JPS62198865A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、帯電特性、光感度特性及び耐環境性等が優
れた電子写真感光体に関する。

（従来の技術） 従来、電子写真感光体の光導電層を形成する材料として
、Ｃｄ５１ＺｎＯ１Ｓｅ、５ｅ−Ｔｅ若しくはアモルフ
ァスシリコン等の無機材料又はポリ−Ｎ−ビニルカルバ
ゾール（ＰＶＣｚ）若しくはトリニトロフルオレノン（
ＴＮＦ）等の有薇材料が使用されている。しかしながら
、これらの従来の光導電性材料においては、光導電特性
上、又は製造上、種々の問題点があり、感光体システム
の特性をある程度犠牲にして使用目的に応じてこれらの
材料を使い分けている。

例えば、ｓｅ及びＣｄＳは、人体に対して有害な材料で
あり、その製造に際しては、安全対策上、特別の配慮が
必要である。従って、製造装置が複雑となるため製造コ
ストが高いと共に、特に、Ｓｅは回収する必要があるた
め回収コストが付加されるという問題点がある。また、
Ｓｅ又は５ｅ−Ｔｅ系においては、結晶化温度が６５℃
と低いため、複写を繰り返している間に、残留電位等の
光導電特性上の問題が生じ、このため、寿命が短いので
実用性が低い。

更に、ＺｎＯは、酸化還元が生じやすく、環境雰囲気の
影響を著しく受けるため、使用上、信頼性が低いという
問題点がある。

更にまた、ＰＶＣｚ及びＴＮＦ等の有機光導電性材料は
、発癌性物質である疑いが持たれており、人体の健康上
問題があるのに加え、有機材料は熱安定性及び耐摩耗性
が低く、寿命が短いという欠点がある。

一方、アモルファスシリコン（以下、ａ−３ｉと略す）
は、近時、光導電変換材料として注目されており、太陽
電池、薄膜トランジスタ及びイメージセンサへの応用が
活発になされている。このａ−３ｉの応用の一環として
、ａ−８ｉを電子写真感光体の光導電性材料として使用
する試みがなされており、ａ−３ｉを使用した感光体は
、無公害の材料であるから回収処理の必要がないこと、
他の材料に比して可視光領域で高い分光感度を有するこ
と、表面硬度が高く耐摩耗性及び耐衝撃性が優れている
こと等の利点を有する。

このａ−３ｉは、カールソン方式に基づく電子写真法用
の感光体として検討が進められているが、この場合に、
感光体特性として抵抗及び光感度が＾いことが要求され
る、しかしながら、この両特性を単一層の感光体で満足
させることが困難であるため、光導電層と導電性支持体
との間に障壁層を設け、光導電層上に表面電荷保持層を
設けた積層型の構造にすることにより、この、ような要
求を満足させている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、ａ−３ｉは、通常、シラン系ガスを使用した
グロー放電分解法により形成されるが、この際に、ａ−
８ｉ膜中に水素が取り込まれ、水素量の差により電気的
及び光学的特性が大きく変動する。即ち、ａ−３ｉ膜に
侵入する水素の量が多くなると、光学的バンドギャップ
が大きくなり、ａ−８ｉの抵抗が高くなるが、それにと
もない、長波長光に対する光感度が低下してしまうので
、例えば、半導体レーザを搭載したレーザビームプリン
タに使用することが困難である。また、ａ−８ｉ膜中の
水素の含有量が多い場合は、成膜条件によって、（Ｓｉ
Ｈｚ）ｎ及びＳｉＨ２等の結合構造を有するものが膜中
で大部分の領域を占める場合がある。そうすると、ボイ
ドが増加し、シリコンダングリングボンドが増加するた
め、光導電特性が劣化し、電子写真感光体として使用不
能になる。逆に、ａ−３ｉ中に侵入する水素の量が低下
すると、光学的バンドギャップが小さくなり、その抵抗
が小さくなるが、長波長光に対する光感度が増加する。

しかし、通常の成膜条件で作成した従来のａ−３ｉにお
いては、水素含有旧が少ないと、シリコンダングリング
ボンドと結合してこれを減少させるべき水素が少なくな
る。このため、発生するキャリアの移動度が低下し、寿
命が短くなると共に、光導電特性が劣化してしまい、電
子写真感光体として使用し難いものとなる。

なお、長波長光に対する感度を高める技術として、シラ
ン系ガスとゲルマンＧｅＨ＋とを混合し、グロー放電分
解することにより、光学的バンドギャップが狭い膜を生
成するものがあるが、一般に、シラン系ガスとＧｅＨ＋
とでは、最適基板温度が異なるため、生成した膜は構造
欠陥が多く、良好な光導電特性を得ることができない。

