JPH0211141B2 - - Google Patents
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Description
本発明は、光(ここでは広義の光で、紫外光
線、可視光線、赤外光線、X線、γ線等を示す)
のような電磁波に感受性のある光導電部材に関す
る。
固体撮像装置、あるいは像形成分野における電
子写真用像形成部材や原稿読取装置における光導
電層を形成する光導電材料としては、高感度で、
SN比[光電流(Ip)/(Id)]が高く、照射する
電磁波のスペクトル特性にマツチングした吸収ス
ペクトル特性を有すること、光応答性が速く、所
望の暗抵抗値を有すること、使用時において人体
に対して無公害であること、更には固体撮像装置
においては、残像を所定時間内に容易に処理する
ことができること等の特性が要求される。殊に、
事務器としてオフイスで使用される電子写真装置
内に組込まれる電子写真用像形成部材の場合に
は、上記の使用時における無公害性は重要な点で
ある。
このような観点に立脚して、最近注目されてい
る光導電材料にアモルフアスシリコン(以後a−
Siと表記する)があり、例えば独国公開第
2746967号公報、同第2855718号公報には電子写真
用像形成部材への応用が、また、独国公開第
2933411号公報には光電変換読取装置への応用が
それぞれ記載されている。
しかしながら、従来のa−Siで構成された光導
電層を有する光導電部材は、暗抵抗値、光感度、
光応答性等の電気的、光学的、光導電的特性、及
び耐湿性等の使用環境特性の点、更には経時的安
定性の点において、総合的な特性向上を図る必要
があるという更に改善されるべき問題点があるの
が実情である。
例えば、電子写真用像形成部材に適用した場合
に、高光感度化、高暗抵抗化を同時に計ろうとす
ると、従来においてはその使用時において残留電
位が残る場合が度々観測され、この種の光導電部
材は長時間繰り返し使用し続けると、繰り返し使
用による疲労の蓄積が起つて、残像が生ずる所謂
ゴースト現象を発するようになる等の不都合な点
が少なくなかつた。
また、例えば本発明者等の多くの実験によれ
ば、電子写真用像形成部材の光導電層を構成する
材料としてのa−Siは、従来のSe、CdS、ZnO等
の無機光導電材料あるいはPVCzやTNF等の有
機光導電材料に較べて、数多くの利点を有する
が、従来の太陽電池用として使用するための特性
が付与されたa−Siから成る単層構成の光導電層
を有する電子写真用像形成部材の上記光導電層に
対して、静電像形成のための帯電処理を施こして
も暗減衰(dark decay)が著しく速く、通常の
電子写真法が仲々適用され難いこと、加えて多湿
雰囲気下においては上記傾向が著しく、場合によ
つては現象時間まで帯電電荷を殆ど保持し得ない
ことが生じたりする等、解決されるべき点が多々
存在していることが判明している。
更に、a−Si材料で光導電層を構成する場合に
は、その電気的、光導電的特性の改良を計るため
に、水素原子あるいはフツ素原子や塩素原子等の
ハロゲン原子、及び電気伝導型の制御のためにホ
ウ素原子やリン原子等が、あるいはその他の特性
改良のために他の原子が、各々構成原子として光
導電層中に含有されるが、これ等の構成原子の含
有の様相いかんによつては、形成した層の電気
的、光導電的特性に問題が生ずる場合がある。
殊に、相接する層界面においては、含有原子の
含有量、分布状態等によつて、製造プロセス上ダ
ングリングボンドができやすく、また、エネルギ
ーバンドの複雑なベンデイングが生じやすい。こ
のために種々変化する電荷の挙動や、構造安定性
の問題がとりわけ重要となり、光導電部材に目的
通りの機能を発揮させるためには、この部分のコ
ントロールが、成否の鍵を握つている場合が少な
くない。
また、a−Si光導電部材が一般に公知の手法で
作られた場合には、例えば形成した光導電層中に
光照射によつて発生したフオトキヤリアの該層中
での寿命が十分でないことに基づき十分な画像濃
度が得られなかつたり、あるいは画像露光量が大
きい場合に、光導電層表面近傍に生成した過剰な
光キヤリヤが横方向に流れることに基づくため
か、画像が不鮮明になりやすかつたり、更には、
支持体側からの電荷の注入の阻止が十分でないこ
とに基づく問題等を生ずる場合が多い。従つて、
a−Si材料そのものの特性の改良が計られる一方
で、光導電部材を設計する際に、上記したような
所望の電気的及び光学的特性が得られるよう工夫
される必要がある。
本発明は上記の諸点に鑑み成されたもので、a
−Siに関し電子写真用像形成部材や固体撮像装
置、読取装置等に使用される光導電部材としての
適用性とその応用性という観点から総括的に鋭意
研究検討を続けた結果、a−Si、殊にケイ素原子
を母体とし、水素原子(H)及びハロゲン原子(X)
の少なくともそのいずれか一方を含有するアモル
フアス材料、すなわち所謂水素化a−Si、ハロゲ
ン化a−Siあるいはハロゲン含有水素化a−Si
(以後これ等を総称的にa−Si(H、X)と表記す
る)を含有する光導電層を有する光導電部材に於
いて、その層構造を特定化するように設計されて
作成された光導電部材は、実用上著しく優れた特
性を示すばかりでなく、従来の光導電部材と較べ
てみてもあらゆる点において凌駕していること、
殊に電子写真用の光導電部材として著しく優れた
特性を有していることを見出した点に基づくもの
である。
本発明は、濃度が高く、ハーフトーンが鮮明に
出て且つ解像度が高く、画像欠陥、画像流れの生
じない高品質画像を得ることが容易にできる電子
写真用の光導電部材を提供することを目的とす
る。
本発明の他の目的は、電気的、光学的、光導電
的特性が殆ど使用環境の影響を受けず常時安定し
ている全環境型であり、耐光疲労特性に著しく長
け、繰り返し使用に際しても劣化現象を起さず耐
久性に優れ、残留電位が全く又は殆ど観測されな
い光導電部材を提供することを目的とする。
本発明のもう一つの目的は、電子写真用像形成
部材として適用させた場合、静電像形成のための
帯電処理の際の電荷保持能が充分あり、好ましく
は電子写真法が極めて有効に適用され得る優れた
電子写真特性を有する光導電部材を提供すること
である。
本発明の更にもう一つの目的は、高光感度性、
高SN比特性及び積層された層間に良好な電気接
触性を有する光導電部材を提供することでもあ
る。
すなわち本発明の光導電部材は、支持体と、こ
の支持体上に設けられ、ケイ素原子を母体とする
非晶質材料で構成された光導電性のある第1の層
と、この第1の層上に設けられ、ケイ素原子及び
炭素原子を必須成分として含有する非晶質材料で
構成された層厚0.003〜30μmの第2の層とからな
る電子写真用光導電部材であつて、前記第1の層
が、該層の層厚方向に関し前記支持体側から順
次、周期律表第族原子を30〜5×104atomic
ppmで含有する層厚20Å〜20μmの領域Aと周期
律表第族原子を含有しない層厚1〜100μmの
領域B、並びに周期律表第族原子を0.01〜1×
104atomic ppm及び窒素原子を前記第2の層と
の層接合界面近傍において0.1〜57atomic%、前
記領域Bとの境界部分において0〜35atomic%
含有する層厚20Å〜15μmの領域Cとから構成さ
れることを特徴とする。
上記したような光導電層構造を取るようにして
構成された本発明の光導電部材は、前記した諸問
題の総てを解決し得、極めて優れた電気的、光学
的、光導電的特性及び使用環境特性を示す。
殊に、電子写真用像形成部材として適用させた
場合には帯電処理の際の電荷保持能に長け、画像
形成への残留電位の影響が全くなく、その電気的
特性が安定しており高感度で、高SN比を有する
ものであつて、画像濃度が高く、ハーフトーンが
鮮明に出て、且つ解像度の高い、高品質の可視画
像を得ることができ、耐光疲労、繰り返し使用特
性、殊に多湿雰囲気下での繰り返し使用特性に長
けている。
以下、図面に従つて、本発明の光導電部材につ
いて詳細に説明する。
第1図は、本発明の光導電部材の構成の実施態
様例を説明するために、層構造を模式的に示した
図である。第2a乃至2h図は、本発明の光導電
部材の第1の層中の窒素原子及び周期律表第族
原子の濃度分布を模式的に示した図である。
本発明の光導電部材100は、第1図に示され
るように、光導電部材用の支持体101上に、a
−Si、好ましくはa−Si(H、X)を主成分とし
て含有する光導電性のある第1の層102が形成
されて、更にこの第1の層102の上にケイ素原
子及び炭素原子を必須成分として含有する第2の
層106が形成されて構成される。
該第1の層102は該層102の層厚方向に関
し、この構成原子組成の違いにより前記支持体側
から領域A103、領域B104、領域C105
に順次区分される。
領域A103中にドープ(含有)される周期律
表第族原子は、該領域A内において、支持体面
に平行な方向に関してはほぼ均一な濃度分布状態
をとるが、層厚方向に関しては第2a乃至2h図
(縦軸は支持体からの距離、横軸は原子濃度を示
し、周期律表第族原子をホウ素で代表させて図
示している)に示されるように均一であつてもよ
いし、あるいは領域Bに向かつてその濃度が減少
するような分布を有してもよい。該領域Aの層厚
方向の厚みは、好ましくは20Å〜20μm、より好
ましくは30Å〜15μm、最適には40Å〜10μmと
される。また、該領域内の周期律表第族原子の
含有量は、好ましくは30〜5×104atomic ppm、
より好ましくは50〜5×104atomic ppm、最適
には100〜5×103atomicppmとされる。周期律
表第族原子が領域A内において不均一な濃度分
布状態をとるように含有される場合には、該領域
内の周期律表第族原子の最大濃度は、好ましく
は80〜1×105atomic ppm、より好ましくは100
〜5×105atomic ppm、最適には150〜1×
105atomic ppmとされる。
領域B104は周期律表第族原子を含有しな
いことによつて特徴づけられ、該領域Bの層厚方
向の厚みは、好ましくは1〜100μm、より好ま
しくは1〜80μm、最適には2〜50μmとされる。
領域C中にドープされる周期律表第族原子
は、支持体面に平行な方向及び層厚方向に関して
ほぼ均一な濃度分布状態をとる。該領域Cの層厚
方向の厚みは、好ましくは20Å〜15μm、より好
ましくは30Å〜10μm、最適には40Å〜5μmとさ
れる。該領域C内の周期律表第族原子の含有濃
度は、好ましくは0.01〜1×104atomic ppm、よ
り好ましくは0.5〜5×103atomic ppm、最適に
は1〜1×103atomicppmとされる。
一方、領域C内に含有される窒素原子は、該層
内において、支持体面に平行な方向に関してはほ
ぼ均一な濃度分布状態をとるが、層厚方向に関し
ては、均一な濃度分布状態をとつてもよいしある
いは第2の層へ向かつてその原子濃度が増加する
ような濃度分布状態をとつてもよく、第2の層へ
向かつての原子濃度の増加の様式についも、第2
a乃至2h図(横軸の原子濃度スケールはホウ素
原子の場合と同一ではない)に示されるように、
連続的であつても階段状に変化していても差しつ
かえない。また、該層の第2の層との層接合界面
近傍の最大の窒素原子濃度を有する部分は、第2
c図に代表して示されるように層厚方向にある長
さを有していてもよいし、第2a図のようにただ
一点であつてもさしつかえない。領域C内に窒素
原子が不均一な分布状態で含有される場合、該領
域C内の窒素原子の濃度は、その濃度が極大の部
分、すなわち該層の第2の層との層接合界面近傍
においては、好ましくは0.1〜57atomic%、より
好ましくは1〜57atomic%、最適には5〜
57atomic%とされ、その濃度が極小の部分、す
なわち領域Bとの境界部分においては、好ましく
は0〜35atomic%、より好ましくは0〜
30atomic%、最適には0〜25atomic%とされる。
このように窒素原子及び周期律表第族原子の
