KR910006737B1 - 전자사진 광수용기 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
[발며의 명칭]
전자사진 광수용기 제조방법
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 산화 알미늄으로 구성되는 전하 이송층을 탑재하는 전자사진 광수용기를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 수년동안 주로 무정형 실리카로 제조된 층을 갖는 무정형 실리콘을 기재로 한 전자사진 광수용기가 감광재로서 관심을 끌어왔다. 이러한 이유는 무정형 실리콘 자체가 종래의 전자사진 광수용기의 수명을 급격히 개선해 주는 가능성을 갖고 있으며, 또한 그것은 전자사진 광수용기에 적용할 경우, 전기적으로 안정된 반복 특성을 갖고 있으며, 고경도성, 열안전성을 갖고 있으며, 또한 장 수명을 갖고 있는 전자사진 광수용기가 얻어질 수 있기 때문이다. 이러한 관점으로 부터 JP-A-54-78135와 JP-A-54-86341에 기재된 바와같은 여러 가지 무정형 실리콘을 기재로 한 전자사진 광수용기가 제안되었다.(여기서 용어 "JP-A"는 일본 미심사 공개 특허공보를 말함).
이들 가운데 전자사진 광수용기들은 소위 기능분리형 감광층 즉, 광 조사시 전하 캐리어를 발생시키기 위한 전하 발생층과 전하 발생층내에 발생되는 전하 캐리어가 고효율로 주입되며, 또한 그 전하 캐리어가 효율적으로 이동할 수 있는 전하 이송층으로 구성되는 감광층을 갖는 무정형 실리콘 전자사진 광수용기가 있다. 기능분리형 무정형 실리콘 전자사진 광수용기의 전하 이송층으로서 예를 들어, 글로우 방전에 의해 실란화합물(예,실란 또는 디실란)가스, 탄소, 산소 또는 질소함유 가스의 혼합가스다. 소량의 Ⅲ족 또는 Ⅴ족 원소함유가스(예, 포스핀 또는 디보란)을 분해하여 얻어지는 바와같은 약 5∼100㎛의 피막두께를 갖는 무정형 실리콘피막이 JP-A-62-9355에 기재된 바와같이 사용된다.
일반적으로 전하 이송층과 전하 발생층으로 분할된 전자사진 광수용기에서, 감광층들중에서 최대 피막두께를 갖는 전하 이송층은 충전특성을 갖고 있다. 그러나, 상술한 바와같은 실란 화합물의 글로우 방전분해에 의해 얻은 수소화 무정형 실리콘피막의 전하 이송층을 사용하는 전자사진 광수용기의 충전 특성은 대전 전위가 약 30V/㎛이하가 되는 그러한 것으로 충분히 만족스럽지 못하다. 더욱이, 그의 암 붕괴율(dark decay rate)은 그의 사용조건에 따라 다르지만 일반적으로 아주 높은 약 20%/초 이상이다. 이러한 이유 때문에 그러한 무정형 실리콘을 기재로 한 전하 이송층을 사용하는 전자사진 광수용기는 그 응용면에 있어 비교적 고속 시스템으로 제한되거나 또는 충분한 고대전 전위가 얻어질 수 없기 때문에 특정 현상 시스템을 필요로 한다. 대전전위를 증가시키기 위해서는 전하 이송층의 두께를 증가시키기만 하면 된다. 그러나, 이와 같이 그 층의 두께를 증가시키기 위해서는 제조시간이 길어야 하고, 더욱이 통상의 제조공정에 의하면 그러한 두께운 피막의 형성으로 인해 피막결함 발생 가능성이 증가되어 수율이 감소되어 제조 코스트가 증가하게 된다.
상술한 바와 같은 종래의 문제점을 극복하기 위해, 본 발명자들은 JP-A-63-63051에서 전하 이송층으로서 산화 알미늄층을 사용하는 전자사진 광수용기를 제안한 바 있다. 좀 더 연구한 결과로서, 산화 알미늄 피막을 특정 방법에 의해 제조할 경우, 좀 더 바람직한 결과가 얻어질 수 있음이 밝혀졌다.
본 발명의 목적은 전하 이송층으로서 산화 알미늄층을 사용하는 전자사진 광수용기를 제공하는데 있다.
