JPS6385640A - 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） 本発明はシリコンを光導電層に用いた電子写真感光体に
関し、特に帯電特性、暗減衰特性および光感度特性等を
改善した電子写真感光体に係る。

（従来の技術） 水素を含有するアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｔ
　：Ｈと略す）は、近年光電変換材料として注目されて
′１？シ、太陽電池、薄膜トランジスタ、およびイメー
ジセンサ等の外、電子写真プロセスの感光体にも応用さ
れている。

電子写真感光体としてのａ−８ｉ　：Ｈは下記のような
特長を有しているため、従来広く使用されて来た電子写
真感光体の光導電層構成材料、即ちＣｄＳ　。

ＺｎＯ，Ｓｓ、若しくは５ｅ−Ｔｅ等の無機材料や、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≠ン（ＴＮＦ　）等の有機材料に代る
電子写真グロセスの感光体として注目されている。

第一の特長は、　ａ−８１：Ｈが無公害物質であるため
、前記の無機材料および有機材料のように回収処理の必
要がないことである。

第二の特長は、可視光領域で高い分光感度を有し、また
表面硬度が高く耐摩耗性および耐衝撃性が優れている等
の利点を有していることである。

上記特長を有するａ−８ｉ　：Ｈは、カールソン方式（
ゼログラフィ一方式）による感光体として検討が進めら
れている。

（発明が解決しようとする問題点） カールノン方式による感光体には光感度が高いことのみ
ならず、表面電荷を充分に保持できる高い抵抗が要求さ
れるが、この両特性をａ−８ｔ　：Ｈ単一膜構造で満足
させることは困難である。このため、ａ−８ｔ：Ｈ光導
電層と導電性支持体との間に障壁層を設け、且つ光導電
層上に表面電荷保持層を設けた積層型の構造とすること
Ｋよって電荷保持能力を高め、上記の要求を満足させる
手段が採用されている。この場合、障壁層および表面電
荷保持層としてはａ−８ｉが用いられているが、このよ
うに全体がａ−８ｌからなる感光体では、帯電特性、暗
減衰特性および光感度特性において、望ましい特性が得
られないという問題がある。

そこで、これらの問題を解決するため、感光体全体をａ
−８１だけで形成するのではなく、障壁層や表面電荷保
持層としてマイクロクリスタリンシリコン（以下、μｃ
−８ｌと略す）や窒化ホウ素を用いることが考えられる
。しかし、ａ−８ｉとは特性および成膜性の異なる異積
の膜を積層する場合、以下のような問題がある。

（１）　　成膜から感光体を複写機に組込んでの画像形
成に至るまでの間に１層剥離や亀裂の発生が生ずる。

（２）　　層界面に生じたトラップレベルに由来する特
性の劣化、特に感度の低下が生ずる。

以上のような問題は、いずれも層界面の接合性に帰因す
るものである。

本発明は上記事情の下になされたもので、帯電能に優れ
、近赤外領域までの広い波長領域にわたって高い光感度
であシ、かつ各層間の密着性が良好な電子写真感光体を
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、営為研究を重ねた結果、障壁層として窒
化ホウ素からなる層とμｃ−８１からなる表面電荷保持
層からなる積層体の層の厚み方向におけるホウ素原子お
よび窒素原子の濃度分布を連続分布とすることにより、
上記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成する
に至りたものである。

即ち、本発明の電子写真感光体は、導電性支持体と、該
支持体上に形成された窒化ホウ素からなる第１の障壁層
と、該第１の障壁上に形成された窒素原子を含むマイク
ロクリスタリンシリコン（μｃ−３ｌ　）からなる第２
の障壁層と、該第２の障壁層上に形成された５原子チ以
下の水素原子を含むアモルファスシリコン（ａ−８ｉ　
）からなる光導電性層と、該光導電性層上に形成された
窒化ホウ素からなる表面電荷保持とを具備し、前記導電
性支持体上に形成された各層からなる積層体の層の厚み
方向におけるホウ素原子および窒素原子の濃度分布が連
続であることを特徴とする。

本発明の感光体において、第１の障壁層の厚みは２００
〜５，０ＯＯＸ、第２の障壁層の厚みは２００〜５，０
ＯＯＸ、表面電荷保持層の厚みは５００〜１０．０００
Ｘであるので好ましい。

第２の障壁層および表面電荷保持層を構成するμｅ−８
ｔは、粒径が約数十オンゲストロムの微結晶シリコンと
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／ｆ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−
３ｉの暗抵抗は１０１０Ω・１以上に調整することがで
き、暗抵抗が１０５Ω・画のポリクリスタリンシリコン
からも明確に区別される。

