JPS62151855A - 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〕 本発明は光（紫外から可視、赤外、Ｘ線、γ線等の電磁
波をいう）に感受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性層を
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、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。電子写真を例にと
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。電子写真は感光体表面にコロナ放電により電
荷を付与し帯電させる。次に感光体に光照射すると電子
と正孔の対ができ、そのどちらか一方により表面の電荷
が中和される。例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感光体表面に
正電荷の潜像が形成される。可視化は、感光体表面の電
荷と異符号に帯電した１−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。この時電荷がなくとも、トナーの電荷で感光体に
引付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理がなされている。 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
ることなく一方が表面の電荷を中和し、さらにもう一方
は感光体支持体まで瞬時に到達することなどがあげられ
る。 従来使用されているものでは、セレン〔Ｓｅ〕等の非晶
質カルコゲナイド系などがある。非晶質カルコゲナイド
は、大面積化が容易であり、すぐれた光導電性をもつ材
料であるが、光の吸収端が可視から紫外に近いところに
あり、実用上、近赤外線領域及び長波長領域の光に対す
る感度が低い。また硬度が低く、電子写真感光体に応用
した場合、寿命が短いなど、幾つかの問題をかかえてい
る。 このような点に基づき、最近注目されている光導電体と
して、アモルファスシリコン（以下（ａ−３ｉ）と称す
。）及びマイクロクリスタリンシリコン（以下（μＣ−
５ｉ）と称す。）等のシリコン原子を含有する非晶質材
料がある。そしてこの非晶質材料はいずれも吸収波長域
が広く、長波長光を光源とするレーザプリンタ等への適
用も実現されると共に、感度も高い。又、硬度も高く、
電子写真感光体として応用した場合、従来のものより１
０倍以上の長寿命を持つことが期待されている。さらに
人体に無害であり、単結晶シリコンと比較した場合、安
価で容易に大面積のものが得られるなど、多くの利点を
持つすぐれた材料である。しかしながら。 非晶質材料は暗所での比抵抗（以下、暗抵抗という）が
低く、通常１０°〔Ω・■〕〜１０１０［Ω・ｌ］径程
度電子写真感光体のような静電潜像を形成するものでは
、表面に帯電させた電荷を保持することができない。 そこで非晶質材料を電子写真に応用した例では、光導電
性層と支持体との間に窒化シリコン、酸化シリコン等の
絶縁物の層を設けるか、あるいはｐ形、ｎ形の（ａ−３
ｉ）層を設は支持体からのキャリアの注入を阻止するこ
とが試みられている。ただし後者の（ａ−５ｉ）層を用
いる隙には、正帯電の場合には電子をブロックし、正孔
を通過させうるｐ形の（ａ−５Ｌ）層を使用する一方、
負帯電の場合にはｎ形の（ａ−３ｉ）層を使用するもの