濃度が層厚に対し上述したような原子含有濃度分
布を有するよう形成されてなる第1の層を有する
本発明の光導電部材が、電子写真用の感光体とし
て使用された場合に、画像濃度が高く、画像露光
量が高い場合にも画像流れが起らず、ハーフトー
ンが鮮明に出て、且つ解像度の高い、高品質の可
視画像を得ることができる理由は、窒素原子ドー
プによる光導電性を有する第1の層の高抵抗化効
果と、第1の層の第2の層との層接合界面近傍の
窒素原子濃度が高いことによる該部分のエネルギ
ーバンドのワイドギヤツプ化とにより極めて良好
な電荷受容能が達成されること、並びに周期律表
第族原子ドープによる支持体側からの電荷の注
入防止効果とに基づくものと推定される。すなわ
ち、第1の層の上層部分に層接合界面が存在する
と(例えば領域Bと領域Cとの接合部)、ここで
の過剰の生成キヤリアは電界がかかつているとど
こにでも動いて行きダーク部分の電荷を打ち消す
作用を起し、その結果画像流れが生ずるものと解
されるが、本発明の光導電部材の第1の層におい
ては、上述したワイドギヤツプ化により、たとえ
層接合界面においてエネルギーバンドの複雑なベ
ンデイングが生じていてもキヤリア生成のための
活性化エネルギーが大きくなり、容易にキヤリア
生成が生じない。なお、領域C内に周期律表第
族原子を含有させる理由は、該領域内の窒素原子
の濃度に従つてドナー的にドープされる窒素原子
も増加するため、これを補償するために加えられ
るものである。
本発明において第1の層中に含有されてもよい
ハロゲン原子(X)としては、具体的にはフツ
素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられるが、特に塩
素、とりわけフツ素を好適なものとして挙げるこ
とができる。
第1の層中にドープされる周期律表第族原子
としては、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、イ
ンジウム、タリウム等が挙げられるが、特にホウ
素を好適なものとして挙げることができる。
本発明において使用される支持体としては、導
電性でも電気絶縁性であつても良い。導電性支持
体としては、例えば、NiCr、ステンレス、Al、
Cr、Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pd等の
金属又はこれ等の合金が挙げられる。
電気絶縁性支持体としては、ポリエステル、ポ
リエチレン、ポリカーボネート、セルローズアセ
テート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ
塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド等の
合成樹脂のフイルム又はシート、ガラス、セラミ
ツク、紙等が通常使用される。これ等の電気絶縁
性支持体は、好適には少なくともその一方の表面
が導電処理され、該導電処理された表面側に他の
層が設けられるのが望ましい。
すなわち、例えばガラスであれば、その表面
に、NiCr、Al、Cr、Mo、Au、Ir、Nd、Ta、
V、Ti、Pt、In2O3、SnO2、ITO(In2O3+SnO2)
等から成る薄膜を設けることによつて導電性が付
与され、或いはポリエステルフイルム等の合成樹
脂フイルムであれば、NiCr、Al、Ag、Pb、Zn、
Ni、Au、Cr、Mo、Ir、Nb、Ta、V、Ti、Pt
等の金属の薄膜を真空蒸着、電子ビーム蒸着、ス
パツタリング等でその表面に設け、又は前記金属
でその表面をラミネート処理して、その表面に導
電性が付与される。
支持体の形状としては、所望によつて、その形
状は決定されるが、例えば第1図の光導電部材1
00を電子写真用像形成部材として使用するので
あれば、連続高速複写の場合には、無端ベルト状
又は円筒状とするのが望ましい。支持体の厚さ
は、所望通りの光導電部材が形成される様に適宜
決定されるが、光導電部材として可撓性が要求さ
れる場合には、支持体としての機能が十分発揮さ
れる範囲内であれば可能な限り薄くされる。しか
しながら、このような場合支持体の製造上及び取
扱い上、更には機械的強度等の点から、通常は、
10μm以上とされる。
本発明において、a−Si(H、X)で構成され
る第1の層を形成するには、例えばグロー放電
法、スパツタリング法、あるいはイオンプレーテ
イング法等の放電現象を利用する真空堆積法が適
用される。
例えばグロー放電法によつて、a−Si(H、X)
で構成される第1の層を形成するには、基本的に
はケイ素原子(Si)を供給し得るSi供給用の原料
ガスと共に、水素原子(H)導入用の原料ガス及び/
又はハロゲン原子(X)導入用の原料ガス、並び
に形成領域の構成原子組成に応じて窒素原子
(N)導入用の原料ガス及び周期律表第族原子
導入用の原料ガスを、所望によりAr、He等の不
活性のガスと共に、その内部を減圧にし得る堆積
室内に所定の混合比とガス流量になるように導入
して、該堆積室内にグロー放電を生起させこれ等
のガスのプラズマ雰囲気を形成することによつ
て、予め所定位置に設置されている支持体表面上
にa−Si(H、X)からなる層を形成する。
また、スパツタリング法で第1の層を形成する
場合には、例えばAr、He等の不活性ガス又はこ
れ等のガスをベースとした混合ガスの雰囲気中で
Siで構成されたターゲツトをスパツタリングする
際、水素原子(H)及び/又はハロゲン原子(X)導
入用のガス並びに形成領域の構成原子組成に応じ
て窒素原子(N)導入用の原料ガス及び周期律表
第族原子導入用の原料ガスをスパツタリング用
の堆積室に導入してやれば良い。
第1の層を形成するのに使用されるSi供給用の
原料ガスとしては、SiH4、Si2H6、Si3H8、
Si4H10等のガス状態の又はガス化し得る水素化ケ
イ素(シラン類)が有効に使用されるものとして
挙げられ、殊に、層作成作業の扱い易さ、Si供給
効率の良さ等の点でSiH4、Si2H6が好ましいもの
として挙げられる。
本発明において水素原子を第1の層中に導入す
るには、主にH2、あるいは前記のSiH4、Si2H6、
Si3H8、Si4H10等の水素化ケイ素のガスを堆積室
中に供給し、放電を生起させて実施される。
本発明において第1の層を形成するのに使用で
きるハロゲン原子導入用の原料ガスとして有効な
のは、多くのハロゲン化物が挙げられ、例えばハ
ロゲンガス、ハロゲン化物、ハロゲン間化合物、
ハロゲンで置換されたシラン誘導体等のガス状態
の又はガス化し得るハロゲン化合物が好ましく挙
げられる。更には、ケイ素原子とハロゲン原子と
を構成要素とするガス状態の又はガス化し得る、
ハロゲン原子を含むケイ素化合物も有効なものと
して挙げることができる。
本発明において第1の層を形成するのに好適に
使用し得るハロゲン化合物としては、具体的に
は、フツ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲンガ
ス;BrF、ClF、ClF3、BrF3、BrF5、IF3、IF7、
ICl、IBr等ハロゲン間化合物を挙げることができ
る。
ハロゲン原子を含むケイ素化合物、所謂、ハロ
ゲン原子で置換されたシラン誘導体としては、具
体的にはSiF4、Si2F6、SiCl4、SiBr4等のハロゲ
ン化ケイ素が好ましいものとして挙げられること
ができる。
第1の層中にハロゲン原子を導入する際の原料
ガスとしては、上記されたハロゲン化合物あるい
はハロゲンを含むケイ素化合物が有効なものとし
て使用されるものであるが、その他にHF、HCl、
HBr、HI等のハロゲン化水素、SiH2F2、
SiH2I2、SiH2Cl2、SiHCl3、SiH2Br2、SiHBr3等
のハロゲン置換水素化ケイ素、等々のガス状態の
あるいはガス化し得る、水素原子を構成要素の一
つとするハロゲン化物も有効な第1の層形成用の
出発物質として挙げることができる。
これ等の水素原子を含むハロゲン化物は、第1
の層形成の際に層中に、電気的あるいは光電的特
性の制御に極めて有効な成分としての水素原子の
導入と同時に、ハロゲン原子も導入することがで
きるので、本発明においては好適なハロゲン原子
導入用の原料として使用される。
本発明において第1の層を形成するのに使用さ
れる窒素原子供給用の原料ガスとしては、Nを構
成原子とする、例えば窒素(N2)、アンモニア
(NH3)、ヒドラジン(H2NNH2)、アジ化水素
(HN3)、アジ化アンモニウム(NH4N3)等のガ
ス状の又はガス化し得る窒素、窒化物、アジ化物
等の窒素化合物を挙げることができる。この他
に、窒素原子の導入に加えてハロゲン原子の導入
もできるという点から、三フツ化窒素(F3N)、
四フツ化窒素(F4N2)等のハロゲン化窒素化合
物を挙げることができる。
本発明において第1の層を形成するのに使用さ
れる周期律表第族原子供給用の原料ガスとして
は、B2H6、B4H10、B5H9、B5H11、B6H10、
GaCl3、AlCl3、BF3、BCl3、BBr3、BI3等を挙
げることができる。
反応スパツタリング法或いはイオンプレーテイ
ング法に依つてa−Si(H、X)から成る第1の
層を形成するには、例えばスパツタリング法の場
合にはSiから成るターゲツトを使用して、これを
所定のガスプラズマ雰囲気中でスパツタリング
し、イオンプレーテイング法の場合には、多結晶
シリコン又は単結晶シリコンを蒸発源として蒸着
ボートに収容し、このシリコン蒸発源を抵抗加熱
法、あるいはエレクトロンビーム法(EB法)等
によつて加熱蒸発させ飛翔蒸発物を所定のガスプ
ラズマ雰囲気中を通過させることによつて実施で
きる。
この際、スパツタリング法、イオンプレーテイ
ング法の何れの場合にも、形成される第1の層中
に所定の原子を導入するには、水素原子(H)及び/
又はハロゲン原子(X)導入用のガス、並びに形
成領域の構成原子組成に応じて窒素原子(N)導
入用の原料ガス及び周期律表第族原子導入用の
原料ガスを、必要に応じてHe、Ar等の不活性ガ
スも含めてスパツタリング、イオンプレーテイン
グ室中に導入して、該ガスのプラズマ雰囲気を形
成してやれば良いものである。
第1の層中に含有される水素原子、ハロゲン原
子、窒素原子、周期律表第族原子の量を制御す
るには、例えば水素原子(H)、ハロゲン原子(X)
窒素原子(N)、周期律表第族原子を含有させ
るために使用される出発物質の堆積装置系内へ導
入する量、支持体温度、放電電力等の一種以上を
制御してやれば良い。
本発明において、第1の層をグロー放電法又は
スパツタリング法で形成する際に使用される稀釈
用ガスとしては、所謂稀ガス、例えばHe、Ne、
Ar等を好適なものとして挙げることができる。
本発明に於ける光導電性のある第1の層102
上に形成される第2の層106は、自由表面を有
し、主に耐湿性、連続繰り返し使用特性、電気的
耐圧性、使用環境特性、耐久性において本発明の
目的を達成するために設けられる。
本発明に於ける光導電性のある第1の層と第2
の層の各々がケイ素原子という共通の構成原子を
有しているので、積層界面において化学的な安定
性が十分確保されている。
本発明に於ける第2の層106は、ケイ素原子
と炭素原子と、必要に応じて水素原子及び/又は
ハロゲン原子を含有する非晶質を主成分とする材
料(以後、a−(SixC1-x)y(H、X)1-yと記す、
但し、0<x、y<1)で構成される。
a−(SixC1-x)y(H、X)1-yで構成される第2
の層の形成は、グロー放電法、スパツタリング
法、イオンインプランテーシヨン法、イオンプレ
ーテイング法、エレクトロンビーム法等によつて
実施される。これらの製造法は、製造条件、設備
資本投下の負荷程度、製造規模、作製される光導
電部材に所望される特性等の要因によつて適宜選
択されて採用されるが、所望する特性を有する光
導電部材を製造するための条件の制御が比較的容
易であり、かつケイ素原子と共に炭素原子やハロ
ゲン原子を作製する第2の層中に導入するのが容
易に行える等の利点から、グロー放電法あるいは
