JPH0588836B2 - - Google Patents

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JPH0588836B2
JPH0588836B2 JP61099391A JP9939186A JPH0588836B2 JP H0588836 B2 JPH0588836 B2 JP H0588836B2 JP 61099391 A JP61099391 A JP 61099391A JP 9939186 A JP9939186 A JP 9939186A JP H0588836 B2 JPH0588836 B2 JP H0588836B2
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JP
Japan
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oxygen
concentration
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conductive substrate
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JP61099391A
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Masaru Wakatabe
Kenichi Fujimori
Osamu Ogino
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Yamanashi Electronics Co Ltd
Original Assignee
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Yamanashi Electronics Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G5/00Recording members for original recording by exposure, e.g. to light, to heat, to electrons; Manufacture thereof; Selection of materials therefor
    • G03G5/14Inert intermediate or cover layers for charge-receiving layers
    • G03G5/142Inert intermediate layers
    • G03G5/144Inert intermediate layers comprising inorganic material

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Photoreceptors In Electrophotography (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕 (発明の利用分野) 本発明は導電性基体上に非晶質シリコンにより
構成された光導電層を備えた電子写真用感光体、
特に導電性基体と下部障壁層の剥離防止に関する
ものである。 (従来技術とその問題点) 従来より電子写真感光体を形成する光導電材料
として、SeおよびSe化合物、Zno、CdS等の無機
光導電材料やポリ−Nビニルカルパゾール
(PVK)、トリニトロフルオレノン(TNF)等の
有機光導電材料(OPC)が広く用いられている。
しかし上記の材料による感光体は、表面強度が弱
く摩耗に対して弱いため寿命が短いと云う欠点が
あるほか、熱的安定性が環境汚染性の点でも問題
がある。 そこでこのような問題点を解決するため、近年
非晶質シリコン(以下a−Siと略称する)を光導
電層とした電子写真用感光体が提案され実用化さ
れつつある。このa−Siは表面強度が従来の材料
に比べて格段に大きく感光体の長寿命化が期待で
きると同時に、熱的安定性や無害なため環境汚染
の防止の点でもすぐれている。また画像は一般に
コロナ放電により感光体表面を正に帯電させ、露
光により静電潜像を形成することによつて得る
が、a−Si感光体では受容電位が高く多くの正電
荷を帯電できるため、コントラスト比の高い鮮明
な画像を得られる利点がある。 しかしその反面帯電露光を繰返すと暗時導電性
基体側から電子が流入し、これが正電荷と結合し
て表面帯電電位を低下させるため、画像欠陥を生
じさせるおそれがある。 そこでこれを防止するため一般には導電性基体
に接した光導電層にボロン原子を含有させて、所
謂P+型のブロツキング層即ち下部障壁層を形成
し、これより基体側から侵入する電子の寿命を小
さくして電子を再結合により消滅させて上記の問
題を解決することが行われている。しかしそのた
めには下部障壁層の抵抗値が少なくとも1010〓・
cm以下になるようにボロン濃度を増すことを要求
されるが、このようにすると使用中感光層中にク