である。こうした構造の感光体では帯電能力を高くする
ことが可能である。しかしながら前者の構造では絶縁物
の層を厚くすると、光導電性層から支持体へ流れるキャ
リアの通過をも阻止しその結果、残留電位が高くなると
いう問題が生じる。一方この絶縁物の層を薄くすると、
現像バイアスによる絶縁破壊がおこる。 又、後者の構造ではｐ形、ｎ形の（ａ−３ｉ）層を厚く
してもこれらの問題は生じない。しかしくａ−３Ｌ）層
は周期律表第ｍａ族元素の添加によりｐ形に、周期律表
第Ｖａ族元素の添加によりｎ形にそれぞれなるが、これ
らの不純物添加によって筒中の歪みが大きくなる。この
ため（ａ−３ｉ）層を電荷注入防止層として用い、この
上に光導電性層を積層した場合、各層の歪みが異なるた
め各層間の密着性が低下され膜の剥離を生じてしまうと
いう不具合点が生じている。 また電荷注入防止層を設けることで全ての問題は解決す
るのではなく光導電性層を形成す、る材料の比抵抗が低
い場合例えば１０１１［Ω・国〕以下では電位保持能が
低くなってしまう。 さらに表面電位を高くするには表面層を設ける必要があ
り、多くの場合この表面層として比抵抗の高い絶縁物が
用いられている。しかしこのような材料にあっては電子
の易動度が小さく光感度および残留電位に及ぼす影響は
大きい、特にこの層の膜厚には十分な吟味が必要であり
通常５０人〜１０００人程度とされている。　１０００
Å以上となる場合には光感度は低下し残留電位は高くな
る。しかし環境による化学的安定化を重視した場合には
この層の膜厚は厚いほうが望ましい。 以上のように非晶質材料は多くの利点をもつ一方、電子
写真感光体として用いるには多くの問題を抱えている。 〔発明の目的〕 本発明は以上のような事情にもとづいてなされたもので
、帯電能、電荷保持能が向上し、紫外がら近赤外にまで
及ぶ広い波長域において高い光感度をもち長寿命な光導
電部材を提供することを目的とする。 〔発明の概要〕 本発明は上記目的を達成するため、導電性の支持体上に
、窒化硼素（ＢＮ）より成る電荷注入防止層。 シリコン原子を主成分とする非晶質材料よりなる光導電
性層、窒化硼素（ＢＮ）より成る表面層を順次積層する
事により、帯電能、電荷保持能の向上を図ると共に、広
い波長領域の光に対し高い光感度を有し、更には各層中
に硼素を濃度勾配を有するようにドーピングする事によ
り、各層間での密着性を向上し、その長寿命化を図る事
が出来る光導電体を得るものである。 〔発明の実施例〕 以上本発明の一実施例を第１図ないし第３図を参照しな
がら説明する。プラズマＣＶＤ　（ＣｈｅｍｉｃａｌＶ
ａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装［（１０）の反応
容器（１１）内には、導電性の支持体であり、アルミニ
ウムからなるドラム状基体（１２）を支持するため、ヒ
ータ（１３）を内蔵し、モータ（１４）により回転され
る支持体（１６）が設けられている。又、支持体（１６
）周囲は、１３．５６（ＭＨｚ）の高周波電源（１７）
に接続されている円筒状電極（１８）で囲繞されると共
に、支持棒（１６）上方には、シランガス（ＳｉＨ４）
、ジボランガス（Ｂ２Ｈ６）、窒素ガス〔Ｎ２〕等を必
要に応じて供給出来るよう多数のガスボン′べ（１９ａ
）・・・（１９ｎ）及びガス混合器（２０ａ）を有する
ガス供給系（２０）にガス恋人バルブ（２１ａ）を介し
て接続されるガス導入管（２１）が設けられている。尚
（１８ａ）・・・（１８ｎ）は各ガスボンベ（１９ａ）
・・・（Ｌ９ｎ）のバルブ、　（９ａ）・・・（９ｎ）
は圧力調整器である。 更に（２２）は反応容器（１１）内の排気を行なう排気