スパツタリング法が好適に採用される。また、グ
ロー放電法とスパツタリング法とを同一装置系内
で併用して第2の層を形成してもよい。
グロー放電法によつて第2の層を形成するに
は、a−(SixC1-x)y(H、X)1-y形成用の原料ガ
スを、必要に応じて希釈ガスと所定の混合比で混
合し、光導電性のある第1の層が形成された支持
体の設置してある真空堆積用の堆積室に導入し、
導入されたガスをグロー放電を生起させることに
よりガスプラズマ化して、前記支持体上の光導電
性のある第1の層上にa−(SixC1-x)y(H、X)1
−yを堆積させればよい。
本発明に於いて、a−(SixC1-x)y(H、X)1-y
形成用の原料ガスとしては、ケイ素原子(Si)、
炭素原子(C)、水素原子(H)及びハロゲン原子(X)
の中の少なくとも一つをその構成原子として含有
するガス状の物質又はガス化し得る物質をガス化
したものの内の大概のものが使用され得る。
Si、C、H、Xの中の一つとしてSiを構成原子
とする原料ガスを使用する場合には、例えば、Si
を構成原子とする原料ガスと、Cを構成原子とす
る原料ガスと、必要に応じてHを構成原子とする
原料ガス及び/又はXを構成原子とする原料ガス
とを所望の混合比で混合して使用するか、あるい
は、Siを構成原子とする原料ガスと、C及びHを
構成原子とする原料ガス及び/又はC及びXを構
成原子とする原料ガスとを所望の混合比で混合し
て使用するか、あるいはまた、Siを構成原子とす
る原料ガスと、Si、C及びHの三つを構成原子と
する原料ガス又はSi、C及びXの三つを構成原子
とする原料ガスとを所望の混合比で混合して使用
する例が挙げられる。
あるいは他方として、SiとHとを構成原子とす
る原料ガスと、Cを構成原子とする原料ガスとを
混合して使用してもよいし、あるいはSiとXとを
構成原子とする原料ガスと、Cを構成原子とする
原料ガスとを混合して使用してもよい。
本発明に於いて、第2の層中に含有されてもよ
いハロゲン原子(X)として好適なものは、F、
Cl、Br、Iであり、殊にF、Clをが望ましいも
のである。
本発明に於いて、第2の層形成用の原料ガスと
して有効に使用されるのは、SiとHとを構成原子
とするSiH4、Si2H6、Si3H8、Si4H10等の水素化
ケイ素ガス;CとHとを構成原子とする、例えば
炭素原子数1〜4の飽和炭化水素、炭素原子数2
〜4のエチレン系炭化水素、炭素原子数2〜4の
アセチレン系炭化水素;ハロゲン単体;ハロゲン
化水素;ハロゲン間化合物;ハロゲン化ケイ素;
ハロゲン置換水素化ケイ素等を挙げることができ
る。
具体的には、飽和炭化水素としては、メタン、
エタン、プロパン、n−ブタン、ペンタン;エチ
レン系炭化水素としては、エチレン、プロピレ
ン、ブテン−1、ブテン−2、i−ブチレン、ペ
ンテン;アセチレン系炭化水素としては、アセチ
レン、メチルアセチレン、ブチン;ハロゲン単体
としては、フツ素、塩素、臭素、ヨウ素のハロゲ
ンガス;ハロゲン化水素としては、HF、HI、
HCl、HBr;ハロゲン間化合物としては、ClF、
ClF3、ClF5、BrF、BrF3、BrF5、IF5、IF7、
ICl、IBr;ハロゲン化ケイ素としては、SiF4、
Si2F6、SiCl4、SiCl3Br、SiCl2Br2、SiClBr3、
SiCl3I、SiBr4;ハロゲン置換水素化ケイ素とし
ては、SiH2F2、SiH2Cl2、SiHCl3、SiH3Cl、
SiH3Br、SiH2Br2、SiHBr3等を挙げることがで
きる。
これ等の他に、CF4、CCl4、CBr4、CHF3、
CH2F2、CH3F、CH3Cl、CH3Br、CH3I、
C2H5Cl等のハロゲン置換パラフイン系炭化水素、
SF4、SF6等のフツ素化硫黄化合物;Si(CH3)4、
Si(C2H5)4、等のケイ化アルキル;SiCl(CH3)3、
SiCl2(CH3)2、SiCl3CH3等のハロゲン含有ケイ化
アルキル等のシラン誘導体も有効なものとして挙
げることができる。
これ等の第2の層形成物質は、形成される第2
の層中に、所定の組成比でケイ素原子、炭素原子
及び必要に応じてハロゲン原子及び/又は水素原
子が含有されるように、第2の層の形成の際に所
望に従つて選択されて使用される。
例えば、シリコン原子と炭素原子と水素原子と
の含有が容易になし得てかつ所望の特性の層が形
成され得るSi(CH3)4と、ハロゲン原子を含有さ
せるものとしてのSiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4又は
SiH3Cl等の所定の混合比にしてガス状態で第2
の層形成用の装置内に導入してグロー放電を生起
させることによつてa−(SixC1-x)y(H、X)1-y
から成る第2の層を形成することができる。
スパツタリング法によつて第2の層を形成する
には、単結晶若しくは多結晶のSiウエーハー及
び/又はCウエーハーあるいはSiとCが混合され
て含有されているウエーハーをターゲツトとし
て、これ等を必要に応じてハロゲン原子及び/又
は水素原子を構成要素として含む種々のガス雰囲
気中でスパツタリングすることによつて行えばよ
い。
例えば、Siウエーハーをターゲツトとして使用
すれば、Cと、H及び/又はXを導入するための
原料ガスを、必要に応じて稀釈ガスで稀釈して、
スパツタ用の堆積室中に導入し、これ等のガスの
ガスプラズマを形成して前記Siウエーハーをスパ
ツタリングすればよい。
また、別には、SiとCとは別のターゲツトとし
て、あるいはSiとCの混合した一枚のターゲツト
を使用することによつて、必要に応じて水素原子
又は/及びハロゲン原子を含有するガス雰囲気中
でスパツタリングすることによつて成される。
C、H及びXの導入用の原料ガスとなる物質とし
ては、先述したグロー放電の例で示した第2の層
形成用の物質がスパツタリング法の場合にも有効
な物質として使用され得る。
本発明において、第2の層をグロー放電法又は
スパツタリング法で形成する際に使用される稀釈
ガスとしては、所謂希ガス、例えばHe、Ne、
Ar等が好適なものとして挙げることができる。
本発明における第2の層は、その要求される特
性が所望通りに与えられるように注意深く形成さ
れる。
即ち、Si、C、必要に応じてH及び/又はXを
構成原子とする物質は、その作成条件によつて構
造的には結晶からアモルフアスまでの形態を取
り、電気的性質としては、導電性から半導電性、
絶縁性までの間の性質を、また光導電的性質から
非光導電的性質までの間の性質を各々示すので、
本発明においては、目的に応じて所望の特性を有
するa−(SixC1-x)y(H、X)1-yが形成されるよ
うに、所望に従つてその作成条件の選択が厳密に
成される。例えば、第2の層を電気的耐圧性の向
上を主な目的として設ける場合には、a−(Six
C1-x)y(H、X)1-yは使用環境において電気絶縁
性的挙動の顕著な非晶質材料として作成される。
また、連続繰返し使用特性や使用環境特性の向
上を主たる目的として第2の層が設けられる場合
には上記の電気絶縁性の度合はある程度緩和さ
れ、照射される光に対してある程度の感度を有す
る非晶質材料としてa−(SixC1-x)y(H、X)1-y
が作成される。
第1の層の表面上にa−(SixC1-x)y(H、X)1
−yから成る第2の層を形成する際、層形成中の支
持体温度は、形成される層の構造及び特性を左右
する重要な因子の一つであつて、本発明において
は、目的とする特性を有するa−(SixC1-x)y
(H、X)1-yが所望通りに作成され得るように層
作成時の支持体温度が厳密に制御されるのが望ま
しい。
本発明における、所望の目的が効果的に達成さ
れるための第2の層の形成法に合わせて適宜最適
範囲が選択されて、第2の層の形成が実行される
が、好ましくは、20〜400℃、より好適には50〜
350℃、最適には100〜300℃とされるのが望まし
いものである。第2の層の形成には、層を構成す
る原子の組成比の微妙な制御が他の方法に比べて
比較的容易であること等のために、グロー放電法
やスパツタリング法の採用が有利であるが、これ
等の層形成法で第2の層を形成する場合には、前
記の支持体温度と同様に層形成の際の放電パワー
が作成されるa−(SixC1-x)y(H、X)1-yの特性
を左右する重要な因子の一つとして挙げることが
できる。
本発明における目的が効果的に達成されるため
の特性を有するa−(SixC1-x)y(H、X)1-yが生
産性よく効果的に作成されるための放電パワー条
件としては、好ましくは10〜300W、より好適に
は20〜250W、最適には50〜200Wとされるのが望
ましいものである。
堆積室内のガス圧としては、好ましくは0.01〜
1Torr、好適には、0.1〜0.5Torr程度とされるの
が望ましい。
本発明においては第2の層を作成するための支
持体温度、放電パワーの望ましい数値範囲として
前記した範囲の値が挙げられるが、これ等の層作
成フアクターは、独立的に別々に決められるもの
でなく、所望特性のa−(SixC1-x)y(H、X)1-y
から成る第2の層が形成されるように相互的有機
的関連性に基づいて各層作成フアクターの最適値
が決められるのが望ましい。本発明の光導電部材
における第2の層に含有される炭素原子の量は、
第2の層の作成条件と同様、本発明の目的を達成
される所望の特性が得られる第2の層が形成され
るための重要な因子の一つである。
本発明における第2の層に含有される炭素原子
の量は、第2の層を構成する非晶質材料の特性に
応じて適宜所望に応じて決められるものである。
即ち、前記一般式a−(SixC1-x)y(H、X)1-y
で示される非晶質材料は、大別すると、ケイ素原
子と炭素原子とで構成される非晶質材料(以後、
a−SiaC1-aと記す。但し、0<a<1)、ケイ素
原子と炭素原子と水素原子とで構成される非晶質
材料(以後、a−(SibC1-b)cH1-cと記す。但し、
0<b、c<1)、ケイ素原子と炭素原子とハロ
ゲン原子と必要に応じて水素原子とで構成される
非晶質材料(以後、a−(SidC1-d)e(H、X)1-e
と記す。但し、0<d、e<1)に分類される。
本発明において、第2の層がa−SiaC1-aで構
成される場合、第2の層の含有される炭素原子の
量は、好ましくは、1×10-3〜90atomic%、よ
り好適には1〜80atomic%、最適には10〜
75atomic%とされるのが望ましいものである。
即ち、先のa−SiaC1-aのaの表示で行えば、a
が好ましくは0.1〜0.99999、より好適には0.2〜
0.99、最適には0.25〜0.9である。
一方、本発明において、第2の層がa−(Sib
C1-b)cH1-cで構成される場合、第2の層に含有さ
れる炭素原子の量は、好ましくは1×10-3〜
90atomic%とされ、より好ましくは1〜
90atomic%とされるのが望ましいものである。
水素原子の含有量としては、好ましくは1〜
40atomic%、より好ましくは2〜35atomic%、
最適には5〜30atomic%とされるのが望ましく、
これ等の範囲に水素含有量がある場合に形成され
る光導電部材は、実際面において優れたものとし
て充分適用させ得るものである。
即ち、先のa−(SibC1-b)cH1-cの表示で行え
ば、bが好ましくは0.1〜0.99999、より好適には
0.1〜0.99、最適には0.15〜0.9、cが好ましくは
0.6〜0.99、より好適には0.65〜0.98、最適には0.7
〜0.95であるのが望ましい。
第2の層が、a−(SidC1-d)e(H、X)1-eで構
成される場合には、第2の層中に含有される炭素
原子の含有量としては、好ましくは、1×10-3〜
90atomic%、より好適には1〜90atomic%、最
適には10〜80atomic%とされるのが望ましいも
のである。ハロゲン原子の含有量としては、好ま
しくは、1〜20atomic%、より好適には1〜
18atomic%、最適には2〜15atomic%とされる