ラツクを発生して寿命を大きく低下する欠点があ
り、甚だしい時には出荷前の温度衝撃試験時、そ
の開始より数サイクルの早い時期に感光層が導電
性基体から剥離して使用できなくなることさえあ
る。 本発明は上記のようなa−Si感光体における含
有ボロン原子にもとづくクラツクや剥離を、残留
電位の低下など感光体としての諸特性を損なうこ
とがないうににして長寿命化を図つた電子写真用
感光体の提供を目的としてなされたものである。 次に図面を用いての詳細を説明する。 〔発明の構成〕 (問題点を解決するための手段) 本発明は第1図に示すように導電性基体1
に、導電性基体1との界面において500ppM〜1
%原子濃度のボロン原子を含み、かつボロン原子
濃度とほぼ一定比量以上の酸素および窒素原子を
含有する下部障壁層2を形成すること、および
下部障壁層2のボロン、酸素および窒素原子濃度
が導電性基体と下部障壁層の界面において最高濃
度を示すと共に層厚方向に漸減させて形成するこ
とを特徴とし、この下部障壁層に続いて電位保持
層3と上部障壁層4を層した電子写真用感光体で
ある。 (発明の作用効果) 従来のようにa−Siネツトワーク中に3配位の
ボロン原子が配位のシリコン原子と置換された場
合には、ボロン原子濃度が増すにつれて膜内歪み
が大きくなつてクラツクや剥離の発生の見る。即
ちa−Siネツトワークは1箇のSiを中心とした最
隣接するSiやドービング原子とはほぼ秩序を維持
して配列しているが、数原子以上離れた原子とは
無秩序で配列している。従つてシリコンとボロン
の交合の割合が多くなると、シリコンとシリコン
の結合の割合に比べて3配位結合でイオン半径や
結合距離が異なることに原因して、長距離的結合
の歪みが大きくなり、クラツクや剥離を招く結果
になるものと考えられる。 これに対し本発明におけるボロン原子と同時に
含有される2配位の酸素のイオン半径は、シリコ
ンのそれよりかなり大きいが、シリコンと置換す
る形ではa−Siネツトワーク中に入らない。この
ためネツトワークのどこの位置にでも結合するこ
とができ、歪みの大きな長距離的結合の途中に酸
素結合が入ることになる。このため歪みが分散さ
れてクラツクや剥離の発生がなくなるものと考え
られる。 またこの場合含有酸素原子の添加量には制限が
あり、量がが多くなると電荷をトラツプする局在
準位密度を大きくする。このため例えば残留電位
が第3図中のA曲線のように200V以上にもなる
と云う電子写真用感光体として望ましくない結果
を生ずる。本発明における窒素原子はこの欠点を
なくすように作用する。即ちSi−B−Si−Oネツ
トワーク中に窒素原子を添加すると、窒素原子も
また酸素原子と同様にシリコン原子と置換型であ
つてネツトワーク中に入らないことから、酸素原
子と同様にSi−B長距離結合歪みの緩和能力をも
ち、しかも窒素原子は深い準位の局在準位密度を
大きくすることがない。従つて窒素原子を同時に
添加することにより酸素原子の量をそれが持つ悪
効果を発揮させないために必要とされる最小限す
ることができる。ただ窒素原子は3配位であるの
で2配位の酸素原子より構造歪み緩和能力に劣
り、ボロン原子を高濃度にドープした3〓m以上
の膜厚をもつシリコン膜の剥離防止の効果のため
には窒素原子のみでは実際的でない。 また光導電層内の電子密度はP型下部障壁層内
で消滅するから、導電性基体と下部障壁層との界
面が最大であり、層厚方向に向かつて漸減する分
布を示す。従つて本発明のようにボロン原子、酸
素原子、窒素原子のそれぞれの濃度分布が、第2
図のように導電性基体との界面において最高とな
り、層厚方向に行くに伴い漸減するようにしたこ
とにより、下部障壁層2によつて導電性基体1か
ら電子保持層3に向かつて侵入する電子の侵入を
よく阻止することができ、電子と正電荷の結合に
よる表面帯電電位の低下をよく阻止して画像欠陥
の発生を防止できる。 実験によれば次のように構成することにより目
的を達成できることを確かめ得た。導電性基体1
上にCVD法により基体1との界面における原子
濃度が500ppM(5×1018Atoms/cm3〜1%
(1020Atoms/cm3)の、ボロン原子とボロン原子
濃度Aに対する酸素原子濃度Bと窒素原子濃度C
の和の比A/(B+C)が10-3〜10-1の範囲にな
るように添加された酸素および窒素原子からなる
と共に、各含有原子の濃度分布が導電性基体1と
の界面において最高となり、層厚方向に行くに伴
い漸減する層厚が1〜10〓mの下部障壁層2を設
ける。そしてこの上に極微量のボロン原子を添加
して補償して高抵抗に形成された層厚が20〜30〓
mの電位保持層3を形成し、更にその上に約1000
Å〜1〓m厚の非晶質炭化シリコンによる上部障
壁層4を積層して電子写真用感光体を形成した。 この構成によれば温度差(〓T)/温度変化に
要する時間〓を100℃/分とした、−40℃〜常温〜
+100℃の温度衝撃試験を50回繰返しても、下部
障壁層の剥離は全く発生せず、クラツクの発生も
全くなかつた。 また受容電位は+650V、残留電位はは+2V、
白色光感度は0.5lux・secであつてすぐれた光導
電特性を示した。また通常環境下(20℃60%R.