본 발명은 산화 알미늄으로 구성되는 전하 이송층을 형성하고, 그 다음 그위에 주로 무정형 실리콘으로 구성되는 전하 발생층을 형성하거나 또는 기판상에 주로 무정형 실리콘으로 구성되는 전하 발생층으로 형성하고 그 다음 그 위에 산화 알미늄으로 구성되는 전하 이송층을 형성하는 단계들을 포함하며, 전하 이송층은 기판을 50℃ 이상으로 유지하면서 이온 도금법에 의해 알미늄 또는 알미늄 함유 화합물을 사용하여 형성되는 전자사진 광수용기를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 양호한 실시예들을 예로들어 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 사용되는 기판으로서 전기적으로 도전성인 기판과 전기적으로 절연성인 기판들이 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 전기적으로 도전성인 기판은 스테인레스 스틸 및 알미늄 또는 합금과 같은 금속필름 또는 쉬트들을 포함한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 전기적으로 절연성인 기판은 폴리에스터, 폴리에티렌, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 및 폴리아미드와 같은 합성수지류, 유리류, 세라믹류 및 종이 필름 또는 쉬트들을 포함한다. 전기적으로 절연성 기판의 경우에 기타층과 접촉될 적어도 일측을 전기적으로 도전성으로 할 필요가 있다. 전기적으로 도전성으로 할 이러한 처리는 예를 들어 전기적으로 도전성 기판내에 사용될 금속의 진공증착, 스퍼터링 또는 적층에 의해 달성될 수 있다. 기판의 형상은 정해진 것이 아니고 예를들어 원통형, 벨트형 또는 판형일 수 있다. 더욱이 기판은 복수층 구조일 수 있다. 기판의 두께는 제조될 전자사진 광수용기의 특성에 따라 적당히 결정될 수 있는 것으로 통상적으로 기판의 두께는 10㎛이상이 적당하다. 특히 바람직하게는 기판의 두께는 0.1∼5㎛가 좋다.
기판상에는 전하 발생층과 전하 이송층으로 구성되는 감광층이 형성된다. 그 층들 중 어느것을 먼저 형성할 수도 있다.
본 발명의 전하 이송층은 알미늄의 산화물로 만들어지는 것으로 가시광선 영역에서 사실상 감광성을 갖고 있지 않다. "가시광선 영역에서 감광성이 없다"라는 의미는 그 층이 가시광선 영역 범위내에 있는 파장을 갖는 광으로 조사될시 양의 정공-전자 쌍으로 구성되는 전하 캐리어를 발생시키지 못함을 뜻한다. 따라서 본 발명의 감광층은 JP-A-55-87155와 JP-A-59-12446에 제안된 바 있는 ZnO와 TiC가 증감 염료와 더불어 접착수지내에 분산되어 있는 전자사진 감광층과 증착된 챨코겐 피막 예, Se,Se-Te 및 S 그리고 Si 피막이 적층된 전자사진 감광층과 구조가 완전히 다르다. 본 발명의 전하 이송층은 자외선에 대해 감광성을 갖고 있다.
본 발명의 전하 이송층은 이온 도금법에 의해 형성되며, 또한 이 형성방법은 기판온도를 50℃ 이상으로 유지시키는 동안 수행되야 한다. 만일 기판 온도가 50℃ 이하일 경우 형성된 전하 이송층은 바람직하지 않게 낮은 피막경도를 갖는다. 기판온도는 일반적으로 50∼800℃, 바람직하게 100∼600℃, 좀더 바람직하게는 전하 이송층을 형성하는 방법을 이후 설명한다.