μｃ−８ｉに窒素原子を添加するのは、μｅ−８ｉの暗
抵抗を大きくし、感光体の光導′ＩＬ％性を高めるため
である。窒素原子の含有量は２〜５０原子係が好ましい
、窒素原子はμｃ−８ｔの粒界に析出し、Ｓｉのダング
リングボンドのターミネータ−として作用してバンド間
の禁制帯中に存在する状態密度を減少させるものと考え
られる。

μｅ−８ｌの導電型は、ｐ型であっても、ｎ型であって
も、またｌ型であってもよい。μｃ−８ｔをｐ型とする
ためにドーピングする不純物元素としては、周期律表第
■族の元素例えばＢ、Ａｔ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｔ等が好ま
しい。μｅ−８ｉをｎ型とするためにドーピングする不
純物元素としては、周期律表第Ｖ族の元素例えばＮ、Ｐ
、Ａｓ％ｓｂ％Ｂ１等が好ましい。

これら不純物元素のドーピングは、支持体から電荷が光
導電層に注入されるのを防止するため、光導電特性を高
めるため、又はｉ型としてμｃ−８ｔを高抵抗化するた
めに行なわれる。

μｃ−８ｉ層およびＢＮ層の形成は、ａ−Ｓｉ層の形成
と同様にして、シランガス等を原料ガスとして用いた高
周波グロー放電によシ行なうことができる。

ただし、ａ−８１層の形成の場合よりも支持体の温度を
高めに設定し、高周波電力も大きくすることにより容易
に形成することができる。このように支持体温度を高め
、高周波電力を大きくすることにより、原料ガスの流量
を増大させることも可能となシ、その結果成膜速度を増
大させることができる。また、原料ガスを水素で希釈し
た場合には特にμｃ−８ｌが効果的に形成できる。

μｃ−８ｉ層中には水素が０．１〜３０原子俤含まれて
いることが望ましい。水素を含有することにより暗抵抗
と明抵抗との比が調和のとれたものとなり、光導電特性
が改善される。μｅ−８ｔ層中への水素の添加は、例え
ばグロー放電分解法によりμｃ−３１層の形成を行なう
場合には、原料ガスとしてのＳｉＨやＳ　ｉ　２Ｈ６等
のシランガスとキャリアガスとしての水素等を反応室に
導入してグロー放電を行なうことによシ実施できる。別
の方法として、ｓｉｐ　＋５ｔｃｚ４等のハロゲン化ケ
イ素と水素の混合ガスを原料としてもよく、また、シラ
ン類とハロゲン化ケイ素の混合ガス系において反応を行
なわせてもよい。

なお、成膜は、グロー放電分解法に限らず、スパッタリ
ング法によシ形成することも可能である。

（実施例） 以下、グロー放電法を用いて本発明の電子写真感光体を
呉造した例について具体的に説明する。

第１図は本発明の電子写真感光体の製造に用いた装置を
示す。同図において、ガスボンベ１，２゜３．４には、
例えば夫々ＳｉＨ４，Ｂ２Ｈ６，Ｈ２，ＣＨ４等の原料
ガスが収容されている。これらガスゴンペ内のガスは、
流量調整用のパルプ６及び配管７を介して混合器８に供
給されるようになりている。

各ボンベには圧力計５が設置されており、該圧力計５を
監視しつつパルプ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６反
応容器９の底部１１には、回転軸１０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１０の上端に
、円板状の支持台１２がその面を回転軸ＩＱに垂直にし
て固定されている０反応容器９内には、円筒状の電極３
がその軸中心を回転軸１０の軸中心と一致させて底部１
１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源１６が接続され
ており、電極１３およびドラム基体１４間に高周波電流
が供給されるようになっている０回転軸１０はモータ１
８により回転駆動される０反応容器９内の圧力は圧力計
１７によシ監視され、反応容器９はデートパルプ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
。

第２図は、本発明の電子写′：ｆｃ感光体の断面図であ
る。ドラム基体１４上には、それぞれの１間に緩衝層２
０を間にはさんで、第１の障壁層２１、第２の障壁層２
２、光導電層２３および表面電荷保持層２４が順次積層
されている。

上記型造装置により感光体を判造する場合には。

反応容器９内にドラム基体１４を設置した後、ダートパ
ルプ１９を開にして反応容器９内を約０．１Ｔｏｒｒの
圧力以下に排気する。次いで、ポンベ１゜２．３．４か
ら所要の反応が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．　ＯＴｏ
ｒｒ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によシミ極１３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。これによシ、ドラム基体１４上に各
層が堆積する。

なお、原料ガス中にＮ２０、ＮＨ３、Ｎｏ２、Ｎ２、Ｃ
Ｈ４、Ｃ２Ｈ４，０２ガス等を使用することによυ、こ
れらの元素を各層中に含有させることができる。

次に、第１図に示す装置を用いて成膜し、本発明に係る
電子写真感光体（実施例）と実施例と比較するための電
子写真感光体（比較例）をそれぞれ製造し、それらの特
性を試験した結果について説明する。

