JPH0760271B2 - 光導電部材 - Google Patents

光導電部材

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JPH0760271B2
JPH0760271B2 JP59262215A JP26221584A JPH0760271B2 JP H0760271 B2 JPH0760271 B2 JP H0760271B2 JP 59262215 A JP59262215 A JP 59262215A JP 26221584 A JP26221584 A JP 26221584A JP H0760271 B2 JPH0760271 B2 JP H0760271B2
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    • G03G5/00Recording members for original recording by exposure, e.g. to light, to heat, to electrons; Manufacture thereof; Selection of materials therefor
    • G03G5/02Charge-receiving layers
    • G03G5/04Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor
    • G03G5/08Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor characterised by the photoconductive material being inorganic
    • G03G5/082Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor characterised by the photoconductive material being inorganic and not being incorporated in a bonding material, e.g. vacuum deposited

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は紫外線から遠赤外線にまでおよぶ光に感応性の
ある光導電性部材に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
固体撮像素子、電子写真感光体等における光導電層を構
成する光導電性材料は、その使用上の目的から暗所での
比抵抗が高く(通常1013Ωcm以上で)、かつ光照射によ
り比抵抗が小さくなる性質をもつものでなくてはならな
い。
ここで、電子写真に例をとって、その原理および感光体
として必要な条件を簡単に説明する。
先ず、原理を説明すると、電子写真は感光体表面にコロ
ナ放電により電荷をふらせ帯電させる。次に、感光体に
光を照射すると、電子と正孔の対が生じ、そのどちらか
一方により表面の電荷が中和される。たとえば正に帯電
させた場合、光照射により生じた対のうち電子によって
中和される。したがって光照射により感光体表面に静電
荷の潜像が形成される。そして、この潜像の可視化は、
感光体表面の電荷と逆極性に帯電したトナーと呼ばれる
黒粉体を感光体表面にクーロン力によって吸引させるこ
とによりなされる。このとき、感光体表面に電荷がなく
とも、トナーの電荷で、感光体に引きつけられることを
避けるため、感光体と現像器の間に電荷による電場と逆
方向の電場が生ずるように現像器の電位を高くするとい
う処置がなされている。これを、現像バイアスという。
次に、感光体として必要な条件を説明すると、第1にコ
ロナ放電により帯電した電荷が光照射まで保持されるこ
と、第2に光照射により生成した電子と正孔の対が再結
合することなく、一方が表面の電荷を中和し、さらにも
う一方は、感光層の支持体まで短時間に到達することな
どがあげられる。
ところで、従来、光導電部材における光導電性層の形成
に使用されるものとして非晶質カルコゲナイド系材料が
ある。非晶質カルコゲナイド系材料は、大面積化を容易
に達成することのできるすぐれた光導電性材料である
が、光吸収領域端が可視領域から紫外領域に近いところ
までに有るので、実用上、可視領域における光感度が低
く、また、硬度が低いので電子写真感光体に応用しても
寿命が短かい等の問題点を有する。
そこで、近年、上記問題点を解消する光導電性材料とし
て、アモルファスシリコンが注目されている。このアモ
ルファスシリコンは、吸収波長域が広くて全整色(Panc
hromatic)であり、光感度も高い。また、アモルファス
