NO127943B - - Google Patents

Description

Lysfølsomt element.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et lysfølsom element omfattende et fotoledende, isolerende lag av en glassaktig legering som inneholder arsen, antimon og selen.

I xerografi er det vanlig å danne et elektrostatisk, latent bilde på et legeme eller en plate som består av et ledende underlag, som for eksempel en metallflate hvorpå det er anbrakt et fotoledende lag. En passende plate for dette formål er et metallegeme belagt med et lag selen-glass. En slik plate utmerker seg ved at den er istand til-å motta en tilstrekkelig elektrisk ladning og selektivt utlade en slik ladning når. den eksponeres for et lysmøn-ster, og som rent generelt er meget følsomt overfor lys i det blå-grønne spektralområde.

Selen-glass er for en vesentlig del blitt standard i kommer-siell xerografi, men mange av dets egenskaper kan forbedres ved tilsetning av legeringselementer som forsterker slike egenskaper som spektralfølsomhet,'lysfølsomhet, varmestabilitet, o.s.v. I U.S-patentskrifter nr. 2.803-542 og 2.822.300 er beskrevet forde-lene ved å modifisere selen-glass ved tilsetning av passende mengder arsen for å frembringe et bredere område av spektralfølsomhet, øke den totale fotografiske hastighet og generelt forbedre det fotoledende lags stabilitet.

Selvom selen-glass viser en tilfredsstillende følsomhet er det behov for fotoledere som oppviser øket følsomhet og spektral-reaksjonsevne utover det som er vanlig for selen-glass, ved hurtig-metoder som krever en plate som har en meget høy grad' av følsomhet og pankromatisme på grunn av den kortere tidsfaktor ved en hurti-gere syklus.

Et trinn i denne retning omfatter tilsetning av antimon i passende mengder til selen, slik som foreslått i svensk patentskrift nr. 318.193. Glassaktige legeringer av antimon og selen er blitt funnet å frembringe en lysfølsom sammensetning som har en føl-somhetsfaktor på opptil 12 ganger større enn den til selen-glass, og i tillegg hertil en relativ reaksjonsevne på opp til 3 ganger den til selen-glass i det blå-grønne spektralområde. Selvom antimon-selensystemet har øket xerografisk hastighet, lider det av en ulempe ved at der er en relativ mangel på varmestabilitet med hensyn til krystallisering.

Det lysfølsomme element ifølge oppfinnelsen kjennetegnes

ved at arsenmengden er 0,5~50 atom-nrosent, antimonmengden 0,1-22 atom-prosent og selenmengden minst 40 atom-prosent og at legeringen eventuelt er tilsatt et halogen.

Disse legeringer fremstilles på en tilsvarende måte som de glassaktige, fotoledende legeringer av arsen-selensystemet, slik som beskrevet i de ovennevnte U. S.-patentskrifter nr. 2.803-542

og 2.822.300 samt svensk patentskrift nr. 318.193. Legeringene ifølge oppfinnelsen gir en lysfølsom komposisjon som har en følsom-hetsfaktor på opptil 12 ganger den til selen-glass med øket varmestabilitet som kan reguleres slik at. den blir større enn selen-glassetSi- Et foretrukket område på høyst 44,9 atom-prosent (.43,7 vektsprosent).arsen, høyst 13 atom-prosent (18,8 vektsprosent) antimon og minst 55 atom-prosent selen er funnet å gi kombinasjo-nen av optimal varmestabilitet og følsomhet. Forholdet arsen til

antimon, nødvendig for opprettholdelse av maksimal varmestabili-

tet, bør være i området fra omtrent 2 til 4 atom-prosent arsen eller mer for hver 1 atom-prosent antimon. Arsen i en mengde på

minst 0,5 atom-prosent (0,6 vektsprosent) er nødvendig for å gi merkbar varmestabilitet, mens antimon i en mengde på minst 0,1 atom-prosent (0,15 vektsprosent) er nødvendig for å gi den ønskete følsomhet eller spektralreaktivite.t.