のが望ましく、これ等の範囲にハロゲン原子含有
量がある場合に作成される光導電部材を実際面に
充分適用させ得るものである。必要に応じて含有
される水素原子の含有量としては、好ましくは
19atomic%以下、より好適には13atomic%以下
とされるのが望ましいものである。
即ち、先のa−(SidC1-d)e(H、X)1-eのd、
eの表示で行えば、dが好ましくは、0.1〜
0.99999より好適には0.1〜0.99、最適には0.15〜
0.9、eが好ましくは0.8〜0.99、より好適には
0.82〜0.99、最適には0.85〜0.98であるのが望ま
しい。
本発明における第2の層の層厚の数値範囲は、
本発明の目的を効果的に達成するように所期の目
的に応じて適宜所望に従つて決められる。
また、第2の層の層厚は、該第2の層中に含有
される炭素原子の量や第1の層の層厚との関係に
おいても、各々の層に要求される特性に応じた有
機的な関連性の下に所望に従つて適宜決定される
必要がある。更に加え得るに、生産性や量生産を
加味した経済性の点においても考慮されるのが望
ましい。
本発明における第2の層の層厚としては、好ま
しくは0.003〜30μm、より好適には0.004〜20μ
m、最適には0.005〜10μmとされるのが望ましい
ものである。
第2の層中に含有される炭素原子の量は、グロ
ー放電法による場合には、例えば炭素原子導入用
のガスの堆積室内に導入するガス流量を調整する
ことにより制御でき、またスパツタリング法で層
形成を実施する場合には、ターゲツトを形成する
際にシリコンウエハーとグラフアイトウエハーの
スパツタ面積比率を変えるか、又はシリコン粉末
とグラフアイト粉末の混合比率を変えてターゲツ
トを成型することによつて、所望に応じて制御す
ることができる。第2の層中に含有されるハロゲ
ン原子の量は、ハロゲン原子導入用の原料ガスの
堆積室内に導入するガス流量を調整することによ
り制御できる。
次にグロー放電分解法によつて生成される光導
電部材の製造方法の例について説明する。
第3図にグロー放電分解法による光導電部材の
製造装置を示す。
図中の1102〜1106のガスボンベには、
本発明の光導電部材の非晶質層を形成するための
原料ガスが密封されており、その一例として、例
えば1102は、SiH4ガス(純度99.99%)ボン
ベ、1103はH2で希釈されたB2H6ガス(純度
99.99%、以下B2H6/H2ガスと略す)ボンベ、1
104はNH3ガス(純度99.99%)ボンベ、11
05はCH4ガス(純度99.99%)ボンベ、110
6はSiF4ガス(純度99.99%)ボンベである。図
示されていないがこれら以外に、必要に応じて所
望のガス種を増設することが可能である。
これらのガスを反応室1101に流入させるに
は、ガスボンベ1102〜1106の各バルブ1
122〜1126及びリークバルブ1135が閉
じられていることを確認し、また、流入バルブ1
112〜1116、流出バルブ1117〜112
1及び補助バルブ1132,1133が開かれて
いることを確認して、先づメインバルブ1134
を開いて反応室1101及びガス配管内を排気す
る。次に真空計1136の読みが約5×10-6torr
になつた時点で補助バルブ1132,1133及
び流出バルブ1117〜1121を閉じる。続い
てガスボンベ1102よりSiH4ガス、ガスボン
ベ1103よりB2H6/H2ガス、ガスボンベ11
04よりNH3ガス、ガスボンベ1105より
CH4ガス、ガスボンベ1106よりSiF4ガスをそ
れぞれバルブ1122〜1126を開いて出口圧
ゲージ1127〜1131の圧を1Kg/cm2に調整
し、流入バルブ1112〜1116を徐々に開け
て、マスフロコントローラ1107〜1111内
に流入させる。引き続いて流出バルブ1117〜
1121及び補助バルブ1132,1133を
徐々に開いて夫々のガスを反応室1101に流入
させる。このときのこれら各ガス流量の比が所望
の値になるように流出バルブ1117〜1121
を調整し、また、反応室内の圧力が所望の値にな
るように真空計1136の読みを見ながらメイン
バルブ1134の開口を調整する。そして気体シ
リンダー1137の温度が加熱ヒーター1138
により50〜400℃の温度に設定されていることを
確認した後、電源1140を所望の電力に設定し
て反応室1101内にグロー放電を生起させる。
同時にあらかじめ設計された窒素原子及びホウ
素原子含有量曲線が得られるように、NH3ガス
及びB2H6/H2ガス流量を適宜変化させ、それに
応じて変化するプラズマ状態を補正する意味で、
必要に応じ放電パワー、基板温度等を制御して第
1の層の領域Aを形成する。
また、層形成を行つている間は、層形成の均一
化を計るために基体シリンダー1137をモータ
1139により一定速度で回転させる。
次に使用した全てのガス操作系バルブを閉じ、
反応室1101を一旦高真空まで排気する。真空
計1136の読みが約5×10-6torrになつたら上
記の場合と同様な操作の繰り返しを行い、SiH4、
SiF4の操作系バルブを開け、各原料ガスの流量が
所望の値となるようコントロールし、上記と同様
にしてグロー放電を生起させ、第1の層の領域B
を形成する。
第1の層の領域Cについても、上述と同様な操
作の繰り返しにより、あらかじめ設計された各構
成原子の含有量分布曲線を有するものが形成され
る。
次に使用した全てのガス操作系バルブを閉じ、
反応室1101を一旦高真空まで排気する。真空
計1136の読みが約5×10-6torrになつたら上
記の場合と同様な操作の繰り返しを行い、SiH4、
CH4及び必要に応じHe等の希釈ガスの操作系バ
ルブを開け、各原料ガスの流量が所望の値となる
ようにコントロールし、第1の層の場合と同様に
してグロー放電を生起させ第2の層が形成され
る。第2の層中にハロゲン原子を含有させる場合
には、SiF4の操作系バルブを同時に開け、グロー
放電を生起させればよい。
以下、実施例について説明する。
実施例 1
第3図に示した光導電部材の製造装置を用い、
先に詳述したグロー放電分解法によりAl製のシ
リンダー上に第1表に示した製造条件に従い非晶
質層を形成した。得られた感光体ドラムの一部を
切り取り、二次イオン質量分析装置を使用して層
厚方向のホウ素原子及び窒素原子濃度の定量を実
施し、第4図に示した濃度分布結果を得た。ま
た、感光体ドラムの残りの部分を電子写真装置に
セツトして帯電コロナ電圧+6KV、画像露光0.8
〜1.5lux・secにより潜像を形成し、引き続き現
像、転写、定着の各プロセスを周知の方法で実施
し、画像評価を行なつた。画像評価は通常の環境
下でA4サイズの用紙を用い、通算10万枚相当の
画像出しを実施し、高温高湿環境下で更に10万枚
相当の画像出しを実施し、一万枚毎のサンプルに
つき各画像の[濃度][解像性][階調再現性]
[画像欠陥]等の優劣をもつて評価したが、環境
条件、耐久枚数によらず、上記全ての項目につい
て極めて良好な評価が得られた。特に、[濃度]
の項目については特筆すべきものがあり、極めて
高濃度のものが得られることが確認された。これ
は電位測定の結果からも裏付けられており、例え
ば非晶質層表面に何らの処置を施こしていないも
のと比較すると、1.2〜1.5倍程度受容電位が向上
していることが判明し、窒素原子ドープによる表
面からの電荷注入防止効果が十分に効を奏してい
ることが推察された。この電荷受容能の向上は単
に画像濃度のみにとどまらず、広いコロナ条件の
ラテイチユードが得られ、画質の選択範囲が拡大
されるという大きな利点を有する。
また、更に特筆すべき項目として[解像性]が
挙げられ、今回の一連の試験ではいかなる環境条
件のもとでも極めて鮮明な画像が維持できること
が解つた。これは非晶質層の領域Cに第4図のよ
うな窒素原子濃度分布をもたせた効果とみられ、
このような窒素原子濃度分布をもたないものと
は、高湿条件下で歴然たる差が現われた。
実施例2、3及び比較例1、2
実施例1において、第1の層の第3層目(領域
C)の層厚を堆積時間を変えることにより種々変
更したことを除いては、実施例1と同様な方法で
感光体ドラムを作製した。この感光体ドラムにつ
いて実施例1と同様な画像評価を実施したとこ
ろ、第2表の結果を得た。
実施例4、5及び比較例3〜5
第1の層の第3層目(領域C)の形成におい
て、アンモニアガスの流量を種々変更したことを
除いては、実施例3と同様な条件、方法で感光体
ドラムを作製した。この感光体ドラムについて実
施例1と同様な画像評価を実施したところ、第3
表の結果を得た。
実施例 6及び7
第4及び5表に示した製造条件に従い、それぞ
れ実施例1と同様な方法で感光体ドラムを作製し
た。得られた感光体ドラムの窒素原子及びホウ素
原子の濃度分布形態は、それぞれ第5及び6図の
ようなものであつた。これらの感光体ドラムにつ
いて実施例1と全く同様な画像評価を実施した結
果、いずれも実施例1とほぼ同等の良好な結果が
得られた。
実施例 8
第1の層については、それぞれ実施例1、6、
7と同様な条件と手順に従つて形成したドラム状
光導電部材上に、特開昭57−52178、同57−52179
に詳細に開示されているスパツタリング法によ
り、第2の層を第6−1表に示す各条件によりそ
れぞれ形成した試料9種と、第6−2表に示す各
条件に変えた以外は実施例1と同様なグロー放電
法により第2の層を前記と同じドラム状光導電部
材上にそれぞれ形成した試料15種(試料No.8−1
−1〜8−1−8、8−6−1〜8−6−8、8
−7−1〜8−7−8の合計24個の試料)を作成
した。
こうして得られた各電子写真用像形成部材のそ
れぞれを個別に複写装置に設置し、−5.0KVで
0.2sec間コロナ帯電を行い、光像を照射した。光
源はタングステンランプを用い、光量は1.0lux・
secとした。潜像は+荷電性の現像剤(トナーと
キヤリアーを含む)によつて現像され、通常の紙
に転写された。転写画像は、極めて良好なもので
あつた。転写されないで電子写真用像形成部材上
に残つたトナーは、ゴムブレードによつてクリー
ニングされた。このような工程を繰り返し10万回
以上行つても、いずれの場合も画像の劣化は見ら
れなかつた。
各試料の転写画像の総合画質評価と繰り返し連
続使用による耐久性の評価の結果を第7表に示し
た。
実施例 9
スパツリング法により形成する第2の層の形成
時に、シリコンウエーハーとグラフアイトのター
ゲツト面積比を変えて、第2の層におけるケイ素
原子と炭素原子の含有量比を変化させる以外は、
実施例1と全く同様な方法によつて像形成部材の
それぞれを作成した。こうして得られた像形成部
材のそれぞれにつき、実施例1と同様な、作像、
現像、クリーニングの工程を10万回繰り返した後
画像評価を行つたところ、第8表に示した結果を
得た。
実施例 10
第2の層の形成時、SiH4ガスとC2H4ガスの流
量比を変えて、第2の層におけるケイ素原子と炭
素原子の含有量比を変化させる以外は実施例1と
全く同様な方法によつて像形成部材のそれぞれを
作成した。こうして得られた像形成部材のそれぞ
れにつき、実施例1と同様な、作像、現像、クリ
ーニングの工程を10万回繰り返した後画像評価を
行つたところ、第9表に示した結果を得た。
実施例 11
第2の層の形成時、SiH4ガス、SiF4ガス、
C2H4ガスの流量比を変えて、第2の層における
ケイ素原子と炭素原子の含有量比を変化させる以
外は、実施例1と全く同様な方法によつて像形成
部材のそれぞれを作成した。こうして得られた像
形成部材のそれぞれにつき、実施例1と同様な、
作像、現像、クリーニングの工程を10万回繰り返
した後画像評価を行つたところ、第10表に示した
結果を得た。
The present invention relates to light (here, light in a broad sense, including ultraviolet rays, visible rays, infrared rays, X-rays, γ-rays, etc.)