シリコンは硬度も高く、電子写真感光体に応用した場
合、従来のものに比べて10倍以上の寿命を有するとされ
ている。さらに、アモルファスシリコンは、人体に無害
であり、単結晶シリコンと比較すると、安価で容易に大
面積化を図ることができる等の多くの利点を有する。
しかしながら、アモルファスシリコンは、暗所での比抵
抗(単に暗抵抗ということもある。)が、通常、108〜1
010Ωcm程度の低さであるから、静電潜像を形成する電
子写真感光体にあっては、その表面に帯電した電荷を保
持することができない。もっとも、電子写真感光体にお
いては、アモルファスシリコン感光層と支持体との間
に、酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコンなどの
比抵抗の高い絶縁層(ブロッキング層)を介在させるこ
とにより、支持体からのキャリアの注入を防止すること
が試みられてはいる。しかし、この場合、比抵抗の高い
絶縁層(ブロッキング層)の厚みを大きくすると、その
上にあるアモルファスシリコン層から支持体へのキャリ
アの透過を阻止することとなるので、結果として、残留
電位が生じてしまう。また、比抵抗の高いアモルファス
シリコン層の厚みを小さくすると、十分な電位保持能を
持たせることができなくなってしまう。
一方、導電性基体と光導電性層の間にP型あるいはn型
の導電性をもつ半導体膜を設ける方法もある。通常はB
あるいはPを多量にドーピングした非晶質シリコンを用
いる。このような層を電荷注入防止層と呼ぶ。この電荷
注入防止層の電荷注入防止能はBあるいはPを多くドー
ピングすることにより向上するが、そのような膜は膜内
部の歪が大きく、その上に歪の異なる膜を積層すると膜
がはがれるという不具合点を持っている。また、非晶質
シリコンの光吸収は広い波長域に亘って起こり、吸収端
付近でも徐々に吸収が減るという様相を示す。すなわ
ち、700nmから800nmまでの波長域では吸収は減るもの
の、ゼロにはならず、わずかながら吸収する。したがっ
て、このような材料で光導電性層を作ると、電子写真感
光体のように光導電性層の膜厚が厚い場合には、長波長
光を光導電性層の基体に近いところでも吸収する。そし
て、この非晶質シリコンは、電子、正孔ともにその易動
度はあまり高くないので、露光により感光体の表面より
遠いところで発生したキャリアは残り易い。電子写真装
置には一枚の画像を出した後、感光体表面に残る電荷を
消却する除電と呼ばれるプロセスがあるが、これを露光
で行なう場合には上記理由により、残留した膜中のキャ
リアが次の画像を得るために行なう感光体表面の帯電に
よる表面電荷を中和してしまう。したがって、露光直後
の帯電能は、暗中に放置した後の帯電能より大幅に低下
するという不具合点が生じている。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、膜はがれがなく、帯電能ならびに電位
保持能に優れ、帯電直前の露光による帯電能の減少が少
ない光導電部材を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、上記目的を達成するために、導電性支持体上
に、たとえばBやP等を多量にドーピングしても歪の少
ない非晶質炭化シリコンよりなる電荷注入防止層を積層
し、その上に、非晶質シリコンよりも光学的バンドギャ
ップが広く、かつ光吸収により生成される電子・正孔対
のうちの正孔の易動度と寿命との積が1×10-7cm2/V以
上である非晶質炭化シリコンよりなる光導電性層を積層
し、その上に、膜厚が0.1μm以上0.5μm以下の非晶質
シリコンよりなる光導電性層を積層したことを特徴とす
るものである。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例について図面を参照しながら説明す
る。
図面は、本発明に係る光導電部材(たとえば感光体)を
示すもので、図中1は平板状あるいはドラム状等の導電
性支持体である。
この導電性支持体1上には、周期律表III a族かV a族元
素を1.0×10-4atomic%以上1.0atomic%以下の範囲で含
む非晶質炭化シリコンからなる電荷注入防止層2が積層
されている。
また、この電荷注入防止層2上には、III a族元素を1.0
×10-8atomic%以上1.0×10-4atomic%以下の範囲で含
ら非晶質炭化シリコンからなる第1の光導電性層3が5
μm以上60μm以下の膜厚で積層されている。なお、こ
の第1の光導電性層3の厚さは5μmでも良いが、表面
を帯電して用いる場合には、必要とする表面電位に合わ
せて膜厚を変える。また、この第1の光導電性層3に要
求される特性は、膜中の炭素の量がシリコンに対して0.