Fordelen ved denne forbedrete lysfølsomme komposisjon vil fremgå av det etterfølgende eksempel av oppfinnelsen, spesielt sett i forbindelse med den medfølgende tegning, hvori:

Fig. 1 viser en del av det ternære diagram for antimon, ar-

sen og selen.

Fig. 2 viser en serie spektralfølsomhetskurver for en gruppe fotoledere som inneholder en ternær legering ifølge den forelig-

gende oppfinnelse.

I fig.. 1 illustrerer det ternære diagram områdene hvori legeringen av antimon-arsen-selen oppviser de ønskete fotoledende egenskaper og varmestabilitet. Området under kurven A-B-C-D representerer sammensetninger som har en foretrukket varmestabilitet. Området under kurven E-F-G-H, som også omslutter området under A-B-C-D, omfatter ytterligere sammensetninger som har en noe min-

dre varmestabilitet, men noe mer ønskete xerografiske egenskaper enn den under kurven A-B-C-D.

Prikkete linjer J og K representerer grensene for minstemeng-der av henholdsvis arsen og antimon som er tilstede i den foretrukne ternære legering. Som vist ved det ternære diagram, bør ar-senet være tilstede i en mengde på minst 0,5 atom-prosent (0,6 vektsprosent), og mengden antimon bør minst være 0,1 atom-prosent (0,15 vektsprosent).

Arsen-antimon-selen-glasslegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse kan fremstilles ved hjelp av hvilken som helst egnet teknikk. Typisk teknikk er vanlig enkeltkilde-pådampning eller "flash"-pådampning. I begge disse typer pådampningsteknikk -er det foretrukket at det finner sted en for-reaksjon mellom bestanddelene før

. pådampning, noe som resulterer i selenidforbindelser med mer like damptrykk enn elementbestanddelene. Utgangslegeringene fremstilles ved avveiing av elementært arsen, antimon og selen som anbringes vakuumtett i en kvartsglassampulle. Materialene oppvarmes til 600°C i flere timer hvoretter de luftkjøles til romtemperatur. Av-hengig av sammensetningen blir den avkjølte legering fullstendig

polykrystallinsk, en blanding av krystallinsk og amorf fase, eller fullstendig amorf. Den for-reagerte legering blir så malt i kule-mølle til en partikkelstørrelse mindre enn omtrent 1 mm i diameter.

I enkeltkilde-pådampning plasseres en passende mengde for-reagert legering i en oppvarmet, grunn, flat digel eller skip som holdes i et vakuumkammer under vilkårlig passende vakuumbetingelser, for eksempel fra omkring 10 til-10 millimeter kvikksølv.

Digelen kan være fremstilt av hvilket som helst inert materiale som kvarts, molybden, eller keramisk forete metaller. Arsen-antimon-selenlegeringen holdes nå en temperatur som sikrer tilstrekkelig damp for avsetning innen en rimelig tid. Denne temperatur overskrider vanligvis legeringens smeltepunkt. En total pådamp-ningstid på omkring 20 minutter ved en temperatur på omkring 400°C under de ovennevnte vakuumbetingelser resulterer i dannelsen av et legeringslag på omkring 20 til 40 mikrons tykkelse.

Et underlag bæres over digelen som oppvarmes, og på hvilket underlag arsen-antimon-selenlegeringen pådampes. Underlaget holdes på en relativt lav temperatur. Passende underlagstemperaturer lig-ger mellom 60 og 150°C.

En annen typisk pådampningsmetode er "flash"-pådampning under vakuumbetingelser i likhet med de betingelser som anvendes under enkeltkilde-pådampning op hvori den for-reagerte arsen-antimon-selenlegering som har en partikkelstørrelse mindre enn 1 millimeter i diameter, selektivt slippes ned i en oppvarmet, inert digel som holdes på en temperatur på omkring 450-660°C. Dampene som dannes ved oppvarming av blandingen, pådampes et underlag båret over digelen. Legeringen slippes ned i digelen med en slik hastighet at dannelsen av en dam av legering i digelen unngås, hvorved proble-met med fraksjonert fordampning minskes. Underlaget holdes på en temperatur i området 60 til 150°C. Denne fremgangsmåte fortsettes inntil det har-dannet seg en ønsket tykkelse av glassaktig arsen-antimon-selenfotole.der på underlaget.

