JPS62223763A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は非晶質光導電部材からなる電子写真感光体に関
する。

〔従来技術〕

複写機に用いられている電子写真感光体（以下単に感光
体という）の１つに非晶質シリコン感光体があり、その
代表的な構造は、第４図に示す如く感光体支持用の導電
性基板２００上に、感光体としてのブロッキング層２０
１．光電変換層２０２．上部層２０３の３層が順次厚み
方向に形成されている。

このような構成とした理由は、感光体として本来必要な
層は光電変換層２０２のみであるが、光電変換層単層で
はそこに生じた電荷を複写に必要な時間保持できないか
らである。即ち、光電変換層２０２は、通常Ｂ２　Ｈ６
のライトドーピングによってｉ型にした非晶質シリコン
材であり、その暗比抵抗がＩＱＩＱ〜１０　ＩＩΩ・０
と低いので、所要時間電荷を保持できず、この保持のた
めに光電変換層の両側に絶縁性のブロッキング層２０１
　と、絶縁性又は半絶縁性の上部層２０３とを設けてい
る。この上部層２０３は表面保護の作用もある。なお、
ブロッキング層はｐ型又はｎ型の非晶質シリコンであり
、上部層は主に水素を含む非晶質窒化シリコン、水素を
含む非晶質炭化シリコン又は水素を含む非晶質酸化シリ
コンである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

斯かる感光体を複写機に用いた場合の現象について複写
作成過程と共に以下に説明する。第５図に示す如く上部
１’ｔｉ　２０３の自由表面２０６側全面にコロナ放電
により正電荷を帯電させておき、これに固有吸収光を用
いて原稿の文字１図形部を暗部として画像露光すると露
光部２１０表面の正電荷は消失し、文字１図形部に相当
する部分２０８の平面が静電潜像２０９として残る。

このときの状況を第６図のエネルギーバンドモデル図に
基づいて詳述すると、帯電される前においてはＥｃ　　
（伝導帯のエネルギーレベル）及びＥｖ（価電子帯のエ
ネルギーレベル）が実線で示すように光電変換層２０２
の厚み方向で一定であるが、帯電されることにより光電
変換層２０２の上部層２０３側エネルギーレベルが上が
る（図では破線にて示すように下方に曲がった状態とな
る）。なお、図中のＥｆはフェルミ準位を示す。また、
画像露光されると露光部（明部）２１０と対向する上部
層２０３と光電変換層２０２との接合部にキャリアとし
ての電子が蓄積され、露光が終了するとこの蓄積した電
子は上部層２０３を通って正電荷と結合して中和される
。

この中和の際、上述のように光電変換層２０２の上部層
２０３側エネルギーレベルが上がっているので、伝導帯
を移動する電子がトラップされにくくなり、つまり移動
しやすくなり、また上部層２０３と光電変換層２０２と
が、ＭＩＳ構造であるので、電界効果の作用が生じて電
子（キャリア）は厚み方向だけでなく、厚み方向と直交
する方向にも移動していき、光電変換Ｎ２Ｏ２には前記
文字１図形部に相当する部分（画像露光の際の暗部）２
０８よりも広がった電子２０４の多い空乏層領域２０５
が形成され、その結果、本来上記部分２０８に残る筈の
一定レベルの正電荷２０７の一部、特に露光部２１０に
近い正電荷部分の一部が中和され、また露光部２１０の
消失する筈の正電荷部分の一部が中和されずに残って原
稿の文字１図形等よりも広幅であり、周囲の正電荷レベ
ルが低い山形の正電荷分布となった静電潜像２０９が形
成される（第５図参照）、。

電子写真プロセスにおいてはこの上に逆極性に帯電した
トナー粉を均一に散布し、クーロン引力により電荷量に
応じた量のトナー粉が表面に付着し、可視像となる、つ
まり現像される。そして、このトナー粉でできた画像を
紙に転写して加熱定着して１枚の複写物が出来上がる。

このように複写されるため、上記静電潜像２０９が前記
暗部２０８の平面よりも広がっており、またその周囲の
正電荷レベルが低下しているので、複写物の文字１図形
はその周囲の画像が流れたり、或いはぼけたりして複写
品質を低下せしめるという問題点があった。