また、ＧｅＨ＋の廃ガスは酸化されると有毒ガスとなる
ので、廃ガス処理も複雑である。従って、このような技
術は実用性がない。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって
、帯電能が優れており、残留電位が低く、近赤外領域ま
での広い波長領域に亘って感度が高く、基板との密着性
が良く、耐環境性が優れた電子写真感光体を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） この発明に係る電子写真感光体は、導電性支持体と、こ
の導電性支持体の上に窒化硼素で形成された障壁層と、
この障壁層の上に水素を含有するアモルファスシリコン
で形成された光導電層と、この光導電層の上に窒素、炭
素及び酸素から選択された少なくとも１種の元素を含有
するマイクロクリスタリンシリコンで形成された表面層
とを有することを特徴とする。

（作用） この発明においては、障壁層を窒化硼素（ＢＮ）で形成
しているから、電子写真感光体のブロッキング能が高い
と共に、障壁層と基板との密着性が高い。また、光導電
層は水素含有量が１乃至１０原子％と低いａ−３ｔで形
成されているから、長波長光に対する感度が高い。更に
、表面層は、窒素Ｎ１炭素Ｃ又は酸素０を含むマイクロ
クリスタリンシリコン（以下、μｃ−３ｉと略す）で形
成されているから、電荷保持能が高い。光導電層は、電
荷発生層と電荷輸送層とに分離した機能分離型に構成し
ても良い。

なお、μＣ−８ｉは、以下のような物性上の特徴により
、ａ−８ｉ及びポリクリスタリンシリコン（多結晶シリ
コン）から明確に区別される。即ち、Ｘ線回折測定にお
いては、ａ−８＋は、無定形であるため、ハローのみが
現れ、回折パターンを認めることができないが、μＣ−
８ｉは、２θが２８乃至２８．５°付近にある結晶回折
パターンを示す。また、ポリクリスタリンシリコンは暗
抵抗が１０６Ω・１であるのに対し、μＣ−３ｉは１０
１１Ω・１以上の暗抵抗を有する。このμＣ−８ｉは粒
径が約数子Å以上である微結晶が集合して形成されてい
る。

（実施例） 以下、添附の図面を参照してこの発明の実施例について
具体的に説明する。第１図はこの発明の実施例に係る電
子写真感光体の一部断面図である。アルミニウム基板等
の導電性支持体２１の上に、障壁層２２が形成されてお
り、この障壁層２２の上に光導電層２３が形成されてお
り、光導電層２３の上に表面層２４が形成されている。

障壁１１２２はＢＮで形成されているが、通常、このＢ
Ｎはアモルファスである。このアモルファス窒化硼素（
以下、ａ−ＢＮと略す）で形成された障９１ｉＩ２２の
上には、１乃至１０原子％の水素を含有するａ−８ｉか
らなる光導電層が形成されている。表面層は、Ｃ，Ｏ゛
、Ｎから選択された少なくとも１種の元素を含有するμ
ｃ−８ｔで形成されている。

障壁層２２は、導電性支持体から、光導電層へのキャリ
ア（電子又は正孔）の流れを抑制することにより、電子
写真感光体の表面における電荷の保持機能を高め、電子
写真感光体の帯電能を高める。この実施例においては、
障壁１ｉ１２２は絶縁性のＢＮで形成されているが、通
常、このＢＮはアモルファスであり、水素が含有されて
いる。このａ−ＢＮは真性半導体（ｉ型）に近く、高抵
抗である。また、ａ−ＢＮは基板である導電性支持体と
の密着性が高い。障壁層の層厚は０．０１乃至１０μｍ
であることが好ましい。

光導電層２３はａ−３ｉで形成されており、水素を１乃
至１０＠子％含有する。光導電層は、キャリアを捕獲す
るトラップが存在しないことが理想的である。しかし、
シリコン層は、単結晶でない以上、多少の不規則性が存
在し、ダングリングボンドが存在する。この場合に、水
素を含有させると、水素がシリコンダングリングボンド
のターミネータとして作用し、結合を補償してキャリア
の走行性を向上させる。水素の含有量は１乃至１０原子
％である。水素量が１０原子％を超えると、ＳｉＨ２又
は（ＳｉＨｚ）ｎ等の結合が支配的となり、その結果、
ダングリングボンドが増加し、光導電性が劣化して所望
の感光体特性を得ることができない。一方、水素量が１
原子％よりも少ないと、ダングリングボンドを補償しえ
なくなり、キャリアの移動度及びライフタイムが低下す
る。