Legeringene ifølge.den foreliggende oppfinnelse kan bekvemt dannes på hvilket som helst underlag, ledende eller isolerende. Det kan være en metallplate av for eksempel messing, aluminium, . gull, platina, stål eller liknende, kan ha hvilken som helst passende tykkelse, være stivt eller elastisk, i form av et ark, en bane, en sylinder eller liknende og kan- også være belagt med et tynt lag plastmateriale. Underlaget kan også omfatte slike materialer som metallisert papir, plast eller plast-belagt med et tynt belegg av aluminium eller kobberjodid, eller glass belagt med et tynt lag av delvis transparent kobberjodid, tinnoksyd eller gull.

I visse tilfeller, etter dannelsen av legeringen, kan underlaget sløyfes om ønskes.

Tykkelsen av laget av arsen-antimon-selen-fotolederen er ikke kritisk. Laget kan være så tynt som omtrent 1 mikron eller så tykt som 300 mikron eller mer, men for de fleste anvendelsesformål vil tykkelsen generelt være fra 20 til 80 mikron.

Ifølge en annen utførelses.form for den foreliggende oppfinnelse kan den fotoledende legering være tilsatt et halogen, som for eksempel jod, klor eller brom for å redusere restspenning og generelt forbedre dens elektriske egenskaper. Tilsetningsmidlet er vanligvis tilstede i en mengde fra omkring 10 deler pr. million og opp til 2 vektsprosent.

Ifølge en ytterligere utførelsesform for oppfinnelsen kan arsen-antimon-selenlegeringen anvendes i en lagdelt utforming. Ty-piske utforminger omfatter et relativt tynt lag på omkring 0,1

til 5 mikron arsen-antimon-selenlegering over et relativt tykkere lag selen-glass. En annen typisk struktur omfatter en legering av arsen-selen, slik som for eksempel den som er beskrevet i U.S.-patentskrift nr. 2.822.300, som kan anvendes istedenfor selen i den ovennevnte to-lags utforming. Det skal forståes at begge lag av to-lags strukturer kan være tilsatt et egnet halogen for å bedre de elektriske egenskaper. Strukturer som har mer enn to fotoledende lag omfattes også av den foreliggende oppfinnelse. Lag av arsen-antimon-selenlegering kan også dannes på grenseflaten av et transparent underlag og avbildes ved eksponering gjennom underlaget. I denne utførelsesform kan arsen-antimon-selenlegeringen anvendes alene eller i forbindelse med andre fotoledende lag, slik som de ovenfornevnte. I.de følgende eksempler vil den foreliggende oppfinnelse bli ytterligere detaljert belyst med hensyn til den fremgangsmåte for fremstilling av et lysfølsomt element av arsen-antimon-selenlegering.

Eksempel I.

En utgangslegering ble fremstilt ved å veie av elementært arsen, antimon og selen i et forhold av 18 vektsprosent arsen, 1 vektsprosent antimon og 81 vektsprosent selen, og blandingen ble plassert vakuumtett i en kvartsglassampulle. Blandingen ble oppvarmet til omtrent 600°C i ca. 2 timer i en vuggeovn hvoretter den ble avkjølt til romtemperatur. Den resulterende legering ble en størknet polykrystallinsk grunnmasse av sammenblandete faser som ble malt i kulemølle til et relativt findelt materiale med diameter på mindre enn 1 mm.

Eksempel II.