また、従来の感光帯は上部層の光学的エネルギーバンド
ギャップ（以下単にバンドギャップという）値が通常２
．ＯｅＶ以上であり、３．ＯｅＶ程度のものまでが使用
されており、かかる上部層の下にバンドギャップ値が１
．７ｅＶ程度である光電変換層が形成されている。

ところで、上記バンドギャップ値は光の反射率との間に
、バンドギャップ値が大であれば反射率が小となり、逆
にバンドギャップ値が小であれば反射率が大となるとい
う関係があり、また、その反射率は屈折率との間に、反
射率が大であれば屈折率が大となり、逆に反射率が小で
あれば屈折率が小となるという関係がある。

このため、従来の感光体の場合には、屈折率が大きく異
なり、この屈折率の違いによりその界面での光の反射率
が高くなって光の光電変換層への入射効率が低くなるの
で、その結果、光感度が低下するという第２の問題点が
あった。

本発明は、上述のようにして生ずる複写した文字９図形
等の画像流れ及びぼけを防止し、また光感度の低下防止
を図れて高品質の複写が可能な電子写真感光体を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は斯かる目的を達成すべくなされたものであり、
上部層と接合する側から順にエネルギーレベルを低くし
て入射光の反射を抑制し、また電子を移動させにくくす
る複数の層を、上部層の下、つまり上部層と光電変換層
との間に形成した電子写真感光体とする。

本発明に係る電子写真感光体は、非晶質シリコンからな
る光電変換層と絶縁性非晶質物質からなる上部層とを備
えた電子写真感光体において、前記光電変換層と上部層
との間に、周期律表第■族又は第■族に属する元素のう
ちの１又は２以上の元素と、炭素、窒素、酸素のうちの
１又は２以上の元素と、水素とを含有する複数の中間層
を形成してあり、これら中間層の光学的エネルギーバン
ドギャップ値は上部層側を大、光電変換層側を小として
あることを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、絶縁層と光電変換層との間に複数の
中間層を設けているから、充電変換層へ光が入射すると
きの反射率が小さくなり、また光電変換層の中間層側近
傍でのエネルギーレベル上昇量が小さくなって電子が移
動しに（くなり、このため画像流れ、ぼけがない鮮明な
静電潜像平面が上部層上に形成される。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第１図は本発明の実施例を示す模式的断面図であり、図
中３００は導電性の基板である。基板３００の一面には
ブロッキングＮ３０１が基板３００からの電荷の注入を
阻止すべく形成されており、そのブロッキング層３０１
の上には本発明に斯かる感光体が積層されている。感光
体のブロッキング層３０１側から光電変換層３０２が、
またその上に複数、例えば３層の中間層３０３が順次形
成され、更にその上に表面電荷保持のためと、表面保護
のために絶縁性又は半絶縁性の上部層３０４が形成され
ている。

上記中間層３０３は光電変換層３０２側から第１の中間
層３０３ａ　、第２の中間層３０３ｂ、第３の中間層・
３０３ｃを有しており、各中間層３０３ａ　、　３０３
ｂ　、　３０３ｃの活性化エネルギーは同一の値として
あり、バンドギャップ値は後述の如く相異る値としてい
る。

斯かる感光体及びブロッキング層・３０１は夫々以下に
示す材質、厚み等となるように形成されている。

［１１ブロッキング層３０１ 材　質ニドーパント（不純物）として周期律表の第■族
、第■族のうちの１又は２以 上の元素と、炭素、窒素、酸素のうち の１又は２以上の元素とを添加した非 晶質シリコン。

ドーピ ング量：周期律表第■族、第Ｖ族の元素については１０
−’〜２原子％の範囲とし、好ましくは１０−３〜１原
子％、より好ましくは５Ｘ１０−３〜０．５原子％とす
る。