実施例 第１図に示す装置を用い、次の各工程によシＡｔドラム
基体１４上に成膜を行なった。

（１）昇温 反応容器９内にＡｔドラム基体１４を設置した後。

排気系を作動させ、反応容器内を１０−３ｔｏｒｒ以下
とするとともに、Ａｔドラム基体１４をヒーター１５に
より３００℃に昇温する。

（２）　　第１の障壁層ＣＢＮ層）の形成反応容器９内
にＨ・で希釈された１　％　Ｂ２Ｈ６ガスを流量６０　
ＳＣＣＭで、Ｎ２ガスを流−１ｉ８００ｓｅｃＭでそれ
ぞれ導入し、反応容器９内の圧力を０．５ｔｏｒｒとす
る。次に、高周波電源１６から電極１３に１３．５６Ｍ
Ｈｚ、１　ｋＷのＲＦ定電力印加し、グロー放電を生ぜ
しめ、ドラム基体１４上にＢＮ層を形成する。

この条件で６分３０秒間成膜を続け、第１の障壁層を形
成する。

（３）第２の障壁層（μｃ−８ｔ層）の形放第１の［壁
層の成膜に引続き、ガスおよびＲＦ定電力供、袷を停止
することなく、次のように成膜条件を変化させる。即ち
、ガス流量について、Ｂ２Ｈ６，ｆｘを６０　ＳＣＣＭ
から１５ＳＣｃＭへ、Ｎ２ガスを８００　ＳＣＣＭから
２６０　ＳＣＣＭへと変化させる。

また、ＢＮ層形成には用いられなかったＳｉＨ４ガスを
ＯＳＣＣＭから８０　ＳＣＣＭまで導入する。更に、印
加電力を１　ｋＷから１．２　ｋＷへと変化させる。

このような底膜条件の変化に要する時間は１０分間であ
る。ガス流量およびＲＦ定電力変化量は、仕過時間に比
例させてもよく、あるいは適宜変化させてもよい。成膜
条件が変化している間に形成された膜が緩衝層である。

成膜条件の変化の完了後の条件を４０分間維持して、ｐ
型のμｅ−８１：Ｎからなる第２の障壁層の成膜を終了
する。

（４）光導電性層（ａ−８ｌ：Ｈ層）の形成第２の障壁
層の形成後、原料ガスの供給およびＲＦ定電力印加を停
止することなく、そのまま成膜条件を変化させるだけで
ａ−３ｔ　：Ｈからなる光導電性層を形成する。即ち、
Ｓ　ｉＨ４がスの流量を８０ＳＣＣＭから１２０　ＳＣ
ＣＭへと、Ｎ２ガスの流量を２６０　ＳＣＣＭから３０
　ＳＣＣＭへと、Ｂ２Ｈ６がス（１壬）を１５　ＳＣＣ
Ｍから５　ＳＣＣＭへと変化させる。また、新たにＡｒ
ガスをＯから３００　ＳＣＣＭまで流す。同時に、印加
電力を１．２　ｋＷから０．２　ｋＷへと変化させる。

このような成膜条件の変化に要する時間は１０分間であ
る。ガス流量およびＲＦ定電力変化量は。

経過時間に比例させてもよく、あるいは適宜変化させて
もよい、成膜条件が変化している間に形成された膜が緩
衝層である。

成膜条件の変化の完了後の条件を７時間維持して、窒素
原子を含むｐ型のａ−８ｉ　：Ｈからなる光導電性層の
成膜を終了する。この光導電性層の膜厚は２８μｍであ
り、まだ水素原子濃度は３憾であった・ （５）　　表面電荷保持層（ＢＮ層）の形成光導電性層
の形成後、原料ガスの供給およびＲＦ主電力印加を停止
することなく、そのまま成膜条件を変化させるだけでＢ
Ｎからなる表面電荷保持層を形成する。即ち、ＳｉＨ４
ガス流量を１２０ＳＣＣＭからＯＳＣＣＭへ、Ｎ２ガス
流量を３０　ＳＣＣＭから８００　ＳＣＣＭへ、Ｂ２Ｈ
６ガス（１俤）流量を３０ＳＣＣＭから５ＳＣＣＭへ、
Ａｒがスを３００　ＳＣＣＭから２０　ＳＣＣＭへと変
化させる。同時に、印加電力を０、２　ｋＷから１　ｋ
Ｗへと変化させる。

このような成膜条件の変化に要する時間は１０分間であ
る。ガス流量およびＲＦ主電力変化量は、経過時間に比
例させてもよく、あるいは適宜変化させてもよい。成膜
条件が変化している間に形成された膜が緩衝層である。