光導電層２３の上に形成された表面層２４はＣ２Ｏ２又
はＮを含有するμｃ−３ｉで形成されている。表面層を
設けることにより、光導電層が損傷から保護されと共に
、表面層を形成することによリ、帯電能が向上し、表面
に電荷がよくのるようになる。また、光導電層のａ−３
ｉは、その屈折率が３乃至４と比較的大きいため、表面
での光反射が起きやすい。このような光反射が生じると
、光導電層に吸収される兇最の割り合いが低下し、光損
失が大きくなる。このため、表面層を設けて反射を防止
する。

μｃ−３ｉ又はａ−３ｉに窒素Ｎ、炭素Ｃ及びｌ素Ｏか
ら選択された少なくとも１種の元素をドーピングするこ
とにより、μｃ−３ｉ又はａ−Ｂ１の暗抵抗を高くして
光導電特性を高めることができる。

ａ−ｓ　ｒ　、μｃ−３ｉ及びａ−ＢＮ中の窒素はその
濃度を層厚方向に変化させることが好ましい。

これにより、各層間の密着性を高めると共に、キャリア
の走行を滑らかにすることができる。

第２図は、光導１１層４０が電荷発生層３４と電荷輸送
層３３とに分離された殿能分離型の実施例を示す。つま
り、この実施例においては、導電性支持体３コの上に、
ａ−ＢＮ障壁層３２と、ａ−８１又はμｃ−８ｉで形成
された電荷輸送層３３と、ａ−３ｉ電荷発生層３４と、
μｃ−ｓｉ表面１１３５とが形成されている。電荷発生
層３４は光の照射によりキャリアを発生する。電荷移動
層３３は電荷発生層３４にて発生したキャリアを高効率
で導電性支持体に移動させる。電荷移動層３３に水素を
ドーピングすることにより、そのキャリアの走行性を高
めることができる。また、電荷移動層３３に周期律表の
第■族又は第Ｖ族に駕する元素をライトドープすること
により、その暗抵抗を高めて帯電能を向上させることが
できる。

第３図は、この発明に係る電子写真感光体を製造する装
置を示す図である。ガスボンベ１，２゜３．４には、例
えば、夫々ＳｉＨ４，Ｂ２　Ｈ＆　。

Ｎ２　、Ｈｅ、Ａｒ、ＣＨ４、Ｎ２等の原料ガスが収容
されている。これらのガスボンベ１．２．３゜４内のガ
スは、流量調整用のバルブ６及び配管７を介して混合器
８に供給されるようになっている。

各ボンベには、圧力計５が設置されており、この圧力計
５を監視しつつ、バルブ６を調整することにより、混合
器８に供給する各原料ガスの流量及び混合比を調節する
ことができる。混合器８にて混合されたガスは反応容器
９に供給される。反応容器９の底部１１には、回転軸１
０が鉛直方向の回りに回転可能に取りつけられており、
この回転軸１０の上端に、円板状の支持台１２がその面
を回転軸１０に垂直にして固定されている。反応容器９
内には、円筒状の電極１３がその軸中心を回転軸１０の
軸中心と一致させて底部１１上に設置されている。感光
体のドラム基体１４が支持台１２上にその軸中心を回転
軸１０の軸中心と一致させて載置されており、このドラ
ム基体１４の内側には、ドラム基体加熱用のヒータ１５
が配設されている。電極１３とドラム基体１４との間に
は、高周波電′ｍ１６が接続されており、電極１３及び
ドラム基体１４間に高周波電流が供給されるようになっ
ている。回転軸１０はモータ１８により回転駆動される
。反応容器９内の圧力は、圧力計１７により監視され、
反応容器９は、ゲートバルブ１８を介して真空ポンプ等
の適宜の排気手段に連結されている。

このように構成される装置により感光体を製造する場合
には、反応容器９内にドラム基体１４を設置した後、ゲ
ートバルブ１９を開にして反応容器９内を約０．１トル
（Ｔｏｒｒ）の圧力以下に排気する。次いで、ボンベ１
．２，３．４から所要の反応ガスを所定の混合比で混合
して反応容器９内に導入する。この場合に、反応容器９
内に導入するガス流量は、反応容器９内の圧力が０．１
乃至１トルになるように設定する。次いで、モータ１８
を作動させてドラム基体１４を回転させ、ヒータ１５に
よりドラム基体１４を一定温度に加熱すると共に゛、高
周波電源１６により電極１・３とドラム基体１４との間
に高周波電流を供給して、両者間にグロー放電を形成す
る。これにより、ドラム基体１４上にａ−３ｉ　、μｃ
−３ｉ又はａ−ＢＮが堆積する。なお、原料ガス中にＮ
２０゜Ｎ＋−１３、ＮＯ２、Ｎ２　、ＣＨ４，０２Ｈ斗
、　０２ガス等を使用することにより、Ｎ、Ｃ，Ｏ等の
元素をａ−３ｉ又はμｃ−８ｉ中に含有させることがで
きる。

