JPH06342221A - Electrophotographic photoreceptor - Google Patents

Electrophotographic photoreceptor

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JPH06342221A
JPH06342221A JP23194292A JP23194292A JPH06342221A JP H06342221 A JPH06342221 A JP H06342221A JP 23194292 A JP23194292 A JP 23194292A JP 23194292 A JP23194292 A JP 23194292A JP H06342221 A JPH06342221 A JP H06342221A
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amorphous silicon
layer
surface protective
protective layer
photosensitive layer
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Ko Yasui
甲 安井
Kazuhisa Kato
一久 加藤
Fumiyuki Suda
文之 須田
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Stanley Electric Co Ltd
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Stanley Electric Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide an amorphous electrophotographic photoreceptor with a photosensitive layer, a surface protective layer capable of satisfactorily and stably protecting the photosensitive layer without deteriorating image quality even after copying many times and a p-type amorphous silicon layer inhibiting the formation of a space-charge region. CONSTITUTION:A photosensitive layer 2 of amorphous silicon, a p-type amorphous silicon layer 4 and an insulating surface protective layer 3 made of an amorphous silicon nitride film are successively laminated on an electric conductive substrate 1 by plasma CVD. The dark resistivity of the photosensitive layer 2 is >=10<12>OMEGA.cm, the thickness of the p-type amorphous silicon layer 4 is 30-1,000Angstrom , the dark resistivity of the layer 4 is >=10<11>OMEGA.cm and the thickness of the surface protective layer 3 is 500-10,000Angstrom . The resulting electrophotoreceptor proves that it enables copying >=100,000 sheets by a copying test.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真用感光体、特
にアモルファスシリコン電子写真用感光体に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrophotographic photoconductor, and more particularly to an amorphous silicon electrophotographic photoconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】SiH4 (モノシラン)ガス等を用いて
プラズマCVD法で得られるアモルファスシリコン(非
晶質シリコン、以下これをa−Siと略記することもあ
る)は、中に取り込まれる水素原子がSiのダングリン
グボンドと結合することによって局在準位を減少させる
ために、伝導型及びキャリヤ濃度が制御できる有用な半
導体材料となることが1976年、スピアにより発表さ
れた(Applied PhysicsLetter, Vol.28, No.2, 1976, J
an.)。
2. Description of the Related Art Amorphous silicon (amorphous silicon, which may hereinafter be abbreviated as a-Si) obtained by a plasma CVD method using SiH 4 (monosilane) gas is a hydrogen atom incorporated therein. In 1976, it was announced by Spear that Si could be a useful semiconductor material whose conduction type and carrier concentration can be controlled by reducing the localized level by bonding to Si dangling bonds. (Applied PhysicsLetter, Vol. .28, No.2, 1976, J
an.).

【0003】その後の研究により、a−Siは大面積の
膜が安価に得られることもあって、太陽電池や薄膜トラ
ンジスタなどの半導体素子製作にとって不可欠の材料に
なりつつある。そしてこのa−Si膜が無公害、高感
度、長寿命という優れた性質を有することから、電子写
真感光体への応用も考えられていた。しかし、開発初期
のa−Si膜の抵抗値が、感光体に必要な程度の高抵抗
ではなかったので、a−Si膜の電子写真用感光体とし
ての実用化はスピードダウンした。すなわち、感光体が
高抵抗でないと、コロナ放電でa−Si膜表面に帯電さ
せても暗減衰が大きく、電荷保持特性が悪くなってしま
うからである。この点は、例えば伝導型制御ができるこ
とを利用して、表面層付近にpn接合を形成し高抵抗化
することも考えられるが、種々の問題があって、まだ実
用化に至っていない。
Subsequent research has revealed that a-Si is becoming an indispensable material for manufacturing semiconductor elements such as solar cells and thin film transistors, because a large-area film can be obtained at low cost. Since the a-Si film has excellent properties of no pollution, high sensitivity, and long life, its application to an electrophotographic photoreceptor has been considered. However, the resistance value of the a-Si film at the early stage of development was not as high as required for the photoconductor, so that the practical use of the a-Si film as the electrophotographic photoconductor was slowed down. That is, if the photoreceptor does not have a high resistance, even if the surface of the a-Si film is charged by corona discharge, the dark decay is large and the charge retention characteristic is deteriorated. Regarding this point, it is conceivable to form a pn junction near the surface layer to increase the resistance by utilizing the fact that the conductivity type can be controlled, but there are various problems and it has not yet been put to practical use.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、このa
−Si膜自体の抵抗率を高くすることで電荷保持特性の
向上を試み、Se系感光体に比較し見劣りしない高抵抗
を有するa−Si感光体を得ることに成功し、特開昭和
57−37352号公報に開示した。それによれば、S
iH4 ガスにN2 (窒素)ガス、B2 6 (ジボラン)
ガスを適当量混入しながらプラズマCVD法によってa
−Si膜を得るもので、これで得られたa−Si膜は、
著しく高抵抗でかつ光感度特性もよく、実際にも優れた
画像形成が達成された。しかし、実用的見地に立った場
合、寿命の点では必ずしも満足いくものではなかった。
その原因は次のことにあると考えられた。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventors
Attempts were made to improve the charge retention characteristics by increasing the resistivity of the -Si film itself, and succeeded in obtaining an a-Si photosensitive member having a high resistance comparable to that of the Se-based photosensitive member. It was disclosed in Japanese Patent No. 37352. According to it, S
iH 4 gas with N 2 (nitrogen) gas, B 2 H 6 (diborane)
While mixing an appropriate amount of gas, a by the plasma CVD method
-Si film is obtained, and the a-Si film thus obtained is
Remarkably high resistance and good photosensitivity characteristics, and excellent image formation was actually achieved. However, from a practical point of view, the life is not always satisfactory.
The cause was considered to be as follows.