1atomic%以上15atomic%以下の程度で、光学的バンド
ギャップが1.65eVから1.9eVまでくらいのものがよく、
少量のIII a族元素のドーピングにより、光吸収により
生成された電子・正孔対のうちの正孔の易動度μと寿命
τの積μ・τが1×10-7cm2/V以上になっていること等
があげられる。なお、この場合、特に易動度μの高いこ
とが重要であり、感光体を構成する非晶質層中で表面層
以外の部分に易動度の低いところが存在すると、光吸収
により生成されたキャリアの導電性支持体1方向への速
やかな移動を妨げ、その結果繰り返し特性等に劣化が生
じてしまう。したがって、非晶質炭化シリコンや非晶質
シリコンは、電子の易動度は高いが、正孔の易動度が比
較的低いので、この点に注意して材料を選定する必要が
ある。
さらに、この第1の光導電性層3上には、周期律表III
a族元素を1×10-8atomic%以上1.0×10-4atomic%以下
の範囲で含む非晶質シリコンよりなる第2の光導電性層
4が0.5μm以上5μm以下膜厚で積層されている。こ
の非晶質シリコンは、広い波長域に亘って吸光係数が高
く、この程度の膜厚で充分な感度が得られるものであ
る。
さらに、この第2の光導電性層4上には、化学的安定性
の向上の為に、表面被覆層5が500Å以上5μm以下の
程度で積層されている。この材料は、SiO2,SiN,SiC等の
光学的バンドギャップの広いものが良く、電子の易動度
を高くするために周期律表III a族元素の少量のドーピ
ングも有効である。
以上の構成によれば、電荷注入防止層2を、周期律表II
I a族かV a族元素を1×10-4atomic%以上1.0atomic%
以下の範囲で含む非晶質炭化シリコンで構成したので、
膜はがれを防止することができる。
また、光導電性層を、III a族元素を1×10-8atomic%
以上1×10-4atomic%以下の範囲で含み、光吸収により
生成された電子・正孔対のうちの正孔の易動度μと寿命
τとの積μ・τが1×10-7cm2/Vで、かつ、膜厚が5μ
m以上60μm以下の非晶質炭化シリコンからなる第1の
光導電性層3と、III a族元素を1×10-8atomic%以上
1.0×10-4atomic%以下の範囲で含み、膜厚が0.5μm以
上5μm以下の非晶質シリコンよりなる第2の光導電性
層4とで構成したので、帯電能ならびに電位保持能に優
れ、帯電直前の露光による帯電能の減少が少ない。
なお、上記第1と第2の光導電性層3,4を上述のように
異なる材料で構成し、さらに、表面に近い方の第2の光
導電性層4に光学的バンドギャップの小さい材料を用い
ると、光吸収は、この第2の光導電性層4において主に
起こり、膜厚を5μm程度にしておくと、露光により発
生したキャリアが残ることはなくなるので、帯電直前の
露光による帯電能の減少はさらに少なくなる。
また、電荷注入防止層2側の第1の光導電性層3は、光
学的バンドギャップが1.7eV以上2.0eV以下程度の非晶質
炭化シリコンが好ましく、BあるいはPを少量ドーピン
グすると正孔の易動度が高くなるので更に好ましい。
次に、成膜方法の一例を説明する。
先ず、導電性支持体1を真空反応容器に入れ、容器内を
メカニカルブースターポンプと油回転ポンプにより10-3
Torr程度の真空にし、導電性支持体1を100〜400℃の温
度に保持する。
ついで、容器内にSi原子を含むガス、たとえば、SiH4,S
i2H6,SiF4等のガスを導入する。ここで、非晶質炭化シ
リコンを成膜するには、これらのガスにCH4,C2H6等の炭
化水素を混合する。混合比を変えることにより光学的バ
ンドギャップを変えることができる。また、周期律表II
I a族元素あるいはV a族元素のドーピングは、B2H6,BF3
あるいはPH3,PF5等のガスを混合することで達成され
る。
以上のようなガスを各層の組成に合わせて反応容器内に
導入し、0.1〜3Torr程度の圧力になるように排気速度を
調節する。
ついで、導電性支持体1の周辺にプラズマが起こるべく
設置した電極間に高周波電力を投入すると、導電性支持
体1上に成膜される。
次に、このようにして成膜された光導電部材の一例につ
いて説明する。
電荷注入防止層2は、Bを1×10-3atomic%ドーピング
した非晶質炭化シリコンを用い、0.5μm程度積層して
なる。この電荷注入防止層2は、Bを多くドーピングし
ており、比抵抗が低く、光学的バンドギャップも1.70eV
程度である。
