JPH06332210A - 光受容部材及びその製造方法 - Google Patents

光受容部材及びその製造方法

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JPH06332210A
JPH06332210A JP14545093A JP14545093A JPH06332210A JP H06332210 A JPH06332210 A JP H06332210A JP 14545093 A JP14545093 A JP 14545093A JP 14545093 A JP14545093 A JP 14545093A JP H06332210 A JPH06332210 A JP H06332210A
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atoms
atom
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JP14545093A
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English (en)
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Satoshi Furushima
聡 古島
Hitoshi Murayama
仁 村山
Hirokazu Otoshi
博和 大利
Tetsuya Takei
哲也 武井
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 帯電処理の際の電荷保持能を向上させ、また
画像欠陥を少なくする。 【構成】 導電性基体101上に、シリコン原子を母体
とする非単結晶材料で構成された光導電層102を積層
し、光導電層102は少なくとも窒素、ボロン原子を含
有した水素化アモルファスシリコンからなり、該光導電
層102中の窒素原子の含有量(X)とボロン原子の含
有量(Y)とは、 Y=eAX-B (A,Bは定数) なる関係にある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光(ここでは広義の光で
あって、紫外線、可視光線、赤外線、X線、γ線等を意
味する。)のような電磁波にたいして感受性のある光受
容部材に関し、更に詳述すれば電子写真複写機等の像形
成分野において重要な光受容部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
(第1の従来技術)像形成分野において、光受容部材に
おける光受容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)/暗電流(Id)]が高
く、照射する電磁波のスペクトル特性に適合した吸収ス
ペクトルを有すること、光応答性が早く、所望の暗抵抗
を有すること、使用時において人体に対して無害である
こと等が要求される。特に、事務機としてオフィスで使
用される電子写真複写機内に組み込まれる電子写真用光
受容部材の場合には、上記の使用時における無公害性は
重要な点である。
【0003】このような点に立ち、最近注目されている
光導電材料にアモルファスシリコン(以下、「a−S
i」と表す)があり、例えば特開昭54−86341号
公報に電子写真用光受容部材としての応用が記載されて
いる。
【0004】図9は、従来の電子写真用光受容部材50
4の層構成を模式的に示しており、501は導電性基
体、502はa−Siからなる光受容層、503は表面
保護層である。こうした電子写真用光受容部材は、一般
的には導電性基体501を50〜400℃に加熱し、該
導電性基体501上に真空蒸着法、スパッタリング法、
イオンプレーティング法、熱CVD法、光CVD法、プ
ラズマCVD法等の成膜法によりa−Siからなる光受
容層502を積層して作製する。なかでもプラズマCV
D法、すなわち原料ガスを直流または高周波あるいはマ
イクロ波グロー放電によって分解し、導電性基体上にa
−Si堆積膜を形成する方法が好適なものとして実用化
されている。
【0005】一方、アモルファス窒化シリコン(以下
「a−SiN」と表す)は、耐熱性や表面硬度が高いこ
と、a−Siと比較して高い暗抵率を有すること、窒素
の含有量により光学的バンドギャップが1.6〜5.5
eVの範囲にわたって得られること等が知られている。
このようなa−SiNによって光導電層を構成する電子
写真用光受容部材が、特開昭54−145539号公報
において提案されている。当該公報において、窒素また
は酸素を化学修飾物質として0.1〜30原子%含むa
−Siを電子写真用光受容部材の光導電層として使用す
ることにより暗抵抗が高く、光感度の良好な優れた電子
写真特性を示すことが記載されている。 (第2の従来技術)また、特開昭54−145537号
公報には、支持体とアモルファスシリコン系光導電層と
二酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素の表面被膜層
からなる電子写真用像形成部材が開示されている。
【0006】特開平3−644662号公報には、1
3.56MHz、27.12MHz及び40.68MH
zの周波数の印加電圧でシランガスをグロー放電分解す
ることによりアモルファスシリコン膜を成膜して、感光
体ドラムなどデバイスを製作することが開示されてい
る。
【0007】これらの技術により、電子写真用光受容部
材の電気的、光学的、光導電的特性及び使用環境特性、
耐久性が向上し、更に、画像品位の向上も可能となっ
た。
【0008】一方、電子写真装置の高速化、高耐久化は
急速に進んでおり、更に、サービスコスト低減のため各
部品の信頼性向上を図り、メンテナンス回数の低減を行
うことが必要とされている。この様な状況下で、電子写
真用光受容部材は様々な環境下でサービスマンのメンテ
ナンスを受けないまま、以前にも増して長時間繰り返し
使用を続けられるようになってきている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
(第1の従来技術に関する課題)従来のa−Si材料で
構成された光導電性を有する電子写真用光受容部材は、
暗抵抗値、高感度、光応答性等の電気的、光学的、光導
電特性、及び使用環境特性の点、さらには経時安定性及
び耐久性の良質な画像の点において、各々には特性の向
上が図られているが、総合的な特性向上を図る上でさら
に改良される余地が存在するのが実状である。
【0010】また、a−Si材料が光導電部材を設計す
る際に、上記した様な所望の特性が得られるように工夫
する必要がある。
【0011】そこで、光導電部材において窒素原子を含
有させた層設計をすることにより、帯電処理の際の電荷
保持能に優れ、画像形成への残留電位の影響が少なく、
多湿雰囲気中でも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って耐光疲労、繰り返し
使用性に著しく優れ、硬度が高く、ハーフトーンが鮮明
にでて、且つ解像度が高い、高品質の可視画像を得るこ
とができる。
【0012】しかし、シリコン原子の含有量に対する窒
素原子の含有量の変化にともない絶縁に近づく方向であ
り、光導電層中を電荷が走りにくくなる。そこでボロン
等荷電子制御剤を多く入れることにより、残電がでない
ようにする必要がある。従来ではこのボロンの含有量は
光導電層中に入れる窒素原子の含有量の量に対して試行
錯誤で決められており、その光受容部材に必要な特性に
より膜厚方向に分布をもたせる場合そのボロン量を各領
域ごとに決定することは難しく過大な実験の末に決定さ
れていた。こうした試行錯誤の必要なく最適な含有量が
決定されることが強く望まれていた。また総合的な特性
向上の為にも、簡単な方法で層設計が行えることが必要
とされている。 (第2の従来技術に関する課題)また、従来の電子写真
用光受容部材は以下に示すような改良すべき余地が存在
するのが実情である。
【0013】即ち、特に高湿下で非常に高速で長時間繰
り返し使用を続けると画像上の細線がにじんだような状
態(画像流れが発生)となり、ひどいときは文字が全く
読めない画像となることがある。しかも、一旦この様な
現象が発生した電子写真用光受容部材を使用した電子写
真装置は、以前は全く画像流れの発生しなかったような
比較的低湿環境下に戻しても画像流れが収まらない場合
が多数見られた。従来は高湿下の画像流れはドラムを加
熱することによりドラム表面の相対湿度を低下させ防止
していた。しかし、この様な方法での解決はドラム表面
の温度を非常に高温にする必要が生じ、装置のコストが
上昇し、消費電気量が増加し、又はドラム表面へのトナ
ーの融着などが発生する場合があった。
【0014】本発明は、上記の点に鑑み、上述の様なシ
リコン原子を母体とする材料で構成された従来の光受容
層を有する電子写真用光受容部材における諸問題を解決
することを目的とするものである。
【0015】すなわち、本発明の主たる目的は、a−S
i材料で構成された光導電性を有する電子写真用光受容
部材において、暗抵抗値、高感度、光応答性等の電気
的、光学的、光導電特性、及び使用環境特性の点、さら
には経時安定性及び耐久性の点が優れ、さらに、光導電
部材において窒素原子を含有させた層設計をすることに
より、従来に比べ特に帯電処理の際の電荷保持能に優
れ、また画像形成への残留電位の影響が少なく、多湿雰
囲気中でも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って耐光疲労、繰り返し使用性
に著しく優れ、硬度が高く、ハーフトーンが鮮明にで
て、且つ解像度が高い、高品質の可視画像を得ることが
できる様な特性が得られる電子写真用光受容部材を提供
することにある。
【0016】また本発明は、上述のごときa−Siで構
成された従来の光受容層を有する電子写真用光受容部材
に於ける諸問題を解決することを目的とするものであ
る。
【0017】即ち、本発明の主たる他の目的は、電気
的、光学的、光導電的特性が使用環境にほとんど依存す
る事なく実質的に常時安定しており、耐光疲労に優れ、
繰り返し使用に際しては劣化現象を起こさず耐久性、耐
湿性に優れ、残留電位がほとんど観測されない、シリコ
ン原子を母体とした非単結晶材料で構成された光受容層
を有する電子写真用光受容部材を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
[本発明の第1の光受容部材及びその製造方法] (1) 本発明の光受容部材は、導電性基体の上に、シ
リコン原子を母体とする非単結晶材料で構成された光導
電層を積層した光受容部材であって、該光導電層は少な
くとも窒素、ボロン原子を含有した水素化アモルファス
シリコンからなり、該光導電層中の窒素原子の含有量
(X)とボロン原子の含有量(Y)とは、 Y=eAX-B (A,Bは定数) なる関係にあることを特徴とする。
【0019】また本発明の光受容部材は、導電性基体の
