JP2524116B2 - 超薄膜積層構造を有する光受容部材 - Google Patents

超薄膜積層構造を有する光受容部材

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、電子写真用感光体等に用いられる光受容部
材、特に改善された光生成電荷担体走行性および光感度
と有する光受容部材に関する。
〔従来技術の説明〕
従来、電子写真感光体等に用いられる光受容部材とし
ては、その光感度領域の整合性が他の種類の光受容部材
と比較して優れており、また光生成電荷担体(以下「光
キャリア」と記載)の輸送特性が良好であり、加えてビ
ッカース硬度が高く、公害の問題が少ない等の点から、
例えば特開昭54−86341号公報や特開昭56−83746号公報
にみられるようなシリコン原子(Si)を母体とする非晶
質材料、いわゆるアモルファス・シリコン(以後「a−
Si」と略称する。)から成る光受容部材が注目されてい
る。
こうした光受容部材は、基本的に支持体上にa−Si、
特に好ましくは水素原子(H)又はハロゲン原子(X)
の少なくともいずれか一方を含有するa−Si〔以後「a
−Si(H,X)と表記する」。〕で構成されている。しか
し、a−Si(H,X)単体では、電子写真感光体として若
干低抵抗なこと、耐候性が不充分なこと、画像欠陥の発
生しやすいこと、基体シリンダとの密着性が悪い、更に
は半導体レーザーを用いてプリンタを形成するにあたっ
ての赤外感度不足などの問題がある。
これを解決し、生産性の高い薄い膜にて、上記欠点を
克服するために、酸素原子または/および炭素原子また
は/および窒素原子を含有するa−Si(H,X)〔以下a
−Si(O,C,N)(H,X)と記載〕が用いられる。但しa−
Si(O,C,N)(H,X)の問題点は、帯電能が上昇し剥離を
おこすことがなくなるので好ましいにもかかわらず、光
キャリアの走行特性が悪化したり、光メモリーが発生し
たりするため、とりわけ電子写真感光体としての安定性
に不充分さがあることである。更にa−Si(O,C,N)
(H,X)ではa−Si(H,X)に比し、バンドギャップが増
大するため、電子写真の感光体として、赤感度が下ると
いった問題もある。
〔発明の目的〕
本発明は、a−Si(O,C,N)(H,X)で構成される光受
容部材の上記欠点を排除した、電子写真用感光体等に用
いられる光受容部材を提供することを目的とするもので
ある。
即ち、本発明の主たる目的は、長時間の耐久性・安定
性を有して、光応答特性の優れた光受容部材を提供する
ことにある。
本発明の他の目的は、残留電位の問題が殆んどなく、
画像欠陥の問題がなくして、良好な潜像が形成できる電
子写真用光受容部材を提供することにある。
〔発明の構成および効果〕
本発明者等の実験によると、酸素原子または/および
炭素原子または/および窒素原子が含有されると同時
に、光キャリアの発生する層〔電荷発生層−CGLと略
記〕を設けることにより、感度スペクトルに広く光キャ
リア輸送特性に優れた光応答特性の良い、しかも長時間
の耐久によっても画像欠陥や残留電位の発生がない光受
容部材が得られた。
即ち、光導電層に酸素原子または/および炭素原子ま
たは/および窒素原子が含有されると、帯電能が向上
し、剥離をおこさず、画像欠陥の発生が極めて少なくな
るところ、超薄膜積層電荷発生層を設けるに、光キャリ
アの走行に係る全膜厚を薄くでき、その結果ゴーストや
帯電メモリーの発生を極小とでき、しかも充分な光感度
を有するものとされることを見い出したものである。
本発明は上述の実験的に確認された知見に基づいて完
成されたものであり、長時間耐久性と良好なる光応答特
性と併せ持つ、支持体上に、シリコン原子を含有し、同
時に酸素原子または/および炭素原子または/および窒
素原子が含有される光受容部材であって、熱キャリアの
数または/および種類の異なる材料を少なくとも二種以
上、それぞれ超薄膜として交替して複数回積層した電荷
発生層〔以下「超薄膜積層電荷発生層」と記載〕を有す
ることを特徴とする光受容部材である。該光受容部材
は、より詳しくは、支持体と、電磁波エネルギーを受容
して電荷担体を発生する機能を有し、構成原子としてシ
リコン原子と、酸素原子、炭素原子及び窒素原子から選
択された少なくとも一種を含む非晶質材料で構成された
層厚30Å〜50Åの第一の層と、構成原子としてシリコン