It relates to photoconductive members sensitive to electromagnetic waves such as. As a photoconductive material for forming a photoconductive layer in a solid-state imaging device, an electrophotographic image forming member in the image forming field, or a document reading device, it is highly sensitive,
It has a high signal-to-noise ratio [photocurrent (Ip)/(Id)], has absorption spectrum characteristics that match the spectrum characteristics of the irradiated electromagnetic waves, has fast photoresponsiveness, has the desired dark resistance value, and when used. Solid-state imaging devices are required to have characteristics such as being non-polluting to the human body and being able to easily process afterimages within a predetermined time. Especially,
In the case of an electrophotographic image forming member incorporated into an electrophotographic apparatus used in an office as a business machine, the above-mentioned non-polluting property during use is an important point. Based on this perspective, amorphous silicon (hereinafter referred to as a-
Si), for example, the German publication No.
No. 2746967 and No. 2855718 disclose applications to electrophotographic image forming members, and German Publication No.
No. 2933411 describes the application to a photoelectric conversion/reading device. However, the conventional photoconductive member having a photoconductive layer composed of a-Si has low dark resistance value, photosensitivity,
Further improvements require comprehensive improvements in electrical, optical, and photoconductive properties such as photoresponsivity, use environment properties such as moisture resistance, and stability over time. The reality is that there are issues that need to be addressed. For example, when applied to an electrophotographic image forming member, when trying to achieve high photosensitivity and high dark resistance at the same time, it has often been observed in the past that residual potential remains during use, and this type of photoconductive When a member is used repeatedly for a long period of time, fatigue due to repeated use may accumulate, resulting in a number of disadvantages such as a so-called ghost phenomenon in which an afterimage occurs. Furthermore, for example, according to many experiments conducted by the present inventors, a-Si as a material constituting the photoconductive layer of an electrophotographic image forming member can be used with conventional inorganic photoconductive materials such as Se, CdS, and ZnO. Although it has many advantages compared to organic photoconductive materials such as PVCz and TNF, it has a single-layer photoconductive layer made of a-Si that has properties suitable for use in conventional solar cells. Even if the photoconductive layer of the photographic image forming member is subjected to charging treatment for electrostatic image formation, dark decay is extremely fast, making it difficult to apply ordinary electrophotographic methods; In addition, it has been found that there are many issues that need to be resolved, such as the above-mentioned tendency being remarkable in a humid atmosphere, and in some cases, it may be impossible to hold the charged charge until the time of occurrence. ing. Furthermore, when forming a photoconductive layer with an a-Si material, hydrogen atoms, halogen atoms such as fluorine atoms and chlorine atoms, and electrically conductive type Boron atoms, phosphorus atoms, etc. are contained in the photoconductive layer as constituent atoms for the purpose of controlling In some cases, problems may arise with the electrical and photoconductive properties of the formed layer. In particular, at the interface between adjacent layers, dangling bonds are likely to be formed due to the manufacturing process, and complex bending of energy bands is likely to occur, depending on the content and distribution of atoms contained therein. For this reason, the various changes in charge behavior and structural stability issues are especially important, and control of these areas holds the key to success or failure in order for the photoconductive member to perform its intended function. There are quite a few. Furthermore, when an a-Si photoconductive member is made by a generally known method, for example, photocarriers generated in the formed photoconductive layer due to light irradiation may not have a sufficient lifespan in the layer. If sufficient image density cannot be obtained based on the image density, or if the image exposure amount is large, the image tends to become blurred and or even,
Problems often occur due to insufficient prevention of charge injection from the support side. Therefore,
While efforts are being made to improve the properties of the a-Si material itself, it is necessary to take measures to obtain the desired electrical and optical properties as described above when designing photoconductive members. The present invention has been made in view of the above points, and includes a
-As a result of intensive research and study on Si from the viewpoint of its applicability as a photoconductive member used in electrophotographic image forming members, solid-state imaging devices, reading devices, etc., we have found that a-Si, In particular, silicon atoms are used as the base material, hydrogen atoms (H) and halogen atoms (X)
Amorphous materials containing at least one of the above, i.e., so-called hydrogenated a-Si, halogenated a-Si, or halogen-containing hydrogenated a-Si
(Hereinafter, these will be collectively referred to as a-Si (H, The photoconductive member not only exhibits extremely superior properties in practical use, but also surpasses conventional photoconductive members in every respect;
This is based on the discovery that it has particularly excellent properties as a photoconductive member for electrophotography. An object of the present invention is to provide a photoconductive member for electrophotography that can easily obtain high-quality images with high density, clear halftones, and high resolution, and without image defects or image deletion. purpose. Another object of the present invention is to provide an all-environment type product whose electrical, optical, and photoconductive properties are almost unaffected by the usage environment and are always stable, and which has excellent light fatigue resistance and deteriorates even after repeated use. It is an object of the present invention to provide a photoconductive member that does not cause any phenomenon, has excellent durability, and has no or almost no residual potential observed. Another object of the present invention is that when applied as an image forming member for electrophotography, it has sufficient charge retention ability during charging processing for electrostatic image formation, and is preferably applicable to electrophotography very effectively. It is an object of the present invention to provide a photoconductive member having excellent electrophotographic properties that can be used. Yet another object of the present invention is high photosensitivity,
Another object of the present invention is to provide a photoconductive member having high signal-to-noise ratio characteristics and good electrical contact between laminated layers. That is, the photoconductive member of the present invention includes a support, a photoconductive first layer provided on the support and made of an amorphous material containing silicon atoms as a matrix, and the first photoconductive layer. A photoconductive member for electrophotography, comprising: a second layer having a thickness of 0.003 to 30 μm and made of an amorphous material containing silicon atoms and carbon atoms as essential components; 1 layer contains 30 to 5×10 4 atomic atoms of Group Group of the Periodic Table sequentially from the support side in the thickness direction of the layer.
A region A with a layer thickness of 20 Å to 20 μm containing ppm, a region B with a layer thickness of 1 to 100 μm that does not contain any periodic table group atoms, and a periodic table group atom of 0.01 to 1×
104 atomic ppm and nitrogen atoms at 0.1 to 57 atomic% near the layer junction interface with the second layer and 0 to 35 atomic% at the boundary with the region B.
It is characterized by comprising a region C containing a layer having a thickness of 20 Å to 15 μm. The photoconductive member of the present invention configured to have the photoconductive layer structure described above can solve all of the problems described above, and has extremely excellent electrical, optical, and photoconductive properties. Indicates usage environment characteristics. In particular, when applied as an image forming member for electrophotography, it has excellent charge retention ability during charging processing, has no influence of residual potential on image formation, has stable electrical properties, and has high sensitivity. It has a high signal-to-noise ratio, can obtain high-quality visible images with high image density, clear halftones, and high resolution, and has excellent light fatigue resistance and repeated use characteristics. Excellent for repeated use under humid atmosphere. Hereinafter, the photoconductive member of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a layer structure in order to explain an embodiment of the structure of a photoconductive member of the present invention. Figures 2a to 2h are diagrams schematically showing the concentration distribution of nitrogen atoms and periodic table group atoms in the first layer of the photoconductive member of the present invention. The photoconductive member 100 of the present invention, as shown in FIG.
A photoconductive first layer 102 containing -Si, preferably a-Si (H, A second layer 106 containing as an essential component is formed and configured. The first layer 102 has a region A103, a region B104, and a region C105 from the support side due to the difference in the constituent atomic composition in the layer thickness direction of the layer 102.
It is divided sequentially into The periodic table group atoms doped (contained) in the region A103 have a substantially uniform concentration distribution state in the direction parallel to the support surface within the region A, but have a substantially uniform concentration distribution state in the layer thickness direction. It may be uniform as shown in the 2h diagram (the vertical axis is the distance from the support, the horizontal axis is the atomic concentration, and the periodic table group atoms are represented by boron), or Alternatively, it may have a distribution in which the concentration decreases toward region B. The thickness of the region A in the layer thickness direction is preferably 20 Å to 20 μm, more preferably 30 Å to 15 μm, and optimally 40 Å to 10 μm. Further, the content of atoms of group group of the periodic table in the region is preferably 30 to 5×10 4 atomic ppm,
More preferably 50 to 5×10 4 atomic ppm, optimally 100 to 5×10 3 atomic ppm. When the periodic table group atoms are contained in a non-uniform concentration distribution state in region A, the maximum concentration of the periodic table group atoms in the region is preferably 80 to 1×10 5 atomic ppm, more preferably 100
~5× 105 atomic ppm, optimally 150 to 1×
10 5 atomic ppm. The region B104 is characterized by not containing any group atoms of the periodic table, and the thickness of the region B in the layer thickness direction is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 80 μm, and most preferably 2 to 50 μm. It is said that The periodic table group atoms doped in region C have a substantially uniform concentration distribution in the direction parallel to the support surface and in the layer thickness direction. The thickness of the region C in the layer thickness direction is preferably 20 Å to 15 μm, more preferably 30 Å to 10 μm, and optimally 40 Å to 5 μm. The concentration of the periodic table group atoms in the region C is preferably 0.01 to 1×10 4 atomic ppm, more preferably 0.5 to 5×10 3 atomic ppm, and optimally 1 to 1×10 3 atomic ppm. be done. On the other hand, the nitrogen atoms contained in region C have a nearly uniform concentration distribution within the layer in the direction parallel to the support surface, but have a uniform concentration distribution in the layer thickness direction. Alternatively, the concentration distribution state may be such that the atomic concentration increases toward the second layer.
As shown in figures a to 2h (the atomic concentration scale on the horizontal axis is not the same as that for boron atoms),
It does not matter whether it is continuous or changes stepwise. Further, the portion of the layer having the maximum nitrogen atom concentration near the layer junction interface with the second layer is
It may have a certain length in the layer thickness direction, as shown in FIG. 2a, or it may be just one point, as shown in FIG. 2a. When nitrogen atoms are contained in a non-uniform distribution in the region C, the concentration of nitrogen atoms in the region C is at the maximum concentration, that is, near the layer junction interface with the second layer. , preferably 0.1 to 57 atomic%, more preferably 1 to 57 atomic%, optimally 5 to 57 atomic%.
The concentration is preferably 0 to 35 atomic %, more preferably 0 to 35 atomic %, and in the part where the concentration is minimal, that is, the boundary with region B.
