JPS63163861A - 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、帯電特性、暗減衰特性、光感度特性及び耐環
境性等が優れ、しかも正負両帯電が可能な電子写Ｘ感光
体に関する。

［従来の技術］ 水素（Ｈ）を含有するアモルファスシリコン（以下、ａ
−８ｉ：Ｈと略す）は、近年、光１を変換材料として注
目てれておシ、太陽電池、薄膜トランジスタ、及び・イ
メージセンサ等のほか、電子写真プロセスの感光体とし
て応用されている。

従来、電子写真感光体の光導電層を構成する材料として
、ＣｄＳ　、　ＺｎＯ，８台、若しくはＳ・−での等の
無機材料又はポリ−Ｈ−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）　＄の
有機材料が使用されていた。しかしながら、ａ−８ｔ：
）Ｉはこれらの無機材料又は有機材料に比して、無公害
物質であるため回収処理の必要がないこと、可視光領域
で高い分光感度を有すること、並びに表面硬度が高く耐
磨耗性及び耐衝撃性が優れていること等の利点を有して
いる。このため、ａ−８ｌ　：　Ｈは電子写真プロセス
の感光体として注目されている。

このａ−８ｔ：Ｈは、カールソン方式に基づく感光体と
して検討が進められているが、この場合、感光体特性と
して抵抗及び光感度が高いことが要求される。しかしな
がら、この両特性を単一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、かつ光導電層上に表面電荷保持層を設けた積層
温の構造にすることによシ、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、従来、障壁層としては高抵抗の絶縁性単一層
が用いられているが、このような障壁層では、膜厚が厚
いと光導電層から支持体へ流れるキャリアが障壁層を通
過できず、その結果、残留電位が高くなってしまう、一
方、膜厚が薄いと現像バイアスによシ絶縁破壊を生じて
し１５．また、障壁層として、ｐ型又はｎｕの半導体を
用いた場合には、膜厚が厚いとダングリングゴ／ド等の
構造欠陥にキャリアがトラップされ、残留電位が高くな
シ、一方、膜厚が薄い場合には支持体からのキャリアを
ブロックできず、帯電能が低下してしまり。

一方、二色カラーコピーや、プリンタとコピーとの兼用
使用等の目的のため、正負両帯電が可能な感光体が望ま
れている。このような感光体を非晶質シリコンで形成す
る場合、非晶質シリコンに酸素を添加することや、光導
電層と支持体との闇に絶縁層を設けることが考えられる
。しかし、前者の場合には、酸素の添加によシ膜の欠陥
が増大し、感度、残留電位等が悪化してしまう。また、
後者の場合には、絶縁層が厚いとキャリアがトラップさ
れて残留電位が上昇してしまい、逆に薄いと画像の現像
時に絶縁破壊を生じ、好ましくない。

本発明は、かかる事直に鑑みてなされたものでありて、
帯電能が優れておシ、残留電位が低く、近赤外領域まで
の広い波長領域に亘りて感腿が高く、基板との密着性が
良く、耐環境性が優れ、かつ正負両帯電ともに良好な帯
電能を有する電子写真感光体を提供することを目的とす
る。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明者らは、種々研究を重ねた結果、電子写真感光体
の障壁層として超格子構造を用いることによシ、上記目
的な達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至り
た。

即ち、本発明の電子写真感光体は、導電性支持体、障壁
層および光導電層を具備する電子写真感光体において、
前記障壁層は、絶縁性の半導体層と、光導成性を有する
半導体層とを交互に積層して構成されていることを特徴
とする。

障壁層ｔ−構成する半導体層の厚さは３０〜５００又で
あるのが好ましい。

また、障壁ｊ−は、周期律表第■族および第Ｖ族に属す
る元素から選ばれた少なくとも１棟を含んでいてもよい
。

障壁層を構成する絶縁性の半導体層としては、例えば非
晶質シリコン層、微細晶シリコン層等がちシ、光導電性
を有する半導体層としては、例えば、炭素、酸素および
旦素から運ばれた少なくとも１種を含む非晶質シリコン
層、非晶質ＢＮ層等がある。

微結晶シリコン（μｅ−８Ｓ）は、粒径が約数十オンゲ
ストロムの微結晶のシリコンと非晶質シリコンとの混合
層により形成されているものと考えられ、以下のような
物性上の％徴を有している。第一に、Ｘ線回折測定では
２θが２８〜２８．５°付近にある結晶回折パターンを
示し、／Ｓローのみが現れる無定形のａ−８１から明確
に区別される。第二に、μｃ−８ｉの暗抵抗は１０１０
Ω・α以上に調贅することができ、暗抵抗が１０５０・
ののポリクリスタリンシリコンからも明確に区別される
。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例になる電子写真感光体の断
面構造を示す図である。同図において、１は導電性支持
体である。該導電性支持体の上には障壁層２が形成式れ
、その上には光導電層３が形成されている。更に、光導
電層３の上には表面層４が形成されている。