【0005】即ち、複写機やプリンタなどの装置内で
は、感光体表面は直接種々の刺激を受ける。それは、例
えばコロナ放電により生じるオゾンや窒化物の吸着及び
これらと空気中の水分やトナーなどによって生じる化学
活性種の付着による化学作用、クリーニングプレートに
よる擦過性や紙との摩擦による物理作用、取扱い時の触
指によるNaの付着拡散などであり、これらは大なり小
なり画質に悪影響を及ぼし、このような刺激が長期に亙
った場合、白スジ、白い点状欠陥、画像ボケ、カブリな
どを生じて著しい画質低下を招くのである。
That is, in an apparatus such as a copying machine or a printer, the surface of the photoconductor is directly subjected to various stimuli. For example, ozone or nitride adsorption caused by corona discharge and chemical action caused by adhesion of chemically active species caused by moisture and toner in the air with these, physical action caused by scratching by cleaning plate or friction with paper, handling When the stimulus is used for a long period of time, white stripes, white spot defects, image blurring, fog, etc. may occur. Therefore, the image quality is significantly deteriorated.

【0006】そこで本発明者等は、a−Si膜の保護方
法としてa−Si感光層の製造装置と同一装置内で同一
材料ガスを用い、流量や供給電力値など操作条件を変え
るだけで、a−Si膜上に連続的にアモルファス窒化シ
リコン膜を形成する方法を提案し、特開昭58−145
951号公報で開示した。このアモルファス窒化シリコ
ン膜を表面保護層として形成することにより、耐久性、
画像形成及び寿命の点で、特開昭57−37352号公
報で開示したa−Si感光体は、実用化の域に達したの
である。現在では、この表面保護層としてアモルファス
窒化シリコン膜だけでなく、アモルファス酸化シリコン
やアモルファス炭化シリコンなどの膜が検討されてい
る。
Therefore, the present inventors use the same material gas in the same apparatus as the apparatus for manufacturing the a-Si photosensitive layer as a method for protecting the a-Si film, and simply change the operating conditions such as the flow rate and the supplied power value. A method for continuously forming an amorphous silicon nitride film on an a-Si film has been proposed and disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-145.
It was disclosed in Japanese Patent Publication No. 951. By forming this amorphous silicon nitride film as a surface protective layer, durability,
In terms of image formation and life, the a-Si photoreceptor disclosed in JP-A-57-37352 has reached the range of practical use. At present, not only an amorphous silicon nitride film but also a film of amorphous silicon oxide, amorphous silicon carbide or the like is being studied as the surface protection layer.

【0007】上記表面保護層と感光体の特性との関係
を、従来の構造のものにつき図2で更に説明する。図2
(a)は、従来のa−Si感光体の一部断面図、図2
(b)〜(d)は、異なる状況下でのそのエネルギー帯
構造の模式図である。1はAl(アルミニウム)などの
導電性基板、2は導電性基板1上に形成された厚み1〜
50μmのa−Si感光層である。a−Si感光層2は
2 ガス、B2 6 ガス、場合によりPH3 (ホスフィ
ン)ガスを混合したSiH4 ガスをプラズマCVD法で
分解して形成したもので、水素原子を含む膜であり、1
12Ω・cm以上の高抵抗率がある。3はa−Si感光
層2上に形成された厚み0.01〜1μmの絶縁性を有
する表面保護層である。表面保護層3は、SiH4 ガス
及びN2 ガスを用いて連続的に形成されたアモルファス
窒化シリコン膜で、次に述べるエネルギー帯構造の図に
も示されているように、a−Si感光層2よりも禁制帯
幅が広い。
The relationship between the surface protective layer and the characteristics of the photoconductor will be further described with reference to the conventional structure with reference to FIG. Figure 2
2A is a partial cross-sectional view of a conventional a-Si photoconductor, FIG.
(B)-(d) is a schematic diagram of the energy band structure in different situations. 1 is a conductive substrate such as Al (aluminum), 2 is a thickness of 1 to 1 formed on the conductive substrate 1.
It is a 50-micrometer a-Si photosensitive layer. The a-Si photosensitive layer 2 is formed by decomposing SiH 4 gas mixed with N 2 gas, B 2 H 6 gas, and optionally PH 3 (phosphine) gas by a plasma CVD method, and is a film containing hydrogen atoms. Yes 1
It has a high resistivity of 0 12 Ω · cm or more. Reference numeral 3 is a surface protective layer having a thickness of 0.01 to 1 μm and formed on the a-Si photosensitive layer 2 and having an insulating property. The surface protective layer 3 is an amorphous silicon nitride film continuously formed by using SiH 4 gas and N 2 gas, and as shown in the energy band structure diagram described below, the a-Si photosensitive layer is formed. Wider band than 2.

