JP2617417B2 - 電子写真用感光体 - Google Patents

電子写真用感光体

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JP2617417B2
JP2617417B2 JP5287274A JP28727493A JP2617417B2 JP 2617417 B2 JP2617417 B2 JP 2617417B2 JP 5287274 A JP5287274 A JP 5287274A JP 28727493 A JP28727493 A JP 28727493A JP 2617417 B2 JP2617417 B2 JP 2617417B2
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舜平 山崎
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株式会社 半導体エネルギー研究所
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子写真用感光体に関
する。
【0002】
【従来の技術】静電複写機に用いる感光体は、真性のII
−VI族の化合物半導体の光電効果を利用して選択的に静
電気を帯電させていた。しかし、この化合物半導体は、
材料自体が公害物質であり、発ガン性物質が印刷されて
いるに加えて、光照射により発生した電荷によりすでに
帯電した電荷との中和をコントラストを大にして(S/
N比を大きくして)行わしめることには満足できるもの
ではなかった。さらに、耐久性においても不十分であっ
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、非公害物質である珪素を主成分とした電子写真用感
光体の半導体層を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明による電子写真用
感光体は、導電性基板の上に形成され、珪素を主成分と
して水素、弗素あるいは塩素を含み、かつ窒素、酸素ま
たは炭素が添加されたP型もしくはN型の半導体または
P型もしくはN型の半絶縁体からなる第1の非単結晶層
と、第1の非単結晶層の上に形成され、水素、弗素ある
いは塩素を含む真性または実質的に真性の珪素半導体か
らなる第2の非単結晶層と、第2の非単結晶層の上に形
成され、珪素を主成分として水素、弗素あるいは塩素を
含み、かつ炭素が添加された半導体または半絶縁体から
なる第3の非単結晶層とを有する。 また、本発明による
電子写真用感光体は、前記第3の非単結晶層が、エネル
ギバンドギャップの狭い層を間に挟んだ複数のエネルギ
バンドギャップ層からなってもよい。 なお、本発明にい
う非単結晶は、非晶質ないし多結晶の総称であって、プ
ラズマCVDなどで作製した被膜は非晶質と多結晶の区
別がつきにくいので非単結晶の用語を使用する。
【0005】
【作用】本発明は、導電性基板上に珪素を主成分とし、
PまたはN型の半導体または半絶縁体の第1層を設け、
該層上に真性または実質的に真性の珪素半導体の第2の
層を形成したものである。さらに、珪素半導体の第2の
層上に、珪素を主成分とし炭素が添加された半導体また
は半絶縁体の第3の層を形成した。さらに、第3の層
は、エネルギバンド的に井戸構成を有する電荷を捕獲蓄
積させる層とした。すなわち、半導体のクラスタまたは
膜をサンドウィッチ化した電荷捕獲層を設け、該層に帯
電した静電荷と選択的に光励起された電荷とを再結合せ
しめ、また、この静電荷または光励起された多数キャリ
アを裏面の導体に放電せしめる。
【0006】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面に従って説明す
る。 図1は、本発明を適用させるべき静電複写機の要
素を示したものである。すなわち、図1(A)において
導電性基板上に光導電性の半導体1が設けられている。
さらにこの後、図1(C)に示すように、光5を局部的
に吸着した領域6、6′、6″の静電気は導体2へと放
出される。加えて光励起で発生した電気・ホール対のう
ち図面では負の電子がこの正の静電気と再結合して中和
する。このようにして半導体上に選択的に静電気を分布
せしめることができた。
【0007】図2は、この原理を応用した回転ドラム形
の半導体を用いた光導電性半導体層を設けた電子式複写
機の原理を示している。すなわち、回転ドラムの表面部
分はPまたはN型の半導体と真性または実質的に真性の
半導体との多層構造が図1と同様に設けられている。
【0008】さらに、静電気発生源8より放出された静
電気は、ドラムの上面の半導体表面に3のように均一に
分布される。さらに、光源7より物体(例えば印刷され
た紙表面)11の反射光5がスリット9を経てドラム上
を照射する。すると照射された表面領域の半導体中で光
起電力を発生し、その負の電荷の表面静電気との再結合
及び正の電荷の基板導体への放出により、その反射光5
に従って静電気4の濃淡ができる。
【0009】さらに、この回転ドラムの表面は、12の
