DE3117037A1

DE3117037A1 - Elektrophotografisches, lichtempfindliches element

Info

Publication number: DE3117037A1
Application number: DE19813117037
Authority: DE
Inventors: Takao Sakai Osaka Kawamura; Masazumi Amagasaki Hyogo Yoshida
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1980-05-08
Filing date: 1981-04-29
Publication date: 1982-03-11
Also published as: US4489149A; DE3117037C2; DE3153301C2

Description

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER

Minolta Camera Kabushiki Kaisha Osaka Kokusai Building, 30, 2 -choitie, Az uchi-machi, Higashi-ku, Osaka-shi, Osaka-fu, Japan

I*.

	3117037	KLAUS DELFS DIPL-INQ.
PATENTANWÄLTE	-	ULRICH MENGDEHL DIPL-CHEM. DR. RER. NAT. HEINRICH NIEBUHR DIPL-PHYS. DR. PHIL HABIL
EUROPEAN PATENTATTORSsiEYS	2000 HAMBURG 13 POSTFACH 2570 ROTHENBAUM- CHAUSSEE 58 TEL (040) 4102008 TELEX 212921SPEZ
RICHARD GLAWE DRHNQ.
WALTER MOLL DIPL-PHYS. DR RER NAT. OH=. BEST DOLMETSCHER
8000 MÜNCHEN 26 POSTFACH 162 LIEBHERRSTR. 20 TEL. (089) 226548 TELEX 5 22 505 SPEZ TELECOPIER (089) 223938
MÜNCHEN
A 08

Beschreibung

Elektrophotografisches, lichtempfindliches Element

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrophotograf isches Element mit einer photoleitfähigen Schicht aus amorphem Silizium.

Es sind bereits zahlreiche Arten von elektrophoto-5 grafischen, lichtempfindlichen Elementen bekannt. Unter anderem wurde die Aufmerksamkeit auf die Verwendung von solchen lichtempfindlichen Elementen konzentriert, bei denen das amorphe Silizium (im nachfolgenden als "a-Si" abgekürzt) durch Prozesse wie beispielsweise 10 Glimmentladung oder Zerstäuben hergestellt wird, und in

den zurückliegenden Jahren hat sich in diesem Bereich die Suche und Entwicklungsarbeit auf den Halbleiterbereich bezogen. Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, daß lichtempfindliche Elemente aus a-Si bezüglich Hitzewiderstand, Abriebwiderstand und photoempfindlichen Charakteristiken, sowie auch vom Standpunkt der Umweltverschmutzung aus betrachtet, denen aus Selen oder CdS bekanntermaßen überlegen sind. Aus der GB-PS 2 013 725 ist ein lichtempfindliches Element mit einer photoleitfähigen Schicht aus a-Si bekannt.

Bei der momentanen Entwicklungsarbeit bezüglich der Verwendung von a-Si für elektrophotografische, lichtempfindliche Elemente wurde herausgefunden, daß das lichtempfindliche Element aus a-Si im Gegensatz zu herkömmliehen lichtempfindlichen Elementen bezüglich Umweltschutz die idealen Eigenschaften aufweist und bezüglich Hitzewiderstand, Oberflächenhärte, Abriebwiderstand etc. hervorragend ist. Auf der anderen Seite wurde jedoch herausgefunden, daß bei der Anwendung des üblichen Glimmentladungs- oder Zerstäubungsprozesses für die Herstellung von a-Si die resultierende photoleitfähige Schicht, die einen Dunkelwiderstand unterhalb von 10 Λ.-cm aufweist, selbst auf den niedrigsten der Oberflächenpotentialwerte, der zur Abbildung durch den Carlson-Prozeß mit den Arbeitsschritten Laden, Abbilden des Originalbildes, Entwickeln, übertragen,

Reinigen und Ladungslöschen, erforderlich ist, nicht aufladbar ist und daher als lichtempfindliches Element unbrauchbar ist.

Wie in der Zeitschrift "Philosophical Magazine, Vol. 33, Nr. 6, Seite 935-949, 1976" in dem Artikel "Electronic Properties of Substitutionally Doped Amorphous Si and Ge" beschrieben, wird.auf dem Halbleitergebiet a^-Si, wenn es in reiner Form frei von Fremdatomen auftritt, üblicherweise als ein Halbleiter vom N-Typ wirken, wobei seine Strukturfehler ein Donatorniveau bilden, und wenn es Fremdatome aus der Gruppe Vb des periodischen Systems, üblicherweise Phosphor (P) enthält, als ein Halbleiter vom verstärkten N-Typ wirken, während a-Si als ein Halbleiter vom P-Typ dient, wenn es Fremdatome der Gruppe IHb, üblicherweise Bor, enthält. Der Dunkelwiderständ von a-Si verändert sich in Übereinstimmung mit dem Fremdatomgehalt. Tatsächlich zeigt der Artikel, daß der Zusatz von B₃H zu SiH₄, dem Material

-4 -5 des a-Si, in einer Menge von 10 bis 10 im Molverhältnis (200 - 20 ppm) zu einer Erhöhung des Dunkelwiderstandes auf ungefähr 10 Λ-cm führt. Die Verwendung einer größeren Menge Bor führt jedoch zu einer merklichen Verminderung des Dunkelwiderstandes, da der durch den Zusatz von Fremdatomen zu a-Si erzielte Effekt im allgemeinen

niedriger als bei kristallinem Silizium ist und sehr viel niedriger wird, wenn a-Si für elektrophotografische photoleitfähige Schichten verwendet wird. Gemäß der vorstehend erwähnten GB-PS 2 013 725 beträgt die bevorzugte Menge von Fremdatomen aus der Gruppe IIIb 10 bis 10 Atom-% (entsprechend 5x10 bis 5x10 im Molverhältnis B₃H /SiH. oder 0,01 bis 10 ppm), was wesentlich niedriger als die in dem vorstehend erwähnten Artikel auf dem Halbleitergebiet vorgeschlagene Menge ist. Es ist daher so, daß bei einem a-Si für die Verwendung als ein elektrophotografisches, photoleitfähiges Material der Zusatz von Fremdatomen aus der Gruppe IHb nicht für eine signifikante Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit (Dunkelwiderstand) geeignet ist und bezüglieh der Erzeugung eines weitgehend erhöhten Dunkelwiderstandes versagt. Angesichts der vorstehend beschriebenen Situation ist es wünschenswert, lichtempfindliche Elemente mit einer photoleitfähigen Schicht aus a-Si zu schaffen, die sehr kleine bis große Mengen von Fremdatomen enthält , und deren elektrische Leitfähigkeit in einem weiten Bereich leicht zu steuern ist.

Es ist weiterhin sehr erwünscht, eine photoleitfähige Schicht aus a-Si zu schaffen, die, wie für den elektro-

Ao.

photografischen Abbildeprozeß erforderlich, einen Dunkel-

1 3
widerstand von wenigstens 10 «Λ.-cm aufweist. Um diese Anforderung zu erfüllen, wird in der JP-PA SHO 54-145539 vorgeschlagen, a-Si 0,1 bis 30 Atom-% Sauerstoff zuzusetzen, um dadurch den Dunkelwiderstand zu verbessern. Bei der Überprüfung von photoleitfähigen Schichten aus a-Si, die mit wenigstens 0,1 Atom-% Sauerstoff hergestellt worden sind, wurde herausgefunden, daß die Schichten einen verbesserten Dunkelwiderstand haben, der gut oberhalb des für den elektrophotografischen Prozeß erforderlichen Wertes liegt. Mit einem Ansteigen des Sauerstoffgehaltes sinken jedoch die Photoempfindlichkeits-Charakteristiken , und selbst dann, wenn der niedrigste Sauerstoffgehalt von 0,1 Atom-% enthalten ist, was die Schicht bezüglich ihrer Photoempfindlichkeit im Bereich des sichtbaren Lichtes den herkömmlichen photoempfindlichen Elementen unterlegen.

