JPS61134768A - 光導電部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、光（この明細書において、光とは、紫外領
域からγ線領域にわたる電磁波をいう。）に感応性のあ
る光導電部材に関する。

〔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１０１２ｉ以上で）、かつ光照射に
よシ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
として必要力条件を簡単に説明する。

電子写真は感光体表面にコロナ放電によシミ荷をふらせ
帯電させる。次に、感光体だ照射すると電子と正孔の対
ができ、そのどちらか一方によシ表面の電荷が中和され
る。たとえば正に帯電させた場合、光照射によりできた
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亀、トナーの電荷でト
ナーが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、以下現像バイアスという。以上が原理で
あるが、次に、感光体として必要な条件を述べると、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
が再結合することかく、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
こと等があげられる。

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ダナイト系材料がある。非晶
質カルコグナイト材料は、大面積化を容易に達成するこ
とのできる優れた光導電材料であるが、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あるので、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。

上記問題点を解消する光導電性材料として、近年、アモ
ルファスシリコンが注目されている。

アモルファスシリコンは、光吸収波長域が広くて全整色
（ｐａｎｃｈｒｏｍａｔｉｃ　）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、従来のものに比して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　　　　１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（以下、単に暗抵抗というとともある）が、通常、１
０８〜１０１０Ω・ｍ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おっては、その表面に帯電
した電荷を保持することができかい。最も、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、窒素原子、炭素原子、酸素原子などをドーピ
ングした比抵抗の高いアモルファスシリコン層を介在さ
せることによシ、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、この試みにより、
比抵抗の高いアモルファスシリコン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ガ
くなってしまい、また、現像バイアスによる絶縁破壊が
起る。

一方、導電性支持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。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
より向上するのであるが、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とシ、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、７０
０ｎｍから８００　ｎｍ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、このようか材料で光導電性層を作る場合、
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支持体に近いところでも吸
収する。また、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
表面より遠い所で発生したキャリアは残りやすい。

さらに、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、上記理由によシ
、残留した膜中のキャリアが次の画像を得るために行表
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もと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、帯電能々らびに電
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、たとえば、導電
性支持体上に、ＢやＰ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
ップの広い光導電性非晶質窒化シリコンよりなる光導電
性層を積層し、その上に、０．１μｍ以上５．０細以下
の非晶質シリコンよシ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〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照しなから説明する
。

図中、１はたとえば平板状やドラム状の導電性支持体（
たとえばアルミニウム製ドラム）であり、この導電性支
持体１上には、周期律表１ａ族かＶａ族元素をＩ　Ｘ　
１０−’　ａｔｏｍｉｃ％から１．０ａｔｏｍｉｃ％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、Ｉａ族元素かＶａ
族元素のいずれか一方をＩ　Ｘ　１０−８ａｔｏｍｉｃ
チから１×１０　　ａｔｏｍｉｃ％の範囲で含む非晶質
窃　　　　１化シリコンよシなる第１の光導電性層３が
５μｍ以上４０ｔｓｎ以下の範囲で積層されている。こ
の第１の光導電性層３は、膜厚が５１ｔ／ＩｒＬでも良
いが、表面を帯電して用いる場合には、どの程度の表面
電位を得るかによって膜厚を変える必要がある。

また、この第１の光導電性層３上には、周期律表ＩＩＩ
ａ族かＶａ族元素をＩ　ＸＩ　Ｏ’ａｔｏｍｉｅ％から
１．ＯＸ　１０−’　ａｔｏｍｉｅチの範囲で含む非晶
質シリコン層よりなる第２の光導電性層４が０．５触以
上５翔以下の範囲で積層されている。とこで、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
度の膜厚で充分な光感度が得られるものである。

なお、この第２の光導電性Ｎ４上には、化学的安定性の
向上のために、表面被覆層５を５００Ｘから５μｍ程度
積層することが望ましい。この材料は、５ｉ０２　、　
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ＩｆＩ
ａ族元素のビー２ングも好ましい。

また、第１と第２の光導電性層３．４は、表面に近い方
の第２の光導電性層４に光学的パンＰギャップの小さい
材料を用いると、光吸収はこの層において主に起とシ、
膜厚を５踊程度にしておくと、露光によシ発生したキャ
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１．７　ｅＶから２、ＯｅＶ程度
の非晶質窒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さらに好
ましい。さらに、この第１の光導電性層は、光導電性を
有する、すなわち光成生キャリアの易動度ならびに寿命
が充分大きい材料であることが要求され、したがって、
非晶質窒化シリコンでも窒素があまシ多く含まれる材料
では使えないので、通常ｓｉ原子に対して窒素原子が多
くとも１５　ａｔｏｍｉｃ％までである。