炭素、窒素、酸素については、１〜 ３０原子％の範囲とし、好ましくは５〜２５原子％、よ
り好ましくは１０〜２０原子％とする。

厚　み二５００　人〜５μｍの範囲とし、好ましくは１
０００人〜２μｍ、より好ましくは２０００人〜１μｍ
とする。

（２）光電変換層３０２ 材　質：層形成用の原料ガスＳｉＨ＋にＢ２Ｈ６をライ
トドーピングしてあり、入射光 に対してキャリア発生効率が高く、ま た発生したキャリアの移動度が大きく、更に暗比抵抗に
対する明比抵抗の比が 大きいｉ型の非晶質シリコンであり、 更に炭素、窒素、酸素のうち１又は２ 以上の元素及び第■族の元素のうちの １又は２以上の元素をドーピングして もよい。

ドーピ ング量：周期律表第■族の元素については１０−７〜ｌ
０−３原子％、また炭素、窒素、酸素については２原子
％以上が好ましい。

厚　み：５〜７０μｍの範囲とし、好ましくは１０〜５
０μｍ１より好ましくは２０〜４０μｍとする。

（３）中間層３０３ 材　質ニブロッキング層３０１　と同様にドーパントと
して周期律表第■族、第Ｖ族のう ちの１又は２以上の元素と、炭素、窒 素、酸素のうちの１又は２以上の元素 と、水素とを添加してあり、第３の中 間層３０３ｃの光学的バンドギャップ値が上部層３０４
のそれに等しいか又は低い値であり、また第１の中間層
３０３ａの光学的バンドギャップ値が光電変換層３０２
のそれに等しいか又は高い値である１、７〜２．ＯｅＶ
の非晶質シリコンであり、第１の中間ＩＷ３０３ａ、第
２の中間！３０３ｂ。

第３の中間層３０３ｃの順に光学的バンドギャップ値を
変えている。また、それ らの暗比抵抗は光学変換層のそれと等 しいか又は低い値である１０５〜１０１２Ω・ｃｍであ
る。

ドーピ ング量−周期律表第■族、第■族の元素については、１
０−４〜２原子％の範囲とし、好ましくは１０−３〜１
原子％、より好ましくは５Ｘ１０−３〜０．５原子％と
する。

炭素、窒素、酸素については、１〜 ３０原子％の範囲とし、好ましくは５〜２５原子％、よ
り好ましくは１０〜２０原子％とする。

厚　み：第１．第２．第３の中間層全体の厚みについて
は１００人〜１μｍの範囲とし、好ましくは２００〜５
０００人、より好ましくは２００〜２０００人とする。

なお、斯かる中間層の３０３の３層夫々は感光体が正帯
電される場合にはｐ型の非晶質シリコンとし、また電子
写真感光体が負帯電される場合にはｎ型の非晶質シリコ
ンとする。

（４）　　上部層３０４ 材　質：絶縁性又は半絶縁性であり、非晶質炭化シリコ
ン、非晶質窒化シリコン、非 晶質酸化シリコン又はそれらに夫々水 素を含んだものの１つからなり、暗比 抵抗が１０ｔ２Ω・１以上とする。

好ましくは１０１３Ω・１以上、より好ましくは１０１
４Ω・１以上とする。

厚　み２１００人〜１μｍの範囲とし、好ましくは２０
０〜５０００人、より好ましくは５００〜２０００人と
する。

次に中間層の組成、厚みの限定理由につき説明する。

組成について； 周期律表第■族、第■族の各元素は夫々暗比抵抗を低下
させる作用があり、また炭素、窒素。

酸素の各元素は夫々中間層の光透過性を向上させ、また
歪応力を向上させ、更にエネルギーバンドを拡大する作
用があるため適時ドープする。

また炭素、窒素、酸素の各元素は暗比抵抗を高める作用
があるので、第■族、第Ｖ族の元素のドーピング量との
関連において暗比抵抗を調整できる。

水素については中間層の欠陥準位を改善すべくドープす
る。水素がドープされていない場合には使用不能となる
ことがある。

このため周期律表第■族又は第■族に属する元素のうち
の１又は２以上の元素と、炭素、窒素、酸素のうちの１
又は２以上の元素と、水素とをドーピングしたものに限
定する。

厚みについて； 中間層全体の厚みが１００Å以下であれば組成について
の箇所で述べた作用の効果がなく、逆に１μｍ以上であ
れば帯電能が悪化し、また中間層の光透過性が悪くなる
。