Weiterhin weisen lichtempfindliche Elemente mit einer photoleitfähigen Schicht aus a-Si, die direkt auf einem elektrisch leitfähigen Träger ausgebildet sind und eine bildformende Oberfläche aufweisen, eine niedrige Produktionsstabilität und Reproduzierbarkeit auf,und die elektrophotografischen Charakteristiken von derartigen lichtempfindlichen Elementen, insbesondere die Ladungs-Annahme-Fähigkeit und der Dunkelwiderstand variieren von

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Element zu Element selbst dann, wenn diese nach dem gleichen Verfahren hergestellt sind. Somit sind die lichtempfindlichen Elemente mit direkt auf einem elektrisch leitfähigen Träger aufgebrachter photoleitfähiger Schicht aus a-Si bezüglich Herstellstabilität und Reproduzierbarkeit für den tatsächlichen Gebrauch nicht verbessert.

Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrophotografisches,lichtempfindliches Element mit einer photoleitfähigen Schicht aus amorphem Silizium mit hohem Dunkelwiderstand und überragender Ladungs-Annahme-Fähigkeit und hoher Empfindlichkeit zu schaffen, die durch einen Glimmentladungsprozeß mit guter Produktionsstabilität und Reproduzierbarkeit und stabilen elektrophotografischen Eigenschaften hergestellt werden kann, die bezüglich /* , Hitzewiderstand, Oberflächenhärte, Abriebwiderstand etc. ausgezeichnete Eigenschaften aufweist, Fremdatome in sehr kleiner bis großer Menge enthalten kann und eine in einem weiten Bereich leicht steuerbare elektrische Leitfähigkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektrophotografisches, lichtempfindliches Element,

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/* verschmutzungsfreier Eigenschaften

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das dadurch gekennzeichnet ist, daß das elektrophotografische, lichtempfindliche Element eine in einem Gliinmentladungsprozeß aufgebrachte photoleitfähige Schicht aus amorphem Silizium aufweist, und daß die photoleitfähige Schicht aus amorphem Sili2ium 10

-2
bis 5x10 Atom-% Sauerstoff, etwa 10 bis 40 Atom-% Wasserstoff und etwa 10000 bis 20000 ppm einer Dotierung aus der Gruppe IHb des Periodensystems enthält. Weiterhin kann das lichtempfindliche Element zwischen der photoleitfähigen Schicht aus amorphem Silizium und seinem elektrisch leitfähigen Träger eine, durch den Glimmentladungsprozeß aufgebrachte Trennschicht aus amorphem Silizium mit einer Dicke von 0,2 bis 5μ und einem Sauerstoffgehalt von 0,05 bis 1 Atom-%, insbesondere etwa 0,05 bis 0,5 Atom-% aufweisen.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt :

Fig. 1 ein Schaltbild zur schematischen Darstellung des Aufbaus eines Glimmentladungsgerätes zum

Ausbilden von photoleitfähigen Schichten aus amorphem Silizium mit Sauerstoff und Wasserstoffgehalt, gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Veränderungen des Dunkelwiderstandes von sauerstoffenthaltendem, amorphem Silizium und sauerstoffreiem, amorphem Silizium, die mit verschiedenen Mengen Bor oder Phosphor dotiert sind;

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Veränderungen der spektralen Empfindlichkeit bei 600 nm und Ladungsaufnahmefähigkeit von photoleitfähigen Schichten aus amorphem Silizium mit verschiedenen Sauerstoffgehalten;

Fig. 4 eine grafische Darstellung der spektralen

Empfindlichkeitscharakteristiken von photoleitfähigen Schichten aus amorphem Silizium mit verschiedenen Sauerstoffgehalten;

Fig. 5 eine grafische Darstellung der Beziehung von Sauerstoffgehalt in den Trennschichten aus amorphem Silizium zum Ausgangsoberflächenpotential und zum Restpotential; und

Fig. 6 eine grafische Darstellung der Beziehung der Dicke der Trennschichten aus amorphem Silizium

zum Ausgangsoberflächenpotential und zum Restpotential.

Wie bereits beschrieben, wird a-Si, wenn es durch den Glimmentladungsprozeß oder den Zerstäubungsprozeß hergestellt wird, ein Halbleiter vom P-Typ oder N-Typ, wenn es Dotierungen der Gruppe IHb (bevorzugt Bor) 5 oder der Gruppe Vb (bevorzugt Phosphor) des Periodensystemes enthält. Schichten aus a-Si werden durch die Verwendung von SiH., SiH H , Si H -Gas als Ausgangsmaterial in Verbindung mit Diborangas (B„H -Gas) für die Dotierung mit Bor oder mit PH-.-Gas für die Dotierung mit Phosphor erzeugt. Für diese Gase wird Wasserstoff, Argon, Helium od.dgl. als Trägergas verwendet. Demgemäß enthält die a-Si-Schicht in ihrer reinen Form und auch, wenn sie Bor- oder Phosphor-Dotierungen enthält,wenigstens Wasserstoff. Wie aus den später beschriebenen Versuchsbeispielen hervorgeht,haben jedoch aus derartigen Materialien hergestellte a-Si-Schichten einen Dunkelwider st and, der höchstens unterhalb von 10 jru-cm liegt, und sind daher nicht für den Carlson-Abbildeprozeß verwendbar, der im allgemeinen einen Dunkelwiderstand von

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wenigstens etwa 10 j"i.-cm erfordert.

Der sehr niedrige Dunkelwiderstand erscheint der Anwesenheit von vielen nicht-paarigen Bindungen in a-Si, welches eine amorphe Struktur aufweist, zugeordnet. Der Ausdruck "nicht-paarige Bindungen" bezieht sich auf den

ο -ι 170-17

Zustand, in dem Siliziumatome freie Elektronen ohne Bindung oder unterbrochene Valenzbindungen aufweisen. Bei derartigen photoleitfähigen Schichten aus a-Si ist es so, daß viele Siliziumatome ohne Bindung im Zustand der nicht-paarigen Bindungen in der Nähe der Oberfläche und auch im Inneren der Schicht hängen.