上に、シリコン原子を母体とする非単結晶材料で構成さ
れた光導電層を積層した光受容部材であって、該光導電
層は少なくとも酸素、ボロン原子を含有した水素化アモ
ルファスシリコンからなり、該光導電層中の酸素原子の
含有量(M)とボロン原子の含有量(L)とは、 L=eCM-D (C,Dは定数) なる関係にあることを特徴とする。
【0020】本発明の光受容部材は、特に帯電処理の際
の電荷保持能に優れ、そして総合的な特性にも優れた層
構成の電子写真用光受容部材を提供するものである。 (2) 本発明の光受容部材の製造方法は、導電性基体
上に、窒素、ボロン原子を含有した水素化アモルファス
シリコンからなる光導電層をCVD法により積層する光
受容部材の製造方法であって、前記光導電層中の窒素原
子の含有量(X)とボロン原子の含有量(Y)とが、 Y=eAX-B (A,Bは定数) なる関係となるように、前記窒素原子の原料ガスの仕込
量と前記ボロン原子の原料ガスの仕込量とを制御して成
膜したことを特徴とする。
【0021】また、本発明の光受容部材の製造方法は、
導電性基体上に、酸素、ボロン原子を含有した水素化ア
モルファスシリコンからなる光導電層をCVD法により
積層する光受容部材の製造方法であって、前記光導電層
中の酸素原子の含有量(M)とボロン原子の含有量
(L)とが、 L=eCM-D (C,Dは定数) なる関係となるように、前記酸素原子の原料ガスの仕込
量と前記ボロン原子の原料ガスの仕込量とを制御して成
膜したことを特徴とする。
【0022】本発明の光受容部材の製造方法は、容易に
所望の特性をもつ電子写真用光受容部材を得られ、かつ
電子写真用光受容部材として非常に適した層設計ができ
る方法を提供するものである。
【0023】図1は、本発明に係る光受容部材の層構成
を模式的に示したものであり、101は導電性基体、1
02,105は光導電層、103は表面層、104は電
子写真光受容部材である。
【0024】まず本発明者らがおこなった実験例につい
て述べる。 〈実験例1〉図5(後に詳述する)に示したマイクロ波
プラズマCVD装置を用い、鏡面加工を施したアルミニ
ウムシリンダー上に光導電層、表面層を積層させ、表
1、表2に示す条件で電子写真用光受容部材を作製し
た。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】 できた光受容部材をキヤノン製複写機NP−6650を
実験用に改造した複写装置に設置して画像評価を行なっ
た。その結果を表3に示す。各項目は以下のように評価
を行なった。
【0027】帯電能…電子写真感光体を実験装置に設置
し、帯電器に+6kVの高電圧を印加しコロナ帯電を行
ない、表面電位計により電子写真感光体の暗部表面電位
を測定する。
【0028】感度…電子写真感光体を、一定の暗部表面
電位に帯電させる。そして直ちに光像を照射する。光像
はキセノンランプ光源を用い、フィルターを用いて55
0nm以下の波長域の光を除いた光を照射する。この時
表面電位計により電子写真感光体の明部表面電位を測定
する。明部表面電位が所定の電位になるよう露光量を調
整し、この時の露光量をもって感度とする。
【0029】暗減衰…電子写真感光体を、現像器位置で
一定の暗部表面電位になるように帯電させる。その時、
帯電器位置と現像器位置の間の決められた位置に電位測
定用のセンサーを取付けその位置での電位と帯電器位置
での電位を求め、その差を暗減衰とする。
【0030】残留電位…電子写真感光体を、一定の暗部
表面電位に帯電させる。そして直ちに一定光量の比較的
強い光を照射する。光像はキセノンランプ光源を用い、
フィルターを用いて550nm以下の波長域の光を除い
た光を照射した。この時、表面電位計により電子写真感
光体の明部表面電位を測定する。
【0031】画像欠陥…電子写真感光体を、上記複写機
にいれ、通常の電子写真プロセスにより転写し紙面上に
画像を形成し、キヤノン製全面黒チャートを原稿台に置
きコピーしたときに得られたコピー画像の同一面積内に
ある直径0.2mm以上の白抜けについて、その数を数
え、さらにキヤノン製全面白チャートを原稿台に置きコ
ピーした時に得られたコピー画像の同一面積内にある直
径0.2mm以上の黒い点の数を数えその数によって評
価する。
【0032】ブランク露光メモリー…キヤノン社製中間
チャート(部品番号:FY9−9042)を原稿台に置
きコピーしたときに得られた画像のブランク露光により
母線方向にやや薄くなった部分と通常の部分の反射濃度
差を測定した。
【0033】それぞれについて、 ◎は「特に良好」 〇は「良好」 △は「実用上問題無し」 ×は「実用上問題有り」 これらの結果を合わせて表3に示す。
【0034】
【表3】 これらの結果よりサンプルAシリーズは、窒素原子を含
有しない場合であるが、このA1が電子写真特性を満足
していた。そこで、このA1を基準として仕込みのアン
モニアの流量を変化させたそれぞれについて、ボロン原
子の含有量による特性を評価し、基準と同等ないしはよ
り良好になる含有量を決定した。すなわち、アンモニア
0%でジボラン0.5ppm(A1)、アンモニア3%
でジボラン4ppm(B2)、アンモニア8%でジボラ
ン12ppm(C2)、アンモニア12%でジボラン3
0ppm(D2)、アンモニア20%でジボラン150
ppm(E3)、というところで、最も良い特性が得ら
れた。
【0035】また、これらの光受容部材をSIMSによ
り分析した。それにより、実際に膜中に含有する窒素原
子、ボロン原子の含有量を測定し、仕込量との関係を求
めた。その結果を図2,3に示す。アンモニアガスの仕
込量に対する膜中の窒素原子の含有量の関係を図2に示
す。ジボランガスの仕込量に対する膜中のボロン原子の
含有量の関係を図3に示す。図2,3より明らかなよう
に仕込量と実際の含有量との間には、比例関係が成立す
ることがわかる。この膜中に含有される窒素原子とボロ
ン原子の関係は次の式1によって表される。
【0036】その分析結果によると、含有する窒素原子
の原子%(X)とボロン原子の原子ppm(Y)との間
の関係は、 Y=EXP[AX−B] (1) となる。但しA,Bは定数である。本装置により作成し
た光受容部材によって求めたところA=0.162±
0.017、B=0.79±0.16の範囲の数値が得
られた。
【0037】窒素原子の含有量も一定のばらつきを伴
い、またボロン原子の含有量にもばらつきが生じるた
め、実際の原子含有量は式に従って一対一の関係ではな
く一定の幅を持った関係である。ただし、窒素原子の含
有量が多くなるに従い、その幅も大きくなる傾向にあ
る。
【0038】以上、実験例に示すように光導電層中の窒
素原子の含有量とボロン原子の含有量の関係が決定され
る。
【0039】図2,3に示したように、仕込量に対して
膜中の含有量は比例関係になっていることから、膜中の
含有量を上記の指数関数の関係に従い光受容部材を形成
させるために仕込量に関しても指数関数に従って成膜す
る事ができる。
【0040】本発明は、光導電層中に窒素原子を含有さ
せたときに、ボロン原子を上記の式(1)に従うように
含有させることにより、電子写真特性を満足した電子写
真用光受容部材を提供することにある。
【0041】また、本発明は上記の電子写真用光受容部
材の生産方法を提供することにある。
【0042】また、本発明では更に弗素原子等を含有さ
せることも可能であり、その時には新たに関係式を導く
必要がある。
【0043】本発明は、窒素原子の代わりに酸素原子を
含有した水素化アモルファスシリコン[a−SiO]か
らなる光受容部材においても有効である(後述する実験
例2において説明する)。
【0044】次に、本発明で用いられる導電性基体とし
ては、例えば、Ni、Cr、ステンレス、Al、Mo、
Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pb、Fe等の金
属またはこれらの合金が挙げられる。中でも、Alは、
適度な強度を備え、さらに加工性も優れ、製造上、及び
取扱い上の点から、本発明には好ましい。導電性基体と
してAlを用いた場合、切削性を向上させるため、1〜
10重量%のマグネシウムを含有させることが望まし
い。特に、マグネシウム含有前のアルミニウムの純度と
しては、98重量%以上、好ましくは99重量%以上の
ものが本発明では効果的である。
【0045】導電性基体の形状は、円筒状、ベルト状、
板状等任意の形状であることができるが、用途、所望に
よってその形状は適宜に決定できるものである。例えば
図1の光受容部材104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
ルト状または円筒状とするのが望ましい。導電性基体の
厚さは、所望通りの光受容部材を形成し得る様に適宜決
定するが、光受容部材として可撥性が要求される場合に
は、導電性基体としての機能が十分発揮される範囲で可
能な限り薄くすることができる。しかしながら、導電性
基体の製造上及び取扱い上、機械的強度等の点から通常
は10μm以上とされるのが望ましい。光導電層中の窒
素原子含有量がシリコン原子に対して0.005原子%
より少ない場合、密着性が悪くなり、膜剥がれや画像欠
陥が多くなってくる。また、40原子%よりも多い場
合、膜が高抵抗化し、残留電位が増大してくる。また、
正孔の走光性が特に小さくなってくるため感度の低下も
生じてくる。窒素原子の含有量の増加にともない光学的
バンドギャップも増大する傾向を示すことから、光透過
性が大きく変化する。
【0046】また、その窒素原子含有量とともにボロン
原子の含有量も変化するが、シリコン原子に対して、
0.01原子ppmよりも少ない場合は、帯電能が小さ
く、そして光メモリが大きくなり、本発明における優れ
た光受容部材を得ることはできない。また、600原子
ppmよりも多い場合は、ボロン原子により活性化エネ
ルギーが小さくなり、帯電能が小さくなってしまう。
【0047】また水素原子は、水素化アモルファスシリ
コンの構造的歪等を緩和、ダングリングボンドの補償を
担っている。含有する水素原子が少なくなると、ダング
リングボンドが増え構造的な歪が増大し、密着性だけで
なく光導電性も低下する。また、水素原子が多くなると
水素原子が膜中で凝集するようになり、膜が脆くなる。
電子写真用光受容部材として、適切な強度と特性を得る
ために水素原子含有量が5〜30原子%ぐらいになるよ
うに作成する。
【0048】本発明である光受容部材は、その製法にお
いてはRF放電法、マイクロ波放電法等によって成され
る。
【0049】RF放電法やマイクロ波放電法の様にプラ
ズマCVD法の場合は、シラン(SiH4 )、四フッ化
珪素(SiF4 )等のシリコン原子含有ガス、及び/又
は窒素(N2 )、無水アンモニア(NH3 )等の窒素原
子含有ガス、またジボラン(B26 )、フッ化ホウ素
(BF3 )等のボロン原子含有のドーパントガスを導入
して用いることが有効である。
【0050】また、酸素原子を導入する場合は、酸素ガ
