JPS63178254A - 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
体に関する。

［従来の技術］ 水ＩＡＣＨ）を含有するアモルファスシリコン（以下、
ａ　−Ｓｉ：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
メージセンサ等のほか、電子写真プロセスの感光体に応
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、Ｓｅ　、若しくは５ｓ−Ｔｅ等
の無機材料又は＃　ＩＪ　−Ｎ−ビール力ルノｆゾール
（ＰＶＣＺ　）若シくはトリニトロフルオレノン（ＴＮ
Ｆ　）等の有機材料が使用されていた。しかしながら、
ａ−８１：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−８１：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−８１：Ｈは、カールソン方式に木づく感光体の
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
に障壁ノーを設け、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Ｋ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、残留電位が為くなってしまう。−
万、ＦＡ厚が薄いと現像バイアスによシ絶縁破壊を生じ
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う。

一方、二色カラーコピーや、ｆリンクとコピーとの兼用
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
。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りて感度が高く、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、非晶質シリコン薄されることを特徴とす
る。

本発明において用いられる微結晶シリコン（μＣ−５ｔ
　）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、ＸＩｆ８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、ハローのみ
が現れる無定形のａ−８ｔから明確に区別される。第二
に、μｃ−８１の暗抵抗は１０　　Ω・ｍ以上に調整す
ることができ、暗抵抗がｌ　０５Ω・副のポリクリスタ
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
電層３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型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。

更に、電荷発生層６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
１次に説明する通りである。

導電性支持体１は、通常はアルｚニウム製のドラムで構
成される。

１１Ｅ壁Ｍ　２　ハ、　ａ　−８１’ＩＩ膜又はμＣ−
８１薄膜オヨび主としてＢおよびＮからなる半導体薄膜
の超格子構造を有している。このうちａ−８ｉ薄膜又は
μＣ−５ｔ＠膜は水素’り”　ｇ加すｔＬｆｃ　４　（
７）　（μｃ−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り感光体表面の電荷保
持機能を高め、感光体の帝′６Ｌ能を高めるために形成
されるものである。従って、半導体ノーを障壁層に用い
てカールン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２をｐ型またはｎ型とすることができる。即ち、感光
体表面を正帯電させる場合には障壁ノー２をｐ型とし１
表面電荷を中和する電子が電荷発生Ｉ−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
　′ｆｃｎ型とし、表面電荷を中和するホールが電荷発
生ノーへ注入されるのを防止する。障壁ノー２から注入
されるキャリアは元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
キャ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−８ｉｔ−ｐ型にするた
めには、周期律表の第■族に属する元素、例えば硼素Ｂ
、アルミニウムＡｔ　、ガリウムＧａ　、インゾウムＩ
ｎｎ及びタリウムＴｔ等をドーピングすることが好まし
い。また、ａ−ｓｉおよびμｃ−８ｔをｎ型にするため
には周期律表の第■族に属する元素、例えば窒素、燐Ｐ
、砒素ＡｓｗアンチモンＳｂ、及びビスマス旧等をドー
ピングすることが好ましい。

また、超格子構造を構成するａ　−Ｓｔ薄膜又はμｃ　
−Ｓｉ薄膜に炭素、窒素および酸素から選択された元素
の一種以上を含有させることにより、障壁層をより高抵
抗とすることができる。

障壁層２の厚みは、１００Ｘ−１０μｍが好ましい。

障壁層２の上に形成される光導電層３は、ａ−８ｉ　：
Ｈ又はμｃ　−Ｓｉ：Ｈによシ構成することができるＯ
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、元の入射により電荷発生層
６にキヤＩＪ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
のものは電荷輸送層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。＆−８ｉ：）ｉ
およびμｃ　−Ｓｉ：Ｈにおける水素の含有量は、０．
０１〜３０原子チが好ましく、１〜２５原子チがよシ好
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
のとれたものとなシ、光導電特性が向上する。

ａ　−Ｓｌ：Ｈ層をグロー放電分解法により成膜するに
は、原料として８１Ｈ４及び５１２Ｈ６等のシラン類ガ
スを反応室に導入し、高周波によりグロー放電すること
によシ薄層中にＨ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。

−万、ＳｉＦ４ガス及び５ｉｃｚ４ガス等の／％ロデン
化ケイ素を原料ガスとして使用することができる。ま九
、シ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−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すず、
例えば、スパッ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−８ノ層も、ａ　−Ｓｉ：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　−Ｓ
ｉ：Ｈを形成する場合よシも高く設定し。