Genauer gesagt wird amorphes Silizium sehr viel weniger als-kristallines Silizium durch Dotierungen aus der Gruppe HIb oder der Gruppe Vb des Periodensystemes, wie bereits beschrieben, beeinflußt, so daß es schwierig ist, die elektrische Leitfähigkeit von amorphem Silizium durch die Steuerung der Valenz zum P-Typ oder N-Typ zu steuern. Es ist so, daß diese Schwierigkeit teilweise aus der Anwesenheit von örtlichem Niveau im Bandabstand (oder Beweglichkeitsabstand) infolge der vorstehend bereits erwähnten nichtpaarigen Bindungen resultiert; die vom Donator oder Akzeptor zugeführten Elektronen oder Löcher werden durch das örtliche Niveau aufgefangen, so daß das Fermi-Niveau nur wenig bewegt werden kann, was zu extremen Schwierigkeiten bei der Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit durch die Steuerung der Valenz führt. Da jedoch zur Herstellung einer a-Si-Schicht durch den Glimmentladungsprozeß Gase wie SiH., B-H,. u.dgl. verwendet werden, enthält die Schicht Wasserstoffatome, die sich verbinden und die nicht-paarigen Bindungen eliminieren,

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um das örtliche Niveau zu reduzieren, was dazu führt, daß die elektrische Leitfähigkeit bis zu einem gewissen Maß durch die Steuerung der Valenz durch den Zusatz von Fremdatomen steuerbar ist.

Es wurde herausgefunden, daß der Einbau von etwa 10 bis 40 Atom-% Wasserstoff in die photoleitfähige Schicht aus a-Si bewirkt, daß sich die Wasserstoffatome mit einer ziemlich großen Menge der nicht-paarigen Bindungen verbinden, um eine zufriedenstellend gesteuerte Leitfähigkeit zu erzeugen, aber der Dunkelwiderstand der a-Si-Schicht liegt immer noch wesentlich unterhalb des gewünschten Wertes, weil davon auszugehen ist, daß noch viele verbleibende nicht-paarige Bindungen oder schwache und unstabile Bindungen zwischen Wasserstoffatomen und Siliziumatomen vorhanden sind. Insbesondere die Wasserstoff-Silizium-Verbindung ist leicht zu unterbrechen, um das Wasserstoffatom freizugeben, da bei dem Herstellprozeß der a-Si-Schicht selbst der Träger auf eine hohe Temperatur erhitzt werden muß.

Um das Problem des niederen Dunkelwiderstandes zu lösen, wurde herausgefunden, daß der Dunkelwiderstand weitgehend verbessert werden kann, indem zusätzlich zu dem Wasserstoffgehalt von etwa 10-40 Atom-% in die photoleitfähige Schicht aus a-Si eine geeignete Menge

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Sauerstoff eingebaut wird. Der Zusatz von Sauerstoff eliminiert weitgehend alle nicht-paarigen Bindungen/ wobei die Sauerstoffatome von dem Silizium mit den nicht-paarigen Bindungen stark angezogen werden. Dies erscheint für die Verbesserung des Dunkelwiderstandes nützlich. Wie aus einigen der später beschriebenen Versuchsbeispielen hervorgeht, hat die photoleitf ähige Schicht aus a-Si mit einem Wasserstoff- und Sauerstoffgehalt einen Dunkelwiderstand von wenigstens 10 S^~cm_f

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was das in etwa 10 bis 10 -fache des Wertes von Schichten ohne Sauerstoff darstellt. Es wurde jedoch herausgefunden, daß die Photoempfindlichkeit der a-Si-Schicht mit dem Ansteigen des Sauerstoffgehaltes abfällt und daß die Schicht keine gute Photoleitfähigkeit erzeugt, wenn sie einen SauerstoffÜberschuß enthält. Wie im Detail später beschrieben, muß der Sauerstoffgehalt einer photo-

-5 -2 leitfähigen Schicht aus a-Si daher etwa 10 bis 5x10 Atom-% und insbesondere etwa 0,01 bis 0,04 Atom-% betragen. Bei Anwendung des Glimmentladungsprozesses wird für den Zusatz von Sauerstoff dem Glimmentladungsreaktor gleichzeitig, jedoch unabhängig vom SiH.-Gas, Sauerstoff zugeführt. Da Sauerstoff sehr effizient eingebaut werden kann, wird Sauerstoff in einer Menge, die in etwa dem 1,2- bis 2-fachen der eingebauten Menge entspricht, beispielsweise

-4 -4 in einem 0₂/SiH.-Molverhältnis von 0,55x10 bis 1x10

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-2

zugeführt, wenn 10 Atom-% Sauerstoff enthalten sein sollen. Insoweit als das gewünschte O /SiH -Verhältnis aufrechterhalten wird, kann Sauerstoff mit Hilfe von Luft oder H₂ , Ar, He oder einem ähnlichen Inertgas als Trägergas zugeführt werden.

Sauerstoffatome mit ihren großen elektrisch negativen Eigenschaften teilen leicht die Elektronen der nichtpaarigen Bindungen mit Siliziumatomen, um wirksam die Bindungen zu eliminieren, so daß der Sauerstoff eine außerordentlich große Wirkung selbst dann erzeugt, wenn er in

-5 -2 einer relativ kleinen Menge von ungefuhr 10 bis 5x10 Atom-%,wie vorstehend bereits erwähnt,eingebaut wird. Weiterhin verbessern die resultierenden starken Bindungen den Hitzewiderstand, andere Stabilitäten und Festigkeiten der photolextfahxgen Schicht. Wie bereits erwähnt sollte der Sauerstoffgehalt mit 5x10 Atom-% als Maximalwert begrenzt sein. Sonst würde eine stark reduzierte Photoempfindlichkeit entstehen, da ein Überschuß an Sauerstoff außer der Eliminierung von nicht-paarigen Bindungen sich mit Silizium zur Bildung von SiO^-Kristallen verbinden würde, welche einen Bandabstand von ungefähr 7 eV aufweisen und im Bereich des sichtbaren Lichtes nicht photoleitfähig sind. Wenn umgekehrt der Sauerstoffgehalt niedriger als 10~ Atom-% ist, kann er nicht vollständig die

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nicht-paarigen Bindungen eliminieren, die Anstrengung eine photoleitfähige Schicht aus a-Si mit einem Dunkelwiderstand von 10 .fL-cm zu schaff en, würde fehlschlagen.

Mit etwa 10 bis 40 Atom-% Wasserstoff und etwa

-5 -2
10 bis 5x10 Atom-% Sauerstoff in der a-Si-Schicht sind die nicht-paarigen Bindungen in der Schicht weitgehend eliminiert, wobei das örtliche Niveau (localized level) im Beweglichkeitsabstand extrem reduziert ist, so daß das Fermi-Niveau durch die Steuerung der Valenz leichter als bisher steuerbar ist, obwohl die Schicht ein amorpher Halbleiter ist. Anders gesagt erzeugt die Dotierung mit dreiwertigen oder fünfwertigen Fremdatomen einen merklich verbesserten Effekt. Insbesondere ein dreiwertiges Fremdatom wie beispielsweise Bor, welches als Akzeptor dienen kann, kann in einer Menge im Bereich von 10 ppm bis maximal 20000 ppm eingebaut werden, obwohl die Menge teilweise von dem Sauerstoffgehalt abhängt, und somit einen großen Anteil an der Versorgung mit a-Si mit

13 einem Dunkelwiderstand von wenigstens 10 j\.-cm hat.