ス(O2 )、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO
2 )、一酸化窒素(NO)、二酸化窒素(NO2 )等を
導入して用いることが有効である。
【0051】マイクロ波放電法においては、上記の方法
と共に放電空間中に電界を形成してイオンを効果的に導
電性基体表面に到達させることにより制御の効果がより
大きなものとなる。
【0052】本発明において、光導電層を形成する際に
使用される希釈ガスとしては水素(H2 )、アルゴン
(Ar)、ヘリウム(He)等が挙げられる。SiF4
等の弗素原子含有ガスを導入して用いることも本発明は
有効である。または、これらの混合ガスを光導電層の形
成時に同時に導入しても本発明は同様に有効である。
【0053】本発明における目的が効果的に達成される
為の光導電層を形成する際の導電性基体の温度としては
光導電層の形成法に併せて適宜最適範囲が選択されて光
導電層の形成が実行されるが、通常の場合、50〜35
0度、好適には100〜300度とされるのが望ましい
ものである。光導電層の形成には、層を構成する原子の
組成比の微妙な制御や層厚の制御がほかの方法に較べて
比較的容易であること等のために、RFグロー放電法や
マイクロ波プラズマCVD法の採用が有利であるが、こ
れらの層形成法で光導電層を形成する場合には、前記の
導電性基体温度と同様に層形成の際の放電パワー、ガス
圧が作成される光受容部材の特性を左右する重要な因子
の1つである。
【0054】本発明における目的が達成されるための特
性を有する光受容部材が生産性良く効果的に作成される
ための放電パワー条件としては、導電性基体1個当り、
通常、10〜5000W、好適には20〜2000Wと
されるのが望ましい。マイクロ波放電法では0.2mT
orr〜100mTorr、好適には1mTorr〜5
0mTorr程度とされるのが望ましい。
【0055】次に、本発明に用いたマイクロ波プラズマ
CVD法により形成される光導電部材の製造方法につい
て説明する。
【0056】図4,5に円筒形導電性基体を用いマイク
ロ波プラズマCVD法により電子写真用光受容部材の製
造装置を示す。なお、図4は同装置の立面図、図5は平
面図である。図4,5において、201は反応容器であ
り、真空気密化構造を成している。また、202は、マ
イクロ波電力を反応容器201内に効率よく透過し、か
つ真空気密を保持し得るような材料(例えば石英ガラ
ス、アルミナセラミックス等)で形成されたマイクロ波
導入誘電体窓である。203はマイクロ波電力の伝送を
行う導波管であり、マイクロ波電源から反応容器近傍ま
での矩形の部分と、反応容器に挿入された円筒形の部分
からなっている。導波管203はスタブチューナー(図
示せず)、アイソレーター(図示せず)とともにマイク
ロ波電源(図示せず)に接続されている。誘電体窓20
2は反応容器内の雰囲気を保持するために導波管203
の円筒形の部分内壁に気密封止されている。204は一
端が反応容器201に開口し、他端が排気装置(図示せ
ず)に連通している排気管である。206は導電性基体
205により囲まれた放電空間を示す。電源211はガ
ス導入管兼バイアス電極208に電圧を印加するための
電源(バイアス電源)であり電極208に電気的に接続
されている。
【0057】こうした電子写真用光受容部材の製造装置
を使用した電子写真用光受容部材の製造は以下のように
して行う。まず真空ポンプ(図示せず)により排気管2
04を介して、反応容器201を排気し、反応容器20
1内の圧力を1×10-7Torr以下に調整する。つい
でヒーター207により、導電性基体205の温度を所
定の温度に加熱保持する。そこで光導電層の原料ガスを
不図示のガス導入手段を介して導入する。即ち、a−S
i(H、X)の原料ガスとしてシランガス、ドーピング
ガスとしてジボランガス、希釈ガスとしてヘリウムガス
等の原料ガスがガス導入管兼バイアス電極208より反
応容器201内に導入される。それと同時併行的にマイ
クロ波電源(図示せず)により周波数2.45GHzの
マイクロ波を発生させ、導波管203を通じ、誘電体窓
202を介して反応容器201内に導入される。更に放
電空間206中のガス導入管兼バイアス電極208に電
気的に接続された電源211によりガス導入管兼バイア
ス電極208に導電性基体205に対して直流電圧を印
加する。かくして導電性基体205により囲まれた放電
空間206において、原料ガスはマイクロ波のエネルギ
ーにより励起されて解離し、更にガス導入管兼バイアス
電極208と導電性基体205の間の電界により定常的
に導電性基体205上にイオン衝撃を受けながら、導電
性基体205表面に光導電層が形成される。この時、導
電性基体205が設置された回転軸209をモーター2
10により回転させ、導電性基体205を導電性基体母
線方向中心軸の回りに回転させることにより、導電性基
体205全周に渡って均一に堆積膜層が形成される。 〈実験例2〉図4,5に示したマイクロ波プラズマCV
D装置を用い、鏡面加工を施したアルミニウムシリンダ
ー上に光導電層、表面層を積層させ、表4、表5に示す
光受容部材を作製した。
【0058】
【表4】
【0059】
【表5】 その電子写真特性を表6に示す。
【0060】
【表6】 この結果よりサンプルAシリーズは、酸素原子を含有し
ない場合であるが、このA1が電子写真特性を満足して
いた。そこで、このA1を基準として仕込の一酸化窒素
含有量を変化させそれぞれについて、ボロン原子の含有
量による特性を評価し、基準と同等ないしはより良好に
なる含有量を決定した。すなわち、一酸化窒素0%でジ
ボラン0.5ppm(A1)、一酸化窒素1.5%でジ
ボラン7ppm(B3)、一酸化窒素3%でジボラン5
0ppm(C2)、一酸化窒素4.5%でジボラン40
0ppm(D2)、一酸化窒素6%でジボラン3000
ppm(E3)、というところで、最も良い特性が得ら
れた。
【0061】また、これらの光受容部材をSIMSによ
り分析した。それにより、実際に膜中に含有する酸素原
子、ボロン原子の数量を測定し、仕込量との関係を求め
た。図6,図3に示す。それによると仕込量と実際の含
有量との間には、比例関係が成立することがわかる。こ
の膜中に含有される酸素原子とボロン原子の関係は式2
によって表される。しかし、酸素原子の含有量も一定の
ばらつきを伴い、またボロン原子の含有量にもばらつき
が生じるため、実際の原子含有量は式に従って一対一の
関係ではなく一定の幅を持った関係である。ただし、酸
素原子の含有量が多くなっていくに従い、その幅も大き
くなる傾向にある。
【0062】膜中に含有する酸素原子の量M(%)に対
する膜中に含有させるボロン原子の量L(ppm)は次
の式で表される。
【0063】 L=EXP(C×M−D) (式2) 但しC,Dは定数である。本装置によりその値を求めた
ところC=2.978±0.085,D=0.79±
0.16の範囲の値であった。
【0064】光導電層中の酸素原子含有量がシリコン原
子に対して0.003原子%より少ない場合、密着性が
悪くなり、膜剥がれや画像欠陥が多くなってくる。ま
た、20原子%よりも多い場合、膜が高抵抗化し、残留
電位が増大してくる。また、正孔の走光性が特に小さく
なってくるため感度の低下も生じてくる。
【0065】また、その酸素原子含有量とともにボロン
原子の含有量も変化するが、シリコン原子に対して、
0.01原子ppmよりも少ない場合は、帯電能が小さ
く、そして光メモリが大きくなり、本発明における優れ
た光受容部材を得ることはできない。また、10000
原子ppmよりも多い場合は、ボロン原子により活性化
エネルギーが小さくなり、帯電能が小さくなってしま
う。
【0066】また水素原子は、水素化アモルファスシリ
コンの構造的歪等を緩和、ダングリングボンドの補償を
担っている。含有する水素原子が少なくなると、ダング
リングボンドが増え構造的な歪が増大し、密着性だけで
なく光導電性も低下する。また、水素原子が多くなると
水素原子が膜中で凝集するようになり、膜が脆くなる。
電子写真用光受容部材として、適切な強度と特性を得る
ために水素原子含有量が5〜30原子%ぐらいになるよ
うに作成する。 [本発明の第2の光受容部材]また、本発明の第2の光
受容部材は、支持体と、該支持体上にシリコン原子を母
体とし水素原子及びハロゲン原子の少なくともいずれか
一方を構成要素として含む非単結晶材料で構成され光導
電性を示す光導電層と、少なくともシリコン原子、窒素
原子及び水素原子を構成要素として含む非単結晶材料で
構成されている表面層とを有する光受容層とを有し、前
記表面層に於て窒素原子との結合を少なくとも1つ持つ
シリコン原子が表面層中の全シリコン原子の50%以上
であることを特徴としている。
【0067】上記したような層構成を取るように設計さ
れた本発明の光受容部材は、既に説明した課題の全てを
解決し得、極めて優れた電気的、光学的、光導電的特
性、耐久性及び使用環境特性を示す。
【0068】本発明者らは、表面層の改質により前述の
ような問題点を解決し得ないかと言う点に注目して鋭意
検討した結果、少なくともシリコン原子、窒素原子及び
水素原子を構成要素として含む非単結晶材料で構成され
ている表面層中のシリコン原子の結合の方法を特定する
ことにより目的を達成できると言う知見を得た。
【0069】本発明者らの知見によれば、従来の電子写
真用光受容部材を用いた電子写真装置が高湿環境下で画
像流れが発生するメカニズムは以下の2つがある。 (1)帯電器によるコロナ帯電時に発生するNOx等の
酸化物や、転写紙から発生する紙粉等の吸湿性の物質が
光受容部材表面上に付着して高湿時に吸湿して低抵抗と
なり画像流れを発生する現象。
【0070】これらの付着物は、光受容部材をトナーや
トナー中に含有させた研磨剤又はブレード等で擦ること
により電子写真プロセス中に大部分は取り除くことが可
能である。又、程度が悪いときは、サービスマンが光受
容部材を電子写真装置から外し、水や有機溶剤等で表面
を拭き取ることにより完全に取り除くことが可能であ
る。
【0071】又、光受容部材を加熱する事により表面の
相対湿度を低減させることはこのメカニズムが原因の画
像流れ対策としては非常に効果的である。 (2)光受容部材の表面の材料がコロナのエネルギーに
より水分や空気中の酸素と反応し、低抵抗、または吸湿
により低抵抗となる酸化物が出き画像流れが発生する現
象。
【0072】このメカニズムが原因で発生する画像流れ
は光受容部材をトナーや、トナー中に含有させた研磨剤
又はブレード等で擦ることや、サービスマンが光受容部
材の表面を、水や有機溶剤等で拭き取ること等ではほと
んど抑えることはできない。
【0073】又、光受容部材を加熱する事により表面の
相対湿度を低減させることはこのメカニズムが原因の画
像流れ対策としては効果は小さく、実用的には光受容部
材を非常に高温とする必要があった。
【0074】更に、この現象は画像流れ以外にも感度の
低下や残留電位の増加等、他の弊害も伴うことが多かっ
た。
【0075】従来はこの2者に対して明確に分離がされ