알미늄 또는 알미늄 산화물을 원료로서 사용할 수 있다. 그 원료는 진공 용기내에 설비되는 바와같이 물로 냉각시킬 수 있는 무산소 구리 도가니내에 삽입된다. 이 경우에 원할 경우, 산소가스를 진공용기내에 별도로 직접 도입할 수도 있다. 피막형성 조건과 관련하여 진공용기내의 진공도는 1×10-2∼1×10-7Torr이고, 이온화 전극에 걸리는 전압은 +1∼+700V이고, 열전자 필라멘트에 걸리는 전압은 0∼500V이고, 열전자 필라멘트의 전류는 0∼150A이고, 기판에 걸리는 바이어스 전압은 0∼-200A이고, 전자층 전압은 0.5∼20KV, 그리고 전자층 전류는 0.5∼1000mA이다. 기판온도는 50℃ 이상으로 조정된다. 산화 알미늄으로 구성되는 전하 이송층의 피막두께는 이온 도금 시간을 조절함으로서 적당히 조절될 수 있다. 본 발명에서 전하 이송층의 피막두께는 일반적으로 2∼100㎛, 좀 더 바람직하게는 3∼30㎛이다.
전하 발생층은 주성분으로서 무정형 실리콘을 포함한다. 주로 실리콘으로 제조되는 전하 발생층은 글로우 방전법 스퍼터링법, 이온 도금법 또는 진공증착법에 의해 형성될 수 있다. 비록 피막형성법이 목적에 따라 적당히 선택될지라도, 실란(SiH4) 또는 실란을 기재로 하는 가스를 프라즈마 CVD법에 따라 글로우 방전분해하는 방법이 바람직하게 사용된다. 이 방법에 의하면 적당한 량의 수소를 함유하는 비교적 고암 저항성분과 고감 광도의 피막이 형성될 수 있으며, 또한 전하 발생층으로서 양호한 특성이 얻어질 수 있다.
프라즈마 CVD법을 이하에 설명한다.
주성분으로서 무정형 실리콘을 함유하는 전하 발생층의 형성시에 사용하기 위한 원료로서, 실란류 예를 들어, 실란과 디실란이 사용된다. 전하 발생층을 형성할 시에 원할 경우 , 캐리어 가스, 예 수소, 헬륨, 아르곤 및 네온이 사용될 수 있다. 전하 발생층의 암저항 성분을 제어하거나 또는 대전극성을 제어하기 위해 상기 가스에 도우판트가스, 예, 디보란(B2H6)가스, 포스핀(PH3) 가스등을 도입함으로서 피막에 불순물 원소 예, 붕소(B)또는 인(P)를 첨가할 수 있다. 또한 암저항성분, 감광성 또는 충전성(피막두께당 충전능력 또는 대전 전위)를 증가시킬 목적으로 전하 발생층내에 예를들어 할로겐원자, 탄소원자, 산소원자 또는 질소원자를 혼합할 수 있다. 더욱이, 장파장 영역내에서 감도를 증가시키기 위해 예를들어 게르마늄(Ge)와 주석원소를 첨가할 수 있다. 전하 발생층은 주성분으로서 무정형 실리콘과 일반적으로 1∼40원자%, 바람직하게는 5∼20원자%의 수소를 함유하는 것이 특히 좋다. 피막두께는 일반적으로 0.1∼30/㎛, 바람직하게는 0.2∼5㎛가 좋다. 전하 발생층은 전하 이송층 위 또는 아래에 제공될 수 있다.
본 발명의 전자사진 광수용기에서, 원할 경우, 전하 발생층 및 /또는 전하 이송층 조립체 위 또는 아래에 상호 인접한 관계로 다른 층을 형성할 수도 있다. 이들 다른 층들로서, 다음 것들이 있다.
전하 차단층으로서, 무정형 실리콘에 Ⅲ 또는 Ⅴ족 원소를 첨가함으로서 얻어지는 바와같은 P-형 반도체 층 또는 n-형 반도체 층 또는 예를들어 질화실리콘, 탄화실리콘, 산화실리콘 또는 무정형 탄소의 절연층이 사용될 수 있다. 접착층으로서, 무정형 실리콘에 질소, 탄소, 산소등을 첨가하여 얻어지는 바와 같은 층이 사용될 수 있다. 그밖에 ⅢB와 Ⅴ족의 원소를 동시에 함유하는 층과 광수용기의 전기 및 영상 특성을 조절할 수 있는 층이 사용될 수 있다. 상기 각 층들의 피막두께는 적당히 결정될 수 있는 것으로 통상 0.01∼10㎛의 범위내이다.