導電性支持体１は１通常はアルミニウム製のドラムで構
成される。

障壁層２は２種の半導体薄膜例えば非晶質シリコン（ａ
−８Ｓ）薄膜からなる超格子構造を有しており。

ａ−８ｔは水素が添加されたもの（ａ−８ｌ：Ｈ）とす
ることができる。

一方の半導体薄膜は絶縁性を肩し、他方の半導体薄膜は
光導′成性を有している。

上記障壁層２は、導電性支持体１と電荷発生層５との間
の電荷の流れを抑制することによシ感光体表面の電荷保
持機能を高め、感光体の帯電能を高めるために形成され
るものである。

障壁層２の上に形成される光導電層３は、　ａ−８ＧＨ
又はμｃ−８１：Ｈによりｍ成される。

光４電層３に光が入射するとキャリアが発生し、このキ
ャリアのうち一方の極性のものは感光体表面の帝ｔＷ、
荷と中和し、他方の極性のものは光導電層３を走行して
導電性支持体に到達する。

障壁層２および光導電層３を構成するａｓｌ：Ｈ又はμ
ａ−８ｔ：Ｈにおける水素の含有量は、０．０１〜３０
Ｍ子チが好ましく、１〜２５原子−がより好ましい。こ
のよ５な水素の含有量によシ、シリコンのダングリング
？ンドが補償され、暗抵抗と明抵抗とが調和のとれたも
のとなシ、光導電特性が向上する。

ａ−ｓｔ：ａ４をグロー放電分解法によシ成膜するには
、原料として５ｉｎ４及びＳ　ｉ　２Ｈ６等のシラン＠
ガスを反応室に尋人し、高周波によジグロー放電するこ
とによシ薄層中ＫＭを添加することができる。

必要に応じて、シラン類のキャリアガスとして水素又は
ヘリウムをガスを使用することができる。

一方、ＳｉＦ４ガス及び５ｉＣｔ４ガス等のハロダン化
ケイ素を原料ガスとして使用することができる。また、
シラン類ガスとハロダン化ケイ素ガスとの混合ガスで反
応させても、同様にＨを含Ｍするａ−８１：Ｈを成膜す
ることができる。なお、グロー放電分解法によらず、例
えば、スフ４ツタリング等の物理的な方法によってもこ
れ等の薄層を形成することができる。

光導電層３の上に派面層４が設けられている。

光導電層３を構成するａ−８ｔ　：Ｈ等は、その屈折率
が３乃至３．４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
吸収される光量の割合いが低下し、光損失が大きくなる
。このため、表面層４ｆ：設けて反射を防止することが
好ましい、また、表面層４を設けることによシ、光導電
層３が損傷から保護される。嘔らに、表面層を形成する
ことによシ、帯電能が向上し、表面に′１荷がよくのる
ようになる。

表面層を形成する材料としては、ａ−８ＩＮ：）Ｉ、ａ
−ＢｉＯ二Ｈ１及びａ−５ＩＣ：Ｈ等の無機化合物並び
にポリ塩化ビニル及びポリアミド等の有機材料がある。

このように構成される電子写真感光体の表面を、コロナ
放電によυ約５００Ｖの正電圧で帯ｔ−ｇせた状態で光
（ｈｖ）が入射すると、光導電層３において電子と正孔
の中ヤリアが発生する。この伝導帯の電子は、感光体内
の゛電界によシ表面層４９Ｊ１に回けて加速され、正孔
は導電性支持体１側に向けて加速でれる。この場合、従
来の高抵抗の絶縁性単一層からなる障壁層を用いると、
前述のように、膜厚が厚いと光導電Ｊｉｉから支持体へ
流れるキャリアが障壁層を通過できず、その結果、残留
電位が高くなりてしまう。一方、膜厚が薄いと現像バイ
アスにより絶縁破壊を生じてしまう。また、障壁層とし
てｐ温又はｎｉの半導体を用いた場合には、膜厚が厚い
とダングリング？ンド等の構造欠陥に中ヤリアがトラフ
７″てれ、残留電位が高くなシ、一方、膜厚が薄い場合
には支持体からのキャリアをブロック゛できず、￥Ｉｆ
Ｉ電能が低下してしまう。これに対し、本発明の感光体
のように、障壁層を超格子構造とすると、ポテンシャル
井戸層においては、量子効果のために、超格子構造でな
い単一層の場合に比して、キャリアの寿命が５乃至１０
倍と長い。また、超格子構造においては、バンドギャッ
プの不連続性によシ、周期的なバリア層が形成されるが
、キャリアはトンネル効果で容易にバイアス層を通シ抜
けるので、キャリアの実効移動度はバルクにおける移動
度と同等であシ、キャリアの走行性が優れている０以上
のごとく、薄層を積層した超格子構造によれば、高光導
電特性を得ることができ、従来の感光体よりも鮮明な画
像を得ることができる。