ていなかったが、実際は(1)のメカニズムが原因の画
像流れがほとんどであったため、市場で大きな問題は発
生していなかった。
【0076】しかし、コストダウン、省エネルギー等の
目的で光受容部材の加熱手段を設けない電子写真装置の
開発が進み、更に従来よりも高速で長時間連続してコピ
ーが繰り返されるに従い、従来の画像流れ対策では十分
な効果を上げることが出来ない(2)のメカニズムによ
る画像流れがみられるようになった。
【0077】耐久性の向上等の為に、シリコン原子と窒
素原子を構成要素として含む非単結晶材料で表面層を構
成する事は従来行なわれていた。しかし、従来は本発明
者らのように結合の状態にまで考慮すること無く表面層
を形成しているのが実状であった。この場合、シリコン
原子と窒素原子は均一には分布せず、シリコン原子の高
濃度な部分と窒素原子が高濃度な部分とがモザイク状に
混じり合う状態であった。この為、窒素原子との結合を
少なくとも1つ持つシリコン原子の数は組成から予想さ
れる値よりも実際には遥かに小さなものとなっていた。
【0078】一方、本発明者の知見によれば、表面層中
に当初から存在する、又は、Si−H、Si−Si結合
がコロナのエネルギーにより切れて発生したシリコン原
子のダングリングボンドがコロナ帯電下で酸素と結合す
ることにより上述の(2)のメカニズムが発生するので
ある。ところが、シリコン原子が窒素原子との結合を少
なくとも1つ持つとこの様な酸化は非常に起こりにくい
ものとなるのである。更に、酸化が起こった場合もその
電子写真特性に与える影響が軽減されるのである。この
為、上述の画像流れ等を効果的におさめることが出来る
のである。
【0079】シリコン原子と窒素原子は堆積膜中で不均
一な分布を持つため、シリコン原子が窒素原子と結合す
る確率を増やすため原料ガス中の窒素原子を含むガスの
流量を単に増やすことはあまり効果的ではなく、窒素原
子との結合を少なくとも1つ持つシリコン原子が表面層
中の全シリコン原子の30%以上にする事は困難なこと
であった。さらに、そのように窒素原子の量を増やして
いくと上述の画像流れが十分に改善されないまま電子写
真用光受容部材に要求されている機械的強度などの特性
が悪化した。
【0080】従来考慮されなかった化学結合状態を考慮
し従来不可能であった多量の窒素原子を諸物性を損なわ
ずに結合させたことは本発明者らの功績である。
【0081】即ち、本発明では、窒素原子との結合を少
なくとも1つ持つシリコン原子の割合を全シリコン原子
の数に対して従来に比べ極めて多い値に特定した材料を
表面層として用いることにより、上述した相反する特性
の改善を同時に満足することを達成した。
【0082】本発明において表面層中に弗素原子を導入
することはさらに有効である。即ち、表面層中の弗素含
有量を制御することで、シリコン原子と窒素原子の結合
の発生をより効果的に達成することが可能となる。さら
に、膜中の弗素原子の働きとして、コロナ等のダメージ
によりシリコン原子と窒素原子の結合の切断を効果的に
防止することが可能となる。この事により、本発明の効
果が、弗素原子を導入することにより顕著に向上するの
である。
【0083】以下、図面に従って本発明の光導電部材に
ついて詳細に説明する。
【0084】図7は、本発明の電子写真用光受容部材の
層構成を説明するための模式的構成図である。
【0085】図7に示す電子写真用光受容部材300
は、光受容部材用としての支持体301の上に、光受容
層302が設けられている。該光受容層302はA−S
i(H、X)からなり光導電性を有する光導電層303
と、表面層304とで構成されている。表面層304
は、少なくともシリコン原子、窒素原子及び水素原子を
構成要素として有する非単結晶材料で構成され、窒素原
子との結合を少なくとも1つ持つシリコン原子が、表面
層中の全シリコン原子の50%以上である。
【0086】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ってもよい。導電性支持
体としては、Al、Cr、Mo、Au、In、Nb、T
e、V、Ti、Pt、Pd、Fe等の金属、およびこれ
らの合金、例えばステンレス等が挙げられる。また、ポ
リエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロ
ースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポ
リスチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたは
シート、ガラス、セラミック等の電気絶縁性支持体の少
なくとも光受容層を形成する側の表面を導電処理した支
持体も用いることができる。
【0087】本発明に於いて使用される支持体301の
形状は平滑表面あるいは凹凸表面の円筒状または板状無
端ベルト状であることができ、その厚さは、所望通りの
電子写真用光受容部材300を形成し得るように適宜決
定するが、電子写真用光受容部材300としての可撓性
が要求される場合には、支持体301としての機能が充
分発揮できる範囲内で可能な限り薄くすることができ
る。しかしながら、支持体301は製造上および取り扱
い上、機械的強度等の点から通常は10μm以上とされ
る。
【0088】特にレーザー光などの可干渉性光を用いて
像記録を行う場合には、可視画像において現われる、い
わゆる干渉縞模様による画像不良をより効果的に解消す
るために、支持体301の表面に凹凸を設けてもよい。
【0089】支持体301の表面に設けられる凹凸は、
特開昭60−168156号公報、特開昭60−178
457号公報、特開昭60−225854号公報等に記
載された公知の方法により作成される。
【0090】また、レーザー光などの可干渉光を用いた
場合の干渉縞模様による画像不良をより効果的に解消す
る別の方法として、支持体301の表面に複数の球状痕
跡窪みによる凹凸形状を設けてもよい。即ち、支持体3
01の表面が電子写真用光受容部材300に要求される
解像力よりも微小な凹凸を有し、しかも該凹凸は、複数
の球状痕跡窪みによるものである。支持体301の表面
に設けられる複数の球状痕跡窪みによる凹凸は、特開昭
61−231561号公報に記載された公知の方法によ
り作成される。
【0091】本発明に於いて、その目的を効果的に達成
するために支持体301上に形成され、光受容層302
の一部を構成する光導電層303は真空堆積膜形成方法
によって、所望特性が得られるように適宜成膜パラメー
ターの数値条件が設定されて作成される。具体的には、
例えばグロー放電法(低周波CVD法、高周波CVD法
またはマイクロ波CVD法等の交流放電CVD法、ある
いは直流放電CVD法等)、スパッタリング法、真空蒸
着法、イオンプレーティング法、光CVD法、熱CVD
法などの数々の薄膜堆積法によって形成することができ
る。これらの薄膜堆積法は、製造条件、設備資本投資下
の負荷程度、製造規模、作成される電子写真用光受容部
材に所望される特性等の要因によって適宜選択されて採
用されるが、所望の特性を有する電子写真用光受容部材
を製造するに当たっての条件の制御が比較的容易である
ことからしてグロー放電法、スパッタリング法、イオン
プレーティング法が好適である。そしてこれらの方法を
同一装置系内で併用して形成してもよい。例えば、グロ
ー放電法によって光導電層303を形成するには、基本
的にはシリコン原子(Si)を供給し得るSi供給用の
原料ガスと、水素原子(H)を供給し得るH供給用の原
料ガスまたは/及びハロゲン原子(X)を供給し得るX
供給用の原料ガスを、内部が減圧にし得る反応容器内に
所望のガス状態で導入して、該反応容器内にグロー放電
を生起させ、あらかじめ所定の位置に設置されてある所
定の支持体301上にa−Si(H,X)からなる層を
形成すればよい。
【0092】また、本発明において光導電層303中に
水素原子または/及びハロゲン原子が含有されることが
必要であるが、これはシリコン原子の未結合手を補償
し、層品質の向上、特に光導電性および電荷保持特性を
向上させるために必須不可欠であるからである。よって
水素原子またはハロゲン原子の含有量、または水素原子
とハロゲン原子の和の量はシリコン原子と水素原子また
は/及びハロゲン原子の和に対して1〜40原子%、よ
り好ましくは3〜35原子%、最適には5〜30原子%
とされるのが望ましい。
【0093】本発明において使用されるSi供給用ガス
となり得る物質としては、SiH4、Si26 、Si3
8 、Si410等のガス状態の、またはガス化し得
る水素化珪素(シラン類)が有効に使用されるものとし
て挙げられ、更に層作成時の取り扱い易さ、Si供給効
率の良さ等の点でSiH4 、Si26 が好ましいもの
として挙げられる。また、これらのSi供給用の原料ガ
スを必要に応じてH2、He、Ar、Ne等のガスによ
り希釈して使用してもよい。
【0094】形成される光導電層303中に導入される
水素原子の導入割合の制御を一層容易になるように図る
ために、これらのガスに更に水素ガスまたは水素原子を
含む珪素化合物のガスも所望量混合して層形成すること
が好ましい。また、各ガスは単独種のみでなく所定の混
合比で複数種混合しても差し支えないものである。
【0095】水素原子を光導電層303中に構造的に導
入するには、上記の他にH2 、あるいはSiH4 、Si
26 、Si38 、Si410等の水素化珪素とSi
を供給するためのシリコンまたはシリコン化合物とを反
応容器中に共存させて放電を生起させることでも行うこ
とができる。
【0096】また本発明において使用されるハロゲン原
子供給用の原料ガスとして有効なのは、例えばハロゲン
ガス、ハロゲン化物、ハロゲンをふくむハロゲン間化合
物、ハロゲンで置換されたシラン誘導体等のガス状のま
たはガス化し得るハロゲン化合物が好ましく挙げられ
る。また、さらにはシリコン原子とハロゲン原子とを構
成要素とするガス状のまたはガス化し得る、ハロゲン原
子を含む水素化珪素化合物を有効なものとして挙げられ
ることができる。本発明に於て好適に使用し得るハロゲ
ン化合物としては、具体的には弗素ガス(F2 )、Br
F、ClF、ClF3 、BrF3 、BrF5 、IF3
IF7 等のハロゲン間化合物を挙げることができる。ハ
ロゲン原子を含む珪素化合物、いわゆるハロゲン原子で
置換されたシラン誘導体としては、具体的には、たとえ
ばSiF4 、Si26 等の弗化珪素が好ましいものと
して挙げることができる。
【0097】光導電層303中に含有される水素原子ま
たは/及びハロゲン原子の量を制御するには、例えば支
持体301の温度、水素原子または/及びハロゲン原子
を含有させるために使用される原料物質の反応容器内へ
導入する量、放電電力等を制御すればよい。
【0098】また光導電層に炭素原子及び/または酸素
原子及び/または窒素原子を含有させることも有効であ
る。炭素原子及び/または酸素原子/及びまたは窒素原
子の含有量はシリコン原子と炭素原子及び/または酸素
原子及び/または窒素原子の和に対して好ましくは0.