次に成膜方法を説明する。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
転ポンプによシ１０−３Ｔｏｒｒ程度の真空にし、支持
体１を１００〜４００℃の温度に保持する。ついで、容
器内にＳｔ原子を含ムＮ　、ｘ、、たとえば５ＩＨ４，
８１２Ｈ６，ＳｉＦ４等の原料ガスを導入する。また、
非晶質炭化シリコンを成膜するには、これらの原料ガス
にＣＨ４，Ｃ２Ｈ６等の炭化水素を混合する。なお、こ
の混合比を変えることによシ光学的バンドギャップを変
えることができる。さらに、周期律表Ｗｉｈ族元素ある
いはＶａ族元素のドーピングは、Ｂ２Ｈ６，ＢＦ３ある
いはＰＴ（３，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、０．１〜３　Ｔｏｒｒ程度の圧力になるように
排気速度を調節する。

ついで、支持体１の周辺にプラズマが起とるように設置
した電極間に高周波電力を投入すると支持体１上に成膜
される。

次に、このようにして成膜した光導電部材の実施例につ
いて説明する。

電荷注入防止層２は、ＢをＩ　Ｘ　１０−’　ａｔｏｍ
ｌｃ％ドーピングした非晶質炭化シリコンを用い、０．
５μｍ程度積層した。この層は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１．７０
　ｅＶ程度である。

また、第１の光導電性層３は、ＢをＩ　Ｘ　１０−６０
−６ａｔｏ％ドー２ングした非晶質窒化シリコンを２５
綿程度積層した。との層は、少量のＢドープによシ、真
性領域に近く、比抵抗も１０Ω・α以上と高く、光学的
バンドギャップも１．７５　ｅＶ程度で、第２の光導電
性層４のそれよシも広い。

また、第２の光導電性層４は、非晶質シリコンを５１１
ｆｒＩＬ程度積層した。この層はドーピングしかくとも
良いが、ＢをＩ　Ｘ　１０−’　ａｔｏｍｉｃチ程度ド
ーピングすると正孔の易動度が大きくなシ、よシ好まし
い。また、この層は、１．５５ｅＶ程度の光学的バンド
ギャップをもっており、広い波長域に渡って光を吸収す
る。　　　　　　　　　　　　　　　１さらに、表面被
覆層５は、光学的バンドギャップが２，２ｅＶ、比抵抗
が１００・ｍ程度の非晶質炭化シリコンをｌｌ５ｒＬ積
層した。この層は０．１ｐｎＬ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Ｉ　Ｘ　１０
−０−６ａｔｏ　ｃ％程度のドーピングにより、電子の
易動度が高く力るので、ドーピングすること本有効であ
る。

次に、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／ｃｒｎ２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、電荷注入防止層２をＢやＰ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形成したことよ
り、膜はがれが生じ々いことが確認された。

なお、上記光導電部材は、正帯電用電子写真感光体に適
用するだめのものであるが、上記ドープやントＢ（はう
素）をＰ（りん）に変えると負帯電用電子写真感光体に
適用することができる。す々わち、成膜時に混合するガ
スがＢ２Ｔ（６であったものをＰＩ（３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
光導電部材は、コロナチャージャーへの印加電圧の極性
を変える以外は上記と同じ条件で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々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構成図である。 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。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性支持体上に電荷注入防止層と光導電性層と
   を積層した光導電部材において、上記電荷注入防止層は
   、周期律表IIIａ族元素かＶａ族元素のいずれか一方を
   １×１０＾−＾４ａｔｏｍｉｃ％以上１．０ａｔｏｍｉ
   ｃ％以下の範囲で含む非晶質炭化シリコンからなり、上
   記光導電性層は、周期律表IIIａ族元素かＶａ族元素の
   いずれか一方を１×１０＾−＾８ａｔｏｍｉｃ％以上１
   ×１０＾−＾４ａｔｏｍｉｃ％以下の範囲で含み、かつ
   膜厚が５μｍ以上４０μｍ以下の範囲の非晶質窒化シリ
   コンと０．１μｍ以上１５μｍ以下の範囲の非晶質シリ
   コンをこの順に積層してなることを特徴とする光導電部
   材。
2. （２）光導電性層上に、膜厚が０．０５μｍ以上５μｍ
   以下の範囲で比抵抗が１０＾１＾３Ωｃｍ以上の表面被
   覆層を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の光導電部材。