装置（図示せず）に接続される排気バルブであり、（２
３）は反応容器（１１）内の気圧を測定する真空計であ
る。又、（２４）は光導電体である電子写真装置の感光
体であり、ドラム状基体（１２）上に順次電荷注入防止
層（２４ａ）及び光導電性層（２４ｂ）並びに表面層（
２４ｃ）が積層されている。 しかしてグロー放電装置（１０）で感光体（２４）を形
成する場合、支持棒（１６）にドラム状基体（１２）を
セットした後、反応容器（１１）内を所定の気圧にする
よう排気バルブ（２２）を開け、排気装置（図示せず）
により排ガス処理を行なうと共に、ヒータ（１３）によ
り、ドラム状基体（１２）を所定温度に加熱する。 そしてガス導入管（２１）を介し、反応容器（１１）内
へのガスの流量を調整しつつ、高周波電源（１７）によ
り、ドラム状基体（１２）及び円筒状電極（１８）間に
必要とする電力を所定時間印加し、電荷注入防止層（２
４ａ）の成膜を行なう。続いて同一反応容器（１１）内
でドラム状基体（１２）の温度及び導入ガス、更には電
力量及び電力の印加時間等の成膜条件を所定の値に設定
し直しながら、電荷注入防止層（２４ａ）上に光導電性
層（２４ｂ）の成膜を行なう、更に同一反応容器（１１
）内で、各成膜条件を所定のものに設定し直し、光導電
性層（２４ｂ）上に表面層（２４ｃ）を成膜し、感光体
（２４）の形成を終了する。 次に作用について述べる。先ず支持体（１６）にドラム
状基体（１２）をセットし、排気バルブ（２２）を開け
、排気装置（図示せず）により反応容器（１１）内を１
０′″３〜１０−’（Ｔｏｒｒ）の真空にし、ヒータ（
１３）によりドラム状基体（１２）を４００（’Ｃ）に
加熱する。次いでガス供給系（２０）より、ガス導入管
（２１）を介し、ヘリウムガス（Ｈｅ）をベースとする
濃度１〔％〕のジボランガス（Ｂ２Ｈ６）を３００（Ｓ
ＣＣＭ）、濃度０．００１（％〕のジボランガス（Ｂ２
Ｈ６］を５０　（ＳＣＣＭ）、窒素ガス〔Ｎ２〕を７Ｆ
！Ｏ（ＳＣＣＭ）を第３図に示すように３〔分間〕反応
容器（１１）内に導入しつつ、排気装置（図示せず）に
より反応容器（１１）内の圧力を１０（Ｔｏｒｒ）に維
持しつつ、モータ（１５）によりドラム状基体（１２）
を回転させながら高周波電源（１７）により３００［Ｗ
］の高周波電力を印加する。この後、３〔分〕経過後、
５〔分〕迄の間に、第３図破線及び実線で示すように、
濃度１〔％〕のジボランガス（Ｂ２Ｈ６）と窒素ガス〔
Ｎ２〕を０迄減少させる一方、第３図一点鎖線で示すよ
うにシランガス（ＳｉＨ４）を４００（ＳＣＣＭ）迄増
加させる。尚この間高周波電源（１７）により、引き続
き３００　［Ｗ］の高周波電力が印加され続け、ドラム
状基体（１２）上に、ボロン（Ｂ）の濃度が順次減少さ
れる一方、シラン〔Ｓ１〕が除々に含有される膜厚１〔
μｍ〕の窒化硼素［ＢＮ］からなる電荷注入防止層（２
４ａ）が成膜される。尚この窒素硼素（ＢＮ）は比抵抗
が１０”（０１３以上と高いにもかかわらず、キャリア
の易動度が大きく、更には膜の歪が少ないという特性を
有している。次いで５〔分〕経過後から１２５〔分〕迄
第３図に示すようシランガス（ＳｉＨ４）を４００［Ｓ
ＣＣＭｌ、　０．００１Ｃ％］のジボランガス（Ｂ２Ｈ
６］を５０１：ＳＣＣＭ）反応容器（１１）内に導入す
ると共に、３００（［の高周波電力を印加し、電荷注入
防止層（２４ａ）上に（ａ−５ｉ）からなる膜厚２４（
μｍ）の光導電性層（２４ｂ）の成膜を行なう。更にこ
の後。 第３図一点鎖線、及び破線、並びに実線で示すように１
２７〔分〕迄にシランガス（ＳｉＨ４）を０に減少させ