00001〜50原子%、より好ましくは0.01〜4
0原子%、最適には1〜30原子%が望ましい。炭素原
子及び/または酸素原子及び/または窒素原子は、光導
電層中に万偏なく均一に含有されても良いし、光導電層
の層厚方向に含有量が変化するような不均一な分布をも
たせた部分があっても良い。
【0099】さらに本発明においては、光導電層303
には必要に応じて伝導性を制御する原子を含有させるこ
とが好ましい。伝導性を制御する原子は、光導電層30
3中に万偏なく均一に分布した状態で含有されても良い
し、あるいは層厚方向には不均一な分布状態で含有して
いる部分があってもよい。
【0100】前記の伝導性を制御する原子としては、半
導体分野における、いわゆる不純物を挙げることがで
き、p型伝導特性を与える周期律表III b族に属する原
子(以後「第III b族原子」と略記する)またはn型伝
導特性を与える周期律表Vb族に属する原子(以後「第
Vb族原子」と略記する)を用いることができる。
【0101】第III b族原子としては、具体的には、硼
素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、
インジウム(In)、タリウム(Tl)等があり、特に
B、Al、Gaが好適である。第Vb族原子としては、
具体的には燐(P)、砒素(As)、アンチモン(S
b)、ビスマス(Bi)等があり、特にP、Asが好適
である。
【0102】光導電層303に含有される伝導性を制御
する原子の含有量としては、好ましくは1×10-3〜5
×104 原子ppm、より好ましくは1×10-2〜1×
104 原子ppm、最適には1×10-1〜5×103
子ppmとされるのが望ましい。伝導性を制御する原
子、たとえば、第III b族原子あるいは第Vb族原子を
構造的に導入するには、層形成の際に、第III b族原子
導入用の原料物質あるいは第Vb族原子導入用の原料物
質をガス状態で反応容器中に、光導電層303を形成す
るための他のガスとともに導入してやればよい。第III
b族原子導入用の原料物質あるいは第Vb族原子導入用
の原料物質となり得るものとしては、常温常圧でガス状
のまたは、少なくとも層形成条件下で容易にガス化し得
るものが採用されるのが望ましい。そのような第III b
族原子導入用の原料物質として具体的には、硼素原子導
入用としては、B26 、B410、B59 、B5
11、B610、B612、B614等の水素化硼素、B
3 、BCl3 、BBr3 等のハロゲン化硼素等が挙げ
られる。この他、AlCl3 、GaCl3 、Ga(CH
33 、InCl3 、TlCl3 等も挙げられることが
できる。
【0103】第Vb族原子導入用の原料物質として本発
明において、有効に使用されるのは、燐原子導入用とし
ては、PH3 、P24 等の水素化燐、PH4 l、PF
3 、PF5 、PCl3 、PCl5 、PBr3 、PBr
5 、Pl3 等のハロゲン化燐が挙げられる。この他、A
sH3 、AsF3 、AsCl3 、AsBr3 、As
5、SbH3 、SbF3 、SbF5 、SbCl3 、S
bCl5 、BiH3 、BiCl3 、BiBr3 等も第V
b族原子導入用の出発物質の有効なものとして挙げるこ
とができる。
【0104】また、これらの伝導性を制御する原子導入
用の原料物質を必要に応じてH2 、He、Ar、Ne等
のガスにより希釈して使用してもよい。
【0105】さらに本発明の光導電層303には、周期
律表第Ia族、IIa族、VIa族、VIII族から選ばれる少
なくとも1種の元素を0.1から10000原子ppm
程度含有してもよい。前記元素は前記光導電層303中
に万偏無く均一に分布されてもよいし、あるいは光導電
層303中に万偏無く含有されてはいるが、層厚方向に
対し不均一に分布する状態で含有している部分があって
もよい。
【0106】第Ia族原子としては、具体的には、リチ
ウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)を
挙げることができ、第IIa族原子としては、ベリリウム
(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(C
a)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)等を
挙げることができる。
【0107】また、第VIa族原子としては、具体的に
は、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステ
ン(W)等を挙げることができ、第VIII族原子として
は、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)
等を挙げることができる。
【0108】また本発明では光導電層303中に前記の
原子以外に微量(1原子%以下)であれば他の如何なる
原子を含有することも可能である。
【0109】本発明において、光導電層303の層厚は
所望の電子写真特性が得られること及び経済的効果等の
点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは3〜
120μm、より好ましくは5〜100μm、最適には
10〜80μmとされるのが望ましい。
【0110】本発明の目的を達成し得る特性を有する光
導電層303を形成するには、支持体301の温度、反
応容器内のガス圧を所望にしたがって、適宜設定する必
要がある。
【0111】支持体301の温度(Ts)は、層設計に
したがって適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合、
好ましくは20〜500℃、より好ましくは50〜48
0℃、最適には100〜450℃とするのが望ましい。
【0112】反応容器内のガス圧も同様に層設計にした
がって適宜最適範囲が選択されるが、通常の場合、好ま
しくは1×10-5〜100Torr、より好ましくは5
×10-5〜30Torr、最適には1×10-4〜10T
orrとするのが好ましい。
【0113】本発明においては、光導電層を形成するた
めの基体温度、ガス圧の望ましい数値範囲として前記し
た範囲が挙げられるが、条件は通常は独立的に別々に決
められるものではなく、所望の特性を有する光受容部材
を形成すべく相互的且つ有機的関連性に基づいて最適値
を決めるのが望ましい。
【0114】光導電層303上に形成される表面層30
4は、自由表面305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、耐久性に於
いて本発明の目的を達成するために設けられる。
【0115】また、本発明に於いては、光受容層302
を構成する光導電層303と表面層304とを形成する
非晶質材料の各々がシリコン原子という共通の構成要素
を有しているので、積層界面に於いて化学的な安定性の
確保が充分成されている。
【0116】A−(Sixytuv (但し、x
+y=1、t+u+v=1)で構成される表面層304
の形成は、プラズマCVD法、スパッタリング法等によ
って成されるが、いずれの方法による場合も、窒素原子
との結合を少なくとも1つ持つシリコン原子の数が表面
層中の全シリコン原子の数に対して従来とは異なる割合
となるように反応を制御する必要がある。
【0117】本発明に於いて、プラズマCVD法の場
合、表面層304を形成する際に使用される原料ガスと
して、シリコンを含む原料ガスとしてはシラン(SiH
4 )、ジシラン(Si26 )等が挙げられる。また、
窒素を含む原料ガスとしては窒素(N2 )、アンモニア
(NH3 )等が挙げられる。
【0118】シリコン原子の結合の制御の方法の例とし
ては放電中の印加電圧の周波数の制御による方法が挙げ
られる。表面層中の窒素原子との結合を少なくとも1つ
持つシリコン原子の数が表面層中の全シリコン原子の数
に対して従来より多くなるように反応を制御する方法と
しては、シリコン原子を含む原料ガスと窒素原子を含む
原料ガスを特定の周波数の印加電圧によりグロー放電を
起こし分解することが有効である。また、複数の周波数
の電界を同時に印加することにより、放電の制御とイオ
ンの制御を独立に行うことも有効である。
【0119】印加電圧の周波数としては特定の周波数を
用いると共に窒素原子を含む原料ガスとしてクロロアミ
ン(NH2 Cl)、フルオロアミン(NH2 F)、ジフ
ルオロアミン(NHF2 )等の窒素原子と共にハロゲン
原子を含むものを用いることは更に効果的である。
【0120】シリコン原子の結合の制御のその他の方法
の例としてはシリコン原子を含む原料ガス種と窒素原子
を含む原料ガス種を選択して用いることが有効である。
【0121】本発明に於いてシリコン原子と窒素原子の
結合を最適化するために原料ガスとしてシリコン原子と
窒素原子を同時に含む分子を用いることも有効である。
シリコン原子と窒素原子を同時に含む原料ガスとして
は、トリエチルシリルアミン((C253 SiNH
2 )、トリプロピルシリルアミン((C373 Si
NH2 )等のトリアルキルシリルアミン及びヘキサメチ
ルジシラザン([(CH33 Si]2 NH)、ヘキサ
エチルジシラザン([(C253 Si]2 NH)、
ジエチルテトラメチルジシラザン([(C25 )(C
32 Si]2NH)等のヘキサアルキルジシラザン
などが挙げられる。
【0122】また、原料ガスを堆積に先立って光、電界
等により前励起しておくことも有効である。
【0123】本発明に於いて、弗素を含む原料ガスとし
ては四弗化珪素(SiF4 )等が挙げられる。
【0124】また、表面層304を形成する際に使用さ
れる希釈ガスとしては水素(H2 )、アルゴン(A
r)、ヘリウム(He)等が挙げられる。
【0125】その他、メタン(CH4 )、四弗化炭素
(CF4 )等の炭素原子を含む原料ガス、酸素(O
2 )、一酸化窒素(NO)、二酸化窒素(NO2 )、酸
化二窒素(N2 O)、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素
(CO2 )等酸素原子を含む原料ガス、ジボラン(B2
6 )、弗化ほう素(BF3 )、ホスフィン(PH3
等のドーパントガス、または、これらの混合ガスを表面
層304を形成時に同時に導入しても本発明は同様に有
効である。
【0126】本発明による表面層304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。
【0127】即ち、Si、N、Hを構成要素とする物質
はその形成条件によって構造的には結晶からアモルファ
スまでの形態を取り、電気物性的には導電性から半導体
性、絶縁性までの間の性質を、又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、目的に応じた所望の特性を有するA−(Six
ytuv が形成される様に、所望に従ってその
形成条件の選択が厳密になされる。
【0128】例えば、表面層304を耐圧性の向上を主
な目的として設けるには、A−(Sixytu
v は使用環境において電気絶縁性的挙動の顕著な非晶質
材料として形成される。
【0129】又、連続繰り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表面層304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−(Sixy tuv が形成される。
【0130】光導電層303の表面にA−(Six
ytuv からなる表面層304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であって、本発明においては、目的
とする特性を有するA−(Sixytuv が所
望通りに形成され得るように層形成時の支持体温度が厳
密に制御されるのが望ましい。
【0131】発明に於ける目的が効果的に達成されるた
めの表面層304を形成する際の支持体温度としては表
面層304の形成法に併せて適宜最適範囲が選択され
て、表面層304の形成が実行されるが、通常の場合、
50℃〜400℃、好適には100℃〜350℃とされ
るのが望ましいものである。表面層304の形成には、
層を構成する原子の組成比の微妙な制御や膜厚の制御が
他の方法に比べ比較的容易であることなどのため、グロ
ー放電法やスパッタリング法の採用が有利であるが、こ
れらの層形成法で表面層304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、ガス
圧が作成されるA−(Sixytuv の特性を
左右する重要な因子の1つである。
【0132】本発明に於ける目的が達成されるための特
性を有するA−(Sixytuv が生産性良く
効果的に作成されるための放電パワー条件としては、支
持体1個当り、通常、10〜5000W、好適には20
〜2000Wとされるのが望ましい。印加電圧の周波数
としては、通常はDC〜10GHz、好適には10MH
z〜3GHz、最適には50MHz〜300MHzとさ
れるのが望ましい。更に、この範囲の周波数を複数同時
に印加することも有効である。
【0133】堆積室内のガス圧は通常0.005〜3T
orr、好適には0.01〜2Torr、最適には0.
05〜1Torr程度とされるのが望ましい。
【0134】本発明に於いては、表面層304を形成す
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、これらの層形成
ファクターは、独立的に別々に決められるものではな
く、所望特性のA−(Sixytuv から成る
表面層304が形成されるように相互的有機的関連性に
基づいて、各層形成ファクターの最適値が決められるの
が望ましい。
【0135】本発明の電子写真光受容部材に於ける表面
層304に含有される窒素原子、水素原子及び弗素原子
の量は、表面層304の作製条件と同様、本発明の目的
を達成する所望の特性が得られる表面層304が形成さ
れる重要な因子である。
【0136】本発明に於ける表面層304に含有される
窒素原子の量はシリコン原子と窒素原子の総量に対して
30〜70原子%、好ましくは35〜65原子%、最適
には40〜60原子%が望ましい。
【0137】水素原子の含有量としては構成原子の総量
に対して通常の場合20〜70原子%、好適には30〜
60原子%、又、弗素原子の含有量としては構成原子の
総量に対して通常の場合0〜15原子%、好ましくは
0.1〜10原子%、最適には0.6〜4原子%とされ
るのが望ましく、これらの範囲に水素、及び、弗素含有
量がある場合に形成される光受容部材は実際面に於いて
従来に無い格段に優れたものとして十分適用させ得るも
のである。
【0138】即ち、A−(Sixytuv で構
成される表面層内に存在する欠陥(主にシリコン原子や
窒素原子のダングリングボンド)は電子写真用光受容部
材としての特性に悪影響を及ぼすことが知られ、例えば
自由表面から電荷の注入による帯電特性の劣化、使用環
境、例えば高い湿度のもとで表面構造が変化することに
よる帯電特性の変動、更にコロナ帯電時や光照射時に光
導電層により表面層に電荷が注入され、前記表面層内の
欠陥に電荷がトラップされることにより繰り返し使用時
の残像現象等が挙げられる。
【0139】しかしながら表面層中の水素含有量を20
原子%以上に制御することで表面層中の欠陥が大幅に減
少し、その結果、前記の問題点は全て解消し、更に従来
に較べ電気的特性面及び高速連続使用性において飛躍的
な向上を図ることができる。
【0140】一方、前記表面層中の水素含有量が71原
子%以上になると表面層の硬度が低下するために、繰り
返し使用に耐えられない。従って、表面層中の水素含有
量を前記の範囲内に制御することが格段に優れた所望の
電子写真特性を得る上で非常に重要な因子の1つであ
る。表面層中の水素含有量は、H2 ガスの流量、支持体
温度、放電パワー、ガス圧等によって制御し得る。
【0141】又、表面層中の弗素含有量を0.1原子%
以上、15原子%以下の範囲に制御することで、シリコ
ン原子と窒素原子の結合の発生をより効果的に達成する
ことが可能となる。さらに、膜中の弗素原子の働きとし
て、コロナ等のダメージによりシリコン原子と窒素原子
の結合の切断を効果的に防止することが可能となる。
【0142】即ち、先のA−(Sixytuv
の表示で行なえば本発明に於いて効果を得るためには、
xが0.3〜0.7、好適には0.35〜0.65、最
適には0.4〜0.6、yは0.3〜0.7、好適には
0.35〜0.65、最適には0.4〜0.6、tは
0.3〜0.8、好適には0.35〜0.75、最適に
は0.4〜0.7、uは0.2〜0.7、好適には0.