En 40 mikrons film av arsen-antimon-selenglass som omfattet omtrent 1 vektsprosent antimon, 18 vektsprosent arsen og 8l vektsprosent selen ble fremstilt som følger: Den for-reagerte legering i eksempel I ble plassert i et grunt, flatt, 5 x 10 cm keramikkbe-lagt metallskip. Den partikkelformete legering ble fordelt jevnt over skipets overflate. Skipet ble plassert i et vakuumkammer. En ca. 10 x 13 cm aluminiumplate ble renset gr.undig og hengt opp i vakuumkammeret ca. 30 cm over skipet og ble holdt på en temperatur av omtrent 65°C med en vannkjølt nlate. Kammeret ble evakuert til et vakuum på ca. 10 ^ mm Hg. Arsen-antimon-selenlegeringen ble på-dampet på aluminiumunderlaget ved oppvarming av skipet til omtrent 400°C i omtrent 20 minutter. Skipet ble avkjølt til romtemperatur, vakuumet ble brutt og den arsen-antimon-selenbelagte aluminiumplate ble fjernet fra vakuumkammeret.

På grunn av fraksjonering under pådampingen inneholdt den • ytre overflate av platens legeringslag, dannet i eksempel II, et større prosentinnhold antimon enn det indre av legeringsfilmen, idet filmoverflaten nærmest underlaget inneholdt minst antimon. Disse bestemmelser ble foretatt ved hjelp av elektronsonde.

Eksempel III.

Platen fremstilt i eksempel II ble deretter brukt til fremstilling av et bilde ved xerografi. Platen ble koronaladet til et posisivt potensial på omtrent 300 volt og ble deretter eksponert for en 100 watts wolframlyskilde■i en avstand av ca. 40 cm i løpet av et halvt sekund under dannelse av et latent, elektrostatisk bilde på platens overflate. Det latente bilde ble deretter fremkalt ved å drysse (kaskade-teknikk) elektroskopiske markeringspartikler over hele overflaten som inneholdt bildet. Bildet ble overført til et papirark og ble smeltet til arket ved oppvarming for å gjøre det permanent. Ved denne fremgangsmåte oppnådde man en utmerket repro-duksjon av originalen.

Eksempel IV.

Et 25 mikrons lag av glassaktig arsen-antimon-selenlegering på et underlag ble dannet som følger: En for-reagert legering som omfattet ca. 12 vektsprosent antimon, 28 vektsprosent arsen og 60 vektsprosent selen ble fremstilt ved fremgangsmåten ifølge eksempel I. Den for-reagerte legering ble plassert i en messingtrakt som inneholdt en kobbers,]'akt beregnet på å levere den part ikkelformete legering ned i en kvartsdigel som var plassert under trakten. Kvartsdigelen ble omgitt av en motstandsoppvarmingsinnretning som var beregnet på å holde digelen på en temperatur av omtrent 600°C. Et aluminiumunderlag ble plassert på en vannkjølt plate som ble holdt på en temperatur av ca. 70°C. Aluminiumunderlaget og platen ble plassert ca. 30 cm over kvartsdigelen. En glassklokke ble plassert over trakten, digelen og underlaget, og ble evakuert til et vakuum på ca. 10 ^ mm Hg. Kvartsdigelen ble oppvarmet til omtrent 600°C hvoretter en luke under sjakten som fører til kvartsdigelen ble åpnet slik at en liten prøve arsen-antimon-selenlegering ble tillatt å falle ned i kvartsdigelen. Legeringsblandingen ble for-dampet hurtig og bevirket at damper av arsen, antimon og selen kom-mer i kontakt med det op<p>hengte aluminiumunderlag. Denne fremgangsmåte fortsatte i ca. 2 timer hvorunder det ble dannet et 25 mikrons lag av glassaktig antimon-arsen-selenlegering som inneholdt ca. 12 vektsprosent antimon, 28 vektsprosent arsen og 60 vektsprosent selen, på aluminiumunderlaget. Digelen ble så avkjølt til romtemperatur, volumet ble brutt og det belagte underlag fjernet fra kammeret.

Eksempel V.

Legeringen fremstilt i eksempel IV ble brukt til avbildning på den måte som er beskrevet i eksempel III. Ved denne fremgangs-måtte oppnådde man en utmerket kopi av originalen.

Eksempel VI- X.