Obwohl die photoleitfähige Schicht aus a-Si mit Sauerstoff, Wasserstoff und einer Dotierung aus der Gruppe IHb gemäß der vorliegenden Erfindung in zahlreichen Formen verwendbar ist, ist die Schicht bevorzugt als Oberflächen-

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schicht zur Ausbildung von Bildern elektrischer Ladungen auf ihrer Oberfläche zu verwenden, da sie überragende Eigenschaften bezüglich /* , Hitzewiderstand, Oberflächenhärte etc. besitzt. Für eine derartige Verwendung weist die Schicht eine Dicke von ungefähr 5 bis 100 μ, bevorzugt etwa 10 - 50 μ auf. Stattdessen kann die photoleitfähige Schicht aus a-Si auch als lichtempfindliches Element mit zwei Schichten verwendet werden. Beispielsweise wird auf dem Träger eine a-Si-Schicht von etwa 0,2 - 3 μ Dicke ausgebildet und auf dieser wird eine lichtdurchlässige organische Halbleiterschicht aus Polyvinyl-Carbazol oder Pyrazolin mit einer Dicke von etwa 10 - 40 μ ausgebildet. Die a-Si-Schicht kann auch in zahlreichen anderen Formen verwendet werden und sollte solange als Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, als sie als eine photoleitfähige Schicht wirkt.

Wie bereits beschrieben weist die photoleitfähige Schicht aus a-Si gemäß der vorliegenden Erfindung eine Dotierung aus der Gruppe IHb von etwa 10 - 20.000 ppm, bevorzugt Bor, zusätzlich zu Sauerstoff und Wasserstoff auf. Mit weniger als 10 ppm Fremdatomen hat die

13 Schicht einen Dunkelwiderstand von wenigstens etwa 10 JL-cm, der erforderlich ist, wenn die Schicht als eine

- 15 /* verschmutzungsfreier Eigenschaften

bildausbildende Oberflächenschicht verwendet wird, während die Anwesenheit von mehr als 20.000 ppm des Fremdatomes zu einer merklichen Reduzierung des Dunkelwiderstandes führt. Das Fremdatom der Gruppe IHb, beispielsweise Bor, wird durch gemeinsames Zuführen von B-H,,-Gas und SiH. -Gas in den Glimmentla-2 6 4

dungsreaktor in a-Si dotiert. Da das Fremdatom weniger effizient als Sauerstoff eingebaut werden kann, muß B₂H, mit einer Menge zugeführt werden, die etwa das 5- bis 15-fache der enthaltenen Menge beträgt.

Die photoleitfähige Schicht aus a-Si gemäß der vorliegenden Erfindung, erzeugt spektrale Empfindlichkeitscharakteristiken über einen Bereich, der das sichtbare Spektrum vollständig einschließlich des Infrarot-Photobereiches am Ende der längeren Wellenlängen des Spektrums abdeckt. Insoweit als der Sauerstoffgehalt innerhalb des vorstehend genannten Bereiches liegt, insbesondere nicht die obere Grenze von 5x10 Atom-% überschreitet, hat die Schicht sehr zufriedenstellende Dunkelabfall- und Lichtabfall-Charakteristiken und eine vergleichsweise höhere Empfindlichkeit als herkömmliche lichtempfindliche Elemente vom Se-Typ und solche aus Polyvinylcarbyzol mit TNF bestehen,

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Weiterhin hat die a-Si-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung eine Oberflächenhärte (Vickers-Härte) von ungefähr 1800 - 2300 kg/mm², was in etwa das 30- bis 40-fache der Härte von lichtempfindlichen Elementen aus Se-As ( As 5%) und etwa das 18- bis 23-fache der Härte von Aluminium bedeutet. Somit ist die Schicht so hart wie Saphir. Demgemäß ist die Schicht gut für die Druckübertragung des Tonerbildes geeignet und durch eine Metallklinge zu reinigen. Da das amorphe Silizium eine Kristallisationstemperatur von etwa 700° C aufweist, ist die Schicht auch für die Wärmeübertragung geeignet und weist eine überragende Gesamtlebensdauer auf.

Es wurde jedoch herausgefunden, daß die photoleitfähige Schicht aus a-Si, wenn sie direkt auf einen elektrisch leitfähigen Träger aufgebracht wird, nicht immer mit einer sehr hohen Reproduzierbarkeit hergestellt werden kann. Genauer gesagt₍ wenn eine große Anzahl von photoempfindlichen Elementen unter den gleichen Bedingungen, jeweils mit einer photoleitfähigen Schicht aus a-Si, die direkt auf einem elektrisch leitfähigen Träger aufgebracht ist, hergestellt wird und dann bezüglich der allgemeinen elektrophotografischen Eigenschaften überprüft wird, werden insbesondere bei der Ladungsannahmefähigkeit und dem Dunkelwiderstand einige Unterschiede:.

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festgestellt und einige Elemente konnten nicht auf das gewünschte Oberflächenpotential aufgeladen werden. Demgemäß besteht die Notwendigkeit einer wesentlichen Verminderung der Unterschiede bei der Ladungsannähmefähigkeit infolge der Unstabilität bei der Herstellungsreproduzierbarkeit. Zusätzlich leidet die photoleitfähige Schicht a-Si selbst dann, wenn sie einen Dunkelwiderstand

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von wenigstens 10 «fL-cm/unausbleiblich an einer Reduzierung ihrer Ladungsannahmefähigkeit infolge des Eindringens von Ladungen aus dem elektrisch leitfähigen Träger.

Angesichts dieser Probleme wird in der vorliegenden Erfindung eine Ausführungsform vorgeschlagen, bei der zwischen der vorstehend beschriebenen,photoleitfähigen Schicht aus a-Si und dem elektrisch leitfähigen Träger eine Trennschicht aus a-Si durch den Glimmentladungsprozeß ausgebildet wird und eine Dicke von etwa 0,2 - 5 μ und einen Sauerstoffgehalt von etwa 0,05 - 0,5 Atom-% aufweist, und die Schicht bei einer Dicke von etwa 0,2 - 0,4 μ einen Sauerstoffgehalt bis etwa 1 Atom-% aufweist, um die Unterschiede in der Ladungsannahmefähigkeit der photoleitfähigen Schicht aus a-Si infolge der Unstabilität der Produktionsreproduzierbarkeit zu verringern und zu ermöglichen, daß die photoleitfähige Schicht auf ein hohes Potential aufgeladen werden kann,indem wirksam verhindert werden kann, daß Ladungen

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aus dem Träger eindringen. Obwohl die leitfähige Schicht eine Dicke von mehreren 10 μ gemäß dem Stand der Technik aufweisen muß, damit sie auf ein hohes Potential aufladbar ist, stellt die a-S!-Trennschicht sicher, daß die leitfähige Schicht aus a-Si auf das gewünschte Potential selbst dann aufgeladen werden kann, wenn sie eine Dicke bis zu 10 μ und nicht kleiner als 5μ aufweist.

Bei einem Gehalt von etwa 0,05 bis 0,5 Atom-% Sauerstoff weist die a-Si-Trennschicht merklich verbesserte Isolationseigenschaften auf und dient als wirksame Trennschicht. Der Sauerstoffgehalt sollte wenigstens etwa 0,05 Atom-% betragen, da sonst die a-Si-Trennschicht keinen merkbar erhöhten Widerstand würde aufweisen würde, was dazu führen^ daß sie nicht als Trennschicht wirkt und die Unterschiede der Ladungsannahmefähigkeit korrigiert. Der Sauerstoffgehalt darf nicht etwa 0,5 Atom-% übersteigen, da höhere Sauerstoffgehalte zu einem höheren Restpotential führen, was den Erhalt eines kontrastreichen Tonerbildes unmöglich macht. Während der Anstieg des Restpotentials mit dem Phänomen wächst, daß eine große Anzahl von Trägern in der photoleitfähigen

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aus a-Si erzeugt wird, die zwischen der photoleitfähigen Schicht und der a-Si-Trennschicht oder in der Trennschicht eingefangen werden, verbleibt das Restpotential auf einem Niveau, welches keine Probleme mit sich bringt wenn die Trennschicht ungefähr 0,05 - 0,5 Atom-% Sauerstoff aufweist und weiterhin eine Dicke von etwa 0,5 5 μ wie später beschrieben hat.