【0008】図2(a)のa−Si感光体の使用前の平
衡状態におけるエネルギー帯構造を図2(b)で、また
コロナ放電により図2(a)のa−Si感光体の表面を
正帯電させたときのエネルギー帯構造を図2(c)で図
示してある。図中、EF はフェルミ準位、EV は価電子
帯の頂部、EC は伝導帯の底部を示す。図2(d)は図
2(a)のa−Si感光体に画像光を入射させた時のキ
ャリヤの発生状態を示すもので、入射光によってa−S
i感光層2内で電子・正孔対が発生し、電子は表面側に
正孔は導電性基板1側へ流れ、導電性基板1と表面の電
荷をそれぞれ中和する。
The energy band structure in the equilibrium state before use of the a-Si photoconductor of FIG. 2A is shown in FIG. 2B, and the surface of the a-Si photoconductor of FIG. The energy band structure when positively charged is shown in FIG. In the figure, E F is the Fermi level, E V is the top of the valence band, and E C is the bottom of the conduction band. FIG. 2D shows a state of carrier generation when image light is incident on the a-Si photoconductor of FIG. 2A.
In the i photosensitive layer 2, electron-hole pairs are generated, electrons flow to the surface side and holes flow to the conductive substrate 1 side, and neutralize the charges on the conductive substrate 1 and the surface, respectively.

【0009】表面保護層3がある場合には、電子が移動
し表面保護層3をトンネル効果で通過して表面に達すれ
ば、表面電荷を中和させることができる。しかし、例え
ば表面保護層3の厚みが大きく電子が表面保護層3の障
壁を乗り越えられなければ、a−Si感光層2と表面保
護層3との界面Sにトラップされ中和されない表面電荷
によって残留電位の大きさが決まるのである。当初、絶
縁性を有する表面保護層3は、a−Si感光層2の表面
を保護する機能が重視されていたが、a−Si感光層2
の抵抗率が大きくとれない段階では、a−Si感光層2
からのキャリヤの移動注入によって、表面電荷が中和さ
れることを阻止するブロッキング層としての役割も重要
であった。このため表面保護層3を厚く形成すると、キ
ャリヤのトンネルができず、残留電位が極めて大きくな
ってしまう。
When the surface protective layer 3 is present, surface electrons can be neutralized when electrons move and pass through the surface protective layer 3 by the tunnel effect to reach the surface. However, for example, if the thickness of the surface protective layer 3 is large and electrons cannot pass through the barrier of the surface protective layer 3, the electrons are trapped at the interface S between the a-Si photosensitive layer 2 and the surface protective layer 3 and remain due to the surface charge that is not neutralized. The magnitude of the electric potential is determined. Initially, the surface protective layer 3 having an insulating property was emphasized for the function of protecting the surface of the a-Si photosensitive layer 2, but the a-Si photosensitive layer 2
Of the a-Si photosensitive layer 2 when the resistivity of the
The role as a blocking layer that prevents the surface charge from being neutralized by the transfer injection of the carriers from the above was also important. For this reason, if the surface protective layer 3 is formed thick, carrier tunneling cannot be performed and the residual potential becomes extremely large.

【0010】その結果、図2(d)に示したようにa−
Si感光層2と表面保護層3の界面S近傍に空間電荷領
域を形成し、これがキャリヤの移動を一層阻止すること
になるので、表面保護層3の厚みは数十Å、厚くても1
000Å以下の極めて薄いものでなければならなかっ
た。そのため、a−Si感光層2に対する表面保護機能
が十分でなかった。逆に、表面保護層3の厚みがある限
度以上になると、もはやカールソン法は採り得ず、NP
法などの全く別の複写方式を考えなければならない。し
かし、前述の特開昭57−37352号公報で開示した
方法により、本発明者等は、a−Si感光層2の抵抗率
を十分に大きくしているので、0.01〜1μmと比較
的厚い表面保護層を形成し、残留電位が多少生じても全
体に対する比率を小さくできるので、S/N比が十分に
とれる。このためカールソン法が採用できるとともに、
表面保護の目的が達成され、同時に長寿命化が可能とな
ったのである。
As a result, as shown in FIG.
A space charge region is formed in the vicinity of the interface S between the Si photosensitive layer 2 and the surface protective layer 3, which further blocks the movement of carriers, so that the thickness of the surface protective layer 3 is several tens of liters, and even if it is thick,
It had to be extremely thin, less than 000Å. Therefore, the surface protection function for the a-Si photosensitive layer 2 was not sufficient. On the contrary, when the thickness of the surface protective layer 3 exceeds a certain limit, the Carlson method can no longer be adopted and the NP
We have to consider a completely different copying method such as the law. However, the inventors of the present invention have sufficiently increased the resistivity of the a-Si photosensitive layer 2 by the method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 57-37352. Since a thick surface protection layer is formed and the residual potential can be reduced to a small extent, the ratio to the whole can be reduced, so that a sufficient S / N ratio can be obtained. Therefore, the Carlson method can be adopted,
The purpose of surface protection was achieved, and at the same time, the life was extended.