H))でのA−A版紙50万枚の画像コピーでも受
容電位の変化がなく、定した画像特性が得られる
ことが確認された。 また後記するるCVD装置よる別な実験、即ち
第1表の実験例のように酸素原子供給源として
酸素(O2)を用いた場合、実験例のように酸
素(O2)と窒素(N2)又はアンモニアガス
(NH3)を用いた場合、および実験例のように
N2Oを用い
【表】
【表】
【表】 た場合について、第1表に示す反応条件の下にア
ルミニウム導電性基体1上にそれぞれ堆積膜厚が
5〓mの下部障壁層2を形成し、更にこの上に第
2表の反応条の下に堆積膜厚が25〓mの電位保持
層3と、2000m上部障壁層4を積層したところ次
のような結果を得た。 実験例の下部障壁層2はその何れもが初期にお
いて(B2H6/SiH4)のモル比が1×10-3であつ
て、反応の結果得られる下部障壁層2と導電性基
体1との界面のボロン原子濃度は1019
1020Atoms/cm3(100pM〜1%)であつた。また
実験例に代表される酸素原子のみで歪みを緩和
した場合、上記のボロン濃度において酸素量を約
5SCCM以上とした領域で堆積a−Si層が剥離し
ないものが得られた。 また実験例に代表される少量の酸素原子に窒
素原子を添加した場合、窒素ガスと酸素ガスのモ
ル比が2以上で堆積a−Si層が導電性基体表面か
ら剥離しなくなり、実験例に比べて少量の酸素
ガス量でよいことが判つた。即ち(B2H6
SiH44)=1×10-3に対し、酸素ガスを3SCCM流
すと、添加窒素ガス量6SCCM以上で剥離が発生
しなくなり、第4図のように酸素と窒素の場合
B/(O+N)における剥離が発生しない領域は
酸素のみの場合(B/O)に比べて酸素量が少な
くてすむ。またこのときのa−Siネツトワーク内
に占める原子濃度を分析すると、ボロン原子が
1018〜1020Atoms/cm3に対して酸素原子が5×
1019〜5×1021Atoms/cm3あり、窒素原子も5×
1019〜5×1021Atoms/cm3の領域内にあることが
確認された。このような添加原子で構成された下
部障壁層2は、抵抗値が108〜1×1010〓・cm即
ち1×1010〓・cm以下であるから、導電性基体1
側から電子が侵入しても1〓m以内で完全再結合
して消滅する。その結果剥離がなくしかも表面帯
電電位の低下による画像欠陥を生じにくい電子写
真感光体を提供できる。 また更に酸素と窒素原子が添加された場合、残
留電位は酸素原子のみの添加を示す第3図中のA
曲線のようなボロン原子濃度の上昇と共に高くな
ることがなく、B曲線のようにボロン原子濃度が
1018〜1020Atoms/cm3の範囲内において殆ど変わ
ることがない。また第3図中のD曲線によつて示
すように受容電位も酸素原子のみの添加時を示す
C曲線に比べて変化が少ない。従つて本発明によ
れば光導電層の導導電性基体からの剥離がなく、
しかも鮮明な画像が得られる電子写真用感光体を
提供できる。 なお実験例は生産管理上の便利さから、窒素
と酸素の化合物を使用して窒素と酸素を一定比率
でCVD装置のプラズマ領域に送りこみうるよう
にしたものであつて、以上の各実験例には第5図
に示すCVD装置が使用された。 第5図において5は円筒状の真空反応室、6は
円筒状の対向電極、7はその高周波電源
(13.56MHz)、8は真空ポンプであつて、真空反
応室5内を0.2〜1.5torrのガス圧に制御できる。
9は反応ガスの導入パイプであつて、プラズマ領
域内に反応ガスを導入できるように配置され、図
示されない複数箇のガスボンベから供給された各
種反応ガスをそれぞれ図示されない流量調節器に
より所要のガス組成になるように調整したガスが
導入される。また前記したような濃度分布をもた
せるためシーケンスプロセツサによるるプログラ
ム制御手段により、反応時間と共にガス流量が調
整される。なお酸素原子供給源として純酸素が使
用されるときは、導入パイプ9と別に設けた導入
パイプ10を用いてプラズマ領域に導入する。1
1は接地された電導電性基体の保持体であつて、
これに装着された導電性基体1を内部から加熱す
るための250〜300℃に温度制御される図示されな
い加熱ヒータを有する。12はモータでCVD法
により堆して来る非晶質シリコンが馴染み易いよ
うに表面処理された導電性基体1を、5cm程度の
空間距離をもつて前記した対向電極6内において
同心的に回転させ、導電性基体1の全周面に均一
な非晶質膜が形成されるようにする。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図本発明の層構造図および下部
障害層内の添加原子の濃度分布図、第3図は酸素
のみ添加と酸素と窒素添加時における受容電位と
残留電位とボロン原子濃度との相関図、第4図は
剥離傾向と添加原子の濃度比の相関図、第5図は
本発明の実施に用いられたCVD装置の概略構成
図である。 1……導電性基体、2……下部障壁層、3……
電位保持層、4……上部障壁層、5……真空反応
室、6……対向電極、7……高周波電源、8……
真空ポンプ、9……反応ガスの導入パイプ、10
……純酸素の導入パイプ、11……導電性基体保
持体、12……モータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 導電性基体上に非晶質シリコンを主体とする
    光導電層を堆積した電子写真用感光体において、
    前記光導電層中にボロン原子、酸素原子及び窒素
    原子を含有し、前記ボロン原子の濃度を500ppM
    より大きく1%以下の原子濃度とし、このボロン
    原子濃度(A)に対する前記酸素原子の濃度
    (B)と前記窒素原子の濃度(C)との和の濃度
    比(A/(B+C))が10-3〜10-1の範囲内に設
    定すると共に、前記ボロン原子、酸素原子及び窒
    素原子の濃度分布をそれぞれ前記導電性基体との
    界面において高濃度とし、層厚方向に漸減させた
    P型下部障壁層を形成するようにしたことを特徴
    とする電子写真用感光体。 2 特許請求の範囲の第1項において、下部障壁
    層上に電位保持層、上部障壁層の順序で積層した
    ことを特徴とする電子写真用感光体。
JP9939186A 1986-05-01 1986-05-01 電子写真用感光体 Granted JPS62257172A (ja)

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