25〜0.65、最適には0.3〜0.6、vは0〜
0.15、好適には0.001〜0.10、最適には
0.006〜0.04であるのが望ましい。
【0143】本発明では、表面層中のシリコン原子の結
合状態が非常に重要な構成要素となっている。本発明が
効果を得るためには、窒素原子との結合を少なくとも1
つ持つシリコン原子が、表面層中の全シリコン原子の5
0%以上、好適には60%以上、最適には70%以上で
有ることが望ましい。
【0144】さらに本発明の表面層304には、周期律
表第Ia族、IIa族、III b族、Vb族、VIa族、VIII
族から選ばれる少なくとも1種の元素を0.1から10
000原子ppm程度含有してもよい。前記元素は前記
表面層304中に万偏無く均一に分布されてもよいし、
あるいは表面層304中に万偏無く含有されてはいる
が、層厚方向に対し不均一に分布する状態で含有してい
る部分があってもよい。
【0145】第Ia族原子としては、具体的には、リチ
ウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)を
挙げることができ、第IIa族原子としては、ベリリウム
(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(C
a)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)等を
挙げることができる。
【0146】第III b族原子としては、具体的には、硼
素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、
インジウム(In)、タリウム(Tl)等を挙げること
ができる。
【0147】第Vb族原子としては、具体的には燐
(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス
(Bi)等を挙げることができる。
【0148】第VIa族原子としては、具体的には、クロ
ム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)
等を挙げることができ、第VIII族原子としては、鉄(F
e)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)等を挙げる
ことができる。
【0149】また本発明では光導電層303中に前記の
原子以外に微量(1原子%以下)であれば他の如何なる
原子を含有することも可能である。
【0150】本発明に於ける膜厚の数値範囲は、本発明
の目的を効果的に達成するための重要な因子の1つであ
る。
【0151】本発明に於ける表面層304の膜厚の数値
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って決められる。
【0152】また、表面層304の膜厚は、光導電層3
03の層厚との関係に於いても、各々の層領域に要求さ
れる特性に応じた有機的な関連性の下に所望に従って適
宜決定される必要がある。更に加え得るに、生産性や量
産性を加味した経済性の点に於いても考慮されるのが望
ましい。
【0153】本発明に於ける表面層304の層厚として
は、通常0.01〜30μm、好適には0.03〜20
μm、最適には0.05〜10μmとされるのが望まし
いものである。
【0154】本発明に於ける電子写真用光受容部材30
0の光受容層の層厚としては、目的に適合させて所望に
従って適宜決定される。
【0155】本発明に於いては、光受容層302の層厚
としては、光受容層302を構成する光導電層303と
表面層304に付与される特性が各々有効に活かされて
本発明の目的が効果的に達成されるように光導電層30
3と表面層304との層厚関係に於いて適宜所望に従っ
て決められるものであり、好ましくは、表面層304の
膜厚に対して光導電層303の層厚が数十〜数千倍、好
適には十〜百倍となるようにされるのが好ましいもので
ある。
【0156】具体的な値としては通常3〜150μm、
好適には5〜100μm、最適には10〜80μmの範
囲とされるのが望ましい。
【0157】また本発明の表面層304と光導電層30
3との間に窒素原子の含有量が光導電層303に向かっ
て減少するように変化する領域を設けても良い。これに
より表面層と光導電層の界面での反射光による干渉の影
響をより少なくする事ができる。
【0158】本発明の光受容部材においては、光受容層
302の前記支持体301側に、少なくともアルミニウ
ム原子、シリコン原子、水素原子または/及びハロゲン
原子が層厚方向に不均一な分布状態で含有する層領域を
有することが望ましい。
【0159】更に、本発明の電子写真用光受容部材に於
いては、支持体301と光導電層303との間に密着性
の一層の向上を図る目的で、例えば、Si34 、Si
2、SiO、水素原子及びハロゲン原子の少なくとも
一方と、窒素原子及び酸素原子の少なくとも一方と、シ
リコン原子とを含む非晶質材料等で構成される密着層を
設けても良い。また、支持体からの電荷の注入を阻止す
る目的で電荷注入阻止層を設けても良い。更に、光の干
渉を防止するために光吸収層を設けても良い。
【0160】次にプラズマCVD法により形成される光
導電部材の製造方法について説明する。
【0161】図8に円筒形支持体を用いプラズマCVD
法による本発明の電子写真用光受容部材を製造するため
の製造装置を示す。図に於て401は反応容器であり、
カソード電極を兼ねた壁402、トッププレート40
3、ベースプレート404及び碍子405,406によ
り真空気密化構造を成している。
【0162】支持体407は反応容器の中央部に設置さ
れ、アノード電極も兼ねている。
【0163】壁(カソード電極)402には、マッチン
グボックス408及びスイッチ409を介して発振周波
数の異なる第1の高周波電源410及び第2の高周波電
源411に電気的に接続されている。使用する高周波電
源はスイッチ409により任意に選択する事ができる。
【0164】こうした電子写真用光受容部材の製造装置
を使用した電子写真用光受容部材の製造は以下のように
して行う。まず、原料ガス流入バルブ412を閉じ、排
気バルブ413を開け真空ポンプ(図示せず)により排
気管414を介して、反応容器401を排気する。真空
計415の読みが約5×10-6Torr以下に調整す
る。
【0165】ついでヒーター416により、支持体40
7の温度を所定の温度に加熱保持する。そこで光導電層
の原料ガスを原料ガス導入手段417を介して導入す
る。即ち、A−Si(H、X)の原料ガスとしてシラン
ガス、ドーピングガスとしてジボランガス、希釈ガスと
してヘリウムガス等の原料ガスが反応容器401内に導
入される。そして支持体407の表面温度が加熱ヒータ
ー416により所定の温度に設定されていることを確認
した後、第1の高周波電源410を所望の電力に設定し
て反応容器401内にグロー放電を生起させる。
【0166】かくして壁402と支持体407により囲
まれた放電空間418に於て、原料ガスは高周波電力の
エネルギーにより励起されて解離し、支持体407表面
に光導電層が形成される。
【0167】上記のようにして形成された光導電層上に
表面層を形成するには、光導電層形成時とは原料ガス組
成を変え、例えばシランガス、アンモニアガス、クロロ
アミン、水素ガス、四弗化珪素ガス、及び必要に応じて
ヘリウムガス等の希釈ガスを反応容器401内に導入
し、光導電層形成時と同様にして放電を開始する事によ
って成される。
【0168】表面層中に含有される窒素原子の量は例え
ばシランガスとアンモニアガスの放電空間内に導入され
る流量比を任意に変えることにより制御することが出来
る。シリコン原子の結合の仕方は、スイッチ409を切
り換え使用する高周波電源の周波数を替えること及び原
料ガスのアニモニアガスをクロロアミンに替えることに
より制御することが出来る。又、表面層中に含有される
水素原子の含有量及び弗素原子の含有量は、例えば水素
ガスの放電空間内に導入される流量を任意に変えること
によって所望に応じて制御することが出来る。
【0169】
【実施例】以下、本発明を実施例、比較例により具体的
に説明するが、本発明はこれらによって何等限定される
ものではない。 [本発明の第1の光受容部材及び製造方法の実施例] (実施例1、比較例1)図4,5に示した製造装置を用
い、鏡面加工を施したアルミニウムシリンダー上に光導
電層、表面層を積層させ、実験例によって導かれた式1
に従って光導電層を作製する。窒素原子の含有量は膜厚
方向表面に向かって一次関数的に減少する。それに伴っ
てボロン原子の含有量は式1に従って指数関数的に減少
するように作製する(サンプル1)。表7に作製条件を
示す。
【0170】
【表7】 * NH3 /SiH4 、B26 /SiH4 は仕込と含有
量の関係から計算した値を示す。
【0171】同様に比較のため、鏡面加工を施したアル
ミニウムシリンダー上に光導電層、表面層を積層させ、
サンプル1と同様に窒素原子の含有量が一次関数的に減
少する光導電層中において、ボロン原子の含有量を式1
に従わずに窒素原子の減少に合わせて一次関数的に変化
させて作製した(サンプル2)。表8に作製条件を示
す。
【0172】
【表8】 * NH3 /SiH4 、B26 /SiH4 は仕込と含有
量の関係から計算した値を示す。
【0173】作製した光受容部材は、電子写真装置(キ
ヤノン社製NP6650を本テスト用に改造したもの)
にセットして、帯電能、感度、残留電位、光メモリ、画
像欠陥等の電子写真特性の評価を行った。
【0174】表9に電子写真特性の評価結果を示す。
【0175】
【表9】 (比較例2)図4,5に示した製造装置を用い、鏡面加
工を施したアルミニウムシリンダー上に光導電層、表面
層を積層させ、光導電層中の窒素原子の含有量が膜厚方
向基板側に向かって多くなっている場合、窒素原子の含
有量が膜厚方向に対して一定の場合、窒素原子の含有量
は膜厚方向表面に向かって多くなる場合について、それ
ぞれボロン原子の含有量は式1の関係に従って光受容部
材を作製した。
【0176】表10に作製条件を示す。
【0177】
【表10】 * NH3 /SiH4 、B26 /SiH4 は仕込と含有
量の関係から計算した値を示す。
【0178】作製した光受容部材は実施例1と同様の評
価を行った。
【0179】表11に電子写真特性の評価結果を示す。
【0180】
【表11】 (実施例2)図4,5に示した製造装置を用い、鏡面加
工を施したアルミニウムシリンダー上に光導電層、表面
層を積層させ、光導電層において窒素原子の含有量は膜
厚方向表面に向かって減少する。その時ボロン原子の含
有量は、式1に従って指数関数的に減少する所をその許
容量の幅内に収まるようにであれば、一点折れの直線等
で式1の指数関数の近似を行っても電子写真特性には影
響を与えない。
【0181】表12に作製条件を示す。
【0182】
【表12】 * NH3 /SiH4 、B26 /SiH4 は仕込と含有
量の関係から計算した値を示す。
【0183】作製した光受容部材は実施例1と同様の評
価を行った。
【0184】表13に電子写真特性の評価結果を示す。
【0185】
【表13】 (実施例3)図4,5に示した製造装置を用い、鏡面加
工を施したアルミニウムシリンダー上に光導電層、表面
層を積層させ、光導電層において窒素原子の含有量が一
定の層を積み重ねた階段状に変化する。その時ボロン原
子の含有量は、式1に従って一定層の窒素原子含有量に
よって決定される。