【0011】しかしながら、本発明者等は表面保護層と
してアモルファス窒化シリコン膜を形成して複写機を試
作し、精度の良い実験を更に繰り返した。その結果、上
記アモルファス窒化シリコン膜の形成条件によっては、
極めて不都合な場合が生じることが判明し、表面保護膜
に要求されるものは厚みだけでなく、組成も問題としな
ければならないことを見出したのである。すなわち、本
発明は、画質の低下を生じさせることなく、しかも長期
間使用しても感光体を十分安定して保護し得る構造及び
組成でなるアモルファス窒化シリコン膜の絶縁保護層を
有する電子写真用感光体を提供することにある。
However, the inventors of the present invention formed an amorphous silicon nitride film as a surface protection layer, prototyped a copying machine, and further repeated accurate experiments. As a result, depending on the formation conditions of the amorphous silicon nitride film,
It turned out that an extremely inconvenient case might occur, and it was found that not only the thickness but also the composition was required as the surface protective film. That is, the present invention is for electrophotography having an insulating protective layer of an amorphous silicon nitride film having a structure and composition capable of sufficiently stably protecting a photoconductor even if it is used for a long period of time without degrading image quality. To provide a photoconductor.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は基板上にアモル
ファスシリコン感光層、p型アモルファスシリコン層及
び表面保護層を有するアモルファスシリコン電子写真用
感光体において、前記p型アモルファスシリコン層は前
記アモルファスシリコン感光層と前記表面保護層との間
に30〜1000Åの厚さを有し、前記p型アモルファ
スシリコン層の前記アモルファスシリコン感光層との界
面の平衡状態におけるフェルミ準位に対する伝導帯の底
部の高さが、該界面の平衡状態における前記アモルファ
スシリコン感光層のフェルミ準位に対する伝導帯の底部
の高さ以上であるとともに、前記表面保護層の厚みが5
00〜10000Åの範囲になされており、前記表面保
護層の前記p型アモルファスシリコン層との界面の平衡
状態におけるフェルミ準位に対する伝導帯の底部の高さ
が、該界面の平衡状態における前記p型アモルファスシ
リコン層のフエルミ準位に対する伝導帯の底部の高さ以
上であることを特徴としている。
The present invention provides an amorphous silicon electrophotographic photoreceptor having an amorphous silicon photosensitive layer, a p-type amorphous silicon layer and a surface protective layer on a substrate, wherein the p-type amorphous silicon layer is the amorphous silicon. There is a thickness of 30 to 1000Å between the photosensitive layer and the surface protective layer, and the height of the bottom of the conduction band with respect to the Fermi level at the equilibrium state of the interface between the p-type amorphous silicon layer and the amorphous silicon photosensitive layer. Is not less than the height of the bottom of the conduction band with respect to the Fermi level of the amorphous silicon photosensitive layer in the equilibrium state of the interface, and the thickness of the surface protective layer is 5
The height of the bottom of the conduction band with respect to the Fermi level in the equilibrium state of the interface of the surface protective layer with the p-type amorphous silicon layer is the p-type in the equilibrium state of the interface. It is characterized in that it is higher than the height of the bottom of the conduction band with respect to the Fermi level of the amorphous silicon layer.

【0013】[0013]

【作用】以下、本発明の構成・作用等を実験例とともに
詳述する。アモルファス窒化シリコン膜を表面保護膜と
して考えた場合、化学的にも構造的にも最も安定なもの
は、化学量論的組成のSi3 4 膜が最適と考えられ
る。しかし、プラズマCVD法では、化学量論的組成の
Si3 4 膜の作製は困難であり、水素が含有されると
ともに組成比Si/Nも0.8〜1.5となり、化学量
論的組成比Si/N=0.75よりもSiが少しばかり
過剰になるのが通例である。出来るだけSi3 4 の化
学量論的組成に近づけるには、N2 ガスとSiH4 ガス
との比率、高周波電力を大きくし、基板温度も許される
限り高くすればよい。そこで、基板上にSiH4 ガス、
2 ガス及びB2 6 ガスを適量混合して一定条件で一
定厚みのアモルファスシリコン感光層を形成したのち、
生成条件を変えて、その層上に表面保護層としてのアモ
ルファス窒化シリコン層を一定厚みで形成し、実際の複
写性能を調べた。その結果を以下に述べる。
The structure, function, etc. of the present invention will be described in detail below along with experimental examples. When the amorphous silicon nitride film is considered as the surface protective film, the most stable film chemically and structurally is considered to be the best stoichiometric Si 3 H 4 film. However, in the plasma CVD method, it is difficult to form a Si 3 H 4 film having a stoichiometric composition, and the composition ratio Si / N is 0.8 to 1.5 as well as hydrogen is included, which is stoichiometric. It is customary for Si to be slightly over the composition ratio Si / N = 0.75. In order to approximate the stoichiometric composition of Si 3 H 4 as much as possible, the ratio of N 2 gas to SiH 4 gas, the high frequency power, and the substrate temperature should be as high as possible. Therefore, SiH 4 gas on the substrate,
After mixing an appropriate amount of N 2 gas and B 2 H 6 gas to form an amorphous silicon photosensitive layer having a certain thickness under certain conditions,
By changing the generation conditions, an amorphous silicon nitride layer as a surface protective layer was formed on the layer with a constant thickness, and the actual copying performance was investigated. The results will be described below.

【0014】(A)まず、Si3 4 の化学量論的組成
に出来るだけ近いアモルファス窒化シリコン膜を形成し
た。表面保護層の厚みは1500Åであり、形成された
膜は組成比Si/N=0.8,抵抗率=1015Ω・c
m,光学的バンドギャップEO=5eVであつた。これ
を感光体に用いて複写を行ったところ、1 枚目は鮮明な
画像が得られたが、連続した2枚目からは画像が著しく
ボケ始め、数枚目以降はほとんど実用にならない画像で
あつた。この感光体を逆極性で帯電させ表面電位を零に
して再び複写を行ったが、複写の2枚目以後は上記と同
様の現象を呈し、いずれにせよ、表面保護層としての役
目は十分安定して達成できても、高画質を連続して得る
ことは不可能なことが分かった。
(A) First, an amorphous silicon nitride film having a stoichiometric composition of Si 3 N 4 was formed as close as possible. The thickness of the surface protective layer is 1500Å, the formed film has a composition ratio Si / N = 0.8, and a resistivity = 10 15 Ω · c.
m, optical band gap E o = 5 eV. When this was used as a photoconductor for copying, a clear image was obtained on the first sheet, but the image began to blur significantly from the second consecutive sheet, and after several sheets it was almost unusable. Atsuta This photoreceptor was charged with the opposite polarity and the surface potential was set to zero, and copying was carried out again. However, after the second copy, the same phenomenon as described above was exhibited, and in any case, the role as the surface protective layer was sufficiently stable. It was found that it is impossible to continuously obtain high image quality even if it can be achieved.