部分にて炭素粉またはそれと似質の混合物(1.0〜1
00μの粒径)の黒粉体をドラム表面上に分布せしめ
る。するとこの粉体は静電気の量に比例してドラム表面
に付着する。いわゆる「可視化」を行う。
【0010】さらに、このドラムの回転(スピードは1
〜10秒/回転)と同じスピードにてこの黒粉体の表面
に接して被複写体例えば新しい紙13が移動し、この粉
体を被複写体上に付着せしめる。この後この紙13は焼
付、定着を経て複写が完成する。ドラムの表面に残存し
た粉体はブラシ14により完全に除去した後、最初の静
電気発生源に至る。
【0011】図3は、従来の非接合型の光導電性半導体
1のエネルギバンド図である。図面において静電気3、
裏面の導体2が設けられ、光照射により電子・ホール対
が形成されるが、この半導体はCdS等の化合物半導体
であり真性であるため、フェルミレベル22が中央に存
在している。さらにこの半導体1の表面に静電気が吸着
して安定状態になったエネルギバンド図が図3(B)に
示されている。
【0012】本発明のドラムを製造するプラズマCVD
法を用いた製造装置を図4および図5に示す。
【0013】すなわち、真空可能な円筒形反応炉50に
配設したドラム42は直径20〜40cm、長さ25〜
50cmを有しており、このドラム42を0.1〜1回
/秒の速度にて回転させた。ドラムの表面はアルミニュ
ームまたはその化合物よりなり、表面の酸化アルミニュ
ームを珪化物気体を被膜化する前に真空中でプラズマス
パッタにてAr、またはArおよびH2 との混合気体に
よりドラム表面の被形成面をクリーニングして酸化物ま
たは汚物を除去した。この後、珪化物気体であるSiH
4 、SiH2 Cl2 、SiCl4 またはSiF4 を40
より導入する。さらに、P型半導体を形成する場合には
III 価の不純物であるB26 、InCl3 を同時にヘ
リュームなどにより希釈して導入する。この後、プラズ
マを1〜50MHz、1〜10GHzの周波数で100
W〜1KWのパワー(高周波出力)を加え、図5のよう
にドラム42と、ドラムの円筒形に合わせて円弧状にし
た電極47、47′との間にプラズマ化を生ぜしめ、珪
素を主成分とした元素がドラム上に被着するようにこの
ドラムを200〜400℃に加熱しつつ、かつDCプラ
ズマCVDを行った。さらに、B26 、InCl3
導入を中止し、真性または実質的に真性の非単結晶半導
体層を形成させた。
【0014】反応炉内は珪化物気体特にシランを3〜3
0%、He97〜70%とし、さらにB26 またはI
nCl3 を0.1〜5%導入する場合はその量に相当す
る希釈材であるヘリュームを少なくした。ヘリュームは
すべての気体中最も軽く、かつ熱伝導率がAr等に比べ
て約3倍も大きく、反応炉内の均熱化にきわめて好まし
い希釈ガスであった。
【0015】さらには、Heはイオン化する時の電離電
圧が21eVもあり、他の気体の12〜15eVに比べ
てきわめて大きく、結果としてプラズマ状態の持続に対
してもその寄与が大であった。
【0016】さらに、この形成される非単結晶被膜を半
導体ではなく半絶縁体とするためには同様にアンモニア
や炭化水素を添加した。アンモニア添加の場合には、
34-x (0<x<4)が形成され、窒素が10〜5
0原子%添加されると、その膜はEgが2.0〜3.0
eVと、珪素の1.0〜1.8eVよりも大きくするこ
とができ、耐磨耗性も向上した。本発明の静電複写機は
結果として、従来より公知の単純な珪素ではなく、窒素
が10〜50原子%添加され、特にこの半導体の静電気
が吸着する表面またはその近傍に窒素の添加量を大とし
た。炭化水素添加の場合には、メタン、エタン、プロパ
ンを使用でき、Si 1-x x (0<x<1)が形成され、
アンモニア添加と同様の効果を得た。
【0017】本発明の1実施例としては、図6に示すよ
うに、導体基板2上にP型半導体21、真性または実質
的に真性の半導体23よりなる半導体層1を形成した。
すなわち、P型半導体21の形成には、前述のようにB
2 6 またはInCl 3 と、アンモニア、酸素または炭化
水素を添加した。
【0018】この上面に電流を流し得る厚さの絶縁また
は半絶縁膜26ここでは10〜100A(オングストロ
ーム;以下Aと表す)特に30〜50Aの炭化珪素また
は窒化珪素を漸次積層し、光導電性半導体または絶縁体
の層とした。
【0019】この上面に半導体のクラスタ50をエネル
ギ的に井戸型を構成するようにして同じ反応炉にて作製
した。
【0020】さらに、その上面に電流を流し得る厚さの
第2の絶縁または半絶縁膜27を26と同様の作製方法
により形成した。
【0021】半導体のクラスタ50は50A〜5μmの
直径をもつ塊状の半導体であり、また各クラスタ間は互
いに電気的に絶縁されている。平均膜厚が50〜200
0Aの厚さを有するこのクラスタはシランのみを膜26
上にディポジットしてもよく、またはこの珪素に0.1
〜10原子%の炭素や窒素を添加したものであってもよ
い。いずれにしても一度半導体表面よりこの低い(狭
い)エネルギバンドを有する井戸50内に静電荷を蓄積
させた場合でも、面方向に拡散しない程度に絶縁性があ