【0186】表14に作製条件を示す。
【0187】
【表14】 作製した光受容部材は実施例1と同様の評価を行った。
【0188】表15に電子写真特性の評価結果を示す。
【0189】
【表15】 (実施例4)図4,5に示した製造装置を用い、鏡面加
工を施したアルミニウムシリンダー上に電荷注入阻止
層、光導電層と表面層の3層構成よりなる電子写真用光
受容部材に実施例1〜4の光導電層を用いて光受容部材
を作製し、実施例1と同様の評価を行ったところ、実施
例1〜4と同様、良好な結果が得られた。
【0190】作成条件は表16に示す。
【0191】
【表16】 評価結果は表17に示す。
【0192】
【表17】 (実施例5)図4,5に示した製造装置を用い、鏡面加
工を施したアルミニウムシリンダー上に光導電層、表面
層を積層させ、実験例によって導かれた式1に従って光
導電層を作製する。窒素原子の含有量は膜厚方向表面に
向かって一次関数的に減少する。それに伴ってボロン原
子の含有量は式1に従って指数関数的に減少するように
作製する(サンプル5)。その時、窒素原子含有量に対
するボロン原子の含有量が許容範囲(+45%から−2
5%)に入るように作成する。表18に作製条件を示
す。
【0193】
【表18】 * NH3 /SiH4 は仕込と含有量の関係から計算した
値を示す。
【0194】同様に比較のため、鏡面加工を施したアル
ミニウムシリンダー上に光導電層、表面層を積層させ、
その時、窒素原子含有量に対するボロン原子の含有量が
許容範囲(+45%から−25%)からはずれるように
作成する(サンプル6)。表19に作製条件を示す。
【0195】
【表19】 * B26 /SiH4 は仕込と含有量の関係から計算し
た値を示す。
【0196】作製した光受容部材は、電子写真装置(キ
ヤノン社製NP6650を本テスト用に改造したもの)
にセットして、帯電能、感度、残留電位、光メモリ、画
像欠陥等の電子写真特性の評価を行った。
【0197】表20に電子写真特性の評価結果を示す。
【0198】
【表20】 (実施例6、比較例3)図4,5に示した製造装置を用
い、鏡面加工を施したアルミニウムシリンダー上に光導
電層、表面層を積層させ、実験例によって導かれた式2
に従って光導電層を作製する。酸素原子の含有量は膜厚
方向表面に向かって一次関数的に減少する。それに伴っ
てボロン原子の含有量は式2に従って指数関数的に減少
するように作製する(サンプル6−1)。表21に作製
条件を示す。
【0199】
【表21】 * NO/SiH4 、B26 /SiH4 は仕込と含有量
の関係から計算した値を示す。
【0200】同様に比較のため、鏡面加工を施したアル
ミニウムシリンダー上に光導電層、表面層を積層させ、
サンプル1と同様に酸素原子の含有量が一次関数的に減
少する光導電層中において、ボロン原子の含有量を式2
に従わずに酸素原子の減少に合わせて一次関数的に変化
させて作製した(サンプル6−2)。表22に作製条件
を示す。
【0201】
【表22】 * NO/SiH4 、B26 /SiH4 は仕込と含有量
の関係から計算した値を示す。
【0202】作製した光受容部材は、電子写真装置(キ
ヤノン社製NP6650を本テスト用に改造したもの)
にセットして、帯電能、感度、残留電位、光メモリ、画
像欠陥等の電子写真特性の評価を行った。
【0203】表23に電子写真特性の評価結果を示す。
【0204】
【表23】 (実施例7)図4,5に示した製造装置を用い、鏡面加
工を施したアルミニウムシリンダー上に光導電層、表面
層を積層させ、光導電層において酸素原子の含有量は膜
厚方向表面に向かって減少する。その時ボロン原子の含
有量は、式2に従って指数関数的に減少する所をその許
容量の幅内に収まるようにであれば、一点折れの直線等
で式2の指数関数の近似を行っても電子写真特性には影
響を与えない。
【0205】表24に作製条件を示す。
【0206】
【表24】 * NO/SiH4 、B26 /SiH4 は仕込と含有量
の関係から計算した値を示す。
【0207】作製した光受容部材は実施例1と同様の評
価を行った。
【0208】表25に電子写真特性の評価結果を示す。
【0209】
【表25】 (実施例8)図4,5に示した製造装置を用い、鏡面加
工を施したアルミニウムシリンダー上に光導電層、表面
層を積層させ、光導電層において酸素原子の含有量が一
定の層を積み重ねた階段状に変化する。その時ボロン原
子の含有量は、式2に従って一定層の酸素原子含有量に
よって決定される。
【0210】表26に作製条件を示す。
【0211】
【表26】 作製した光受容部材は実施例1と同様の評価を行った。
【0212】表27に電子写真特性の評価結果を示す。
【0213】
【表27】 (実施例9)図4,5に示した製造装置を用い、鏡面加
工を施したアルミニウムシリンダー上に光導電層、表面
層を積層させ、実験例によって導かれた式2に従って光
導電層を作製する。酸素原子含有量に対するボロン原子
の含有量が許容範囲(+45%から−25%)に入るも
のと、該許容範囲に入らないものとを作成する。表28
に作製条件を示す。
【0214】
【表28】 作製した光受容部材は、電子写真装置(キヤノン社製N
P6650を本テスト用に改造したもの)にセットし
て、帯電能、感度、残留電位、光メモリ、画像欠陥等の
電子写真特性の評価を行った。
【0215】表29に電子写真特性の評価結果を示す。
【0216】
【表29】 [本発明の第2の光受容部材]以下、実施例により本発
明を更に具体的に説明する。 (実施例10)図8に示す製造装置を用い、鏡面加工を
施したアルミニウムシリンダー上に電子写真用光受容部
材を形成した。この時、光導電層と表面層の作製条件は
表30に示す通りとした。
【0217】
【表30】 又、図8の装置を用い、同一仕様のシリンダー上に表面
層のみを形成したものを別個に用意した。光受容部材
(以後ドラムと表現)の方は、電子写真装置(キヤノン
社製NP6150を本テスト用に改造したもの)にセッ
トして、種々の条件の元に、初期の帯電能、感度、高湿
環境(気温:32℃、湿度:92%)下での画像流れ、
残留電位、ゴースト、画像欠陥等の電子写真特性の評価
した。次に、このドラムを気温36℃、湿度94%の高
湿環境下で、ドラムヒーター等のドラム昇温手段を用い
ずに50万枚の耐久を行ない、初期と同様の評価を行な
った。更に、必要に応じて表面層の原子の含有量と結合
の状態の分析をESCAにより行なった。
【0218】又、表面層のみの方は、(以後サンプルと
表現)画像部の上下に相当する部分をそれぞれ複数枚切
り出し、必要に応じてオージェ、SIMS、RBS、P
RD、FT−IR、ESCA、レーザーラマン分光法、
加熱融解法等により膜中に含まれるシリコン原子、窒素
原子、水素原子及び弗素原子の定量分析及び結合状態の
分析を行ない、膜中のシリコン原子、窒素原子、水素原
子、弗素原子及びSi−N結合を持つシリコン原子の比
率をそれぞれ算出した。
【0219】上記の評価結果及び初期の定量分析値を表
31及び表32に示す。
【0220】
【表31】 ◎…非常に良好 〇…良好 △…実用上差し支えない ×…非実用的
【0221】
【表32】 組 成 比…シリコン原子、窒素原子、水素原子及び弗
素原子の和を100at% とする。
【0222】 Si(Si-N)…Si-N結合を持つSi原子の組成比 (比較例4)作成条件を表33のように変えた以外は、
実施例10と同様の装置、方法でドラム及びサンプルを
作成し、同様の評価に供した。
【0223】
【表33】 その結果を表34及び表35に示す。
【0224】
【表34】 ◎…非常に良好 〇…良好 △…実用上差し支えない ×…非実用的
【0225】
【表35】 組 成 比…シリコン原子、窒素原子、水素原子及び弗
素原子の和を100at% とする。
【0226】 Si(Si-N)…Si-N結合を持つSi原子の組成比 表31と表34を比較することにより、本発明による光
受容部材は特に高湿環境下での耐久後について本発明の
範囲外の光受容部材に対して著しい優位性が認められ
た。 (実施例11)表面層中のシリコン原子、窒素原子、水
素原子及び弗素原子の含有量を実施例10で作製した表
面層とほぼ同一になるように保ったまま、窒素原子と少
なくとも1つ結合をもつシリコン原子の比率を変化させ
るように表面層の作成条件を表36に示す様に変え、そ
れ以外は実施例10と同様の条件にて複数のドラム及び
分析用サンプルを用意した。
【0227】
【表36】 これらのドラム及びサンプルを実施例10と同様の評価
・分析にかけた結果、表37及び表38示すような結果
を得た。
【0228】
【表37】 ◎…非常に良好 〇…良好 △…実用上差し支えない ×…非実用的
【0229】
【表38】 組 成 比…シリコン原子、窒素原子、水素原子及び弗
素原子の和を100at%とする。
【0230】 Si(Si-N)…Si-N結合を持つSi原子の組成比 この結果より、本発明による光受容部材は表面層中の窒
素原子と少なくとも1つ結合をもつシリコン原子の比率
が表面層中の全シリコン原子に対して50%以上の時に
特に高湿環境下での耐久後について著しい効果が認めら
れた。 (実施例12)表面層中の水素原子、弗素原子の含有量
及び少なくとも窒素原子と1つ結合を持つシリコン原子
の全シリコン原子に対する比率を実施例10で作製した
表面層とほぼ同一になるように保ったまま、窒素原子と
シリコン原子の比率が変化するように表面層の作成条件
を変化させ、それ以外は実施例10と同様の条件にて複
数のドラム及び分析用サンプルを用意した。これらのド
ラム及びサンプルを実施例10と同様の評価・分析にか
けた結果、表39に示すような結果を得た。
【0231】
【表39】 この結果より、本発明による光受容部材は表面層中の窒
素原子の含有量が30〜70原子%に於いて特に高湿環
境下での耐久後について著しい効果が認められた。
【0232】なお、表面層中の窒素含有量が29原子%
以下では何れの作製方法を用いても窒素原子と少なくと
も1つの結合を持つシリコン原子を本発明に充分な比率
だけ得ることが出来なかった。 (実施例13)表面層中のシリコン原子、窒素原子、水
素原子の含有量及び窒素原子と少なくとも1つの結合を
持つシリコン原子の全シリコン原子に対する比率を実施
例10で作製した表面層とほぼ同一になるように保った
まま弗素原子の含有量が変化するように表面層の作成条
件を変化させ、それ以外は実施例10と同様の条件に
て、複数の分析用サンプルを用意した。これらのサンプ
ルを、電子写真装置(キヤノン社製NP6150を本テ
スト用に改造したもの)にセットして、帯電器に6kV
の電圧を印加した条件で、コピー100万枚に相当する
量のコロナ帯電を行い、コロナ帯電の前後で窒素原子と
少なくとも1つの結合を持つシリコン原子の数を比較し
た。このようにして得られた結果を表40に示す。
【0233】
【表40】 表40中の評価結果は、コロナ帯電後、窒素原子と結合
しているシリコン原子の数が、コロナ帯電前と比較し
て、 ◎…ほとんど変化無し。
【0234】〇…わずかに減少が認められた。
【0235】△…かなり減少が認められたが、通常の使
用方法では実用上支障無し。
【0236】×…大幅に減少し、非実用的であった。 を、示している。
【0237】この結果より表面層中の弗素原子の含有量
が0〜15原子%の範囲に於いて本発明の光受容部材は
コロナ帯電に対する耐久性について著しい優位性を持つ
ことが確認された。 (実施例14)光導電層の作製条件を表41に示す条件
に変え、それ以外は実施例10と同様の条件にて複数の