【0015】(B)次に、ガス流量、高周波電力を変え
て、Si3 4 の化学量論的組成からよりずれたアモル
ファス窒化シリコン膜を実験(A)と同じ1500Å厚
で形成した。この膜は組成比Si/N=1.2,抵抗率
=2×1014Ω・cm,光学的バンドギャップEO
3.8eVであつた。これを感光体に用いて複写を行っ
たところ、1枚目より鮮明な画像が得られ、連続複写に
対しても特に問題となる点はなかった。しかし、間欠的
な耐久試験を繰り返し行った結果、2万枚目ぐらいから
白スジや画像のむらが目立ってきたので、寿命の点でま
だ満足出来るものではなかった。上記(A),(B)の
実験結果から、表面保護層としてのアモルファス窒化シ
リコン膜の組成が、安定なSi3 4 の組成に近いほ
ど、感光体としての本来の特性が損なわれてしまうこと
が分かった。他の実験結果も参考にして検討したとこ
ろ、次のことが原因であると結論された。
(B) Next, an amorphous silicon nitride film deviating from the stoichiometric composition of Si 3 N 4 was formed with the same 1500 Å thickness as in the experiment (A) by changing the gas flow rate and the high frequency power. This film has a composition ratio Si / N = 1.2, a resistivity = 2 × 10 14 Ω · cm, and an optical band gap E o =
It was 3.8 eV. When copying was performed using this as a photoconductor, a clearer image than the first sheet was obtained, and there was no particular problem in continuous copying. However, as a result of repeating the intermittent durability test, white streaks and image unevenness were conspicuous from about the 20,000th sheet, so that the life was not yet satisfactory. From the experimental results of (A) and (B) above, the closer the composition of the amorphous silicon nitride film as the surface protective layer is to the stable composition of Si 3 N 4 , the more the original characteristics of the photoreceptor are impaired. I found out. As a result of examination with reference to the results of other experiments, it was concluded that the following was the cause.

【0016】感光層としてa−Si膜の禁制帯幅が1.
7〜1.9eVであるのに対し、絶縁性を有する表面保
護層としてのアモルファス窒化シリコン膜の禁制帯幅は
これより大きいので、図2(b)〜(d)に示したよう
に界面Sにおいて障壁が形成され、感光層で発生したキ
ャリヤが移動して表面近傍にきたとき、キャリヤが表面
保護層をトンネルして表面電荷と中和するためには、障
壁の高さと幅がある一定値以下でなければならない。キ
ャリヤが表面保護層を速やかに通過できにくい場合に
は、入射光が繰り返し照射されることによつて、キャリ
ヤはa−Si感光層と表面保護層との界面Sに蓄積され
るから、図2(d)に示すような空間電荷領域が形成さ
れる。
The forbidden band width of the a-Si film as the photosensitive layer is 1.
While the band gap is 7 to 1.9 eV, the forbidden band width of the amorphous silicon nitride film as the surface protective layer having an insulating property is larger than this, so that the interface S as shown in FIGS. When a barrier is formed in the photosensitive layer and the carrier generated in the photosensitive layer moves near the surface and the carrier tunnels through the surface protective layer to neutralize the surface charge, the barrier has a certain height and width. Must be: In the case where it is difficult for the carrier to quickly pass through the surface protective layer, the carrier is accumulated at the interface S between the a-Si photosensitive layer and the surface protective layer due to repeated irradiation of incident light. A space charge region as shown in (d) is formed.

【0017】この領域はエネルギー帯を曲げることにな
るので、新たな障壁を形成し、キャリヤの表面への移動
を一層阻止することになるから残留電位の増加、光感度
の低下、帯電位の低下をもたらす。それだけでなく、界
面S近傍に蓄積されたキャリヤによって表面に平行な導
電チャンネルが形成されるから、キャリヤが分散されや
すくなる。また、転写帯電時においてキャリヤがゆさぶ
られ、絶縁保護層を介しての電荷結合も行われるから、
結果として分解能が低下し、画像がボケたものになると
考えられる。すなわち、図3(a)に示すように、感光
体表面を一様電位VS に帯電させ、一定の空間周波数で
明所暗所に分割したときの電位変化がシャープな変化を
するように出来れば、分解能が優れ、画面ボケは発生し
ない。しかし、表面保護層が適切でないと、図3(b)
に示すように、明暗の変化がゆるやかとなり、分解能が
劣り残留電位VR が生じて、画像ボケを起こすことが分
かったのである。
Since the energy band is bent in this region, a new barrier is formed and the movement of the carrier to the surface is further blocked, so that the residual potential is increased, the photosensitivity is lowered, and the charge level is lowered. Bring Not only that, the carriers accumulated in the vicinity of the interface S form conductive channels parallel to the surface, so that the carriers are easily dispersed. Further, during transfer charging, the carrier is shaken and charge coupling is also performed through the insulating protective layer,
As a result, the resolution is lowered and the image is considered to be blurred. That is, as shown in FIG. 3A, it is possible to charge the surface of the photoconductor to a uniform potential V S and to make a sharp change in potential when divided into bright and dark places at a constant spatial frequency. If so, the resolution is excellent and no screen blur occurs. However, if the surface protective layer is not suitable, the result shown in FIG.
It has been found that, as shown in (4), the change in light and dark becomes gradual, the resolution is inferior, the residual potential V R is generated, and the image is blurred.

