JPS62151856A - 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トナーと呼ばれる点検体を感光体
表面にクーロンカ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−３Ｌ）と称す
。）及びマイクロクリスタリンシリコン（以下（μＣ−
５Ｌ）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１０８〔Ω・Ｇ〕〜ｚｏ１０［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ｎ形、ｎ形の（ａ−５
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−３ｉ）層を用
いる際には、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ｎ形の（ａ−５ｉ）層を使用する一方、
負帯電の場合にはｎ形の（ａ−５Ｌ）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ｎ形、ｎ形の（ａ−５ｉ）層を厚く
してもこれらの問題は生じない。しかしくａ−５ｉ）層
は周期律表第１［１ａ族元素の添加によりｎ形に、周期
律表第Ｖａ族元索の添加によりｎ形にそれぞれなるが、
これらの不純物添加によって膜中の歪みが大きくなる。 このため（ａ−５ｉ）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ｘｏｉＬ［：Ω・口］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。１０００Å
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、紫外から近赤外にまで
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に、導電性の支持体上
にマイクロクリスタリン窒化硼素（以下（μＣ−ＢＮ）
と称す。）よりなる中間層、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を順次積層する事によ
り、帯電能、電荷保持能を向上すると共に、広い波長領
域の光に対し高い分光感度を有し、更には長寿命化を図
る事が出来る光導電部材を得るものである。 〔発明の実施例〕 以下本発明の一実施例を第１図及び第２図を参照しなが
ら説明する。プラズマＣＶ　Ｄ　（ＣｈｅｍｉｃａｌＶ
ａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎの略）装置（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、支持棒（
１６）周囲は。 １３．５６［ＭＨｚ）の高周波電源（１７）に接続され
る円筒状電極（１８）で囲繞されると共に、支持棒（１
６）上方には、シランガス（ＳｉＨ４１、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ベ（１９ａ）・・・（１９ｎ
）及びガス混合器（２０ａ）を有するガス供給系（２０
）にガス導入バルブ（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）・・・（１９ｎ
）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）上に順次中間層である
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、支持体（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１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４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１
す、排気装置（図示せず）により反応容器（１１）内を
１．０−’　〜１Ｏ−４（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４００（
ＳＣＣＭ）、ジボランガス（Ｂ２Ｈ６）を１０１００（
ＳＣＣ、窒素ガス〔Ｎ２〕を４００（ＳＣＣＭ）となる
よう反応容器（１１）内に導入し、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（１
２）を回転させながら高周波電源（１７）により１〔ｋ
ｖ〕の高周波電力をドラム状基体（１２）及び円筒状電
極（１８）間に５〔９３間印加し、（μＣ−ＢＮ）より
なる電荷注入防止層（２４ａ）を成膜する。尚この（μ
Ｃ−ＢＮ）とは非晶質の窒化硼素（ＢＮ）と、数十〔人
〕〜１〔μｍ〕程度の結晶の窒化硼素（ＢＮ）とが混在
する材料であり、この（−〇−ＢＮ）は、比抵抗が１ｏ
ｉ３［Ω・ｃｍ］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。次いで反応容器（１１）内にガス供給系（
図示せず）よりシランガス（ＳｉＨ４）を４００　（Ｓ
ＣＣＭ）、ジボランガス（１１２）＋６）をシランガス
流量の１ｘ　１０−’　（％〕導入し、反応容器（１１
）内の圧力を１０（Ｔｏｒｒ）に維持しつつ、ドラム状
基体を回転させつつ高周波電源（１７）により５００〔
υ〕の高周波電力をドラム状基体（１２）及び円筒状電
極（１８）間に２時間印加し、（μＣ−５ｉ）からなる
膜厚２４〔μｍ〕の光導電性層（２４ｂ）の成膜を行な
う、そして最後に電荷注入防止層（２４ａ）成膜時と同
一条件で１　（ｋｌｉｌ）の高周波電力を５〔分間〕印
加し、膜厚１（μｍ）の（ｐｃ−ＢＮ）よりなる表面層
（２４ｃ）を成膜し、この後、電力及びガスの供給を止
め、感光体の製造を終了する。 このようにして成膜された感光体（２４）は、コロナチ
ャージャから支持体（１２）への流入電流０．４［１１
Ｃ／ａｍ”　）の条件で、表面電位８００（Ｖ）を有し
、電荷注入防止層（２４ａ）に（ａ−５Ｌ）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
〔１３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−ｓｅｃ）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２０
０［Ｖ］程度であるのに比し、１５００（Ｖ）以上と大
幅に改善された。 更には２００〔１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、（μＣ−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（２
４ａ）及び表面層（２４ｃ）が、膜中の歪が小さい（−
〇−０Ｎ）から形成され事から各層間の密着性がそこな
われる事が無く、又、（μＣ−ＢＮ）の比抵抗が高いの
で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
るものである。そして従来のように層の剥離を生ずる事
が無いので、感光体（２４）の長寿命化を図れ、レーザ
プリンタ等への適用も可能となる。更にこの感光体を用
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、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、例えば光感電体の層構造や製造方法等任意であ
り、耐摩耗性や表面電位を補償出来るものであれば表面
層は無くても良いし、成膜を行なうための装置も、は熱
ＣＶＤ＠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。又、成膜時の原料ガスも任意であり
、（μＣ−ＢＮ）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（ＢＦｚ）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（ｐｃ−ＢＮ）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（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し、表面層を形成する（μＣ
−ＢＮ）にあっては窒素〔Ｎ〕を１Ｏ−２００（原子％
）　（但し、膜厚を０．１〔μｍ〕以上とする場合は、
窒素（Ｎ）を５０〔原子％〕以上とすると、光学的バン
ドギャップが３（ｅＶ）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〔μＩ〕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（ＳＬ）を主成分とする非単結晶材料で
あれば、（ａ−３Ｌ）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ｍ
ａ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■ａ族元素をドーピングすれば
良い。又、その暗抵抗を大きくし、光尋電特性を高める
には、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、及び酸素

〔０〕　のう
ち少なくとも一種をドーピングしても良いし、その他ハ
ロゲン、水素〔旧、ヘリウム（Ｈａ）、アルゴン（Ａｒ
１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ＣＢ）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、シリコン原子を主
成分とする光導電性層及び導電性の支持体間に設けられ
る中間層を（μＣ−ＢＮ）で形成することにより、各層
間の密着性を向上出来、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図れ、しかも
充分な帯電能及び電荷保持能を得られると共に光導電層
が広い波長領域で高い光感度を有する事から良質な画像
が得られ、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とされる。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
より安全に行なう事が出来、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、使用後に感光体を回収したりする必要が無く、
ひいてはコストの低減を図る事も出来る。尚実施例のよ
うに表面層を設ければ、その表面保護によるより一層の
長寿命化を図れ、更には化学的安定化や表面電位向上に
より、より鮮明で良質な画像を得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２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である。 １０・・・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、２０・・・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中間層およびシリコン原子を母
   体とする非晶質材料からなる光導電性層を順次有するも
   のにおいて、前記中間層が、マイクロクリスタリン窒化
   硼素からなる事を特徴とする光導電部材。 ２、光導電性層表面にマイクロクリスタリン窒化硼素か
   らなる表面をさらに有する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。 ３、中間層又は表面層が、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項又は第２項のいずれかに記載の光導電部材
   。 ４、中間層が、電荷注入防止層である事を特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の光
   導電部材。