原子またはゲムマニウム原子を含む非晶質材料、または
ポリクリスタルシリコン、クリスタルシリコン及びマイ
クロクリスタルシリコンから選択された少なくとも一種
で構成された層厚30Å〜50Åの第二の層の少なくとも二
種類の超薄膜を複数回交互に積層させて成る電荷発生層
と、該電荷発生層に対して支持体側と表面側に分けられ
て配置された、前記電荷発生層において発生された電荷
担体を輸送する機能を有し、シリコン原子と、酸素原
子、炭素原子及び窒素原子から選択される少なくとも一
種とを含む非晶質材料で構成された電荷輸送層を有する
ことを特徴とする超薄膜積層構造を有する光受容部材、
である。
本発明が、特開昭60−140354で開示されたところと異
なる点は、彼がCGLに酸素・炭素・窒素を含有しないの
に対して、本発明ではモルフォロジーマッチングをと
り、応力歪を減じ耐久性を上げるため、CGLに酸素また
は炭素または窒素が混入されてなる点である。
以下、図面を用いて本発明を詳述する。尚、光受容部
材について図示する例は電子写真用のものではあるが、
撮像管ターゲット、長尺ものラインセンサー、フォトダ
イオード、更には光キャリアを利用する装置全般−例え
ば太陽電池なども含む−に適用できるものであり、図示
の例に限定されないのは勿論である。
第1図は、本発明の光受容部材を作製可能なRF放電ま
たはマイクロ波放電を用いた堆積膜形成装置の模式的説
明図である。
堆積膜形成装置は、高真空にし得る堆積室100、パワ
ー導入用の電極を兼ねた周囲壁102、上壁103、底壁10
4、碍子105、加熱用ヒーター107、ガス導入管108、ガス
放出孔109、バルブ110、排気管111、排気バルブ112、電
圧印加手段113、内圧モニター114、ガス供給系200、ガ
スボンベ201〜205、バルブ211〜215、マスフロ−コント
ローラー221〜225、流入バルブ231〜235、流出バルブ24
1〜245、圧力調整器251〜255そして、前記マスフロ−コ
ントローラー221〜225、流出バルブ241〜245および排気
バルブ112を制御するためのマイクロコンピューター
(不図示)から構成され、反応容器100内に円筒状基体1
06が設置される。
該装置を用いて従来の光受容部材を形成するのは公知
であるが、例えば本発明の超薄膜積層構造は前記装置で
以下の様にして形成した。超薄膜形成用の第1の原料ガ
スをガスボンベ201に入れ、第2の原料ガスをガスボン
ベ202に入れ、第1の原料ガス及び第2の原料ガス希釈
用のガスをボンベ203に入れた。
まず、超薄膜積層構造形成前に堆積室100内を十分に
排気して、マスフロ−コントローラー221、222、223及
び流出バルブ241、242、243をマイクロコンピューター
により、第2図に示すように各原料ガスを制御し、堆積
室100に導入した。第2図の流量の変化領域は、流出バ
ルブ241、242の開口度をマイクロコンピュータにより制
御して行った。そして各原料ガスの導入と同時に、RF電
源またはマイクロ波電源である電圧印加手段113より所
定の電力を電極を兼ねた周囲壁102へ導入した。前記超
薄膜積層構造の全体の層厚は、第2図に示す流量の変化
様式で所定の時間保つことで制御した。
本装置を用いた電子写真感光体愛の層構成の例の一つ
を第3図(a)に示す。基体301上に光キャリアが走行
する電荷輸送層(CTL)302が配され更に本発明による超
薄膜積層電荷発生層303が設けられている。本発明によ
る超薄膜積層電荷発生層303の少くとも一つの種類の超
薄膜には、酸素原子、炭素原子、窒素原子の中から選ば
れる少くとも一種の原子が含有されてなり、また一方
で、超薄膜積層構造体の利点である、キャリア輸送能を
損なうことなく所望の波長の光に対して光キャリア生成
能を持たせることができる。殊に本例の如き、電子写真
用受容層に於ては、表面がコロナ帯電、現像剤、クリー
ニング手段、摺察源となる転写紙などに直接曝されるた
めに表面耐久性を上げておくことと、空間電荷の影響を
減じるためにCGLの過剰キャリアをスイープ・アウトし
ておくことが必要とされるから、超薄膜積層電荷発生層
は有効である。
本発明による層構成例を第3図(b)に示す。本例で
はCGLが正孔と電子の両電荷をCTL302、302′に注入でき
る場合には有効であって、本発明による超薄膜積層電荷
発生層を用いると、CGLとCTLの結晶学的整合性が増すの