る一方、濃度１〔％〕のジボランガス（Ｂ２Ｈ６）を３
００（ＳＣＣＭ）、窒素ガス〔Ｎ２〕を７５０（ＳＣＣ
Ｍｌ迄増加させると共に３００（Ｗ）の高周波電力を印
加する。そして最後に、第３図に示すように、濃度１〔
％〕のジボランガス［Ｂ２Ｈ６］を３００ＥＳＣＣＭ）
、濃度０．００１Ｃ％〕のジボランガス（Ｂ２）１６）
を５０（ＳＣＣＭ）　、窒素ガス〔Ｎ２〕を７５０（Ｓ
ＣＣＭ）を３〔分間〕反応容器（１１）内に導入しツツ
３００（１３の高周波電力を印加し、光導電性層（２４
ｂ）上に。 硼素（Ｂ）の濃度が順次増大される一方、シラン（Ｓｉ
）が徐々に減少される膜厚１〔μＩ〕の窒化硼素（ＢＮ
）からなる表面層（２４ｃ）が成膜される。この後、電
力及びガスの供給を止め、感光体（２４）の製造を終了
する。 このようにして成膜された感光体（２４）は、Ｘ線光電
子分光分析あるいは、オージェ光電子分光分析により分
析したところ、各層に含有される原子の濃度は、反応容
器（１１）に導入される反応ガスの流量と相関し、各層
中の原子の濃度は第３図に示す反応ガスの流量の変化に
対応し、連続的に変化する事が証明されている。そして
この感光体（２４）の特性を測定したところ、コロナチ
ャージャから支持体（１２）への流入電流０．４〔μｃ
／ｃ＋ｆ）の条件で、表面電位８００（Ｖ）を有し、電
荷注入防止層（２４ａ）に（ａ−３ｉ）を使用した従来
の感光体（図示せず）に比し。 帯電能において２０（％〕以上の特性向上を示した。 また帯電から１５〔秒〕後の電荷保持率は８０（％〕、
表面電位６００（Ｖ）の半減露光量は０．３（ｌｕｘ−
ｓｅｃｌであり、又、現像バイアスに対する耐圧は前述
の従来の感光体が２００（Ｖ）程度であるのに比し、１
５００（Ｖ）以上と大幅に改善された。更には２００〔
万枚〕の繰り返し使用においても、摩耗や層の剥離を生
ずる事が無く、良好な画像が得られた。 このように構成すれば、（ａ−５ｉ）からなる光導電性
層（２４ｂ）の上下に設けられる電荷注入防止層（２４
ａ）及び表面層（２４ｃ）が、膜中の歪が小さい窒化硼
素（ＢＮ）から形成され、しかも電荷注入防止層（２４
ａ）と光導電性層（２４ｂ）の境界及び光導電性層（２
４ｂ）と表面層（２４ｃ）の境界にあっては、硼素（８
３、窒素（Ｎ）、シリコン［ＳＬ　］の含有濃度が連続
的に変化し、層構造が徐々に変化している事から、従来
の様に、各層の歪により境界で剥離を生じてしまうとい
う事が無く、各層間の歪がほぼ解消されその密着性が向
上され、感光体（２４）の長寿命化が図られる。又、窒
素硼素（ＢＮ）は従来の（ａ−５Ｌ）に比し、比抵抗が
高いので、感光体（２４）にあっては充分な帯電能及び
電荷保持能を得られ、可視領域から長波長領域に及ぶ広
い波長領域で高い分光感度を得られるものであり、レー
ザプリンタ等への適用も充分可能となる。更にこの感光
体（２４）を用いれば、その材質が人体に無害である事
から、製造時に特に安全対策を施す必要が無く、又その
廃ガス処理も不要であり、使用後に感光体（２４）を回
収する必要も無くなり、ひいてはコストの低減を図る事
が出来る。 尚この発明は上記実施例に限定されず種々設計変更可能
であり、例えば成膜を行なうための装置は熱ＣＶＤ装置
やスパッタリング装置、イオンブレーティング装置等で
も良いし、成膜時の原料ガスも任意であり、電荷注入防
止層及び表面層を形成する窒化硼素（ＢＮＩの成膜時の
原料ガスも、ジボランガス（Ｂ２Ｈａ）に替え、３フツ
化硼素（ＢＦａ）等を用いても良いし、その混合比等も
任意である。又、膜中の各原子の含有率も任意であるが
、実験上からは、電荷注入防止層を形成する窒化硼素（