Obwohl der Sauerstoffgehalt vorstehend auf ein Maximum von 0,5 Atom-% begrenzt worden ist, wurde herausgefunden, daß der Sauerstoffgehalt bis etwa 1 Atom-% betragen kann, wenn die a-Si-Trennschicht eine geringere Dicke von etwa 0,2 - 0,4 μ aufweist, wobei das Restpotential unterhalb eines spezifischen Wertes bleibt.

Bevorzugt hat die a-Si-Trennschicht eine Dicke von etwa 0,2 - 5 μ, da die Trennschicht, wenn sie dünner als etwa 0,2 μ XSt_x nicht mehr als Trennschicht wirkt, und eine gleichförmige Ladungsannahmefähigkeit für die photoleitfähigen Schichten aus a-Si nicht sichergestellt werden kann. Wenn die Dicke 5 μ überschreitet,wird das Restpotential höher als der spezifische Wert sein, und die Trennschicht hat keine gleichrichtende Funktion. Wie aus der vorstehenden Beschreibung der photoleitfähigen Schicht aus a-Si hervorgeht, kann die Trennschicht aus a-Si zusätz-

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lieh zum Sauerstoff Dotierungen der Gruppe IHb des periodischen Systems (insbesondere Bor) bis zu 20.000 ppm und auch etwa 10-40 Atom-% Wasserstoff enthalten, da der Zusatz derartiger Elemente den Dunkelwiderstand der a-Si-Trennschicht bis zu einem gewissen Grad ebenfalls verbessert. Dies ist nützlich, um der Trennschicht einen Dunkelwiderstand zu verleihen, der wenigstens nicht niedriger als erforderlich ist, ohne eine erhöhte'Menge Sauerstoff einzubauen. Obwohl Aluminium, rostfreier Stahl etc. für den elektrisch leitfähigen Träger verwendbar sind, wurde herausgefunden, daß Aluminium eine zufriedenstellende Verbindung zwischen dem Träger und der a-Si-Trennschicht bildet und die wiederholte Verwendung des lichtempfindlichen Elementes über eine verlängerte Zeitdauer ohne Abtrennen oder Springen sicherstellt. Andere Trennschichten können stattdessen ausgebildet werden,und als Beispiel für eine derartige Schicht kann eine Schicht aus Al O genannt werden, die durch eine anodische Oxydation relativ wirksam ausgebildet werden kann.

Fig. 1 zeigt ein Glimmentladungsgerät zum Ausbilden der a-Si-Trennschicht und der photoleitfähigen Schicht. Mit Bezug auf die Figur sind in dem ersten, zweiten, dritten und vierten Tank 1, 2, 3, 4 SiH₄, PH₄, B₃H₆ , und O₃-Gase eingeschlossen. Wasserstoff wird für SiH₄/ PH₄ und

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B₂H-GaSe als Trägergas verwendet. Diese Gase werden dann freigegeben, wenn die ersten, zweiten, dritten und vierten Regelventile 5, 6, 7, 8 entsprechend geöffnet werden und die Fließgeschwindigkeiten der Gase werden durch Mengenstrom-Steuereinrichtungen 9, 10, 11, 12 gesteuert. Die Gase aus dem ersten bis dritten Tank 1-3 werden in eine erste Hauptleitung 13 geleitet und das Sauerstoffgas aus dem vierten Tank 4 wird in eine zweite Hauptleitung 14 getrennt von diesen Gasen geleitet. Die Bezugsziffern 15, 16, 17 und 18 bezeichnen Durchflußmesser und die Bezugsziffern 19 und 20 Abschaltventile. Die durch die erste und zweite Hauptleitung 13 und strömenden Gase werden einer Reaktorröhre 21 zugeführt, die von einer Resonanzschwingungsspule 22 umgeben ist, welche auf geeignete Art und Weise eine Hochfrequenzleistung von 100 Watt bis zu mehreren Kilowatt bei einer Frequenz von 1MHz bis zu mehreren 10MHz erzeugt. Innerhalb der Reaktorröhre 21 ist ein elektrisch leitfähiger Träger 23, beispielsweise aus Aluminium oder NESA-Glas auf einem Drehtisch 25, der durch einen Motor 24 drehbar ist, angeordnet, um auf diesem eine a-Si-Schicht auszubilden. Der Träger 23 an sich wird auf etwa 50 - 300⁰C, insbesondere etwa 150 - 250⁰C durch geeignete Heizeinrichtungen gleichförmig aufgeheizt. Das Innnere der Reaktorröhre 21, muß bis zu einem Hochvakuum (Ent-

- 22 -

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ladungsdruck 0,5 - 2,0 Torr) für die Ausbildung der a-Si-Schicht evakuiert sein und steht mit einer Rotationspumpe 26 und einer Diffusionspumpe 27 in Verbindung.

Die photoleitfähige Schicht aus a-Si kann direkt auf dem Träger 23 wie bereits beschrieben ausgebildet werden, aber es kann auch zuerst eine Trennschicht aus a-Si ausgebildet werden, wobei das gleiche Glimmentladungsgerät wie für die photoleitfähige Schicht verwendbar ist. Der Einfachheit halber wird im folgenden zuerst die Ausbildung der Trennschicht aus a-Si und dann die Ausbildung der photoleitfähigen Schicht aus a-Si beschrieben.

Um mit dem Glimmentladungsgerät mit dem beschriebenen Aufbau eine Trennschicht aus a-Si auszubilden wird zuerst das Innere der Reaktorröhre 21 durch die

-4 -6 Diffusionspumpe 27 auf ein Vakuum von etwa 10 - 10 Torr evakuiert und danach die Rotationspumpe 26 ab-

-2 -4 wechselnd betätigt um ein Vakuum von etwa 10 - 10 Torr zu erhalten. Aus dem vierten Tank 4 wird in die Röhre 21 Sauerstoff zugeführt und auf einem vorbestimmten Druckwert durch Justieren der Mengenstrom-Steuereinrichtung 12 aufrechterhalten. Danach wird SiH.-Gas aus dem ersten Tank 1 und.falls erwünscht

B-H -Gas aus dem zvreitenTank 2 zugeführt. Mit dem auf 2. 6

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einem Vakuum von etwa 0,5 - 2,0 Torr gehaltenen Inneren der Reaktorröhre 21, dem auf eine Temperatur von 50 bis 300⁰C aufgeheizten Träger und der Spule 22, die auf eine Hochfrequenzleistung von 100 Watt bis zu mehreren KW bei einer Frequenz von 1 bis zu mehreren 10 MHz eingestellt ist, tritt eine Glimmentladung auf, um die Gase zu zerlegen und auf dem Träger mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5-2 μ/60 Minuten eine Trennschicht aus a-Si auszubilden, welche einen vorbestimmten Sauerstoffgehalt, mit oder ohne eine geeignete Menge Bor, aufweist.