30 atomic%, optimally 0 to 25 atomic%. The photoconductive member of the present invention having the first layer formed in such a manner that the concentration of nitrogen atoms and atoms of group 3 of the periodic table has the above-mentioned atomic concentration distribution with respect to the layer thickness is an electrophotographic photoconductive member. When used as a photoreceptor for commercial applications, it produces high-quality visible images with high image density, clear halftones, and high resolution without image smearing even when image exposure is high. This is due to the effect of increasing the resistance of the first layer with photoconductivity due to nitrogen atom doping and the high concentration of nitrogen atoms near the layer junction interface between the first layer and the second layer. It is presumed that this is based on the fact that an extremely good charge-accepting ability is achieved by widening the energy band of this part, and on the effect of preventing charge injection from the support side by doping with atoms of Group 3 of the periodic table. In other words, if there is a layer junction interface in the upper part of the first layer (for example, the junction between region B and region C), the excess carriers generated here will move wherever an electric field is applied, resulting in a dark region. It is understood that this causes the effect of canceling out the electric charge of Even if complex bending occurs, the activation energy for carrier generation is large and carrier generation does not occur easily. Note that the reason why atoms of Group Group of the periodic table are contained in region C is that the number of nitrogen atoms doped as donors increases according to the concentration of nitrogen atoms in the region, so nitrogen atoms are added to compensate for this. It is something. In the present invention, specific examples of the halogen atom (X) that may be contained in the first layer include fluorine, chlorine, bromine, and iodine, but chlorine, especially fluorine, is particularly preferred. can be mentioned. Examples of the periodic table group atoms doped in the first layer include boron, aluminum, gallium, indium, and thallium, with boron being particularly preferred. The support used in the present invention may be electrically conductive or electrically insulating. Examples of the conductive support include NiCr, stainless steel, Al,
Examples include metals such as Cr, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pd, and alloys thereof. As the electrically insulating support, films or sheets of synthetic resins such as polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, glass, ceramic, paper, etc. are usually used. . Preferably, at least one surface of these electrically insulating supports is conductively treated, and another layer is preferably provided on the conductively treated surface side. That is, for example, if it is glass, its surface may contain NiCr, Al, Cr, Mo, Au, Ir, Nd, Ta,
V, Ti, Pt, In 2 O 3 , SnO 2 , ITO (In 2 O 3 + SnO 2 )
Conductivity can be imparted by providing a thin film consisting of NiCr, Al, Ag, Pb, Zn, etc., or if it is a synthetic resin film such as polyester film.
Ni, Au, Cr, Mo, Ir, Nb, Ta, V, Ti, Pt
Conductivity is imparted to the surface by providing a thin film of a metal such as by vacuum evaporation, electron beam evaporation, sputtering, etc., or by laminating the surface with the metal. The shape of the support is determined depending on the need, but for example, the photoconductive member 1 shown in FIG.
If 00 is used as an electrophotographic image forming member, it is preferably in the form of an endless belt or a cylinder for continuous high-speed copying. The thickness of the support is determined appropriately so that a desired photoconductive member is formed, but if flexibility is required as a photoconductive member, the support can sufficiently function as a support. It is made as thin as possible within this range. However, in such cases, in terms of manufacturing and handling of the support, as well as mechanical strength, it is usually
It is considered to be 10 μm or more. In the present invention, in order to form the first layer composed of a-Si (H, Applicable. For example, by glow discharge method, a-Si(H,X)
In order to form the first layer composed of, basically, together with a raw material gas for supplying Si that can supply silicon atoms (Si), a raw material gas for introducing hydrogen atoms (H) and/or
Alternatively, depending on the raw material gas for introducing halogen atoms (X) and the constituent atomic composition of the formation region, the raw material gas for introducing nitrogen atoms (N) and the raw material gas for introducing atoms of group 3 of the periodic table may be optionally mixed with Ar, A plasma atmosphere of these gases is created by introducing a predetermined mixing ratio and gas flow rate together with an inert gas such as He into a deposition chamber that can reduce the pressure inside the chamber to generate a glow discharge in the deposition chamber. By this, a layer made of a-Si (H, In addition, when forming the first layer by the sputtering method, for example, in an atmosphere of an inert gas such as Ar or He, or a mixed gas based on these gases.
When sputtering a target composed of Si, a gas for introducing hydrogen atoms (H) and/or halogen atoms (X) and a raw material gas and cycle for introducing nitrogen atoms (N) are used depending on the atomic composition of the formation region. The raw material gas for introducing atoms of the Table of Groups may be introduced into a deposition chamber for sputtering. The raw material gas for supplying Si used to form the first layer includes SiH 4 , Si 2 H 6 , Si 3 H 8 ,
Gaseous silicon hydride (silanes) such as Si 4 H 10 , which is in a gaseous state or can be gasified, can be used effectively, especially in terms of ease of handling in layer creation work and good Si supply efficiency. Preferred examples include SiH 4 and Si 2 H 6 . In the present invention, in order to introduce hydrogen atoms into the first layer, H 2 or the above-mentioned SiH 4 , Si 2 H 6 ,
This is carried out by supplying a silicon hydride gas such as Si 3 H 8 or Si 4 H 10 into a deposition chamber to generate an electric discharge. In the present invention, many halides are effective as the raw material gas for introducing halogen atoms that can be used to form the first layer, such as halogen gas, halides, interhalogen compounds,
Preferred examples include gaseous or gasifiable halogen compounds such as halogen-substituted silane derivatives. Furthermore, a gaseous or gasifiable compound containing a silicon atom and a halogen atom,
Silicon compounds containing halogen atoms can also be mentioned as effective. Specifically, halogen compounds that can be suitably used to form the first layer in the present invention include halogen gases such as fluorine, chlorine, bromine, and iodine; BrF, ClF, ClF 3 , BrF 3 , BrF5 , IF3 , IF7 ,
Examples include interhalogen compounds such as ICl and IBr. Preferred examples of silicon compounds containing halogen atoms, so-called silane derivatives substituted with halogen atoms, include silicon halides such as SiF 4 , Si 2 F 6 , SiCl 4 , and SiBr 4 . can. As the raw material gas for introducing halogen atoms into the first layer, the above-mentioned halogen compounds or halogen-containing silicon compounds are effectively used, but in addition, HF, HCl,
Hydrogen halides such as HBr and HI, SiH 2 F 2 ,
Halogen-substituted silicon hydrides such as SiH 2 I 2 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiH 2 Br 2 , SiHBr 3 , etc., and halides that have a hydrogen atom as one of their constituents in a gaseous state or can be gasified. Mention may be made as starting materials for forming the first layer. These halides containing hydrogen atoms are
When forming a layer, halogen atoms can be introduced at the same time as hydrogen atoms, which are extremely effective components for controlling electrical or photoelectric properties, so halogen atoms are suitable in the present invention. Used as raw material for introduction. In the present invention, the raw material gas for supplying nitrogen atoms used to form the first layer includes gases containing N as a constituent atom, such as nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), hydrazine (H 2 NNH 2 ), gaseous or gasifiable nitrogen such as hydrogen azide (HN 3 ), ammonium azide (NH 4 N 3 ), and nitrogen compounds such as nitrides and azides. In addition, nitrogen trifluoride (F 3 N),
Examples include halogenated nitrogen compounds such as nitrogen tetrafluoride (F 4 N 2 ). In the present invention, the raw material gases for supplying atoms of group of the periodic table used to form the first layer include B 2 H 6 , B 4 H 10 , B 5 H 9 , B 5 H 11 , B 6H10 ,
Examples include GaCl 3 , AlCl 3 , BF 3 , BCl 3 , BBr 3 and BI 3 . To form the first layer of a-Si (H, In the case of the ion plating method, polycrystalline silicon or single crystal silicon is housed in a deposition boat as an evaporation source, and this silicon evaporation source is heated using a resistance heating method or an electron beam method (EB method). This can be carried out by heating and evaporating the flying evaporated material using a method such as the method (method), etc., and passing the flying evaporated material through a predetermined gas plasma atmosphere. At this time, in both the sputtering method and the ion plating method, hydrogen atoms (H) and/or
Alternatively, depending on the gas for introducing halogen atoms (X), the raw material gas for introducing nitrogen atoms (N), and the raw material gas for introducing atoms of group 3 in the periodic table, depending on the atomic composition of the formation region, He , Ar, and other inert gases may be introduced into the sputtering or ion plating chamber to form a plasma atmosphere of the gases. To control the amount of hydrogen atoms, halogen atoms, nitrogen atoms, and atoms of Group Group of the Periodic Table contained in the first layer, for example, hydrogen atoms (H), halogen atoms (X)
One or more of the following may be controlled: the amount of the starting material used to contain nitrogen atoms (N) and atoms of group group of the periodic table introduced into the deposition system, the support temperature, and the discharge power. In the present invention, the diluting gas used when forming the first layer by a glow discharge method or a sputtering method is a so-called rare gas, such as He, Ne,
Preferred examples include Ar. Photoconductive first layer 102 in the present invention
The second layer 106 formed thereon has a free surface and is provided mainly to achieve the objectives of the present invention in terms of moisture resistance, continuous repeated use characteristics, electrical pressure resistance, use environment characteristics, and durability. It will be done. The photoconductive first layer and the second photoconductive layer in the present invention
Since each of the layers has a common constituent atom of silicon atoms, sufficient chemical stability is ensured at the laminated interface. The second layer 106 in the present invention is made of an amorphous material (hereinafter referred to as a-(Si x C 1-x ) y (H, X) written as 1-y ,
However, 0<x, y<1). The second composed of a-(Si x C 1-x ) y (H, X) 1-y
The layer is formed by a glow discharge method, a sputtering method, an ion implantation method, an ion plating method, an electron beam method, or the like. These manufacturing methods are selected and adopted as appropriate depending on factors such as manufacturing conditions, amount of equipment capital investment, manufacturing scale, and desired characteristics of the photoconductive member to be manufactured. Glow discharge has the advantages of being relatively easy to control the conditions for manufacturing photoconductive members, and of being able to easily introduce carbon atoms and halogen atoms together with silicon atoms into the second layer. A sputtering method or a sputtering method is preferably employed. Further, the second layer may be formed by using a glow discharge method and a sputtering method in the same apparatus system. To form the second layer by the glow discharge method, the raw material gas for forming a-(Si x C 1-x ) y ( H , and introduced into a deposition chamber for vacuum deposition in which a support on which a photoconductive first layer is formed is installed;
The introduced gas is turned into gas plasma by causing a glow discharge, and a-(Si x C 1-x ) y (H, X) 1 is deposited on the photoconductive first layer on the support.
-y may be deposited. In the present invention, a-(Si x C 1-x ) y (H, X) 1-y
As raw material gas for formation, silicon atoms (Si),
Carbon atom (C), hydrogen atom (H) and halogen atom (X)
Most gaseous substances containing at least one of the following as constituent atoms or gasified substances that can be gasified can be used. When using a raw material gas containing Si as one of Si, C, H, and X, for example, Si
A raw material gas containing C as a constituent atom, a raw material gas containing C as a constituent atom, and a raw material gas containing H as a constituent atom and/or a raw material gas containing X as a constituent atom as necessary are mixed at a desired mixing ratio. Alternatively, a raw material gas containing Si as a constituent atom and a raw material gas containing C and H as constituent atoms and/or a raw material gas containing C and X as constituent atoms are mixed at a desired mixing ratio. Alternatively, a raw material gas containing Si as a constituent atom and a raw material gas containing Si, C and H as constituent atoms, or a raw material gas containing Si, C and X as constituent atoms. Examples include mixing and using them at a desired mixing ratio. Alternatively, a raw material gas containing Si and H as constituent atoms and a raw material gas containing C as constituent atoms may be mixed, or a raw material gas containing Si and X as constituent atoms may be used. , C may be used in combination with a raw material gas having C as a constituent atom. In the present invention, preferred halogen atoms (X) that may be contained in the second layer include F,
Cl, Br, and I, with F and Cl being particularly desirable. In the present invention, gases effectively used as raw material gases for forming the second layer include SiH 4 , Si 2 H 6 , Si 3 H 8 , and Si 4 H 10 whose constituent atoms are Si and H. Silicon hydride gas such as; C and H as constituent atoms, for example, saturated hydrocarbons having 1 to 4 carbon atoms, 2 carbon atoms
~4 ethylene hydrocarbons, acetylenic hydrocarbons having 2 to 4 carbon atoms; simple halogens; hydrogen halides; interhalogen compounds; silicon halides;
Examples include halogen-substituted silicon hydride. Specifically, saturated hydrocarbons include methane,
Ethane, propane, n-butane, pentane; ethylene hydrocarbons include ethylene, propylene, butene-1, butene-2, i-butylene, pentene; acetylene hydrocarbons include acetylene, methylacetylene, butyne; halogens As simple substances, halogen gases include fluorine, chlorine, bromine, and iodine; as hydrogen halides, HF, HI,
HCl, HBr; Interhalogen compounds include ClF,
ClF3 , ClF5 , BrF, BrF3 , BrF5 , IF5 , IF7 ,
ICl, IBr; silicon halides include SiF 4 ,
Si2F6 , SiCl4 , SiCl3Br , SiCl2Br2 , SiClBr3 ,
SiCl 3 I, SiBr 4 ; Examples of halogen-substituted silicon hydride include SiH 2 F 2 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiH 3 Cl,
Examples include SiH 3 Br, SiH 2 Br 2 and SiHBr 3 . In addition to these, CF 4 , CCl 4 , CBr 4 , CHF 3 ,
CH2F2 , CH3F , CH3Cl , CH3Br , CH3I ,
Halogen-substituted paraffinic hydrocarbons such as C 2 H 5 Cl,
Fluorinated sulfur compounds such as SF 4 and SF 6 ; Si(CH 3 ) 4 ,
Alkyl silicides such as Si(C 2 H 5 ) 4 ; SiCl(CH 3 ) 3 ,
Silane derivatives such as halogen-containing alkyl silicides such as SiCl 2 (CH 3 ) 2 and SiCl 3 CH 3 can also be mentioned as effective. These second layer-forming materials are
When forming the second layer, silicon atoms, carbon atoms, and optionally halogen atoms and/or hydrogen atoms are selected as desired so that the layer contains silicon atoms, carbon atoms, and optionally halogen atoms and/or hydrogen atoms in a predetermined composition ratio. used. For example, Si(CH 3 ) 4 can easily contain silicon atoms, carbon atoms, and hydrogen atoms and can form a layer with desired characteristics, and SiHCl 3 and SiH 2 can contain halogen atoms. Cl 2 , SiCl 4 or
A second mixture of SiH 3 Cl, etc. is prepared in a gas state at a predetermined mixing ratio.
