JPS63178253A - 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真感光
体く関する。

〔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
−８３：Ｈと略す）は、近年、光電変換材料として注目
されておシ、太陽電池、薄膜トランジスタ、及びイメー
ジセンチ等のほか、電子写真プロセスの底光体に応用さ
れている。

従来、電子写真感光体の光電層を構成する材料として、
ＣｄＳ、Ｚｎ０ＳＳｅ、若しくは８ｅ−Ｔｅ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（Ｔ　Ｎ　Ｆ）等の有機材
料が使用されていた。しかしながら、ａ−８ｔ二Ｈ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−８ｉ：Ｈは電子写真プロセスの感光体材
料として注目されている。

このａ−８ｉ：Ｈは、カールソン方式に基づく感光体の
材料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層で満足させる
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、従来、ｗｓ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フ絶縁破壊を生じ
てしまう。また、障壁層としてｐ型又はｎ型の半導体を
用いた場合には、膜厚が厚いとダングリングボンド等の
構造欠陥にキャリアがトラップされ、残留電位が高くな
り、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う。

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
電層と支持体との間に絶縁層を設けることが考えられる
０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。かかる事情に鑑みてなされたものであって、
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って感度が高く、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〕

（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り、上記目
的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至っ
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、微結晶シリコン薄膜と炭素、酸素およ
びｉ素から選ばれた少なくとも１種の元素を含む非晶質
シリコン薄膜とを交互に積層して構成されることを特徴
とする。

障壁層を構成する各薄膜の膜厚は３０〜２００人が好ま
しい。

障壁層を構成する超格子構造の一方の非晶質シリコン薄
膜に含まれる炭素、酸素および窒素から選ばれた少なく
とも１種の元素の含有量は、好ましくは５〜３０原子％
、よシ好ましくは５〜２０原子％である。

本発明において用いられる微結晶シリコン（μｃ−８ｉ
　）は、粒径が約数十オンゲストロムの微結晶化したシ
リコンと非晶質シリコンとの混合層によシ形成されてい
るものと考えられ、以下のような物性上の特徴を有して
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ノ母ターンを示し、ハローのみが
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１０１ｏΩ・α以上に調整する
ことができ、暗抵抗が１０’Ω・工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が形成され
、その上には光導電層３が形成されている。更に、光導
電ｍ３の上には表面層４が形成されている。

第２図は本発明の他の実施例になる電子写真感光体の断
面構造を示す図で、この実施例では電荷発生層および電
荷輸送層からなる機能分離＆の光導電層が用いられてい
る。即ち、導電性支持体１及び障壁層２の上に電荷輸送
層５が形成され、該電荷輸送層の上に電荷発生層６が形
成されている〇更に、電荷発生１８６の上には表面層４
が形成されている。

上記第１図および第２図の実施例における各部の詳細は
、次に説明する通りである。

導電性支持体１は、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、μｃ−８ｉ薄膜とａ−８ｉ薄膜の超格子構
造を有しておシ、これら薄膜は水素が添加されたものＣ
ｐｃ−８ｉ　：Ｈ，ａ−８ｉ　：Ｈ）とすることができ
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。従って、半導体層を障壁層に用いてカー
ルソン方式の感光体を構成する場合には、表面に帯電さ
せた電荷の保持能力を低下させないために、障壁層Ｅｆ
ｔｐ型またはｎ型とすることができる０即ち、感光体表
面を正帯電させる場合には障壁層２をｐ型とし、表面電
荷を中和する電子が電荷発生層に注入されるのを防止す
る。逆に表面を負帯電させる場合には障壁層２をｎ型と
し、表面電荷を中和するホールが電荷発生層へ注入され
るのを防止１する。障壁層２から注入される中ヤリアは
光の入射で電荷発生層６内に発生するキャリアに対して
ノイズとなるから、上記のようにして中ヤリアの注入を
防止することは感度の向上をもたらす。なお、ａ−８１
およびμｃ−８ｉをｐ型にするためには、周期律表の第
１族に属する元素、例えば硼素Ｂ１アルミニウムＡ１１
ガリウムＧａ、インジウムＩｎ、及びタリウムＴ１等を
ドーピングすることが好ましい。また、ａ−８ｉおよび
μｃ−８ｉをｎ型にするためには周期律表の第Ｖ族に属
する元素、例えば窒素、燐Ｐｓ　砒ＲＡ　Ｓ、アンチモ
ンＳｂ１及びビスマス８１等をドーピングすることが好
ましい。

また、超格子構造の一方の薄膜であるμｃ−８ｉ薄膜に
も炭素、窒素および酸素から選択さｎた元素の一種以上
を含有させることにより、障壁層をよシ高抵抗とするこ
とができる。