ＢＮＩにあっては、窒素を５〜２００〔原子％〕、より
好ましくは１０〜１００〔原子幻、水素〔旧もしくはハ
ロゲン原子を１〜５０〔原子％〕金含有るのが好ましい
し、表面層を形成する窒化硼素（ＢＮＩにあっては、窒
素（Ｎ）を１０〜２００　（原子％）（但し、膜厚を０
．１〔μｍ３以上とする場合は、窒素（Ｎ）を５０［原
子１３以上とすると、光学的バンドギャップが３　（ｅ
Ｖ）以上となり、可視光領域から紫外光領域の光をほと
んど透過出来、光導電性層への入射光量が低減される事
が無く好ましい。）、水素（Ｈ）もしくはハロゲン原子
を１〜５０〔原子％〕金含有るのが好ましい。更に電荷
注入防止層及び表面層のいずれの膜厚も５０〔人〕〜５
〔μｍ〕の範囲であれば良く、より好ましくは０．１〜
１〔μｍ〕とされる。一方光導電性層も、シリコン（Ｓ
Ｌ）を主成分とする非単結晶材料であれば、（μＣ−５
ｉ）あるいはポリクリスタリンシリコン等でも良く、正
孔の移動度を高めるには周期律表第ｍａ族元素をドーピ
ングすれば良いし、逆に電子の移動度を高めるには周期
律表第Ｖａ族元索をドーピングすれば良い。 又、その暗抵抗を大きくするためには、窒素〔Ｎλ、炭
素（Ｃ）、及び酸素

〔０〕のうち少なくとも一種を添加
しても良いし、その他ハロゲン、水素（Ｈ）、ヘリウム
（Ｈｅ）、アルゴン［Ａｒ］等をドーピングする等任意
である。尚、各層の境界における硼素（Ｂ）の濃度勾配
も全く任意である。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、電荷注入防止層及
び表面層が窒化硼素［ＢＮ）で形成される事から従来に
比し、帯電能及び電荷保持能に優れ又、広い波長領域に
おいて高い分光感度を有する事がら、画質の向上を図る
と共に、光源に長波長の半導体レーザを用いるレーザプ
リンタ等への適用も充分可能な光導電体を得る事が出来
、更には支持体上の各層間の密着性が特に優れる事から
、従来のように層の剥離を生じる事が無く、ひいては光
導電体の長寿命化を得る事も出来る。又、その製造も、
反応容器を用いてクローズドシステムの製造装置により
安全に行なえ、更にはその材質も人体に無害である事か
ら、従来のように特に廃ガス処理設備を設けたり、使用
後に光導電体を回収したりする必要も無く、ひいてはコ
ストの低減を図る事も出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示し、第１図
はそのプラズマＣＶＤ装置を示す概略説明図、第２図は
その感光体を示す一部断面図、第３図はその感光体製造
時プラズマＣＶＤ装置に導入される反応ガスの流量を示
すグラフである。 ＩＯ・・・プラズマＣＶＤ装置、１１・・・反応容器、
１２・・・ドラム状基体、１７・・・高周波電源、１８
・・・円筒状電極、２ｏ・・・ガス供給系、２４・・・
感光体、２４ａ・・・電荷注入防止層、２４ｂ・・・光
導電性層、２４ｃ・・・表面層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性の支持体上に、窒化硼素からなる電荷注入防
   止層、シリコン原子を母体とする非晶質材料からなる光
   導電性層および窒化硼素からなる表面層を順次有し、前
   記各層において硼素は濃度勾配をもって含有されている
   事を特徴とする光導電部材。 ２、表面層又は電荷注入防止層は、少なくとも水素又は
   ハロゲン原子のうち一原子をさらに含む事を特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の光導電部材。