본 발명에서, 광수용기 표면과 기판측으로부터 전하 이송층으로 전하의 주입을 억제하기 위해 그리고 좀 더 높은 충전성과 저암 붕괴성을 갖는 광수용기를 얻기위해 전하차단층을 기판과 전하 발생 또는 이송층간에 및/또는 광수용기의 표면상에 제공할 수도 있다. 더욱이, 코로나 이온들로 인한 광수용기 표면의 전하량을 방지하도록 표면 보호층을 제공할 수도 있다.
상기 층들은 프라즈마 CVD법에 의해 형성될 수 있다. 전하 발생층의 경우에 언급한 바와 같이, 불순물 원소를 첨가할 때 불순물 원소를 함유하는 가스물질을 프라즈마 CVD장치내에 실란가스와 더불어 도입하여 글로우 방전분해 시킨다. 각 층의 형성시에 Ac 방전과 Dc방전 어느거나 유효하게 사용될 수 있다. 즉, 주파수는 통상 0.1∼30MHz, 바람직하게는 5∼20MHz, 방전시의 진공도는 0.1∼5Torr(13.3∼667Pa), 그리고 기판 가열온도는 50∼400℃이다.
본 발명에 의해 얻어지는 전자사진 광수용기에서 산화 알미늄층이 전하 이송층으로서 작용하는 이유가 뚜렷하지 않다. 그러나 , 그것은 산화 피막이 인터페이스(계면)내에 포획함이 없이 그와 접촉상태로 제공되는 전하 발생층에서 발생되는 전하 캐리어를 효율적으로 주입시키고, 또한 그와 동시에 기판측으로부터 전하의 불필요한 주입을 방지하는 기능을 갖고 있기 때문인 것으로 생각된다. 결국, 전자사진 광수용기는 약 45V/㎛ 이상의 충전성과 약 5∼15%/초 정도로 낮은 암 붕괴율을 갖고 있다.
본 발명에 의하면, 상술한 바와같이 산화 알미늄으로 구성되는 전하 이송층은 기판을 50℃ 이상으로 가열시키는 동안 이온 도금법에 의해 형성된다. 결국, 얻어지는 전하 이송층은 고피막 경도를 가지며 또한 얻어지는 전자사진 광수용기는 양호한 충전성과 저암 붕괴율을 갖는다. 즉, 광수용기는 약 45V/㎛이상의 충전성과 약 5∼16%초 정도로 낮은 암 붕괴율을 가지며, 또한 고감도를 갖고 있다.
본 발명은 다음과 같은 실시예들을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.
[실시예1]
Si : H(비 도우프 되는) 피막을 약 120mm 직경의 알미늄 파이프상에 1㎛의 두께로 형성했다. 즉, 200ml/분의 실란가스(SiH4)를 용량 결합형 프라즈마 CVD장치에 도입한 다음, 압력을 1.0Torr로 유지시켰다. 기판온도는 250℃로 했다. 글로우 방전을 15분 동안 13.56MHz의 주파수와 270W의 출력에서 행했다.
그 다음, 이온 도금법에 의해 Si : H 피막상에 산화 알미늄층을 형성했다. 즉, 수냉식 무산소 구리도가니속에 99.99%의 알루미나를 넣고 2×10-5Torr의 진공도를 유지시킨 후, 산소가스를 도입하고 가스유속을 조절하여 진공도를 2×10-4Torr로 유지시켰다. Si : H층이 피복된 상기 알미늄 파이프를 270℃로 가열하고 전자총에 8.5KV의 전압을 걸고 또한 파워출력을 전류가 260mA가 되도록 세트시켰다. 이때에 이온화 전극의 전압을 80V로 세트시키고 -500V의 바이어스 전압을 기판에 걸었다. 기판 근처에 제공되는 석영 진동기 두께 측정기를 사용하여 증착 속도를 36Å/초로 유지하도록 전자 빔의 파워를 조절했다. 이 방법으로, 피막을 약 30분에 걸쳐 형성한 다음 투명피막을 얻기위해 진공시스템을 취출했다. 산화 알미늄 피막의 두께는 약 5.5㎛이었다. 위에서 얻어지는 전자사진 광수용기의 표면경도는 비커의 경도(하중=10%)로 환산하여 710이었다.