障壁層２の厚みは、１００λ〜１０μｍが好ましいＯ 障壁層２の上に形成される光導電層３は、ａ　−Ｓｔ：
Ｈ又はμｃ−８ｉ：Ｈによシ構成することができる。

光導電層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帯電電荷
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。また、第２図に示す機能分離
型の感光体においては、光の入射によシミ荷発生層６に
キャリアが発生し、このキャリアのうち一方の極性のも
のは感光体表面の帯電電荷と中和し、他方の極性のもの
は電荷輸送１！５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。ａ　−３ｉ：Ｈ
およびμｃ−８ｉ　：Ｈにおける水素の含有量は、０．
０１〜３０原子％が好ましく、１〜２５原子％がよシ好
ましい。このような水素の含有量により、シリコンのダ
ングリングボンドが補償され、暗抵抗と明抵抗とが調和
のとれたものとなり、光導電特性が向上する。

！−８１：Ｈ層をグロー放電分解法によシ成膜するには
、原料としてＳＩＨ，及び８１．Ｈ，等の７ラン類ガス
を反応室に導入し、高周波によジグロー放電することに
より薄層中にＨｌ−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、ＳｉＦ、ガス及び
５ｒＣ１，ガス等のへロｒ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、７ラン類ガスとハロゲン
化ケイ素ガスとの混合ガスで反応させても、同様にＨを
含有するａ−８ｉ：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）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。

μｃ−８１層も、ａ−８ｉ：Ｈと同様に、高周波グロー
放電分解法によシ、シランガスを原料として、成膜する
ことができる。この場合に、支持体の温度をａ−８ｉ、
：Ｈを形成する場合よシも高く設定し、高周波電力もａ
−８ｉ：Ｈの場合よシも高く設定すると、μｃ−８１：
　Ｈを形成し中すくなる。また、支持体温度及び高周波
電力を高くすることによシ、シラ／ガスなどの原料ガス
の流量を増大させることができ、その結果、成膜速度を
早くすることができる。また、原料ガスのＳｉＨ，及び
Ｓｉ、Ｈ，等の高次のシランガスを水素で希釈したガス
を使用することによシ、μｃ−８ｉ：Ｈを一層高効率で
形成することができる。

光導電層３又は電荷発生層６の上に表面層４が設けられ
ている。光導電層３又は電荷発生層６を構成するａ−８
ｉ：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３又は電荷発生層６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４を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、電荷発生層６が損傷
から保護される。さらに、表面層を形成することにより
、帯電能が向上し、表面に電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：Ｈｌａ−
８ｉｏ：Ｈ，及びａ−８ｉＣ：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
放電によシ約５ｏｏｖの正電圧で帯電させた状態で光（
ｈν）が入射すると、光導電層３において電子と正孔の
キャリアが発生する。この伝導帯の電子は、感光体内の
電界によシ表面層４側に向けて加速され、正孔は導電性
支持体１側に向けて加速される。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り絶
縁破壊を生じてしまう。また、障壁層としてｐ型又はｎ
型の半導体を用いた場合には、膜厚が厚いとダングリン
グボンド等の構造欠陥に牟ヤリアがトラツプされ、残留
電位が高くなり、一方、膜厚が薄い場合ビは支持体から
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、ボラ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り、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り抜けるので、キャリアの実
効移動度はパイ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。以上のごとく、薄層を移層し
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）も鮮明な画像を得ることができる０
また、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、正負両帯電ともに良好な帯電能
を有している。

以下に第３図を参照し、上記実施例の電子写真感光体を
グロー放電法によシ製造する装置、並びに製造方法を説
明する。同図において、がスボンベ２１，２２，２３．
２４ＶＣは、例えば夫々Ｒ１Ｈ４゜Ｂ、Ｈ・、Ｈ，、Ｃ
Ｈ，等の原料ガスが収容されている。

これらガスボンベ内のガスは、流量調整用のパルプ２６
及び配管２２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が設置されておシ、
該圧力計２５ｔ−監視しつつパルプｘ　ｅ′ｆ：調整す
ることによシ混合器２８に一供給する各原料ガスの流量
及び混合比を調節できる。

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。反応容器２９の底部３１には、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３
０の上端に、円板状の支持台３２がその面を回転軸３０
１１Ｃｍ直にして固定されている。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０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り、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
れている口電極３３とドラム基体３４との間には高周波
電源３６が接続されてお夛、電極３３およびドラム基体
３４間に高周波電流が供給されるようになっている。回
転軸３０はモータ３８によシ回転駆動される。反応容器
２９内の圧力は圧力計３７によシ監視され、反応容器２
９はゲートパルプ３８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。