Nachdem die a-Si-Trennschicht ausgebildet worden ist, wird die Glimmentladung zeitweilig unterbrochen. Das Gerät wird danach für die Ausbildung einer photoleitfähigen Schicht a-Si gestartet. Für diese Operation wird aus dem ersten und vierten Tank 1 und 4 gleichzeitig SiH.-Gas und O_-Gas und aus dem zweiten Tank B H -Gas oder aus dem dritten Tank 3 PH -Gas zugeführt. Die Glimmentladung wird im wesentlichen unter den gleichen Bedingungen wie bei der Ausbildung der Trennschicht erzeugt, wobei die gewünschte photoleitfähige Schicht aus a-Si mit Sauerstoff, Wasserstoff und einer geeigneten Menge von Phosphor oder Bor auf der Trennschicht aus a-Si ausgebildet wird.

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Die vorliegende Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die folgenden Versuchsbeispiele beschrieben. In den Versuchsbeispielen 1 bis 4 wird der Dunkelwiderstand, die Ladungsannahme-Fähigkeit und spektralen Empfindlichkeitscharakteristiken der photoleitfähigen Schichten ans a-Si,und in den Versuchsbeispielen 5 und 6 die Ladungsannahme-Fähigkeit und Restpotentialcharakteristiken ,bezogen auf· die Ausbildung einer a-Si-Trennschicht,beschrieben.

Versuchsbeispiel· 1

Es wurden photoleitfähige Schichten aus a-Si mit Wasserstoffgehalt jedoch ohne Sauerstoff hergestellt und dann bezüglich ihres Dunkelwiderstandes überprüft.

Unter Verwendung des Glimmentladungsgerätes gemäß der Fig. 1,wurde SiH.-Gas aus dem ersten Tank 1 freigegeben, welches durch Wasserstoff getragen wird (10% SiH. relativ zu Wasserstoff) und in Form einer 20μ dicken photoleitfähigen Schicht aus reinem a-Si auf einem Aluminiumträger zersetzt. Die verwendeten Produktionsbedingungen waren: Entladungsdruck 1,5 Torr, Temperatur des Aluminiumträgers 200⁰C, Hochfrequenzleistung 300 W, Frequenz 4MHz und Abscheidungsgeschwindigkeit der Schicht 1 μ/Stunde.

- 25 -

" ι 7 η ό

ι 17 Jj/

Als nächstes wurden unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend.auf Aluminiumträgern 20 μ dicke photoleitfähige Schichten aus a-Si mit 20, 200 und 2000 ppm

-5 -4 Bor ausgebildet. Diese Gehalte entsprechen 10 ,10 und 10 ausgedrückt im Molverhältnis B H./SiH.. Da der Wirkungsgrad, mit dem Bor in die photoleitfähige Schicht aus a-Si eingebaut werden kann, wie bereits erwähnt 1/5 bis 1/15 beträgt, betrugen die verwendeten Molverhältnisse B₂H,/SiH. ungefähr das 10-fache der dotierten Borgehalte. Die Borgehalte wurden durch einen Ionenmikroanalysator der Firma Hitachi gemessen.

Auf ähnliche Art und Weise wurde der Reaktorröhre für die Glimmentladung eine Mischung aus SiH und PH Gasen zugeführt, um 20 μ dicke photoleitfähige Schichten aus a-Si mit 10, 100 und 1000 ppm Phosphor auszubilden.

Die Dunkelwiderstände dieser photoleitfähigen Schichten aus a-Si wurden dann gemessen und das Ergebnis ist durch die durchgezogene Linie A in der Fig. 2 dargestellt, in der die Bor- und Phosphorgehalte in ppm, und die B„H./ SiH₄ und PH /SiH -Molverhältnisse in Klammern angegeben sind. Diese Molverhältnisse sind unter der Voraussetzung angegeben, daß der Dotierungswirkungsgrad der Fremdatome 100% beträgt.

- 26 -

31 T/UJ 21- ■ ■'-''''■'■■

Die durchgezogene Linie A in der Fig. 2 zeigt an,

daß die photoleitfähige Schicht aus reinem a-Si einen

9 Dunkelwiderstand von weniger als 10 -fL-cm aufweist, der selbst bei der Anwesenheit von 10 ppm Phosphor nicht ansteigt. Wenn die Schicht größere Mengen Phosphor enthält wird der Dunkelwiderstand merklich verringert; beispielsweise etwa 4x10 Λ-cm bei 100 ppm Phosphor, und etwa 8x10 _ft.-cm bei 1000 ppm Phosphor. Auf der anderen Seite erzielt die a-Si-Schicht bei einem Borgehalt von

etwa 200 ppm den höchsten Widerstand von etwa 6x10" der jedoch bei einem weiteren Ansteigen des Borgehaltes abrupt abfällt. Der Dunkelwiderstand beträgt bei 2000 ppm Bor weniger als 10 .TL-cm. Hieraus folgt daher, daß die a-Si-Schicht die Wasserstoff, jedoch keinen Sauerstoff enthält jungeachtet des Zusatzes von Bor oder Phosphor einen maximalen Dunkelwiderstand aufweist,der unterhalb von 10 -Λ. -cm liegt und nicht als eine elektrophotografische,photoleitfähige Schicht verwendet werden kann, die üblicherweise einen Dunkelwiderstand von wenigstens

13
etwa 10 «n.-cm aufweisen muß. Tatsächlich betrug bei Aufladen einer photoleitfähigen Schicht aus a-Si mit einem Borgehalt von 200 ppm durch eine Corona-Entladung das Oberflächenpotential weder bei positiver oder negativer Polarität mehr als mehrere 10 V.

- 27 -

23.

Versuchsbeispiel 2

Es wurden photoleitfähige Schichten aus a-Si,die sowohl Wasserstoff als auch Sauerstoff enthielten₍ herges teilt und bezüglich ihres Dunkelwiderstandes überprüft.

Es wurde unter den gleichen Bedingungen wie beim Versuchsbeispiel 1 mit Ausnahme daß aus dem vierten Tank 4 der Reaktorröhre Sauerstoff in einem Molverhältnis O₂/SiH von etwa 0,75x10 zugeführt wurde, um in der Schicht einen Sauerstoffgehalt von etwa 10 Atom-% zu erzeugen, eine photoleitfähige Schicht aus a-Si von 20 μ Dicke hergestellt- Auf ähnliche Art und Weise wurden photoleitfähige Schichten aus a-Si,die weiterhin 20, 200, 2000 und 20000 ppm Bor und solche die 10, 100 und 1000 ppm Phosphor enthielten, hergestellt. Diese sieben 20 μ dicken photoleitfähigen Schichten aus a-Si wurden jeweils mit einem Sauerstoffgehalt von 10 Atom-% hergestellt. Jede dieser Schichten enthielt etwa 18 bis 22 Atom-% Wasserstoff. Die Sauerstoffgehalte wurden durch ein Funkenquelle-Massenspektrometer bestimmt.

Die Dunkelwiderstände der a-Si-Schichten wurden gemessen und die erhaltenen Ergebnisse sind durch die durchgezogene Linie B in der Fig. 2 dargestellt.