a-(Si x C 1-x ) y (H,
A second layer consisting of: In order to form the second layer by the sputtering method, a monocrystalline or polycrystalline Si wafer and/or a C wafer or a wafer containing a mixture of Si and C is targeted, and these are necessary. Depending on the situation, sputtering may be performed in various gas atmospheres containing halogen atoms and/or hydrogen atoms as constituent elements. For example, if a Si wafer is used as a target, the raw material gas for introducing C, H and/or X is diluted with diluent gas as necessary.
The Si wafer may be sputtered by introducing the gas into a deposition chamber for sputtering and forming a gas plasma of these gases. Separately, by using a target other than Si and C or a single target containing a mixture of Si and C, a gas atmosphere containing hydrogen atoms and/or halogen atoms can be created as necessary. This is done by sputtering inside.
As a material serving as a raw material gas for introducing C, H, and X, the material for forming the second layer shown in the glow discharge example described above can also be used as an effective material in the sputtering method. In the present invention, the diluent gas used when forming the second layer by the glow discharge method or sputtering method is a so-called rare gas such as He, Ne,
Ar and the like can be mentioned as suitable examples. The second layer in the present invention is carefully formed to provide the desired properties. In other words, substances containing Si, C, and optionally H and/or semiconducting,
It shows properties ranging from insulating properties and properties ranging from photoconductive properties to non-photoconductive properties, so
In the present invention, the preparation conditions can be selected as desired so that a-(Si x C 1-x ) y (H,X) 1-y having desired properties depending on the purpose is formed. done strictly. For example, when providing the second layer with the main purpose of improving electrical breakdown voltage, a-(Si x
C 1-x ) y (H, In addition, when a second layer is provided with the main purpose of improving the characteristics of continuous repeated use and the characteristics of the usage environment, the degree of electrical insulation described above is relaxed to a certain extent, and the layer has a certain degree of sensitivity to the irradiated light. As an amorphous material, a-(Si x C 1-x ) y (H, X) 1-y
is created. On the surface of the first layer a-(Si x C 1-x ) y (H,X) 1
When forming the second layer consisting of a-(Si x C 1-x ) y
It is desirable that the temperature of the support during layer formation be strictly controlled so that (H,X) 1-y can be formed as desired. In the present invention, the formation of the second layer is carried out by appropriately selecting the optimum range according to the method of forming the second layer in order to effectively achieve the desired purpose. ~400℃, more preferably 50~
The temperature is desirably 350°C, most preferably 100-300°C. To form the second layer, it is advantageous to employ the glow discharge method or sputtering method, as it is relatively easier to delicately control the composition ratio of the atoms that make up the layer compared to other methods. However, when forming the second layer using these layer forming methods, the discharge power during layer formation is created in the same way as the support temperature described above.a-(Si x C 1-x ) y ( H , Discharge power conditions for effectively producing a-(Si x C 1-x ) y (H, It is desirable that the power is preferably 10 to 300W, more preferably 20 to 250W, and optimally 50 to 200W. The gas pressure in the deposition chamber is preferably 0.01~
It is desirable to set it to 1 Torr, preferably about 0.1 to 0.5 Torr. In the present invention, the values in the above-mentioned ranges are mentioned as the preferable numerical ranges of the support temperature and discharge power for creating the second layer, but these layer creation factors can be determined independently and separately. , but the desired characteristics a-(Si x C 1-x ) y (H,X) 1-y
Preferably, the optimum value of each layer-forming factor is determined based on mutual organic relationships such that a second layer consisting of is formed. The amount of carbon atoms contained in the second layer in the photoconductive member of the present invention is:
Similar to the conditions for forming the second layer, this is one of the important factors for forming the second layer that provides the desired properties that achieve the object of the present invention. The amount of carbon atoms contained in the second layer in the present invention is appropriately determined as desired depending on the characteristics of the amorphous material constituting the second layer. That is, the general formula a-(Si x C 1-x ) y (H, X) 1-y
The amorphous material represented by can be broadly classified as an amorphous material composed of silicon atoms and carbon atoms (hereinafter referred to as
It is written as a-Si a C 1-a . However, 0<a<1), an amorphous material composed of silicon atoms, carbon atoms, and hydrogen atoms (hereinafter referred to as a-(Si b C 1-b ) c H 1-c.However ,
0<b, c<1), an amorphous material composed of silicon atoms, carbon atoms, halogen atoms, and optionally hydrogen atoms (hereinafter a-(Si d C 1-d ) e (H, X) 1-e
It is written as However, it is classified as 0<d, e<1). In the present invention, when the second layer is composed of a-Si a C 1-a , the amount of carbon atoms contained in the second layer is preferably 1×10 -3 to 90 atomic%, or more. Suitably 1-80 atomic%, optimally 10-80 atomic%
A desirable value is 75 atomic%.
That is, if we use the representation of a in the previous a-Si a C 1-a , a
is preferably 0.1 to 0.99999, more preferably 0.2 to
0.99, optimally 0.25-0.9. On the other hand, in the present invention, the second layer is a-(Si b
When composed of C 1-b ) c H 1-c , the amount of carbon atoms contained in the second layer is preferably from 1×10 −3 to
90 atomic%, more preferably 1~
A desirable value is 90 atomic%.
The content of hydrogen atoms is preferably 1-
40 atomic%, more preferably 2 to 35 atomic%,
The optimum value is 5 to 30 atomic%.
Photoconductive members formed with hydrogen contents within these ranges are well suited for practical applications. That is, if expressed as a-(Si b C 1-b ) c H 1-c above, b is preferably 0.1 to 0.99999, more preferably
0.1-0.99, optimally 0.15-0.9, preferably c
0.6-0.99, more preferably 0.65-0.98, optimally 0.7
~0.95 is desirable. When the second layer is composed of a-(Si d C 1-d ) e (H,X) 1-e , the content of carbon atoms contained in the second layer is as follows: Preferably 1×10 -3 ~
It is desirable that the content be 90 atomic %, more preferably 1 to 90 atomic %, most preferably 10 to 80 atomic %. The content of halogen atoms is preferably 1 to 20 atomic%, more preferably 1 to 20 atomic%.
The halogen atom content is preferably 18 atomic %, most preferably 2 to 15 atomic %, and photoconductive members prepared when the halogen atom content is within this range can be sufficiently applied in practice. The content of hydrogen atoms contained as necessary is preferably
It is desirable that the content be 19 atomic % or less, more preferably 13 atomic % or less. That is, d of the previous a-(Si d C 1-d ) e (H, X) 1-e ,
If expressed as e, d is preferably from 0.1 to
More suitable than 0.99999 is 0.1~0.99, optimally 0.15~
0.9, e is preferably 0.8 to 0.99, more preferably
It is desirable that it be between 0.82 and 0.99, most preferably between 0.85 and 0.98. The numerical range of the layer thickness of the second layer in the present invention is:
In order to effectively achieve the object of the present invention, it can be determined as desired depending on the intended purpose. In addition, the thickness of the second layer is determined according to the characteristics required for each layer, including the amount of carbon atoms contained in the second layer and the relationship with the thickness of the first layer. It needs to be appropriately determined according to the organic relationship and desired. In addition, it is desirable to take into account the economical aspects of productivity and mass production. The thickness of the second layer in the present invention is preferably 0.003 to 30 μm, more preferably 0.004 to 20 μm.
m, preferably 0.005 to 10 μm. The amount of carbon atoms contained in the second layer can be controlled by, for example, adjusting the flow rate of a gas introduced into the deposition chamber when using a glow discharge method, or by adjusting the flow rate of a gas for introducing carbon atoms into the deposition chamber, or when using a sputtering method. When forming a layer, the sputtering area ratio of the silicon wafer and the graphite wafer is changed when forming the target, or the mixing ratio of the silicon powder and the graphite powder is changed when forming the target. , can be controlled as desired. The amount of halogen atoms contained in the second layer can be controlled by adjusting the flow rate of a raw material gas for introducing halogen atoms introduced into the deposition chamber. Next, an example of a method for manufacturing a photoconductive member produced by a glow discharge decomposition method will be described. FIG. 3 shows an apparatus for manufacturing photoconductive members using the glow discharge decomposition method. Gas cylinders 1102 to 1106 in the diagram include
The raw material gas for forming the amorphous layer of the photoconductive member of the present invention is sealed, for example, 1102 is a cylinder of SiH 4 gas (purity 99.99%), and 1103 is a cylinder of SiH 4 gas diluted with H 2 . B2H6 gas ( purity
99.99%, hereinafter abbreviated as B 2 H 6 /H 2 gas) cylinder, 1
104 is NH 3 gas (99.99% purity) cylinder, 11
05 is CH 4 gas (99.99% purity) cylinder, 110
6 is a SiF 4 gas (purity 99.99%) cylinder. Although not shown in the drawings, it is possible to add other desired gas types as needed. In order to flow these gases into the reaction chamber 1101, each valve 1 of the gas cylinders 1102 to 1106 is opened.
122 to 1126 and leak valve 1135 are closed, and inlet valve 1
112-1116, outflow valve 1117-112
1 and auxiliary valves 1132 and 1133 are open, first open the main valve 1134.
is opened to exhaust the reaction chamber 1101 and gas piping. Next, the reading on vacuum gauge 1136 is approximately 5×10 -6 torr.
When the temperature reaches 100, the auxiliary valves 1132, 1133 and the outflow valves 1117 to 1121 are closed. Next, SiH 4 gas from gas cylinder 1102, B 2 H 6 /H 2 gas from gas cylinder 1103, and gas cylinder 11.
NH 3 gas from 04, from gas cylinder 1105
Inject CH 4 gas and SiF 4 gas from gas cylinder 1106 by opening valves 1122 to 1126 to adjust the pressure of outlet pressure gauges 1127 to 1131 to 1 Kg/cm 2 , gradually opening inflow valves 1112 to 1116, and supplying SiF 4 gas to the mass flow controller. 1107 to 1111. Subsequently, the outflow valve 1117~
1121 and auxiliary valves 1132 and 1133 are gradually opened to allow each gas to flow into the reaction chamber 1101. At this time, the outflow valves 1117 to 1121
Also, while checking the reading on the vacuum gauge 1136, adjust the opening of the main valve 1134 so that the pressure inside the reaction chamber reaches the desired value. Then, the temperature of the gas cylinder 1137 is increased by the heating heater 1138.