でキャリアの注入効率が上がり、通常機能分離感光体で
問題となる発生キャリアのCGL/CTL界面に於る捕獲が減
少し、ゴーストや帯電能変化といった問題を解決でき
る。
更に層構成を説明するための別の例を第3図(c)
(d)に示す。これらの例では、CTL302、302′に充分
な電解がかかって帯電能が上昇すべく、下部電荷注入阻
止層305と表面障壁層304が配されている。このような高
電解型では、本発明による超薄膜積層電荷発生層303を
用いることにより、該超薄膜積層電荷発生層が高電界画
像欠陥発生に対して強いので、画像安定性を高めること
ができる。(c)のタイプでは、超薄膜の選択の仕方が
光スペクトルに対して自由度が高い、(d)のタイプで
は特に帯電でCGL303より正孔をスイープ・アウトしな
ければならない時などに、飛程の短いキャリアを有効に
スイープ・アウトできる、といった利点をそれぞれ有し
ている。
本発明の超薄膜を形成する材料としては、a−Si(O,
C,N)(H,X)を母材として与えられる群(即ちa−Si
(O,C,N)(H,X)の他、化学修飾物質や不純物を含むも
の、結晶相を一部含むものなどからなる)から選ばれる
材料(A)と、熱キャリアの数または/および種類が材
料(A)と異なる材料(B)とが選ばれる。
材料(A)に含まれる酸素または炭素または窒素の量
としては全原子数の0.001〜70at%が可能である。また
不純物濃度としては2×10-3〜1×104atomic ppmが適
当である。更に結晶相の体積占有率としては0〜99%が
適当である。
これに対して材料(B)は材料(A)で表わされたも
のの他、熱キャリアの数または種類の異なる半導体材料
であれば任意とされる。とりわけa−Si(H,X)、a−G
e(H,X)、a−SiGe(H,X)それらのp,n伝導型材料が有
効であるが、他にクリスタル・シリコン、ポリクリスタ
ル・シリコン、マイクロクリスタルシリコンやそれらの
p,n伝導型材料、また以上のモルフォオロジー(構成原
子の配列形態)の混在物、などが効果的である。
本発明による光受容部材の作製方法としては、前記し
た装置を用いるほか、よく知られた加熱蒸着、電子ビー
ム蒸着、スパッタリング、RFグロー放電法、マイクロ波
グロー放電法、LP−CVDをはじめ、近年提案されている
別励起ラジカルを会合せしめて堆積するHR−CVDや、SiH
4とF2の酸化反応を用いる堆積法などが適用可能であ
る。
超薄膜積層電荷発生層の作製は、ガス供給源と基体と
の間に配されたマスク付ターンテーブルを回転せしめた
り、マスフロ−コントローラーでガスの流量を制御した
り、バルブの開閉によってガスを断続せしめることによ
って成膜時のガス比率を変化させることによって行われ
る。
〔実施例及び参考例〕
以下本発明に従う光受容部材の実施例を示す。
参考例1 第1図に示した堆積膜形成装置を用いて、また該堆積
膜形成装置を用いた超薄膜積層構造作製方法に従って、
シリンダー状Al基体表面に、第1表で示す層形成条件に
て層形成を行い、第3図(a)に示す層構成の電子写真
用光受容部材を得た。
得られた光受容部材を用いて、NP9030(キヤノン
(株)製)にて画像形成を行ったところ、解像力に優
れ、階調再現性の良好な、鮮明で高濃度の画像が得ら
れ、従来の電子写真用光受容部材と比較して、波長788n
mの半導体レーザー感度が約13%向上した。
参考例2〜9 第1表の第2層の製膜条件のみを、第2表あるいは第
3表に示すように変えた以外は実施例1と同様に第3図
(a)に示す層構成の電子写真用光受容部材を得た。
得られた光受容部材を用いて、NP−7550(キヤノン
(株)製)にて画像形成を行ったところ、解像力に優
れ、階調再現性の良好な、鮮明で高濃度の画像が得られ
た。殊に実施例6,7,9に於ては赤感度が優れていた。
実施例1 第1図に示した堆積膜形成装置を用いて、第4表に示
す条件にて層形成を行い、第3図(b)に示す層構成の
電子写真用光受容部材を得た。
該光受容部材にてNP 9030の画出しテストを行ったと
ころ、解像力に優れ、階調再現性の良好な、鮮明で高濃
度の画像が得られ、従来のものに比して半導体レーザー
感度が約10%向上していることが判明した。
実施例2〜5 第4表に於る第2層の成膜条件を、第5表に示す条件
に変えて実施例1と同じ手法で第3図(b)に示す層構
成の電子写真用光受容部材を得た。NP−7550による画出