위에서 얻은 샘플을 40rpm으로 회전시키면서 코로나 충전시켰다. +20㎂/cm의 드럼 전류에서, 코로나 충전으로부터 0.1초후의 표면 전위는 약 +295V이었다. 초기 표면 전하의 1/2 붕괴에 필요한 광에너지는 550m에서5.9erg/cm2이었으며, 이때 잔여 전위는 약 +33V이었다. 암 붕괴율은 14%/초이었다.
샘플을 통상의 용지 복사기(후지 제록스사에 의해 제조되는 "모델 3500")상에 올려놓고, 화상·형성시에 깨끗하고 선명한 화상이 얻어질 수 있다.
[비교 실시예 1]
가열함이 없이 알미늄 파이프를 실온(20℃)에 유지시키면서 이온 도금을 수행하는 것을 제외하고 실시예1과 동일한 방법으로 전자사진 광수용기를 제조했다. 전자사진 광수용기의 표면경도는 비커스경도(하중=10g)로 환산하여 640이었다.
[실시예 2]
피막들의 증착순서를 바꾼 것을 제외하고 실시예1에서와 동일한 방식에 의해 5.5㎛ 두께의 산화 알미늄층을 형성한 다음 그위에 1㎛두께의 Si : H 피막을 형성했다. 그 다음, 표면 보호층으로서 500Å 두께의 SiNx 피막을 프라즈마 CVD 장치에서 적층시켰다.
SiNx 피막을 다음과 같은 조건하에서 형성했다.
실란의 유속 50ml/분
암모니아의 유속 30ml/분
수소의 유속 200ml/분
반응기 압력 0.5Torr
RE 파워 80W
증착시간 6분
기판온도 250℃
결과로 얻은 샘플을 40rpm으로 회전시키면서 코로나 충전시켰다. -20㎂/cm의 드럼전류에서, 코로나 충전으로부터 0.1초 후 표면 전위는 약 -340V이었다. 초기 표면 전하의 1/2 붕괴에 필요한 광에너지는 550mm에서 7.1erg/cm2이었으며, 잔여 전위는 약 -50V이었다. 암 붕괴율은 13%/초이었다.
[실시예 3]
Si : H(비 도우프) 피막을 약 120mm의 직경을 갖는 알미늄 파이프상에 1㎛두께로 형성했다. 즉, 500ml/분의 실란가스(SiH4)를 용량 결합형 프라즈마 CVD 장치내로 도입한 다음 압력을 1.0Torr로 유지시켰다. 기판온도는 250℃로 했다. 글로우 방전을 12분 동안 400W의 출력과 13.56MHz의 주파수에서 행했다.
그 다음, 이온 도금법에 의해 Si: H 피막상에 산화 알미늄층을 형성했다. 즉, 수냉식 무산소 구리도가니속에 99.99%의 알루미나를 넣고 8×10-5Torr의 진공도를 유지시킨 후, 산소가스를 도입하고 가스유속을 조절하여 진공도를 2×10-4Torr로 유지시켰다. Si : H층이 피복된 상기 알미늄 파이프를 250℃로 가열하고 전자총에 9.0KV의 전압을 걸고 또한 파워출력을 전류가 400mA가 되도록 세트시켰다. 이때에 이온화 전극의 전압을 80V로 세트시키고 -600V의 바이어스 전압을 기판에 걸었다. 또한 60A의 Ac 전류를 구리도가니의 상부로부터 12mm 부근에 제공된 열전자 필라멘트 (즉, 텅스텐 필라멘트)에 걸어 그 필라멘트를 붉게 가열된 상태로 유지시켰다. 기판 근처에 제공되는 석영 진동기 두께 측정기를 사용하여 증착 속도를 30Å/초로 유지하도록 전자 빔의 파워를 조절했다. 이 방법으로, 피막을 약 30분에 걸쳐 형성한 다음 투명피막을 얻기위해 진공시스템을 취출했다. 산화 알미늄 피막의 두께는 약 5㎛이었다. 위에서 얻어지는 전자사진 광수용기의 표면경도는 비커의 경도(하중=10g)로 환산하여 780이었다.