ることが必要である。この意味で半導体を井戸構造と
し、またその周辺を絶縁性にするための炭素や窒素を添
加することは有効であった。
【0022】さらに、本発明においては、この半導体の
クラスタまたは膜の表面に電流を流し得る厚さの絶縁
物、ここでは炭化珪素や窒化珪素をバリア層27として
30〜100Aの厚さに形成させた。この炭化珪素や
化珪素はエネルギバンド幅が5.0eVであり、これは
酸素を添加して形成した酸化珪素に比べて硬く耐磨耗性
に優れているに加えて、その厚さを30〜100Aと厚
くしても電流を流すことができる。このため酸化珪素の
保護膜に比べて寿命が長いという特徴を有する。
【0023】4及び図5の反応炉においてシランの導
入を中止してアンモニアのみを導入しプラズマ化し、こ
の半導体または半絶縁体の表面を固相−気相反応で窒化
して絶縁膜27を形成してもよい。
【0024】本発明の実施例では、前記アンモニアの代
わりにメタン、エタン、プロパンなどの炭化水素や四塩
化炭素を使用して、保護膜27を炭化珪素とした。
【0025】図6(A)は、注入された電荷に光照射2
0により発生した電子・ホール対の中の少数キャリアが
再結合する場合であり、図6(B)は、正の静電荷が蓄
積されて不揮発性になった場合のエネルギバンド図を示
している。この場合、粉体53がこの静電荷に吸引され
て静電荷の量に比例して絶縁膜27の表面に吸着する。
この図6(A)、(B)の構造の半導体層においてはプ
リントの度に再び静電荷を蓄積させる必要がなく、複数
回プリントする複写機に対して好ましい結果が得られ
る。
【0026】図6(C)は、本発明の他の実施例を示
す。この図面は図6(B)と同様に半導体のクラスタま
たは膜50を有したエネルギバンド的に井戸構成とせし
め、この井戸に静電荷蓄積させるものであるが、その井
戸を挾む膜28、29はプラズマCVD法で作製したた
め、そのエネルギバンド端(エッジ)がソフトになって
いる。この場合は窒素の添加量を調整してEg3〜4e
Vとすることができるため、被膜28、29を30〜5
00Aと厚くしても光照射による感光性を有していた。
【0027】以上の実施例では、井戸構造を示したが、
表面静電気の状態によっては井戸構造とせずに単一表面
層にできることはいうまでもない。
【0028】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は従来のCdsなどの化合物半導体を用いた静電複写機
に比べて安価な珪素を主成分とした半導体による感光体
を提供した。その半導体中特にその表面またはその近傍
に炭素を添加して硬くし耐摩耗性を向上した。なお、前
記表面は、半絶縁化することにより静電気のリークを防
止した。導体基板またはドラム近傍にはP型の半導体を
設け、I−P接合を作ることにより内部電界を発生せし
め、S/N比(表面電位を100〜150V以上とさせ
る)を向上させた。
【0029】さらに、アルミニュームまたはその化合物
の導電性基板を使用すれば、導電性基板と第1の非単結
晶層とのオーム接触がよくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)、(B)、(C)は、各々、本発明にな
る静電気の局部的な帯電の原理を示す略図である。
【図2】ドラム式の静電複写機の原理を示す略図であ
る。
【図3】(A)、(B)は、従来の複写機用半導体のエ
ネルギバンド図を示である。
【図4】本発明の感光体を作るためのプラズマCVD法
を用いた製造装置の原理を示す概略斜視図である。
【図5】図4の概略側面図である。
【図6】(A)、(B)、(C)は、本発明の感光体の
エネルギバンド構造を示す図である。
【符号の説明】
1 半導体層 2 導体基板 3 静電気 4 静電気 5 反射光 6、6′、6″ 領域 7 光源 8 静電気発生源 9 スリット 14 ブラシ 20 光照射 22 フェルミレベル 23 半導体 26 半絶縁膜 27 半絶縁膜 絶縁膜 28 膜 29 膜 42 ドラム 47、47′ 電極 50 膜 53 粉体 50 クラスタ(井戸)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性基板の上に形成され、珪素を主成
    分として水素、弗素あるいは塩素を含み、かつ窒素、酸
    素または炭素が添加されたP型もしくはN型の半導体ま
    たはP型もしくはN型の半絶縁体からなる第1の非単結
    晶層と、第1の非単結晶層の上に形成され、水素、弗素
    あるいは塩素を含む真性または実質的に真性の珪素半導
    体からなる第2の非単結晶層と、第2の非単結晶層の上
    に形成され、珪素を主成分として水素、弗素あるいは塩
    素を含み、かつ炭素が添加された半導体からなる第3の
    非単結晶層を有し、第3の非単結晶層が、エネルギバン
    ドギャップの狭い層を間に挟んだ複数のエネルギバンド
    ギャップ層からなることを特徴とする電子写真用感光
    体。
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