- 28 -

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Die durchgezogene Linie B in der Fig. 2 gibt an, daß die photöleitfähige Schicht aus a-Si die weder mit Bor noch mit Phosphor dotiert ist, jedoch Sauerstoff und Wasserstoff enthält, nur einen Dunkelwiderstand von etwa 5x10 Λ-cm aufweist, was ungefähr das 1000-fache des Dunkelwiderstandes ist, den die sauerstoffreie und nur wasserstoffenthaltende Schicht aufweist. Bei Anwesenheit von Phosphor wird der Dunkelwiderstand leicht verringert und wird mit einem Ansteigen .des Phosphorgehaltes weiter verringert. Selbst wenn jedoch 1000 ppm Phosphor enthalten sind,weist die a-Si-Schicht immer noch einen Dunkelwiderstand größer als 10 j\.-cm auf. Dies offenbart, daß der Zusatz von Sauerstoff den Dunkelwiderstand merklich verbessert. Auf der anderen Seite weist die a-Si-Schicht,wenn sie zusätzlich zu Wasserstoff und Sauerstoff Bor enthält einen Dunkelwiderstand von etwa

12
2x10 _/L-cm bei einem Borgehalt von 20 ppm auf, bei einem

12 13

Borgehalt von 200 ppm 8x10 «TL-cm ,was nahe bei 10 _TL-cm liegt und bei 2000 und 20000 ppm Borgehalt einen Dunkelwiderstand von 1,5x10 JL-cm auf.Somit ist die a-Si-Schicht mit einem Sauerstoffgehalt von 10 Atom-% und mehr als 200 ppm Borgehalt zufriedenstellend als eine elektrophotografische, photöleitfähige Schicht zu verwenden, um ein Bild durch den Carlson-Prozeß auszubilden. Verglichen mit

- 29 -

η < -ι η r. -Ι ι Ö I I / U O /

der sauerstoffreien, jedoch borenthaltenden a-Si-Schicht aus dem Versuchsbeispiel 1 beträgt der Dunkelwiderstand der Schicht.dieses Beispieles bei gleichen Borgehalten mehr als das 1000-fache des Dunkelwiderstandes der erstgenannten Schichten bei Borgehalten von 20 ppm und 200 ppm

als ₆
und mehr/das 10 -fache bei Borgehalten von 2000 ppm.

Wenn der Borgehalt etwa 2000 ppm überschreitet pendelt sich der Dunkelwiderstand der photoleitfähigen Schicht aus a-Si ein und verbleibt im wesentlichen unverändert bis etwa 20000 ppm Bor, fällt jedoch abrupt ab, wenn der Borgehalt weiter ansteigt.

Es wurden auf die gleiche Art und Weise wie vorstehend

-2 beschrieben.mit Ausnahme daß etwa 10 Atom-% Sauerstoff in jede Schicht eingebaut wurden, acht 20 u dicke photoleitfähige Schichten aus a-Si hergestellt, wobei eine Schicht weder Bor noch Phosphor enthielt, vier Schichten 20, 200, 2000 und 20000 ppm Bor und drei Schichten 10, 100 und 1000 ppm Phosphor enthielten. Die Dunkelwiderstände dieser Schichten wurden gemessen und das Meßergebnis wird durch die durchgezogene Linie C in der Fig. 2 angegeben.

- 30 -

3 VIYUJV

Die erhaltenen Dunkelwiderstände betragen im allgemeinen das 10-fache der durch die durchgezogene Linie B repräsentierten Werte, bei der der Sauerstoffgehalt ungefähr das 1/1000-fache des Gehaltes wie im vorliegenden Fall beträgt; bei einem Borgehalt von 20 ppm steigt

12 13

der Widerstand von 2x10 Λ,-cm auf 3x10 ju-cm, bei

12 13

einem Borgehalt von 200 ppm von 8x10 jv.-cm auf 8x10 -Λ. -cm und bei einem Borgehalt von 2000 ppm und 20000 ppm von 1,5x10. JU-cm auf 1,5x10 A"cm.

Die vorstehenden Ergebnisse geben an, daß die photoleitfähige Schicht aus a-Si, die einen Dunkelwiderstand von wenigstens etwa 10 Jt.-cm für die Verwendung als eine bilderzeugende Oberflächenschicht aufweisen muß, etwa 20 ppm bis maximal 20000 ppm Bor enthalten kann, wenn

-5 -2

sie 10 bis 10 Atom-% Sauerstoff enthält. Wie jedoch aus einigen der folgenden Versuchsbeispiele hervorgeht,

-2
können bis zu 5x10 Atom-% Sauerstoff in die Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut werden, wobei die resultierenden Dunkelwiderstände etwas höher als die durch die Linie C angegebenen sind, so daß mit einem Borgehalt von etwa 10 ppm ein Dunkelwiderstand von etwa

13

10 JU-cm zur Verfügung steht. Demgemäß kann der Borgehalt etwa 10 bis 20000 ppm betragen.

- 31 -

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Versuchsbeispiel 3

Es wurden unter den gleichen Bedingungen wie beim Versuchsbeispiel 2 mit Ausnahme, daß Sauerstoff mit verschiedenen Mengen von 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03,

-3 -4 -5
0,02, 0,01, 10 , 10 und 10 Atom-% zugesetzt werden, zehn a-Si-Schichten jeweils mit 20 μ Dicke und 200 ppm Borgehalt hergestellt. Es wurden die spektralen Empfindlichkeiten bei der Wellenlänge von 600 nm und die Ladungsannahmefähigkeiten pro 1 μ Schichtdicke gemessen und die Ergebnisse in der Fig. 3 dargestellt.

In der Fig. 3 ist eine Sauerstoffkonzentration (Atom-%) an der Abszisse, die spektralen Empfindlichkeiten S (cm²/erg) auf der linken Ordinate und die Ladungsannahmefähigkeiten Vo (Volt/u) auf einer rechten Ordinate aufgetragen. Die Ladungsannahmefähigkeiten Vo wurden durch positives und negatives Aufladen einer jeden der Schichten durch Corona-Ladeeinrichtungen, die an +-5,6 KV Spannungsquellen angeschlossen sind, und nachfolgendes Messen der Oberflächenpotentiale, die dann durch 20 μ geteilt wurden ermittelt, um in der Fig. 3 als Oberflächenpotential pro 1 μ aufgetragen zu werden. Für die Bestimmung der spektralen Empfindlichkeiten wurde jede der Schichten positiv und negativ aufgeladen und mit einem Licht von 600 nm Wellenlänge belichtet um die Licht-

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Ji

energiemenge zu messen, die zur Reduzierung des Oberflächenpotentials auf eine Hälfte benötigt wird. Die für den Fall der positiven Aufladungen erzielten Meßwerte der spektralen Empfindlichkeiten und Ladungsannahmefähigkeiten wurden durch Kreise markiert und durch die Kurven D und F entsprechend miteinander verbunden, während die Punkte Meßwerte der spektralen Empfindlichkeiten und Ladungsannahmefähigkeiten für den Fall der negativen Aufladungen bezeichnen und ebenfalls durch die entsprechenden Kurven E und G miteinander verbunden sind.