After confirming that the temperature is set at 50 to 400° C., the power source 1140 is set to the desired power to generate glow discharge in the reaction chamber 1101. At the same time, in order to obtain the nitrogen atom and boron atom content curves designed in advance, the flow rates of NH 3 gas and B 2 H 6 /H 2 gas are changed appropriately, and the changing plasma state is corrected accordingly.
Region A of the first layer is formed by controlling discharge power, substrate temperature, etc. as necessary. Further, during layer formation, the base cylinder 1137 is rotated at a constant speed by a motor 1139 in order to ensure uniform layer formation. Next, close all gas operation system valves used.
The reaction chamber 1101 is once evacuated to high vacuum. When the reading on the vacuum gauge 1136 reaches approximately 5×10 -6 torr, repeat the same operation as above to remove SiH 4 ,
Open the operation system valve of SiF 4 , control the flow rate of each raw material gas to the desired value, generate glow discharge in the same manner as above, and apply it to region B of the first layer.
form. Regarding the region C of the first layer, by repeating the same operations as described above, a region having a content distribution curve of each constituent atom designed in advance is formed. Next, close all gas operation system valves used.
The reaction chamber 1101 is once evacuated to high vacuum. When the reading on the vacuum gauge 1136 reaches approximately 5×10 -6 torr, repeat the same operation as above to remove SiH 4 ,
Open the operation system valves for CH 4 and diluent gas such as He if necessary, control the flow rate of each raw material gas to the desired value, and generate a glow discharge in the same way as in the case of the first layer. Two layers are formed. When halogen atoms are contained in the second layer, the SiF 4 operating valve may be simultaneously opened to generate glow discharge. Examples will be described below. Example 1 Using the photoconductive member manufacturing apparatus shown in FIG.
An amorphous layer was formed on an Al cylinder by the glow discharge decomposition method detailed above according to the manufacturing conditions shown in Table 1. A part of the obtained photoreceptor drum was cut out, and the concentration of boron atoms and nitrogen atoms in the layer thickness direction was determined using a secondary ion mass spectrometer, and the concentration distribution results shown in Figure 4 were obtained. . Also, set the remaining part of the photoreceptor drum in the electrophotographic device, set the charging corona voltage to +6KV, and set the image exposure to 0.8KV.
A latent image was formed at ~1.5 lux·sec, and subsequent development, transfer, and fixing processes were performed using well-known methods, and the image was evaluated. Image evaluation was performed by printing images equivalent to a total of 100,000 sheets using A4 size paper under normal conditions, and performing image printing equivalent to an additional 100,000 sheets in a high temperature and high humidity environment. [Density] [Resolution] [Tone reproducibility] of each image for each sample
Evaluations were made based on the quality of image defects, etc., and extremely good evaluations were obtained for all of the above items, regardless of environmental conditions or number of durable sheets. In particular, [concentration]
There is something noteworthy about the item, and it was confirmed that extremely high concentration can be obtained. This is also supported by the results of potential measurements; for example, it was found that the receptive potential was improved by about 1.2 to 1.5 times when compared to a material without any treatment on the surface of the amorphous layer. It was inferred that the effect of preventing charge injection from the surface by nitrogen atom doping was sufficiently effective. This improvement in charge acceptance ability not only improves image density but also has the great advantage that a wide latitude of corona conditions can be obtained and the range of image quality selection can be expanded. Another item worth mentioning is resolution, and this series of tests revealed that extremely clear images can be maintained under any environmental conditions. This seems to be the effect of giving region C of the amorphous layer a nitrogen atom concentration distribution as shown in Figure 4.
A clear difference appeared under high humidity conditions compared to those without such a nitrogen atom concentration distribution. Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 and 2 In Example 1, the thickness of the third layer (area C) of the first layer was variously changed by changing the deposition time. A photoreceptor drum was produced in the same manner as in Example 1. When the same image evaluation as in Example 1 was performed on this photoreceptor drum, the results shown in Table 2 were obtained. Examples 4 and 5 and Comparative Examples 3 to 5 The conditions were the same as in Example 3, except that the flow rate of ammonia gas was variously changed in the formation of the third layer (area C) of the first layer. A photoreceptor drum was manufactured using the method. When the same image evaluation as in Example 1 was carried out on this photoreceptor drum, the third
Obtained the results in the table. Examples 6 and 7 Photoreceptor drums were produced in the same manner as in Example 1 according to the production conditions shown in Tables 4 and 5, respectively. The concentration distribution forms of nitrogen atoms and boron atoms in the obtained photoreceptor drum were as shown in FIGS. 5 and 6, respectively. As a result of performing image evaluations on these photoreceptor drums in exactly the same manner as in Example 1, good results almost equivalent to those in Example 1 were obtained in all cases. Example 8 For the first layer, Examples 1, 6, and
JP 57-52178 and JP 57-52179 were formed on a drum-shaped photoconductive member formed according to the same conditions and procedures as 7.
The second layer was formed using the sputtering method disclosed in detail in Table 6-1 under the conditions shown in Table 6-1, and the Examples except that the conditions were changed to those shown in Table 6-2. 15 types of samples (sample No. 8-1) in which a second layer was formed on the same drum-shaped photoconductive member as above by the same glow discharge method as in No. 1.
-1 to 8-1-8, 8-6-1 to 8-6-8, 8
A total of 24 samples (-7-1 to 8-7-8) were created. Each of the electrophotographic image forming members obtained in this way was individually installed in a copying machine, and
Corona charging was performed for 0.2 seconds and a light image was irradiated. The light source uses a tungsten lamp, and the light intensity is 1.0lux.
sec. The latent image was developed with a positively charged developer (including toner and carrier) and transferred to regular paper. The transferred image was extremely good. Toner remaining on the electrophotographic imaging member without being transferred was cleaned with a rubber blade. Even after repeating this process over 100,000 times, no image deterioration was observed in any case. Table 7 shows the results of the overall image quality evaluation of the transferred image of each sample and the evaluation of durability through repeated and continuous use. Example 9 When forming the second layer by sputtering method, the target area ratio of silicon wafer and graphite was changed, and the content ratio of silicon atoms and carbon atoms in the second layer was changed.
Each of the imaging members was made in exactly the same manner as in Example 1. For each of the image forming members thus obtained, the same image forming process as in Example 1 was carried out.
After repeating the development and cleaning steps 100,000 times, image evaluation was performed, and the results shown in Table 8 were obtained. Example 10 Same as Example 1 except that when forming the second layer, the flow rate ratio of SiH 4 gas and C 2 H 4 gas was changed to change the content ratio of silicon atoms and carbon atoms in the second layer. Each of the imaging members was made in exactly the same manner. For each of the image forming members thus obtained, image formation, development, and cleaning steps similar to those in Example 1 were repeated 100,000 times, and then image evaluation was performed, and the results shown in Table 9 were obtained. . Example 11 When forming the second layer, SiH 4 gas, SiF 4 gas,
Each of the image forming members was created in exactly the same manner as in Example 1, except that the content ratio of silicon atoms and carbon atoms in the second layer was changed by changing the flow rate ratio of C 2 H 4 gas. did. For each of the imaging members thus obtained, similar to Example 1,
After repeating the steps of image formation, development, and cleaning 100,000 times, image evaluation was performed, and the results shown in Table 10 were obtained.
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】
◎:非常に良好 ○:良好 △:実用上充分である
。 ×:画像欠陥を生ずる
[Table] ◎: Very good ○: Good △: Practically sufficient. ×: Image defects occur.
【表】
◎:非常に良好 ○:良好 △:実用上充分である
。 ×:画像欠陥を生ずる
[Table] ◎: Very good ○: Good △: Practically sufficient. ×: Image defects occur.
【表】
◎:非常に良好 ○:良好 △:実用上充分である
×:画像欠陥生ずる
[Table] ◎: Very good ○: Good △: Sufficient for practical use
×: Image defect occurs
第1図は、本発明の光導電部材の構成の実施態
様例を説明するために、層構造を模式的に示した
図である。第2a乃至2h図は、本発明の光導電
部材の第1の層中の窒素原子及び周期律表第族
原子の濃度分布を模式的に示した図である。第3
図は、グロー放電分解法による光導電部材の製造
装置を示した図である。第4〜6図は、本発明の
実施例に於ける光導電部材の構成原子濃度分布の
分析結果を示した図である。
100:光導電部材、101:支持体、10
2:第1の層、103:領域A、104:領域
B、105:領域C、106:第2の層、110
1:反応室、1102〜1106:ガスボンベ、
1107〜1111:マスフロコントローラ、1
112〜1116:流入バルブ、1117〜11
21:流出バルブ、1122〜1126:バル
ブ、1127〜1131:圧力調整器、113
2:補助バルブ、1133:補助バルブ、113
4:メインバルブ、1135:リークバルブ、1
136:真空計、1137:基体シリンダー、1
138:加熱ヒーター、1139:モータ、11
40:高周波電源(マツチングボツクス)。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a layer structure in order to explain an embodiment of the structure of a photoconductive member of the present invention. Figures 2a to 2h are diagrams schematically showing the concentration distribution of nitrogen atoms and periodic table group atoms in the first layer of the photoconductive member of the present invention. Third
The figure shows an apparatus for manufacturing a photoconductive member using a glow discharge decomposition method. 4 to 6 are diagrams showing the analysis results of the concentration distribution of the constituent atoms of the photoconductive member in the example of the present invention. 100: Photoconductive member, 101: Support, 10
2: First layer, 103: Area A, 104: Area B, 105: Area C, 106: Second layer, 110
1: reaction chamber, 1102-1106: gas cylinder,
1107-1111: Mass flow controller, 1
112-1116: Inflow valve, 1117-11
21: Outflow valve, 1122-1126: Valve, 1127-1131: Pressure regulator, 113
2: Auxiliary valve, 1133: Auxiliary valve, 113
4: Main valve, 1135: Leak valve, 1
136: Vacuum gauge, 1137: Base cylinder, 1
138: Heater, 1139: Motor, 11
40: High frequency power supply (matching box).
Claims (1)
原子を母体とする非晶質材料で構成された光導電
性のある第1の層と、この第1の層上に設けら
れ、ケイ素原子及び炭素原子を必須成分として含
有する非晶質材料で構成された層厚0.003〜30μm
の第2の層とからなる電子写真用光導電部材であ
つて、前記第1の層が、該層の層厚方向に関し前
記支持体側から順次、周期律表第族原子を30〜
5×104atomic ppmで含有する層厚20Å〜20μm
の領域Aと周期律表第族原子を含有しない層厚
1〜100μmの領域B、並びに周期律表第族原
子を0.01〜1×104atomic ppm及び窒素原子を前
記第2の層との層接合界面近傍において0.1〜
57atomic%、前記領域Bとの境界部分において
0〜35atomic%含有する層厚20Å〜15μmの領域
Cとから構成されることを特徴とする電子写真用
光導電部材。1 a support, a photoconductive first layer provided on this support and made of an amorphous material with silicon atoms as a matrix, and a photoconductive first layer provided on this first layer and made of an amorphous material with silicon atoms as a matrix; and a layer thickness of 0.003 to 30 μm composed of an amorphous material containing carbon atoms as an essential component.
and a second layer of the electrophotographic photoconductive member, wherein the first layer contains 30 to 30 to 30 atoms of Group Group of the Periodic Table from the support side in the layer thickness direction of the layer.
Layer thickness 20 Å to 20 μm containing 5×10 4 atomic ppm
A region A with a layer thickness of 1 to 100 μm that does not contain any periodic table group atoms, and a layer containing 0.01 to 1×10 4 atomic ppm of periodic table group atoms and nitrogen atoms with the second layer. 0.1~ near the bonding interface
A photoconductive member for electrophotography, comprising a region C having a layer thickness of 20 Å to 15 μm and containing 57 atomic % and 0 to 35 atomic % at the boundary with the region B.
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Publication number | Publication date |
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