高周波電力もａ　−Ｓｉ：Ｈの場合よシも高く設定する
と、μｃ−８ｉ：Ｈを形成しやすくなる。また、支持体
温度及び高周波電力を高くすることによシ、シランガス
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ＳｉＨ４及びＳ　ｉ　２Ｈ６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−８ｔ
：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Ｍ４が設けられ
ている。光導’ＨＬ１ｍ３又は電荷発生層６を構成する
ａ　−Ｓｉ：Ｈ等は、その屈折率が３乃至３．４と比較
的大きいため１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／ｌ＃　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、！損失が大きく
なる。このため、餞面層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１表面層を形成
することによシ、帯電能が向上し、表面に電荷がよくの
るようになる。表面ノーを形成する材料としては、ａ　
−８ｉＮ：Ｈ、ａ−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５００ｖの正電圧で帯電させた状態
で元（ｈν）が入射すると、光導電ノー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＃）鰺面層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ノーを通過できず、その結果、残留
電位が高くなってしまう。−万、膜厚が薄いと現像バイ
アスによシ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がンド等の構造欠陥にキャリ
アがトラップされ、残留電位が高くなシ、−万、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。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ｊ−をａＤ
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。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、従来の感光体よシも鮮明な
画像を得ることができる。また、障壁ノーの膜厚を厚く
してもキャリアの移動度や寿命が洛ちることがなく、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図を膠層し、上記冥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、ガス〆ンベ２１，２２，２３．
２４には、例えば夫々ＳｉＨ４゜８２Ｈ６，Ｈ２，ＣＨ
４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２７を介して混合器２８に供給されるようにな
っている。各ゴンペには圧力計２５が設置されておシ、
該圧力計２５を監視しつつバルブ２６をＷＩ４整するこ
とＫよシ混合器２８に供給する各原＠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３ノには、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の上端忙１円板状の支持台３２がその面を回転軸３０
に垂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。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
３６が接続されておシ、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２９は
ダートバルブ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、デートパルプ
３９を開にして反応容器２９内を約０、１　Ｔｏｒｒの
圧力以下に排気する。次いで、ボンベ２１．２２，２３
．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．　Ｑ　Ｔｏｒｒ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により電極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。これによシ、ドラム基体３４上にμｃ　−Ｓｉ：Ｈ
＋　ａ　−Ｓｉ：Ｈが堆積する。なお、原料ガス中にＮ
２０．　ＮＨ３，ＮＯ２，Ｎ２．　ＣＨ４，Ｃ２Ｈ４，
０２，ガス等を使用することによシ、Ｃ，Ｏ，ＮをμＣ
−８ｉ：Ｈやａ　−Ｓｌ：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、
人体に対して安全である０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を施した直径が８０順、幅が
３５０偶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１０−５トルの真空度に排気した。

ドラム基体を２５０℃に加熱しｓ　１０　ｒｐｒｎで自
転させつつ、　５ｉｎ４ガスを３００　ＳＣＣＭ反応室
内に導入し、反応室内の圧力を０．８トルに調整した後
、ｉｏｏｗの高周波電力を印加し、５０Ｘのａ−８ｉ薄
層を形成した。次りで８１Ｈ４の流量をＯとし、Ｎ２で
１５％に希釈されたＢ２Ｈ６ガスを３００８ＣＣＭ導入
し、３００Ｗの高周波電力を印加して、５０Ｘのａ　−
ＢＮ薄層を形成した。

このような操作を繰返して５０層のａ−８ｉ薄層と５０
層のａ　−ＯＮ薄層とからなる５０００Ｘの障壁層を形
成した。

次に、５ｉｎ４ｙｘを３００　ＳＣＣＭ　、　Ｂ２Ｈ６
Ｎ　、ｘ、を５ＩＨ４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、反応容器内をｌ
トルとし、２００Ｗの高周波電力を印加して２５８のａ
　−Ｓｉ：Ｈ光導電層を形成した。

最後に、０．５μｍの厚さのａ　−ＳｉＣ：Ｈからなる
表面層を形成した。

このようＫ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、−６，５Ｖの電圧を印加
したところ、−４００Ｖの表面電位が得られ、５秒後の
保持率は５０％であった。

更に、この感光体を複写機に装着して＃Ｊ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５０Ｘのａ−８ｉ薄
層の代わシに１００Ｘのμｃ　−Ｓｉ　？Ｗ層（結晶度
６５％）を形成し、７５００Ｘの障壁層を形成したこと
を除いて、試験例と同様にして電子写真感光体を形成し
た。なお、μＣ−Ｓｆ薄層は、ＳｉＨ４ガスを２５８Ｃ
ＣＭ　、　Ｈ２ガスを５００　ＳＣＣＭ反応呈内に導入
し、５００Ｗの高周波電力を印加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、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２９の半導
体層を用いているため、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ある。

【図面の簡単な説明】

５ｇ１図は本発明の実り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図は本発明の実ゐ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、非晶質シリコ
   ン薄膜又は微結晶シリコン薄膜と、主として硼素と窒素
   とからなる半導体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）前記障壁層を構成する各薄膜の膜厚は、３０〜５
   ００Å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）前記非晶質シリコン薄膜または微結晶シリコン薄
   膜は周期律表第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）前記非晶質シリコン薄膜又は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。