第1の光導電性層3は、Bを1×10-6atomic%ドーピン
グした非晶質炭化シリコンを25μm程度積層してなる。
この第1の光導電性層3は、少量のBドープにより、真
性領域に近く、比抵抗も1013Ωcm以上と高く、さらに、
光学的バンドギャップも1.75eV程度で、第2の光導電性
層4の光学的バンドギャップよりも広い。
第2の光導電性層4は、非晶質シリコンを5μm程度積
層してなる。この第2の光導電性層4は、ドーピングし
なくとも良いが、Bを1×10-6atomic%程度ドーピング
すると正孔の易動度が大きくなり、より好ましい。ま
た、この第2の光導電性層4は、1.55eV程度の光学的バ
ンドギャップをもっており、広い波長域に亘って光を吸
収する。
表面被覆層5は、光学的バンドギャップが2.2eV、比抵
抗が1014Ωcm程度の非晶質炭化シリコンを1μm積層し
てなる。この表面被覆層5は、膜厚が0.1μm程度でも
良いが、5μm以下であれば厚くとも多少の残留電位が
増えるだけで、それ以上の暗中での帯電能の向上が見ら
れる上、化学的にも安定になるので好ましい。また、B
の1×10-6atomic%程度のドーピングにより、電子の易
動度が高くなるので、ドーピングすることも有効であ
る。また、この表面被覆層5は、非晶質窒化シリコンで
も同様の効果が得られる。
このようにして作製した光導電部材を電子写真感光体と
して使用したところ、コロナチャージャーから感光体へ
の流入電流が0.4μC/cm2という条件で、700V以上の表面
電位が得られ、帯電15秒後の電位保持率が80%と良好な
静電特性を備えていることが確認された。また、膜はが
れがなく、帯電直前の露による帯電能の減少も少なかっ
た。
なお、上記光導電部材は正帯電用電子写真感光体に応用
したものであったが、上記ドーパントBをPに変えると
負帯電用電子写真感光体となる。すなわち、成膜時に混
合するガスがB2H6であったものをPH3にすれば良く、他
の条件は上記と同じである。このようにして作製した光
導電部材をコロナチャージャーへの印加電圧の極性を変
える以外は同じ条件で使用したところ、帯電能および電
位ともに上記同様優れていた。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、膜はがれがなく、
帯電能ならびに電位保持能に優れ、帯電直前の露光によ
る帯電能の減少が少ない等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例を示すものである。 1……導電性支持体、2……電荷注入防止層、3……第
1の光導電性層、4……第2の光導電性層、5……表面
被覆層。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性基体と、 前記導電性基体上に積層され、炭素を含むとともに、周
    期律表第III a族あるいは第V a族元素を1.0×10-4atomi
    c%以上1.0atomic%以下の範囲で含む非晶質炭化シリコ
    ンからなる電荷注入防止層と、 前記電荷注入防止層の上に積層され、炭素を含むととも
    に、1.65〜1.90eVの光学的バンドギャップを有し、かつ
    周期律表第III a族元素を1.0×10-8atomic%以上1.0×1
    0-4atomic%以下の範囲で含むことにより、光吸収によ
    り生成された電子・正孔対のうちの正孔の易動度と寿命
    との積が1×10-7cm2/V以上である非晶質炭化シリコン
    からなる第1の光導電性層と、 前記第1の光導電性層上に積層され、前記第1の光導電
    性層よりも小さい光学的バンドギャップを有するととも
    に、周期律表第III a族元素を1.0×10-8atomic%以上1.
    0×10-4atomic%以下の範囲で含み、膜厚が0.5μm以上
    5.0μm以下の非晶質シリコンのみからなる第2の光導
    電性層とを有することを特徴とする光導電部材。
  2. 【請求項2】光導電性層上に、膜厚が0.05μm以上5μ
    m以下で比抵抗が1013Ωcm以上の表面被覆層を設けた特
    許請求の範囲第1項に記載の光導電部材。
JP59262215A 1984-11-26 1984-12-12 光導電部材 Expired - Lifetime JPH0760271B2 (ja)

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