このため、中間層全体の厚みは１００人〜１μｍの範囲
とし、好ましくは２００　人〜５０００人、より好まし
くは２００人〜２０００人とする。また中間層各層の厚
みについては１００人〜３０００人の範囲が好ましい。

このような構成の本発明に係る電子写真感光体（以下本
発明品という）を複写機に使用した場合の作用につき説
明する。本発明品は、上部層３０４と光電変換層３０２
との間に中間ｒｆｊ３０３が形成されており、中間Ｎ３
０３の光学的バンドギャップ値がそれを挾む両層３０４
と３０２とのそれの中間の値であるので、入射光の反射
による損失を少なくでき、また不純物濃度を高めて暗比
抵抗が低くなるように設定しているので、第２図のエネ
ルギーバンドモデル図に示す如く中間層３０３と上部１
ｉ３０４　との接合部近傍のエネルギーレベル及び光電
変換層３０２と中間層３０３との接合部近傍のエネルギ
ーレベルが夫々低下するため、空乏層領域３０６の大き
さが殆ど中間層３０３によって制限される。このため第
３図に示す如く静電潜像として残したい部分（ｉｉｌ！
ｉ像露光の際の暗部）３０９にだけ正電荷３０８が残る
。

これを詳述すると、前同様に上部層３０４の自由表面３
０７側仝而にコロナ放電により正電荷を帯電させておい
てこれに画像露光する。そうするとその露光部（明部）
３１０と対向する上部層３０４と中間層３０３との接合
部、中間層３０３の各層の接合部及び中間Ｊｉｉ　３０
３と光電変換層３０２との接合部にキャリアとしての電
子が蓄積される。

その後、この電子は移動するが、上述の如く中間層３０
３と上部層３０４との接合部近傍のエネルギーレベル、
中間Ｎ３０３の各層の接合部近傍のエネルギーレベル及
び光電変換層３０２と中間ｊｌＥ＃　３０３との接合部
近傍のエネルギーレベルが夫々低下しているので移動す
る電子がトラップされやすくなる。

つまり移動しにくくなる。このため原稿の文字。

図形部に相当する部分（画ｍ露光の際の暗部）３０９に
対向する上部層３０４と中間層３０３との界面に蓄積さ
れる電子数が従来品の場合よりも減少し、電子３０５が
蓄積した空乏層領域３０６はその平面視が暗部３０９の
画像と略同−に形成される。

また、中間層３０３において各層のバンドギャップ値を
上述の如く相異る値としているので、上部層３０４を透
過した光が第３の中間層３０３Ｃへ入射する際の反射を
抑制でき、また第３の中間層３０３ｃから第２の中間層
３０３ｂへ入射する際、第２の中間層３０３ｂから第１
の中間層３０３ａへ入射する際、及び第１の中間Ｊｉｉ
３０３ａから光電変換層３０２へ入射する際にも夫々反
射を抑制でき、このため光電変換Ｊ’１ｉ３０２へ入射
する光の強度低下がない。

′従って、前記暗部３０９だけが静電潜像として残り、
Ｍ稿に忠実、鮮明かつ正確な複写が可能となる。

次に、本発明品の静電特性について述べる。

静電特性の調査対象としては、成膜装置内に５ｉｒ（４
を１１００５ＣＣ，Ｈ２を５０ＳＣＣＭ、　　Ｂ　２　
Ｈｓ　／　Ｓｉ　Ｈ４−ＩＸＩＯ−３の流量比で供給し
て基板上に厚み４５００人のブロッキング層を形成し、
次いでＳｉＨ４を３００ＳＣＣＭ、　　Ｂ　２　Ｈ６／
ｓｉ　Ｈ４＝　２　Ｘｌ０−６の流量比で供給して厚み
２２μｍの光電変換層を形成し、続いてＳｉＨ４を１１
００５ＣＣ供給し、またＮ２と８２Ｈ６とを夫々第１の
中間層に対しＩＯＳＣＣＭ、　　Ｂ　２　Ｈｓ　／　Ｓ
ｔ　Ｈ４＝１０−’の流量比で、第２の中間層に対し６
０ＳＣＣＭ。