【0018】この対策として、前記実験(A)における
組成の表面保護層を用いた場合は、複写1回ごとに空間
電荷を中和するような方法、例えば逆特性帯電や同時露
光交流帯電などを行うことが考えられる。しかし、その
ための作業条件の設定は、精密で複雑なものとなり実用
的ではない。また、これを避けるため前記実験(B)に
おけるように、表面保護層の条件をゆるめ、障壁の高さ
を低くして若干の導電性を持たせれば、複写特性は一時
的には良いのであるが、表面保護能力が低下して長時間
の使用には耐えられないことが示された。
As a countermeasure against this, when the surface protective layer having the composition in the experiment (A) is used, a method for neutralizing the space charge for each copy, such as reverse characteristic charging or simultaneous exposure AC charging, is used. It is possible to do it. However, setting of working conditions for that purpose is complicated and precise, and is not practical. Further, in order to avoid this, if the conditions of the surface protective layer are loosened and the height of the barrier is lowered to give a slight conductivity as in the experiment (B), the copying characteristics are temporarily good. However, it was shown that the surface protection ability was lowered and it could not withstand long-term use.

【0019】前述のように、従来の感光体の問題点は、
感光層の禁制帯幅と比較した表面保護層の禁制帯幅の違
いからくる障壁の高さと、障壁の急峻な変化及び界面に
阻止蓄積されるキャリヤによる空間電荷領域の発生によ
ることが分かった。そこで本発明者等は、感光層と表面
保護層との間に更にp型アモルファスシリコン層を設け
ることにより、空間電荷領域と導電チャンネルの形成を
実質的に避け得るアモルファスシリコン電子写真用感光
体を発明するに至ったのである。
As described above, the problems of the conventional photoconductor are as follows.
It was found that the height of the barrier is due to the difference in the forbidden band width of the surface protective layer compared with the forbidden band width of the photosensitive layer, and the abrupt change of the barrier and the generation of the space charge region due to the carriers trapped and accumulated at the interface. Therefore, the inventors of the present invention provide an amorphous silicon electrophotographic photoreceptor that can substantially avoid the formation of space charge regions and conductive channels by further providing a p-type amorphous silicon layer between the photosensitive layer and the surface protective layer. It came to invent.

【0020】[0020]

【実施例】図1は、本発明アモルファスシリコン電子写
真用感光体の一実施例を示し、図1(a)はその一部断
面図、図1(b)はそのエネルギー帯構造の模式図で、
図中、符号1〜3,EC ,EF 及びEV は図2と同一で
ある。そうして、4はアモルファスシリコン感光層2と
表面保護層3との間に形成されたp型アモルファスシリ
コン層である。導電性基板1上のアモルファスシリコン
感光層2はN2 ガス、B2 6 ガス、場合によりPH3
ガスを混合したSiH4 ガスを用いプラズマCVD法に
より形成されている。その上層のp型アモルファスシリ
コン層4の形成には、B2 6 ガスなどを不純物ガスと
して用いればよいが、強いp型にした場合、p型伝導に
よる表面抵抗の低下が画質に悪影響を与えるので、適当
な抵抗率と厚みを有している必要がある。実験の結果、
p型アモルファスシリコン層4の抵抗率は1011Ω・c
m以上の暗抵抗率を有していることが望ましく、厚みは
30〜1000Åの範囲と考えられる。
1 shows an embodiment of an amorphous silicon electrophotographic photosensitive member of the present invention. FIG. 1 (a) is a partial sectional view thereof, and FIG. 1 (b) is a schematic view of its energy band structure. ,
In the figure, reference numerals 1 to 3, E C , E F and E V are the same as in FIG. Then, 4 is a p-type amorphous silicon layer formed between the amorphous silicon photosensitive layer 2 and the surface protective layer 3. The amorphous silicon photosensitive layer 2 on the conductive substrate 1 is made of N 2 gas, B 2 H 6 gas, and optionally PH 3 gas.
It is formed by a plasma CVD method using SiH 4 gas mixed with gas. To form the p-type amorphous silicon layer 4 thereabove, B 2 H 6 gas or the like may be used as an impurity gas. However, when a strong p-type is used, a decrease in surface resistance due to p-type conduction adversely affects image quality. Therefore, it is necessary to have an appropriate resistivity and thickness. results of the experiment,
The resistivity of the p-type amorphous silicon layer 4 is 10 11 Ω · c.
It is desirable to have a dark resistivity of m or more, and the thickness is considered to be in the range of 30 to 1000Å.