μｃ−８ｉ又はａ−８ｉへの水素のドーピングは、例え
ば、グロー放電分解法による場合には、ＳｉＨ＋及び５
ｉ２Ｈｓ等のシラン系の原料ガスと、水素又はヘリウム
等のキャリアガスとを反応容器内に導入してグロー放電
させるか、Ｓ　ｔ　Ｆ４及び５ｉＣｌ＋等のハロゲン化
シリコンと、水素ガス又はヘリウムガスとの混合ガスを
使用しても良いし、また、シラン系ガスと、ハロゲン化
シリコンとの混合ガスで反応させても良い。更に、グロ
ー放電分解法によらず、スパッタリング等の物理的な方
法によってもμｃ−３ｉ又はａ−３ｉ層を形成すること
ができる。

このように、この発明に係る電子写真感光体は、クロー
ズドシステムの製造装置で製造することができるため、
人体に対して安全である。また、この電子写真感光体は
、耐熱性、耐湿性及び耐摩耗性が優れているため、長期
に亘り繰り返し使用しても劣化が少なく、寿命が長いと
いう利点がある。

ざらに、ＧｅＨ４等の長波長増感用ガスが不要であるの
で、廃ガス処理設備を設ける必要がなく、工業的生産性
が著しく高い。

次に、この発明の実施例について説明する。

１１ＡＪＬ二 導電性支持体を加熱して約３００’Ｃに保持し、窒素ガ
スで１０％に希釈したＢ２　Ｈ６ガスを５００８ＣＣＭ
流し、メカニカルブースタポンプ及びロータリポンプ等
により反応容器内を排気して反応圧力を１．２トルに調
整した。そして、１３゜５６ＭＨｚで４００Ｗの高周波
電力を印加して、電極とドラムとの間に８２　Ｈ６及び
Ｎ２のプラズマを生起させ、水素を含むＢＮからなる障
壁層を形成した。

次いで、ＳｉＨ＋ガス流量を５００ＳＣＣＭ、Ｂ２　Ｈ
ａガス流量をＳｉＨ＋ガス流量に対して１０−７に設定
してこれらのガスを反応容器内に導入した。そして、反
応圧力が１．２トル、高周波電力が４００Ｗという条件
で３０μｍのａ−８１光導電層を形成した。

その後、Ｃ１０，又はＮを含有するμＣ−３ｉからなる
表面層を形成した。

このようにして製造した電子写真感光体を半導体レーザ
プリンタに装着してカールソンプロセスにより画像を形
成したところ、感光体表面の露光量が２５　ｅｒｇ　／
Ｃ１１１２であっても、鮮明で解像度が高い画像を得る
ことができた。また、複写を繰り返して転写プロセスの
再現性及び安定性を調査したところ、転写画像は極めて
良好であり、耐コロナ性、耐湿性及び耐磨耗性等の耐久
性が優れていることが実証された。

［発明の効果］ この発明によれば、高抵抗で帯電特性が優れており、ま
た可視光及び近赤外光領域において高光感度特性を有し
、製造が容易であり、実用性が高い電子写真感光体を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の実施例に係る電子写真感
光体を示す断面図、第３図はこの発明に係る電子写真感
光体の製造装置を示す図である。 １．２，３．４：ボンベ、５；圧力計、６：バルブ、７
；配管、８；混合器、９：反応容器、１０；回転軸、１
３：電極、１４；ドラム基体、１５；ヒータ、１６：高
周波電源、１９；ゲートバルブ、２１．３１　；支持体
、２２．３２；障壁層、２３，４０：光導電層、２４．
３５：表面層、３３；電荷移動層、３４；電荷発生層 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性支持体と、この導電性支持体の上に窒化硼
   素で形成された障壁層と、この障壁層の上に水素を含有
   するアモルファスシリコンで形成された光導電層と、こ
   の光導電層の上に窒素、炭素及び酸素から選択された少
   なくとも１種の元素を含有するマイクロクリスタリンシ
   リコンで形成された表面層とを有することを特徴とする
   電子写真感光体。
2. （２）前記光導電層は、水素を０．１乃至 １０原子％含有することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の電子写真感光体。
3. （３）前記光導電層は、窒素を含有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の電子写真感光体。
4. （４）前記障壁層、表面層又は光導電層において、窒素
   濃度が層厚方向に変化していることを特徴とする特許請
   求の範囲第３項に記載の電子写真感光体。