Ｂ　２　Ｈ６／　Ｓｉ　Ｈ４＝　１０−’の流量比で、
第３の中間層に対しＮ２を１１００５ＣＣ，Ｂ　２　Ｈ
ｓ　／Ｓｔ　Ｈ４＝　Ｉ　Ｘ１０−３の流量比で夫々供
給して厚み８００人の第１の中間層、１０００人の第２
の中間層及び１５００人の第３の中間層を夫々形成し、
次いでＳｉＨ４を１１００５ＣＣ。

Ｎ２を２５０ＳＣＣＭで供給して厚み９００人の上部層
を形成した電子写真感光体を用いた。

この静電特性について次にまとめる。

コロナ放電印加電圧　　　：　６．５ｋＶ表面電位　　
　　　　　　：　５２０Ｖ露光３０秒後の電子保持率　
＝７０％ 半減露光量　　　　　　　：　０．５１　ｕｘ・秒７９
０ｎｍでの半減露光Ｍｌ　　　：　８．５ｅｒｇ　／　
ｃｍ　２残留型位　　　　　　　　：３０ｖ ２００サイクル後の残留電位：３２ｖ 本発明品はこのように表面電位の低下がなく、これを７
９０鶴の半導体レーザを搭載したレーザビームプリンタ
に装着して画像サンプルをとってみた。この結果、画像
周囲にぼけのない鮮明で良好な複写をすることが可能で
あった。

次の調査対象は比較材として、従来の中間層がなく、そ
の他はすべて前同様である電子写真感光体を用いた。

この静電特性について次にまとめる。

表面電位　　　　　　　　：　５３０Ｖ露光３０秒後の
電子保持率　＝６５％ 半減露光量　　　　　　　：１．Ｏｊ！ｕに・秒−１９
０ｎｔａでの半減露光ｉｆ　　　：　９．５　ｅｒＢ　
／　ｃ＋ｓ　２、残留電位　　　　　　　　：３５ｖ ２００サイクル後の残留電位：４２ｖ このように従来品は表面電位が若干高くなるものの光感
度が相当低下している。これを前同様にレーザビームプ
リンタに搭載して複写を行った結果、細線部分がぼけて
にじみ、鮮明で良好な複写物を得ることが不可能であっ
た。

、〔効果〕 以上詳述した如く本発明は上部層と光電変換層との間に
上部層と接合する側から順にエネルギーレベルを低くし
て入射光の反射を抑制し、また電子を移動させにくい中
間層を形成しであるので、静電特性を低下させることな
く、画像流れ、ぼけ等の複写不良を防止でき、また光感
度の低下防止を図れて高い複写品質を得ることができる
等、優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す模式的断面図、第２．３
図は本発明の作用説明図、第４図は従来品の模式的断面
図、第５．６図は従来品の問題説明図である。 ３０２・・・光電変換層　３０３・・・中間層　３０４
・・・上部層 特　許　出願人　　住友金屈工業株式会社代理人　弁理
士　　河　　野　　登　　夫第　１　図 算　２図 第　３　図 第　４５ｉ１ 第　５　図 ２１１．１ 第　６　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非晶質シリコンからなる光電変換層と絶縁性非晶質
   物質からなる上部層とを備えた電子写真感光体において
   、 前記光電変換層と上部層との間に、周期律 表第III族又は第Ｖ族に属する元素のうちの１又は２以
   上の元素と、炭素、窒素、酸素のうちの１又は２以上の
   元素と、水素とを含有する複数の中間層を形成してあり
   、これら中間層の光学的エネルギーバンドギャップ値は
   上部層側を大、光電変換層側を小としてあることを特徴
   とする電子写真感光体。 ２、前記複数の中間層の全体の厚みが１００Å乃至１μ
   ｍである特許請求の範囲第１項記載の電子写真感光体。 ３、前記複数の中間層夫々の光学的エネルギーバンドギ
   ャップ値が１．７ｅＶ乃至２．５ｅＶである特許請求の
   範囲第１項記載の電子写真感光体。