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、ダートパルプ
３９ｔ−開にして１反応容器２９内を約Ｑ、１Ｔｏｒｒ
の圧力以下に排気する。次いで、ボンベ２１．２２，２
３．２４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内の圧力が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によルドラム基体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
、両者間にグロー放電を形成する。これにより、ドラム
基体Ｓ４上にμｃ−８１：Ｈやａ−８ｉ：Ｈが堆積する
。なお、原料ガス中にＮ、０．ＮＨ，、ＮＯ，、Ｎ、　
、ＣＭ、　、Ｃ，Ｈ，。

０、ガス等を使用することにより、Ｃ，Ｏ，Ｎをμｃ−
８４：Ｈ＋１−８ｉ：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、
基体く対して安全である。

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

試験例１ 必要に応じて、干渉防止のために、酸処理、アルカリ処
理及びサンドブラスト処理ｔ−施した直径が８ｏｎ１幅
が３５０ｓ＋ｉＥのアルミニウム製ドラム基体を反応容
器内に装着し、反応容器を約１０”−”トルの真空度に
排気した。ドラム基体を２５０　”Ｃに加熱し、１０ｒ
ｐｍで自転させつつ、ＳＩＨ，ｆｆガス”　２５８０層
Ｍ、　Ｈ，ガスｔ”５００８ｃｃＭという流量ｆ反区寥
呂内に這λ１−　反大宛呂内の電力を１トルに調節した
。そして、５００Ｗ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、ｕｃ−８ｉ：Ｈ薄層（結晶
化度６５％）を１００Ａ形成した。次いで、Ｈ３ガスを
２００８０層Ｍとし、更にＣＨ４ガスｔ２５０８ｃｃＭ
のａ量で反応器内に導入し、圧力を０．７トルに調節し
た後、２００Ｗの高周波電力を印加し、５０Ａのａ−８
ｉＣ：Ｈ薄層を形成した。このような操作を繰返し、５
０層のμｃ−８ｉ：Ｈ薄層からなる７５００人の超格子
構造の障壁層を形成した。

次に、８ｉＨ４ガスｔ−５００８ＣＣＭ、Ｂ−。ガスを
８ｉＨ４ガスに対する流量比が１０−＠となるような流
量で反応容器内に導入し、反応容器内全１トルとし、３
００Ｗの高周波電力を印加して１５μｍの１Ｗａ−８ｉ
：Ｈ光導電層を形成した〇 最後に、０．５μｍの厚さのａ−８ｉＣからなる表面層
を形成し九〇 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、５００ｖの表面電位が得られ、５秒後の保
持率は７０％であった。次に、−６，５更に、この感光
体を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。

試験例２ 障壁層を構成する一方の薄膜であるａ−８ＩＣＳＨ薄層
の知りにａ−８ｉＮ：Ｈ薄層を形成したことを除き、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：Ｈ薄層は、ＳＭＨ番ガスを２５ＳＣＣＭ、
Ｎ鵞ガスｔ−７５０ＳＣＣＭという流量で反応容器内に
導入し、反応容器内を１．０トルに調節し、３００Ｗの
高周波電力を印加することにより得られた〇 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〕

本発明によれば、障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、高抵抗のため帯電
特性の優れた電子写真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、膜厚を厚くしても中ヤリアの移
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ある。

【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図は他の実施例に係る電子写真感光体を示す
断面図、第３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、５・・・電荷輸送層、６・・
・電荷発生層。

Claims (8)

【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、微結晶シリ
   コン薄膜と炭素、酸素および窒素から選ばれた少なくと
   も１種の元素を含む非晶質シリコン薄膜とを交互に積層
   して構成され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）前記微結晶シリコン薄膜および非晶質シリコン薄
   膜の膜厚は３０〜５００Åであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電子写真感光体。
3. （３）前記微結晶シリコン薄膜および非晶質シリコン薄
   膜のうちの少なくともいずれか一方は、周期律表第III
   族および第Ｖ族に属する元素から選ばれた少なくとも一
   種を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   電子写真感光体。
4. （４）前記微結晶シリコン薄膜は、炭素、酸素および窒
   素から選ばれた少なくとも１種を含むことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の電子写真感光体。
5. （５）前記光導電層は、周期律表第III族又は第Ｖ族に
   属する元素から選択された少なくとも一種の元素を含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子写真
   感光体。
6. （６）前記光導電層は、炭素、酸素および窒素のうちの
   少なくとも一種を含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電子写真感光体。
7. （７）前記光導電層の少なくとも一部は微結晶シリコン
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   電子写真感光体。
8. （８）前記光導電層の上に表面層を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の電子写真感光体。