また、このような超格子構造の障壁層を有する感光体は
、障壁層の膜厚を厚くしてもキャリアの移動度や寿命が
落ちることがなく、正負両帯電共に良好な帯電能を有し
ている。

以下に第２図を参照し、上記実施例の電子写真感光体を
グロー放電法によυ製造する装置、並びに装造方法を説
明する。同図において、ガスボンベ２１，２２，２３，
２４には、例えば夫々５ＩＨ４）Ｂ２Ｈ６，Ｈ２，ＣＨ
４等の原料ガスが収容てれている。これらガスノンぺ内
のガスは、流麓真整用のパルプ２６及び配管２７を介し
て混合器２８に供給されるようになっている。各ボンベ
には圧力計２５が設置式れておシ、該圧力計２５を監視
しつつバルブ２６を調整することによシ混合器２８に供
給する各原料ゴスの流量及び混合比を９４節できる。混
合器２８にて混合されたガスは反応容器２９に供給され
る０反応容器２９の底部３１には１回転軸３０が鉛直方
向の回シに回転可能に取付けられている。該回転軸３０
の上端に、円板状の支持台３２がその面を回転軸３０に
当直にして固定てれている。反応容器２９内には、円筒
状の電極３３がその軸中心を回転軸３０の軸中心と一致
させて底部３１上に設置されている。感光体のドラム基
体３４が支持台３２上にその軸中心を回転軸３０の軸中
心と一致させて載置されておシ、このドラム基体３４の
内側にはドラム基体加熱用のヒータ３５が配設されてい
る。電極３３とドラム基体３４との間には高周波電源３
６が接続されており、電極３３およびドラム基体３４ｉ
＆＋１に高周波電流が供給されるようになりている。回
転軸３Ｑはモータ３８によ多回転駆動される０反応容器
２９内の圧力は圧力計３７ＶＣよシ監視され、反応容器
２９はダートパルプ３８ｔ′介して真空ポ／グ等の適宜
の排気手段に連結てれている。

上記製造装置によシ感光体を製造する場合には、反応容
器２９内にドラム基体３４を設置した後、ダートパル′
ｆ３９を開にして反応容器２９ｆＥ４を約０、１　Ｔｏ
ｒｒの圧力以下に排気する０次いで、メンベ２１．２；
！、２３．２４からの所要の反応ガスを所定の混合比で
混合して反応容器２９内に導入する。この場合に、反応
容器２９内に導入するガス流量は反応容器２９円の圧力
が０．１乃至１．０Ｔｏｒｒになるように設定する。次
いで、モータ３８を作動させてドラム基体３４を回転さ
せ、ヒータ３５によシトラム基体３４を一定温度に加熱
すると共に、高周波電源３６によシミ極３３とドラム基
体３４との間に高周波電流を供給して、両者間にグロー
放Ｘｔ−形成する。これによシ、ドラム基体３４上にａ
−８ｌ二Ｈが堆積する。なお、原料ガス中にＮ２０　、
　ＮＨ５、ＮＯ２、Ｎ２　ｅ　ＣＨ４＃　Ｃ２Ｈ４＃　
Ｏ□ガス等を使用することによシ、これらの元素をａ−
８１：Ｈ中に含有させることができる。

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１
人体に対して安全である。

次に、この発明に係る゛１子写真感光体を成膜し、電子
写真特性を試繊した結果について説明する。

試験列１ 必要に応じて、干渉防止のために、酸処理、アルカリ処
理及びサンドララスト処理を施した直径が８０層１幅が
３５０ｍのアルミニウム真ドラム基体を反応容器内に装
置し、反ゐ容器を約１０−５トルの真空度に排気した。

ドラム基体を２５０℃に加熱し、　１０　ｒｐｍで自転
てせつつ、　ＳｉＨ４ガスを３００８ＣＣＭという流量
で反応容器内に導入し、反応容器内の圧力を０．８トル
に調節した。そして、１００Ｗの高周波電力を印加して
プラズマを生起させ、ドラム基体上に５０Ｘのａ−６Ｌ
薄層（ρｄ：１０１１Ω・譚、ρｐ　：　ｌ　Ｏ２０・
の）を形成した。次いでＳｉＨ４ガスを５０８ＣＣＭ％
ＣＨ４ガスを２５０８ＣＣＭ導入し、１００Ｗの高周波
電力を印加し、５０Ｘのａ−８ｉＣ薄層（ρｄ：〜′１
０１５カッ、ρｐ　：　〜１０１３Ω・ｃＷｌ）を形成
した。このような操作を繰り返して、２種類の５０層づ
つのａ−８ＩＣ薄層からなる５０００Ｘのへテロ接合超
格子構造の障壁層を形成した。