【0021】本実施例感光体におけるエネルギー帯構造
は、図1(b)で図示されている。すなわち、p型アモ
ルファスシリコン層4とアモルファスシリコン感光層2
との界面S1 の平衡状態におけるp型アモルファスシリ
コン層4のフェルミ準位に対する伝導帯の底部EC の高
さは、界面S1 の平衡状態におけるアモルファスシリコ
ン感光層2のフェルミ準位に対する伝導帯の底部EC
高さ以上である。また、表面保護層3とp型アモルファ
スシリコン層4との界面S2 の平衡状態における表面保
護層3のフェルミ準位に対する伝導帯の底部EC の高さ
は、界面S2 の平衡状態におけるp型アモルファスシリ
コン層4のフェルミ準位に対する伝導帯の底部EC の高
さ以上である。更に、表面保護層3の平衡状態における
フェルミ準位EF に対する伝導帯の底部EC の高さは、
アモルファスシリコン感光層2のフェルミ準位EF に対
する伝導帯の底部EC の高さに比較して、界面S2 から
表面保護層3の表面へ向かって漸次高くなっている。図
では連続的に漸次高くなっているが、段階的に漸次高く
形成してもよい。
The energy band structure of the photoconductor of this embodiment is shown in FIG. 1 (b). That is, the p-type amorphous silicon layer 4 and the amorphous silicon photosensitive layer 2
P-type level of the bottom portion E C of the conduction band relative to the Fermi level of the amorphous silicon layer 4, the conduction band of the amorphous silicon photosensitive layer 2 in the equilibrium state of the interface S 1 for the Fermi level in an equilibrium state of the interface S 1 between the Is higher than the height of the bottom E C of the. Further, the height of the bottom E C of the conduction band with respect to the Fermi level of the surface protective layer 3 at the equilibrium state of the interface S 2 between the surface protective layer 3 and the p-type amorphous silicon layer 4 is p at the equilibrium state of the interface S 2. The height is equal to or higher than the height of the bottom E C of the conduction band with respect to the Fermi level of the amorphous silicon layer 4. Further, the height of the bottom E C of the conduction band with respect to the Fermi level E F in the equilibrium state of the surface protective layer 3 is
The height of the bottom E C of the conduction band with respect to the Fermi level E F of the amorphous silicon photosensitive layer 2 gradually increases from the interface S 2 toward the surface of the surface protective layer 3. Although it is continuously and gradually increased in the figure, it may be formed gradually and gradually.

【0022】アモルファスシリコン感光層2の生成方法
及び厚みは、作用で述べたのと同じである。すなわち、
導電性基板1上にSiH4 ガス、N2 ガス、B2 6
スを用いてプラズマCVD法でアモルファスシリコン感
光層2を形成する。アモルファスシリコン感光層2の暗
抵抗率は、1012Ω・cm以上である。表面保護層3で
あるアモルファス窒化シリコン膜の形成は、最初に生成
条件を作用で述べた実験(B)と同じ条件に設定し、連
続的に条件を変えて組成を変化させた。最終的には、生
成条件は作用で述べた実験(A)と同一条件になるよう
にして行い、アモルファス窒化シリコン膜を1500Å
の厚みに形成した。このアモルファス窒化シリコン膜の
組成比Si/Nは、表面に向かって1.2から0.8ま
でほぼ連続的に変化していた。
The method of forming the amorphous silicon photosensitive layer 2 and the thickness thereof are the same as those described in the operation. That is,
An amorphous silicon photosensitive layer 2 is formed on a conductive substrate 1 by using a SiH 4 gas, an N 2 gas, and a B 2 H 6 gas by a plasma CVD method. The dark resistivity of the amorphous silicon photosensitive layer 2 is 10 12 Ω · cm or more. In forming the amorphous silicon nitride film which is the surface protective layer 3, first, the production conditions were set to the same conditions as in the experiment (B) described in the operation, and the composition was changed by continuously changing the conditions. Finally, the production conditions were set to be the same as those in the experiment (A) described in the operation, and the amorphous silicon nitride film was set to 1500 Å
Formed to a thickness of. The composition ratio Si / N of this amorphous silicon nitride film changed substantially continuously from 1.2 to 0.8 toward the surface.

【0023】本実施例の感光体(アモルファス窒化シリ
コン膜厚みは1500Å)を用いて複写試験をした結
果、1枚目より鮮明な画像が得られ、連続複写に対して
も何らの問題も生じなかった。また、長期の間欠耐久試
験においても、10万枚目まで問題となるような欠陥は
全く発生せず、寿命の点でも完全に満足できるものであ
った。種々実験の結果、アモルファス窒化シリコン膜厚
みは500〜10000Åの範囲で、また、そのバンド
ギャップは2.0〜5.0eVの間で拡がるようにすれ
ば、同様な試験成績が得られることが分かった。
As a result of a copying test using the photoconductor of the present embodiment (the thickness of the amorphous silicon nitride film is 1500Å), a clearer image than that of the first sheet was obtained, and no problems occurred in continuous copying. It was Further, even in the long-term intermittent durability test, no problematic defect occurred up to the 100,000th sheet, and the life was completely satisfactory. As a result of various experiments, it was found that similar test results could be obtained if the thickness of the amorphous silicon nitride film was in the range of 500 to 10000Å and the band gap was widened in the range of 2.0 to 5.0 eV. It was

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように本発明の電子写真用
感光体は、アモルファスシリコン感光層とアモルファス
窒化シリコン膜である表面保護層との間に、p型アモル
ファスシリコン層を設けることにより、画像ボケの一因
である空間電荷領域と導電チャンネルの形成を実質的に
避けることができる。また、表面保護層の平衡状態にお
けるフェルミ準位に対する伝導帯の底部の高さが、表面
保護層自体の表面へ向かって漸次高くなるように形成さ
れているので、長期間の使用にも十分に耐え、p型アモ
ルファスシリコン層の形成とあいまって、画質の低下を
生じさせることなく、良好な複写が達成できるのでる。
また、表面保護層により、アモルファスシリコン感光層
を十分安定して保護でき、10万枚以上の複写可能も実
証した。以上、本発明をアモルファス窒化シリコン膜を
中心に述べたが、アモルファス酸化シリコン膜やアモル
ファス炭化シリコン膜を用いた表面保護層にも、適用さ
れることはもちろんである。
As described above, in the electrophotographic photoreceptor of the present invention, by providing the p-type amorphous silicon layer between the amorphous silicon photosensitive layer and the surface protective layer which is an amorphous silicon nitride film, an image can be obtained. The formation of space charge regions and conductive channels that contribute to blur can be substantially avoided. Further, since the height of the bottom of the conduction band with respect to the Fermi level in the equilibrium state of the surface protective layer is formed so as to gradually increase toward the surface of the surface protective layer itself, it is sufficient for long-term use. With the endurance and formation of the p-type amorphous silicon layer, good copying can be achieved without causing deterioration of image quality.
In addition, it was demonstrated that the surface protection layer can protect the amorphous silicon photosensitive layer sufficiently stably, and can copy 100,000 sheets or more. Although the present invention has been described above focusing on the amorphous silicon nitride film, it goes without saying that the present invention is also applied to a surface protective layer using an amorphous silicon oxide film or an amorphous silicon carbide film.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)本発明電子写真用感光体の実施例の一部
断面図である。 (b)本発明電子写真用感光体の実施例のエネルギー帯
構造の模式図である。
FIG. 1A is a partial cross-sectional view of an example of an electrophotographic photoreceptor of the present invention. (B) A schematic view of an energy band structure of an example of the electrophotographic photosensitive member of the present invention.