위에서 얻은 샘플을 40rpm으로 회전시키면서 코로나 충전시켰다. +20㎂/cm의 드럼 전류에서, 코로나 충전으로부터 0.1초후의 표면 전위는 약 +350V이었다. 초기 표면 전하의 1/2 붕괴에 필요한 광에너지는 550m에서 5.5erg/cm2이었으며, 이때 잔여 전위는 약 +45V이었다. 암 붕괴율은 16%/초이었다.
샘플을 통상의 용지 복사기(후지 제록스사에 의해 제조되는 "모델 3500")상에 올려놓고, 화상 형상시에 깨끗하고 선명한 화상이 얻어질 수 있다.
[비교 실시예 2]
가열함이 없이 알미늄 파이프를 실온(20℃)에 유지시키면서 이온 도금을 수행하는 것을 제외하고 실시예3과 동일한 방법으로 전자사진 광수용기를 제조했다. 전자사진 광수용기의 표면경도는 비커스경도(하중=10g)로 환산하여 570이었다.
[실시예 4]
피막들의 증착순서를 바꾼 것을 제외하고 실시예3에서와 동일한 방식에 의해 약 7㎛두께의 산화 알미늄층을 형성한 다음 그위에 1㎛ 두께의 Si : H피막을 형성했다. 그다음, 표면 보호층으로서 500Å 두께의 SiNx 피막을 프라즈마 CVD 장치에서 적층시켰다.
SiNx 피막을 다음과 같은 조건하에서 형성했다.
실란의 유속 200ml/분
암모니아의 유속 210ml/분
수소의 유속 500ml/분
반응기 압력 1.0Torr
RE 파워 200W
증착시간 4분
기판온도 250℃
결과로 얻은 샘플 40rpm으로 회전시키면서 코로나 충전시켰다. -20㎂/cm의 드럼전류에서, 코로나 충전으로부터 0.1초 후 표면 전위는 약 -380V이었다. 초기 표면 전하의 1/2 붕괴에 필요한 광에너지는 550mm에서 6.4erg/cm2이었으며, 잔여 전위는 약 -100V이었다. 암 붕괴율은 15%/초이었다.
본 발명을 특정 실시예를 참고로 하여 상세히 설명했으나 본 발명의 정신과 범위로부터 벗어나지 않는 범위내에서 여러 수정 변경이 가능하다.
Claims (9)
- 기판상에 산화 알미늄으로 구성되는 전하 이송층을 형성한 다음, 그 위에 주로 무정형 실리콘으로 구성되는 전하 발생층을 형성하거나 또는 (2) 기판상에 주로 무정형 실리콘으로 구성되는 전하 발생층을 형성한 다음 그 위에 산화 알미늄으로 구성되는 전하 이송층으로 형성하는 단계로 구성되며, 상기 전하 이송층은 기판을 50℃이상으로 유지시키면서 이온 도금법에 의해 알미늄 또는 알미늄 함유 화합물을 사용하여 형성하는 것이 특징인 전자사진 광수용기 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 100∼600℃에 유지되는 것이 특징인 전자사진 광수용기 제조방법.
- 제1항에서, 상기 전하 이송층의 두께는 2∼100㎛인 것을 특징인 전자사진 광수용기 제조방법.
- 제1항에서, 상기 전하 발생층은 프라즈마 CVD 법에 의해 실란(SiH4) 또는 실란을 기재로 한 가스의 글로우 방전 분해를 사용하여 형성하는 것이 특징인 전자사진 광수용기 제조방법.
- 제1항에서, 상기 전하 발생층은 주성분으로서 실리콘과 1∼40원자%의 수소를 함유하는 것이 특징인 전자사진 광수용기 제조방법.
- 제1항에서, 상기 전하 발생층은 0.1∼30㎛인 것이 특징인 전자사진 광수용기 제조방법.
- 제1항에서, 상기 알미늄 함유 화합물은 산화 알미늄인 것이 특징인 전자사진 광수용기 제조방법.
- 제1항에서, 상기 전하 이송층은 산소가스를 도입하는 동안 원료로서 산화 알미늄을 사용하여 형성되는 것이 특징인 전자사진 광수용기 제조방법.
- 제1항에서, 상기 전하 이송층은 산소가스를 도입하는 동안 원료로서 알미늄을 사용하여 형성하는 것이 특징인 전자사진 광수용기 제조방법.
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