En serie på fire plater ble fresmtilt for sammenlikning av spektralfølsomhet. Alle fire platene besto av et 40 mikrons lag av en fotoleder på et aluminiumunderlag. Plate nr. 1 inneholdt et 40 mikron lag selenglass fremstilt i henhold til fremgangsmåten som er beskrevet i U.S.-patentskrift nr. 2.970.906. Plate nr. 2 inneholdt et 40 mikrons lag av en legering omfattende 18 vektsprosent arsen og 82 vektsprosent selen tilsatt 1000 deler pr. million jod dannet ved fremgangsmåten beskrevet i U.S.-<p>atentskrift 3-312.548. Plate nr. 3 inneholdt en glassaktig legering av 14 vektsprosent antimon og 86 vektsprosent selen fremstilt ved fremgangsmåten beskrevet i svensk patentskrift nr. 318.193- Plate nr. 4 inneholdt den ternære legering beskrevet i eksempel I, omfattende ca. 1 vektsprosent antimon, 18 vektsprosent arsen og 81 vektsprosent selen som var tilsatt omtrent 1000 deler pr. million jod. Spektralfølsomhets-kurvene for hver av platene 1-4 ble så tegnet inn og vist i fig. 2.

I fig. 2 er spektralfølsomhetskurvene for de fire plater tegnet inn ved forskjellige bølgelengder. E representerer energien i erg/cm p krevet for å utlade platen ca. 25$ og I er en proporsjona-litetsfaktor, idet spektralfølsomheten er proporsjonal med den in-verse verdi av den energi som. kreves for å utlade platen ca. 25$. Hver av platene ble undersøkt ved de forskjellige bølgelengder ved

å lade hver plate til et opprinnelig feltpotensial på ca. 15 volt pr, mikron og deretter eksponere hver plate ved den spesielle bøl-12 2

gelengde for omtrent 2 x 10 fotoner pr. cm sekund. Som vist ved kurvene oppviser arsen-antimon-selenplaten ifølge den foreliggende oppfinnelse ved 4000 Ångstrøm omtrent den dobbelte spektralfølsom-het som den for selenglass og arsen-selenlegeringen, og betraktelig større følsomhet enn den for den binære antimon-selenlegering.

Som det vil sees av ovenstående har arsen-antimon-selenlege-ringene fremstilt ifølge den foreliggende oppfinnelse en utstrakt spektralfølsomhet hele veien ut til omkring 7000 Ångstrøm og for-høyet følsomhet i de kortere bølgelengdeområder. I tillegg til dette har disse legeringer en forbedret varmestabilitet som ikke kan oppnås med antimon-selenfotoledere, og oppviser ved foretrukne forhold arsen til antimon en varmestabilitet som overskrider den til selenglass.

Selvom spesielle komponenter og forhold er blitt nevnt i den foregående beskrivelse av den foretrukne utførelsesform for den foreliggende oppfinnelse, kan andre egnete materialer og andre me-toder, slik som den som er nevnt ovenfor, anvendes med liknende resultater. Dessuten kan andre materialer tilsettes for å synergi-sere, forbedre eller på annen måte modifisere egenskapene til disse plater.

Claims (6)

1. Lysfølsomt element omfattende et fotoledende, isolerende lag av en glassaktig legering som inneholder arsen, antimon og selen, karakterisert ved at arsenmengden er 0,5-50 atom-prosent, antimonmengden 0,1-22 atom-prosent og selenmengden minst 40 atom-prosent og at legeringen eventuelt er tilsatt et halogen .

2. Element i samsvar med krav 1, karakterisert ved at arsenmengden er høyst 44,9 atom-prosent, antimonmengden er høyst 13 atom-prosent og selenmengden minst 55 atom-prosent.

3. Element i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at arsenmengden uttrykt i atomprosent er minst den doble av antimonmengden.

4. Element i samsvar med krav 1, karakterisert ved at halogenet er tilstede i en mengde på fra 10 deler pr. million til 2 vektsprosent.

5- Element i samsvar med krav 1,karakterisert ved at den glassaktige legering av arsen, antimon og selen begrenses av arealet under kurven ABCD i fig. 1 i den medfølgende tegning.

6. Element i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den glassaktige legering av arsen, antimon og selen er begrenset av arealet under kurven EPGH i fig. 1 i den medfølgende tegning.