【図2】(a)従来のa−Si感光体の一部断面図であ
る。 (b)従来のa−Si感光体のエネルギー帯構造の模式
図である。 (c)従来のa−Si感光体のエネルギー帯構造の模式
図である。 (d)従来のa−Si感光体のエネルギー帯構造の模式
図である。
FIG. 2A is a partial cross-sectional view of a conventional a-Si photoconductor. (B) It is a schematic diagram of the energy band structure of the conventional a-Si photoreceptor. (C) It is a schematic diagram of the energy band structure of the conventional a-Si photoreceptor. (D) It is a schematic diagram of the energy band structure of the conventional a-Si photoreceptor.

【図3】(a)感光体の帯電特性、解像力、残留電位を
説明するための波形図である(画像ボケがない場合の波
形)。 (b)感光体の帯電特性、解像力、残留電位を説明する
ための波形図である(画像ボケがある場合の波形)。
FIG. 3A is a waveform diagram for explaining a charging characteristic, a resolving power, and a residual potential of a photoconductor (a waveform when there is no image blur). FIG. 6B is a waveform diagram for explaining the charging characteristics, resolution, and residual potential of the photoconductor (waveform when image blur occurs).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 導電性基板 2 アモルファスシリコン(a−Si)感光層 3 表面保護層又は絶縁保護層 4 p型アモルファスシリコン層 EF フェルミ準位 EV 価電子帯の頂部 EC 伝導帯の底部 VS 一様電位 S 界面 S1 界面 S2 界面1 the conductive substrate 2 amorphous silicon (a-Si) photosensitive layer 3 surface protective layer or insulating protective layer 4 p-type amorphous silicon layer E F Fermi level E V valence band bottom V S uniform top E C conduction band of Potential S interface S 1 interface S 2 interface

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上にアモルファスシリコン感光層、
p型アモルファスシリコン層及び表面保護層を有するア
モルファスシリコン電子写真用感光体において、前記p
型アモルファスシリコン層は前記アモルファスシリコン
感光層と前記表面保護層との間に30〜1000Åの厚
さを有し、前記p型アモルファスシリコン層の前記アモ
ルファスシリコン感光層との界面の平衡状態におけるフ
ェルミ準位に対する伝導帯の底部の高さが、該界面の平
衡状態における前記アモルファスシリコン感光層のフェ
ルミ準位に対する伝導帯の底部の高さ以上であるととも
に、前記表面保護層の厚みが500〜10000Åの範
囲になされており、前記表面保護層の前記p型アモルフ
ァスシリコン層との界面の平衡状態におけるフェルミ準
位に対する伝導帯の底部の高さが、該界面の平衡状態に
おける前記p型アモルファスシリコン層のフエルミ準位
に対する伝導帯の底部の高さ以上であることを特徴とす
る電子写真用感光体。
1. An amorphous silicon photosensitive layer on a substrate,
An amorphous silicon electrophotographic photosensitive member having a p-type amorphous silicon layer and a surface protective layer, wherein p
The amorphous amorphous silicon layer has a thickness of 30 to 1000Å between the amorphous silicon photosensitive layer and the surface protective layer, and the Fermi quasi-state at the equilibrium state of the interface between the p-type amorphous silicon layer and the amorphous silicon photosensitive layer. The height of the bottom of the conduction band with respect to the position is equal to or higher than the height of the bottom of the conduction band with respect to the Fermi level of the amorphous silicon photosensitive layer in the equilibrium state of the interface, and the thickness of the surface protective layer is 500 to 10000Å. The height of the bottom of the conduction band with respect to the Fermi level at the equilibrium state of the interface of the surface protection layer with the p-type amorphous silicon layer is set to the range of the p-type amorphous silicon layer at the equilibrium state of the interface. Electrophotographic photosensitive material having a height equal to or higher than the bottom of the conduction band with respect to the Fermi level. .
【請求項2】 表面保護層が水素を含むアモルファス窒
化シリコンで形成され、その組成比Si/Nが0.75
〜10の範囲になされるとともに、前記組成比Si/N
がp型アモルファスシリコン層との界面から前記表面保
護層表面へ向かって漸次小さくなるように構成されてい
ることを特徴とする請求項1の電子写真用感光体。
2. The surface protective layer is formed of amorphous silicon nitride containing hydrogen and has a composition ratio Si / N of 0.75.
And the composition ratio Si / N.
2. The electrophotographic photosensitive member according to claim 1, wherein is gradually reduced from the interface with the p-type amorphous silicon layer toward the surface of the surface protective layer.
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