成膜条件の変化の完了後の条件を４分間維持してＢＮか
らなる表面電荷保持層の成膜を終了する。

以上のようＫして本発明の実施例に係る電子写真感光体
を完成した。

比較例 各層の成膜終了ごとにガスおよびＲＦ主電力供給を停止
し、１旦反応容器を１０　　ｔｏｒｒ程度の真空にひい
た後に次の層の成膜を行なうことを除き、上述と同様の
条件で、電子写真感光体を作製した。

この比較例に係る電子写真感光体が実施例に係る電子写
真感光体と異なる点は、各層の成膜操作の間に反応容器
内のガスが充分に排気されるため、ＢおよびＮ原子の濃
度分布が層間において不連続であることである。従って
、各層間には緩衝層は存在しない。

特性評価 本発明の実施例に係る電子写真感光体と比較例に係る感
光体の種々の特性を比較評価した。その結果は次の通り
である。

（１）　　帯電能、光感度 ＋６ｋＶを印加した際の表面電位は、実施例の場合６２
０Ｖ、比較例の場合４５０ｖであり、実施例の感光体の
方が優れた帯電能を有している。

また、比較例の感光体の光感度が０．６　ｔｕｘ＊ａｓ
ｃであるのに対し、実施例の感光体の光感度は０．５Ｌ
ｕｘ］＠ｃと優れている。

このように比較例の感光体の特性が劣っているのは、各
層界面の接合状態が不良であるためドラッグレベルが生
じ、これが特性の劣化を招いているものと考えられる。

これに対し、実施例の感光体では、各層界面においてＢ
およびＮ原子のａｆ分布が連続であるため、接合性が良
好であシ、トラップレベルが非常に少ない。従って優れ
た帯電能および光感度を示す。

（２）　　製造時の良品率 製造中における膜の剥離と亀裂の発生による不良品の数
から良品率を求めたところ、下記表１に示す結果を得た
。

表　　１ 表１から、実施例の感光体が優れた良品率を示すことが
わかる。これは、実施例の感光体が製造時における膜の
剥離および亀裂が生じに＜＜、各層間における良好な接
合性を示すためと考えられる。

（３）画像評価 実施例と比較例の感光体を複写機に装填し、所定枚数の
複写を行ない、それらの画像の状況を評価した。その結
果を下記表２に示す。

表　　２ ◎：極めて良好　　　○：良好 Δ二やや不良　　　　　×：不良 表２から、実施例に係る感光体は複写枚数が増すにつれ
てその長所が発揮され、かつ長寿命であることがわかる
。これは１画像形成時においては、感光体はクリーニン
グブレード等によりこスラれるのであるが、各層間の接
合性が良好なため、剥離および亀裂が生じにくいことに
よるものである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によると、奎電特性および
感度に優れ、多数枚の画像出しに対しても良好な画像を
得ることができ、かつ製造時の歩留まりの高い電子写真
感光体が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電子写真感光体を製造するために用
いられる装置の概略図、および第２図は、本発明の電子
写真感光体を示す断面図である。 １．２，３．４・・・ガスボンペ、５・・・圧力計、６
・・・パルプ、７・・・配管、８・・・混合器、９・・
・反応容器、１０・・・回転軸、１２・・・支持台、１
３・・・電極、１４・・・ドラム基体、２０・・・緩衝
層、２１・・・第１の障壁層、２２・・・第２の障壁層
、２３・・・光導電性層、２４・・・表面電荷保持層。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性支持体と、該支持体上に形成された窒化ホ
   ウ素からなる第１の障壁層と、該第１の障壁層上に形成
   された窒素原子を含むマイクロクリスタリンシリコンか
   らなる第２の障壁層と、該第２の障壁層上に形成された
   ５原子％以下の水素原子を含むアモルファスシリコンか
   らなる光導電性層と、該光電性層上に形成された窒化ホ
   ウ素からなる表面電荷保持層とを具備する電子写真感光
   体において、前記導電性支持体上に形成された各層から
   なる積層体の層の厚み方向におけるホウ素原子および窒
   素原子の濃度分布が連続であることを特徴とする電子写
   真感光体。
2. （２）前記第２の障壁層を構成するマイクロクリスタリ
   ンシリコンは、ｐ−型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）前記第２の障壁層を構成するマイクロクリスタリ
   ンシリコンは、ｎ−型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。
4. （４）前記連続の濃度分布は、各層の形成に用いられる
   原料ガスおよび／またはＲＦ電力の供給を、前記積層体
   の形成プロセス中を通して停止することなく継続するこ
   とにより得られることを特徴とする特許請求の範囲第１
   〜３項のうちのいずれか１項記載の電子写真感光体。