ドラムを用意した。このドラムを実施例10と同様の評
価にかけた結果、実施例10と同様に良好な結果が得ら
れた。
【0238】
【表41】 (実施例15)図4及び図5に示すマイクロ波法による
堆積膜形成装置を用い、表42に示す条件により光導電
層及び表面層を形成した。
【0239】
【表42】 なお、マイクロ波法による堆積膜形成装置の説明及び光
導電層の堆積方法については既に図4,5を用いて説明
したので、ここでは説明を省略する。
【0240】マイクロ波法による堆積膜形成装置を用い
て形成された光導電層上に表面層を形成するには、光導
電層形成時とは原料ガス組成を変え、例えばシランガ
ス、アンモニアガス、クロロアミン、四弗化珪素ガス、
水素ガス及び必要に応じてヘリウムガス等の希釈ガスを
反応容器201内に導入し、光導電層形成時と同様にし
て放電を開始する事によって成される。
【0241】表面層中に含有される窒素原子の量は例え
ばシランガスとアンモニアガスの放電空間内に導入され
る流量比を任意に変えることにより制御することが出来
る。シリコン原子の結合の仕方は、アンモニアガスをク
ロロアミンガスに置き換えていくことにより任意に制御
することが出来る。更に、放電空間に印加するバイアス
電圧を変化させることにより、より効果的に制御が可能
となる。又、表面層中に含有される水素原子の量及び、
弗素原子の量は、例えば水素ガスの放電空間内に導入さ
れる流量を所望に従って任意に変えることによって、所
望に応じて制御することが出来る。
【0242】更に、図4及び図5の装置を用い、同一仕
様のシリンダー上に表面層のみを形成したもの(サンプ
ル)を別個に用意した。
【0243】このドラム及びサンプルを実施例10と同
様にして分析した結果を表43に示す。
【0244】
【表43】 組 成 比…シリコン原子、窒素原子、水素原子及び弗
素原子の和を100at% とする。
【0245】 Si(Si-N)…Si-N結合を持つSi原子の組成比 更に、このドラムを実施例10と同様の評価にかけた結
果、実施例10と同様良好な結果が得られた。このこと
により、作製方法によらず表面層中の窒素原子と少なく
とも1つ結合を有するシリコン原子の比率が本発明の範
囲内の電子写真用光受容部材は、本発明の範囲外の電子
写真用光受容部材に比べ著しい優位性が認められること
が確認できた。
【0246】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の第
1の光受容部材及びその製造方法によれば、特に帯電処
理の際の電荷保持能に優れ、また画像欠陥が少なく、そ
して電気的、光学的特性、耐久性を総合的に改善するこ
とが出来る。
【0247】また本発明の第2の光受容部材によれば、
耐久性に優れ高画質の光受容部材を得ることが可能とな
った。本発明による光受容部材は特に高湿環境中のコロ
ナ帯電下で表面のシリコン原子の酸化が少なく、画像流
れの防止効果等に従来の光受容部材に比べ顕著な優位性
が認められた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実験に用いた光受容部材の層構成を模
式的に示した断面図である。
【図2】アンモニアガス仕込量に対する窒素原子含有量
の関係を示す特性図である。
【図3】ジボランガス仕込量に対するボロン原子含有量
の関係を示す特性図である。
【図4】本発明の光受容部材を作製するためのマイクロ
波放電法による製造装置を示す概略的縦断面図である。
【図5】図4の製造装置の概略的横断面図である。
【図6】一酸化窒素ガス仕込量に対する酸素原子含有量
の関係を示す特性図である。
【図7】本発明の光受容部材の層構成を説明する為の模
式的層構成図である。
【図8】本発明の光受容部材の光受容層を形成するため
の高周波放電によるドラムの製造装置の一例を示す模式
図である。
【図9】従来の光受容部材の層構成を模式的に示した断
面図である。
【符号の説明】
101 導電性基体 102 光導電層 103 表面保護層 104 電子写真用光受容部材 105 光導電層(ノンドープ) 201 反応容器 202 マイクロ波導入誘電体窓 203 導波管 204 排気管 205 導電性基体 206 放電空間 207 ヒーター 208 バイアス電極兼ガス管 209 回転軸 210 モーター 211 バイアス電源 300 光受容部材 301 支持体 302 光受容層 303 光導電層 304 表面層 305 自由表面 401 反応容器 402 壁 403 トッププレート 404 ベースプレート 405,406 碍子 407 支持体 408 マッチングボックス 409 スイッチ 410 第1の高周波電源 411 第2の高周波電源 412 原料ガス流入バルブ 413 排気バルブ 414 排気管 415 真空計 416 ヒーター 417 原料ガス導入手段 418 放電空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武井 哲也 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性基体上に、シリコン原子を母体と
    する非単結晶材料で構成された光導電層を積層した光受
    容部材であって、 該光導電層は少なくとも窒素、ボロン原子を含有した水
    素化アモルファスシリコンからなり、 該光導電層中の窒素原子の含有量(X)とボロン原子の
    含有量(Y)とは、 Y=eAX-B (A,Bは定数) なる関係にあることを特徴とする光受容部材。
  2. 【請求項2】 前記光導電層中に含有する窒素原子の膜
    厚方向の分布が、階段状に変化していることを特徴とす
    る請求項1記載の光受容部材。
  3. 【請求項3】 前記光導電層中に含有する窒素原子の膜
    厚方向の分布が、連続的に変化していることを特徴とす
    る請求項1記載の光受容部材。
  4. 【請求項4】 前記光導電層中の窒素原子の含有量が、
    光導電層中の平均でシリコン原子に対して0.005%
    〜40原子%、それに伴うボロン原子の含有量がシリコ
    ン原子に対して0.01〜600原子ppmであり、ま
    た水素原子の含有量がシリコン原子に対して5〜30原
    子%であることを特徴とする請求項1記載の光受容部
    材。
  5. 【請求項5】 前記光導電層中の窒素原子の含有量に対
    して該光導電層に含有するボロン原子が指数関数で変化
    していて、窒素原子の含有量から決定される指数関数の
    値から+45%から−25%の範囲でボロン原子が含有
    することを特徴とする請求項1記載の光受容部材。
  6. 【請求項6】 前記光導電層中に含有する窒素原子の膜
    厚方向の分布が、前記導電性基体側で多くなっているこ
    とを特徴とする請求項2、または請求項3に記載の光受
    容部材。
  7. 【請求項7】 導電性基体上に、窒素、ボロン原子を含
    有した水素化アモルファスシリコンからなる光導電層を
    CVD法により積層する光受容部材の製造方法であっ
    て、 前記光導電層中の窒素原子の含有量(X)とボロン原子
    の含有量(Y)とが、 Y=eAX-B (A,Bは定数) なる関係となるように、前記窒素原子の原料ガスの仕込
    量と前記ボロン原子の原料ガスの仕込量とを制御して成
    膜したことを特徴とする光受容部材の製造方法。
  8. 【請求項8】 導電性基体上に、シリコン原子を母体と
    する非単結晶材料で構成された光導電層を積層した光受
    容部材であって、 該光導電層は少なくとも酸素、ボロン原子を含有した水
    素化アモルファスシリコンからなり、 該光導電層中の酸素原子の含有量(M)とボロン原子の
    含有量(L)とは、 L=eCM-D (C,Dは定数) なる関係にあることを特徴とする光受容部材。
  9. 【請求項9】 前記光導電層中に含有する酸素原子の膜
    厚方向の分布が、階段状に変化していることを特徴とす
    る請求項8記載の光受容部材。
  10. 【請求項10】 前記光導電層中に含有する酸素原子の
    膜厚方向の分布が、連続的に変化していることを特徴と
    する請求項8記載の光受容部材。
  11. 【請求項11】 前記光導電層中の酸素原子の含有量
    が、光導電層中の平均でシリコン原子に対して0.00
    3%〜20原子%、それに伴うボロン原子の含有量がシ
    リコン原子に対して0.01〜10000原子ppmで
    あり、また水素原子の含有量がシリコン原子に対して5
    〜30原子%であることを特徴とする請求項8記載の光
    受容部材。
  12. 【請求項12】 前記光導電層中の酸素原子の含有量に
    対して該光導電層に含有するボロン原子が指数関数で変
    化していて、酸素原子の含有量から決定される指数関数
    の値から+45%から−25%の範囲でボロン原子が含
    有することを特徴とする請求項8記載の光受容部材。
  13. 【請求項13】 前記光導電層中に含有する酸素原子の
    膜厚方向の分布が、前記導電性基体側で多くなっている
    ことを特徴とする請求項9、または請求項10に記載の
    光受容部材。
  14. 【請求項14】 導電性基体上に、酸素、ボロン原子を
    含有した水素化アモルファスシリコンからなる光導電層
    をCVD法により積層する光受容部材の製造方法であっ
    て、 前記光導電層中の酸素原子の含有量(M)とボロン原子
    の含有量(L)とが、 L=eCM-D (C,Dは定数) なる関係となるように、前記酸素原子の原料ガスの仕込
    量と前記ボロン原子の原料ガスの仕込量とを制御して成
    膜したことを特徴とする光受容部材の製造方法。。
  15. 【請求項15】 支持体と、該支持体上にシリコン原子
    を母体とし水素原子又はハロゲン原子の少なくともいづ
    れか一方を構成要素として含む非単結晶材料で構成され
    光導電性を示す光導電層と、少なくともシリコン原子、
    窒素原子及び水素原子を構成要素として含む非単結晶材
    料で構成されている表面層とを有する光受容層とを有
    し、前記表面層に於て窒素原子との結合を少なくとも1
    つ持つシリコン原子が表面層中の全シリコン原子の50
    %以上であることを特徴とする光受容部材。
  16. 【請求項16】 前記表面層中に於て窒素原子の含有量
    がシリコン原子と窒素原子との和に対して30〜70原
    子%であることを特徴とする請求項15に記載の光受容
    部材。
  17. 【請求項17】 前記表面層中に於て水素原子の含有量
    が20〜70原子%であることを特徴とする請求項1
    5、又は請求項16に記載の光受容部材。
  18. 【請求項18】 前記表面層が弗素原子を構成要素とし
    て含むことを特徴とする請求項15、請求項16又は請
    求項17に記載の光受容部材。
  19. 【請求項19】 前記表面層中に於て弗素原子の含有量
    が0.1〜10原子%であることを特徴とする請求項1
    8に記載の光受容部材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006154805A (ja) * 2004-11-05 2006-06-15 Canon Inc 電子写真感光体

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