しテストの結果、解像力・階調再現性に優れ、鮮明で高
濃度画像の得られる光受容部材であることがわかった。
参考例10 第1図に示した堆積膜形成装置を用いて、第6表に示
す条件として層形成を行い、第3図(c)に示す層構成
の電子写真用光受容部材を得た。
該光受容部材にてNP 9030の画出しテストを行ったと
ころ、解像力に優れ、階調再現性の良好な、鮮明で高濃
度の画像が得られ、従来のものに比して半導体レーザー
感度が約12%向上していることが判明した。
参考例11〜14 第6表に於る第3層の成膜条件を、第7表に示す条件
に変えて実施例15と同じ手法で第3図(c)に示す層構
成の電子写真用光受容部材を得た。NP−7550による画出
しテストの結果、解像力・階調再現性に優れ、鮮明で高
濃度画像の得られる光受要部材であることがわかった。
実施例6 第1図に示した堆積膜形成装置を用いて、第8表に示
す条件にて層形成を行い、第3図(d)に示す層構成の
電子写真用光受容部材を得た。
該光受容部材にてNP 7550の画出しテストを行ったと
ころ、解像力に優れ、階調再現性の良好な、鮮明で高濃
度の画像が得られ、従来のものに比して感度が約7%向
上していることが判明した。
実施例7〜10 第8表に於る第3層の成膜条件を、第9表に示す条件
に変えて実施例6と同じ手法で第3図(d)に示す層構
成の電子写真用光受容部材を得た。NP−7550による画出
しテストの結果、解像力・階調再現性に優れ、鮮明で高
濃度画像の得られる光受容部材であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光受容部材作製装置の模式図であ
り、第2図は第1図の成膜装置に於て超薄膜積層光受容
層を成膜する際のガス・コントロールダイヤグラムの一
例を示す。 第3図は電子写真に適用可能な光受容部材の層構成の例
を示す。 100……高真空にし得る堆積室 102……パワー導入用の電極を兼ねた周囲壁 103……上壁 104……底壁 105……碍子 106……円筒状基体 107……加熱用ヒーター 108……ガス導入管 109……ガス放出孔 110……バルブ 111……排気管 112……排気バルブ 113……電圧印加手段 114……内圧モニター 200……ガス供給系 201〜205……ガスボンベ 211〜215……バルブ 221〜225……マスフロ−コントローラー 231〜235……流入バルブ 241〜245……流出バルブ 251〜255……圧力調節器 301……基体 302、302′……電荷輸送層 303……超薄膜積層電荷発生層 304……表面障壁層 305……電荷注入防止層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−193489(JP,A) 特開 昭62−43653(JP,A) 特開 昭62−161155(JP,A) 特開 昭62−214619(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】支持体と、電磁波エネルギーを受容して電
    荷担体を発生する機能を有し、構成原子としてシリコン
    原子と、酸素原子、炭素原子及び窒素原子から選択され
    た少なくとも一種を含む非晶質材料で構成された層厚30
    Å〜50Åの第一の層と、構成原子としてシリコン原子ま
    たはゲムマニウム原子を含む非晶質材料、またはポリク
    リスタルシリコン、クリスタルシリコン及びマイクロク
    リスタルシリコンから選択された少なくとも一種で構成
    された層厚30Å〜50Åの第二の層の少なくとも二種類の
    超薄膜を複数回交互に積層させて成る電荷発生層と、該
    電荷発生層に対して支持体側と表面側に分けられて配置
    された、前記電荷発生層において発生された電荷担体を
    輸送する機能を有し、シリコン原子と、酸素原子、炭素
    原子及び窒素原子から選択される少なくとも一種とを含
    む非晶質材料で構成された電荷輸送層を有することを特
    徴とする超薄膜積層構造を有する光受容部材。
  2. 【請求項2】前記第二の層は、さらに酸素原子、炭素原
    子及び窒素原子から選択された少なくとも一種を含む特
    許請求の範囲第1項に記載の光受容部材。
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