JPS61138958A - 電子写真感光体 - 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〕 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、〕

固固体原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１０１１Ω信以上で）、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
電させ走場合、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ａ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ｈ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
合することなり、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（Ｐａ
ｎｃｈｒｏｍａｔｉｃ）であり、光感度も高い。また、
アモルファスシリコンハ硬度も高く、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シバ、暗所での比抵
抗（単に暗抵抗ということもある。）が、通常、１０〜
１０　Ω（至）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。もつとも、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。まり、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りている。ま九、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、７００　ｎｍから８００　ｎｍ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、膜はかれかなく、帯電能ならびにｔ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等を多電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Ｉ　Ｘ　１０ａｍ
”／　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０．１１１ｍ以上０．
５μｍ以Ｆの非晶質シリコンよりなる光導電性層を積層
したことを特愼とするものである。

〔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ｌ上には、周期律表ＩＩＩａ族かＶａ
族元素を１．　ＯＸ　１０　　ａｔｏｍｉｃ　　ｅ４以
上１、　Ｏａｔｏｍｌｃ　　％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、Ｈａ族元素を１．
　ＯＸ　１０　　ａｔｏｍｉｃ　　％以上１．０Ｘ１０
−’ａｔｏｍｉｃ　　％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５μｍ以上６０μ
ｍ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０．１　ａｐｏ
ｍｉｃチ以上１５　ａｔｏｍｉｃ、　Ｓ以下の程度で、
光学的バンドギャップが１．６５ｅＹから１．９ｅＶ　
までくらいのものがよく、少量のＨａ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Ｉ　Ｘ　１０　
０ｎ２／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
がフて、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１この第１の光導電性層３上には、周期律表ＩＩ
Ｉａ族元素をＩ　Ｘ　１０　　ａｔｏｍｉｃ　％以下１
、　ＯＸ　１０　　ａｔｏｍｉｃ　　％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０．５
μｍ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５００λ以上５間以下の
程度で積層されている。この材料は、８１０．　、　Ｓ
ｉＮ、　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Ｉａ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Ｈ
ａ族かＶｅＬ族元素をＩ　Ｘ　１０−’ａｔｏｍｉｃ　
　４以上１．　Ｑ　ａｔｏｍｉｃ　　％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、Ｉａ族元素をＩＸＩｌＸｌｏ−８
ａｔｏ　　％以上Ｉ　Ｘ　１０　　ａｔｏｍｉｃ　　％
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Ｉ　
Ｘ　１０　　ｙｐｙ”／Ｖで、かつ、膜厚が５μｍ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、Ｉａ族元素を１×１０−８０−８ａｔｏ　
％以下１．　ＯＸ　１０　　ａｔｏｍｉｃ　　％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゛ａ性層３は、
光学的バンドギャップが１，７ｅＶ以上Ｚ、ＯｅＶ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ｆｌｚ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１
０　　Ｔｏｒｒ程度の真空にし、導電性支持体１を１０
０〜４００℃の温度に保持する。

ついで、容器内に８１原子を含むガス、たとえば、ｓｉ
Ｈ，ｌ　Ｓｉ２Ｈ６＊　ＳｉＦ、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＋　”２Ｈ６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ＩＩＩａ族元素あるいは
Ｖａ族元素のドーピングは、ＢｔＨ６＊　ＢＦｓあるい
はＰＥ（、、ＰＦ、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、導電性支持体Ｉ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Ｉ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／！！２は、ＢをＩ　Ｘ　１０　　ａｔｏ
ｍｉｃチ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１．７０　ｅＶ程度である。

第１の光導電性層３は、ＢをＩ　Ｘ　１０−’ａｔｏｍ
ｉｃ　　％ドーピングした非晶質炭化シリコンを２５μ
ｍ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１０ＩＩ
ＩａΩ１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　　ａｔｏｍｉｃ　　％
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け、１．５５
ｅＶ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λ２ｅＶ、比
抵抗が１０１′Ω□□□程度の非晶質炭化シリコンを１
μｍ積層してなる。この表面被覆層５は、膜厚が０．１
μｍ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　　　ａｔｏｍｉｃ　％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／（至）：という条件で、７０
０Ｖ以上の表面電位が得られ、帯電１５秒後の電位保持
率が８０チと良好な静電特性を備えていることが確認さ
れた。また、膜はがれかなく、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）Ｂｆ：Ｐに変える
と負帯電用電子写Ｘ感光体となる。すなわち、成膜時に
混合するガスがＢ２”６であったものをＰＨ，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. （１）導電性基体上に電荷注入防止層と光導電性層を積
   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族あるいはＶａ族元素を１．０×１０＾−＾
   ３ａｔｏｍｉｃ％以上１．０ａｔｏｍｉｃ％以下の範囲
   で含む非晶質炭化シリコンからなり、上記光導電層は、
   周期律表IIIａ族元素を１．０×１０＾−＾６ａｔｏｍ
   ｉｃ％以上１．０×１０＾−＾３ａｔｏｍｉｃ％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
   ちの正孔の易動度と寿命の積が１×１０＾−＾７ｃｍ＾
   ２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、周期律表IIIａ族元素を１．０×１０＾−＾６
   ａｔｏｍｉｃ％以上１．０×１０＾−＾３ａｔｏｍｉｃ
   ％以下の範囲で含み、膜厚が０．１μｍ以上５．０μｍ
   以下の非晶質シリコンからなる第２の光導電性層とから
   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。