ein AFM (Rasterkraft-Mikroskop) zu etwa 1800 Å gemessen.
Eine Bewertung des so hergestellten elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 1 lieferte sehr befriedigende Ergebnisse ähnlich zu Beispiel 3. Diese Ergebnisse zeigen an, dass die Effekte der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, selbst wenn die Zusammensetzung der Pufferschicht in deren Dickenrichtung variierte.
Beispiel 6
Ein in 7 gezeigtes Gerät zur Massenherstellung, das das VHF-Plasma-CVD-Verfahren verwendet, wurde anstelle des in 6 gezeigte Plasma-CVD-Geräts verwendet, um unter den in Tabelle 12 gezeigten Bedingungen eine untere Inhibierungsschicht, eine fotoleitfähige Schicht, eine a-SiC-Pufferschicht und eine Oberflächenschicht auf einem zylindrischen Al-Substrat abzuscheiden, um das elektrofotografische lichtempfindliche Element herzustellen. Das fotoempfindliche Element wurde ohne irgendeine Einregelung der Oberflächenrauhigkeit der Oberflächenschicht vervollständigt. Für das so hergestellte elektrofotografische lichtempfindliche Element wurden die N-, O-, F- und B-Gehalte (Atomprozent) durch SIMS zu jeweils 0,5%, 0,8%, 0,12% und 2,5% in der Oberflächenschicht, zu jeweils 0,0035, 0,075, 0,0015, und 0,0004 in der an die Oberflächenschicht angrenzenden a-SiC-Pufferschicht und zu jeweils 0,0025, 0,0045, 0,0010% und 0,0002 in der an die a-SiC-Pufferschicht angrenzenden fotoleitfähigen Schicht gemessen. Die Oberflächenrauhigkeit Rz des hergestellten elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements wurde durch ein AFM (Rasterkraft-Mikroskop) zu etwa 1800 Å gemessen.
Eine Bewertung des so hergestellten elektrofotografischen lichtempfindlichen Elements in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 1 lieferte sehr befriedigende Ergebnisse ähnlich zu Beispiel 4. Diese Ergebnisse zeigen an, dass die Ergebnisse der vorliegenden Erfindung unabhängig von dem Verfahren zur Filmbildung erhalten wurden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat in einem elektrofotografischen lichtempfindlichen Element mit einer fotoleitfähigen Schicht bestehend aus einem nicht einkristallinen Material, dass Siliciumatome als eine Matrix enthält, und einer aus nicht einkristallinem Kohlenstoff bestehenden Oberflächenschicht, die wenigstens Wasserstoff enthält, auf einem leitfähigem Substrat die Oberflächenschicht über eine Referenzlänge von 5 μm eine Oberflächenrauhigkeit Rz innerhalb eines Bereichs von 500 Å bis 2000 Å und enthält gleichzeitig wenigstens alle von Sauerstoff-, Stickstoff-, Fluor- und Boratomen, und jeder Gehalt von diesen ist größer als jeder von jenen in einer an die Oberflächenschicht angrenzenden Schicht, wodurch die vorliegende Erfindung ein elektrofotografisches lichtempfindliches Element mit hervorragenden elektrischen Eigenschaften und hoher Bildqualität ohne irgendein Ablösen, eine Beschädigung oder einen Abrieb bei einer Langzeitverwendung bereitstellt.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Tabelle 4
Tabelle 5
Tabelle 6
Tabelle 7
Tabelle 8
Tabelle 9
Tabelle 10
Tabelle 11
Tabelle 12

Claims

Elektrofotografisches lichtempfindliches Element mit einer fotoleitfähigen Schicht bestehend aus einem nicht einkristallinen Material, das als eine Matrix Siliciumatome enthält, und einer Oberflächenschicht bestehend aus nicht einkristallinem Kohlenstoff, der wenigstens Wasserstoff enthält, auf einem leitfähigen Substrat, wobei die Oberflächenschicht eine Oberflächenrauhigkeit Rz in einem Bereich von 500 Å bis 2000 Å für ein Referenzlänge von 5 μm aufweist und die Oberflächenschicht wenigstens Sauerstoff, Stickstoff, Fluor und Boratome enthält.
Elektrofotografisches lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, wobei die Gehalte an Sauerstoff-, Stickstoff-, Fluor- und Boratomen in der Oberflächenschicht größer als jene in einer an die Oberflächenschicht angrenzenden Schicht sind.
Elektrofotografisches lichtempfindliches Element nach Anspruch 1 oder 2, das des Weiteren zwischen der fotoleitfähigen Schicht und der Oberflächenschicht eine Pufferschicht umfasst.
Elektrofotografisches lichtempfindliches Element nach Anspruch 3, wobei die Pufferschicht aus einem nicht einkristallinen Material besteht, das Siliciumatome als eine Matrix und des Weiteren Kohlenstoffatome enthält.
Elektrofotografisches lichtempfindliches Element nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Pufferschicht gleichzeitig Sauerstoff-, Stickstoff-, Fluor- und Boratome enthält und die Gehalte der Sauerstoff-, Stickstoff-, Fluor- und Boratome in der Pufferschicht größer als jene in der an die Pufferschicht angrenzenden fotoleitfähigen Schicht sind.
Elektrofotografisches lichtempfindliches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Summe der Gehalte an Sauerstoff-, Stickstoff-, Fluor- und Boratomen, die in der Oberflächenschicht enthalten sind, in einem Bereich von 0,001 Atomprozent bis 5 Atomprozent liegt.
Elektrofotografisches Gerät, das ein elektrofotografisches lichtempfindliches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.