次に、ＳｉＨ４ガスを３００８ＣＣＭ、　Ｂ２Ｈ６ガス
を５ｉｎ４ガスに対して１×１００流黛比で反応室内に
導入し、反応室内の圧力を１．Ｏトルとして２００Ｗの
高周波電力を印加し、２５μｍの光導電層を形成した。

最後に、０．５μｍの浮式のａ−８ｉＣからなる表面層
を形成した。

このようにして形成した感光体に＋６．５ｋＶの電圧を
印加すると、５００　ｖｏ六圃面電位得られ、５秒後の
保持率は７０チであった。次に、−６，５Ｖの電圧を印
加したところ、−４Ｏ０Ｖの異面電位が得られ、５秒後
の保持率は５０チでめった。

更に、この感光体を複写機に装着して画一を形成させた
ところ、正負両帯電いずれの場合にも、鮮明で艮好な画
像が得られた。

試験例２ 障壁層の構成層の１つであるａ−８ｉＣ薄層の代わシに
ｈ−８ｉＮ薄層（ρｄ、ρｐ：〜１０１４Ω・ｃ！ｎ）
を形成したことを除いて、試験例１と同様にして電子写
真感光体を製造した。

なお、ａ−８ＩＮ薄層は、５ｉｎ４ガスを２５　ＳＣＣ
Ｍ　。

Ｎ２ガス′ｆ、５００　ＳＣＣＭに設定し、２００Ｗの
高周波電力を印加することにより得られた。

この感光体を試験例１と同様に複写機に装着して画像を
形成場せたところ、正負両帯電いずれの場合にも、鮮明
で良好な画像が得られた。

試験例３ 障壁層の構成層の１つであるａ−８ｉＣ薄層の代わシに
１−ＢＮ薄層（βｄ、ρｐ：〜１０１４Ω−ａｍ＞ｔ−
形成したことを除いて、試験例１と同様にして電子写真
感光体を製造した。

なお、ａ−ＢＮ薄層は、Ｎ２で希釈された１５％Ｂ２Ｈ
６ガス’ｉ２００ｓｃｃＭの流量で導入し、４００Ｗの
高周波電力を印加することにより得られた。

この感光体を試験例１と同様に複写機に装着して画像を
形成させたところ、正負両帝゛４の場合にも鮮明で良好
な画像が得られ九。

試験ガ３ 障壁層の構成層の１つである５０Ｘのａ−８１薄層の代
わシに１００Ｘμｃ−８１薄層（ρｃｉ：　ｌ　０１０
Ｑ・ｃｍρｐ：１００・国）を形成したこと上瞼いて、
試験例１と同様にして７５００にのへテロ接合超格子型
障壁層を形成した。

なお、ａｔ−８ｉ薄層は、５ｉＨ４ガスを２５８ＣＣＭ
。

Ｎ２　、ガスを５００ＳＣＣＭ導入し、５００ＷＣ）高
周波電力を導入することによシ得られた。

この感光体を試験例１と同様に複写機に装着して画像を
形成させたところ、正負両帯電いずれの場合にも、鮮明
で良好な画像が得られた。

薄層の種類は、上記試験例のように２種類に限らず、３
種類以上の薄層を積層してもよく、要するに、絶縁性を
有する半導体層と光導電性を有する半導体層との組合せ
であればよい。

［発明の効果コ 本発明によれば、薄壁層に超格子構造を用いているため
、キャリアの走行性が高いとともに、高抵抗のため帯′
１特性の優れた電子写Ｘ感光体を得ることができる。特
に、この発明においては、絶縁性と光導電性の２種の半
導体膜を用いているため、膜厚を厚くしてもキャリアの
移動度や寿命が落ちることがなく、正負両帯電ともに良
好な帯電能を有する感光体が得られるという利点がおる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る電子写真感光体を示す断
面図、第２図は本発明の実施例に係る電子写真感光体の
製造装置を示す図である。 １：導電性支持体、２：障壁層、３：光導電層、４：表
面層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性支持体、障壁層および光導電層を具備する
   電子写真感光体において、前記障壁層は、絶縁性の半導
   体層と光導電性を有する半導体層とを交互に積層して構
   成されていることを特徴とする、正負両帯電が可能な電
   子写真感光体。
2. （２）前記障壁層を構成する半導体層の 膜厚は、３０〜５００Åである
3. （３）前記光導電層は、その少なくとも一部が微結晶化
   している材料から構成される特許請求の範囲第１ないし
   ３項のうちいずれか１項記載の電子写真感光体。
4. （４）前記光導電層の上には表面層が形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１ないし４項のうちい
   ずれか１項記載の電子写真感光体。