Bei der Untersuchung der spektralen Empfindlichkeiten und Ladungsannahmefähigkeiten der a-Si-Schichten die 0,01 bis 0,07 Atom-% Sauerstoff enthalten!ist ersichtlich, daß die Photoempfindlichkeit S einer a-Si-Schicht mit 0,01 Atom-% Sauerstoff 0,62 cm²/erg beträgt, und daß die Ladungsannähmefähigkeit Vo 28 V/μ für den Fall der positiven Ladung beträgt. Für den Fall der negativen Ladung ist andererseits die spektrale Empfindlichkeit S merklich größer als 0,9 cm²/erg, obwohl die Ladungsannahmefähigkeit etwas niedriger als -17V ist. Bei einem Sauerstoffgehalt von 0,02 Atom-% betragen die Photoempfindlichkeiten S für positive und negative Ladungen immer noch entsprechend 0,52 cm²/erg und 0,8 cm²/erg. Die Ladungsannahmefähigkeiten Vo steigen und betragen für den Fall der positiven Ladung 33V und für den Fall der negativen Ladung -23V.

- 33 -

Mit dem Ansteigen des Sauerstoffgehaltes sinkt die Photoempfindlichkeit während die Ladungsannahmefähigkeit ansteigt. Die a-Si-Schicht mit 0,03 Atom-% Sauerstoff erzeugt eine spektrale Empfindlichkeit S von 0,18 cm²/erg bei positiver Ladung und 0,32 cm²/erg bei negativer Ladung. Diese Werte sind sehr viel höher als die spektralen Empfindlichkeiten herkömmlicher photoempfindlicher Elemente aus Se und Polyvinylcarbazol mit TNF. Die Ladungsannahmefähigkeiten Vo sind ebenfalls hoch und betragen entsprechend für positive und negative Ladungen 40V bzw. -30V. D.h., daß eine a-Si-Schicht mit 20μ Dicke auf Oberflächenpotentiale bis zu +800V und -600V aufgeladen werden kann. Sowohl für den Fall der positiven als auch der negativen Ladung werden relativ scharfe Abfälle in der spektralen Empfindlichkeit S bei einer a-Si-Schicht mit 0,04 Atom-% Sauerstoff erhalten, obwohl die Ladungsannahmefähigkeiten auf 45V bzw. -42V angestiegen sind. Mit einem Sauerstoffgehalt von 0,04 Atom-% ist die spektrale Empfindlichkeit S bei positiver Ladung etwas weniger als 0,05 cm²/erg und etwa 0,1 cm²/ erg für negative Ladung. Diese Empfindlichkeitscharakteristiken sind höher oder im wesentlichen gleich denen von herkömmlichen photoempfindlichen Elementen und für die Reproduktion von Bildern mit gutem Kontrast ausreichend.

- 34 -

Selbst bei dem Sauerstoffgehalt von 0,05 Atom-% betragen die Empfindlichkeiten S bei positiver Ladung 0,03 cm²/erg und 0,04 cm²/erg bei negativer Ladung. Die durch eine a-Si-Schicht mit 0,05 Atom-% Sauerstoffgehalt erzielten Empfindlichkeiten sind immer noch für die Bildreproduktion ausreichend, begrenzen jedoch die gute Reproduktion von Bildern. Dies geht daraus hervor, daß die a-Si-Schicht mit 0,06 Atom-% Sauerstoff, die Empfindlichkeiten von 0,021 cm²/erg und 0,027 cm²/erg für positive und negative Ladungen entsprechend aufweist, bei der Reproduktion etwas kontrastarme Bilder erzielt, obwohl die Ladungsannahmefähigkeiten Vo 70V und -82V betragen. Mit dem auf 0,07 Atom-% erhöhten Sauerstoffgehalt sinken die Empfindlichkeiten S auf 0,016 cm²/erg und 0,02 cm²/erg ab_; obwohl Vo 86V und -105V beträgt. Derartige spektrale Empfindlichkeiten sind für den sichtbaren Strahlenbereich von 600 nm zu niedrig, und tatsächlich zeigen die reproduzierten Bilder Schlieren und wenig Kontrast. Demgemäß sollte der Sauerstoffgehalt weniger als etwa 0,05 Atom-% insbesondere weniger als 0,04 Atom-% betragen.

Mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 0,01 Atom-%, beispielsweise mit 10 Atom-%,werden die spektralen Empfindlichkeiten S größer als die bei einem Sauerstoffgehalt von 0,01 Atom-% und betragen bei positiver Ladung 0,7 cm²/erg und mehr als 1,0 cm²/erg bei negativer Ladung. Die Ladungs-

- 35 -

-; - i ■"/ f. ·ϊ '7 \j ι \ i -■ -ι ■'

annahmefähigkeiten Vo sinken jedoch ab und betragen 21V und -13V. Insbesondere wenn die Schicht für negative Ladung verwendet werden soll, ist die Dicke der Schicht auf wenigstens etwa 5μ bevorzugt zu erhöhen. Stattdessen kann eine Trennschicht aus a-Si zwischen dem Träger und der photoleitfähigen Schicht aus a-Si

-4 vorgesehen werden. Mit einem Sauerstoffgehalt von 10 Atom-% steigen die Empfindlichkeiten S sogar auf 0,76 cm²/erg und 1,2 cm²/erg jeweils für positive und negative Ladung an. Die Ladungsannahmefähigkeiten Vo sind relativ niedrig und liegen entsprechend bei 17V und -11V. Dementsprechend beträgt Vo einer a-Si-Schicht mit 10 Atom-% Sauerstoff 15 V und -9V und wird am besten durch eine Vergrößerung der Dicke der photoleitfähigen Schicht aus a-Si um 5 bis 10 μ oder Ausbilden der besagten a-Si-Trennschicht erhöht, da für eine gute Bildreproduktion ein Minimum von +_ 300V an Oberflächenpotential im allgemeinen erforderlich ist.

Tatsächlich wurde, nach dem jede der zehn photoleitfähigen Schichten aus a-Si einem Ladevorgang, Belichtungsvorgang, Entwicklungsvorgang mit Magnetbürste und Bildübertragungsvorgang auf das Kopierpapier entsprechend unterzogen worden ISt₇bei den Schichten gute Bilder mit gutem Kontrast erhalten, die 0,01 bis 0>05 Atom-% Sauer-

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i ι 7 η

7 η q

/ UJ /

stoff aufwiesen. Von den Schichten.die 0,06 bis 0,07 Atom-% Sauerstoff enthielten, wurden jedoch Bilder mit wenig Kontrast erhalten. Die 10 Atom-% Sauerstoff enthaltende a-Si-Schicht erzeugte ein Bild mit guter Qualität bei positiver Ladung,jedoch ein nicht so scharfes und etwas schlieriges Bild bei negativer Ladung.

—4 Dementsprechend wurden mit a-Si-Schichten mit 10 und 10 Atom-%- Sauerstoff schlierige Bilder mit wenig Kontrast erhalten. Aus diesem Grund wurden drei a-Si-Schichten jeweils mit einer Dicke von 32μ und etwa 10 ,

-4 -5

10 und 10 Atom-% Sauerstoff hergestellt. Unter Verwendung dieser Schichten wurden die gleichen Versuche durchgeführt und die Ergebnisse zeigten für jede der a-Si-Schichten die Reproduktion von guten Bildern. Somit sollte ein minimaler Sauerstoffgehalt von etwa 10 Atom-% und ein maximaler Sauerstoffgehalt von

-2

etwa 5x10 Atom-% _f wie bereits vorstehend erwähnt, vorhanden sein. Bezüglich der spektralen Empfindlichkeit und der Ladungsannahmecharakteristiken ist ein Sauer-

-2 -2 stoffgehalt von etwa 10 bis 4x10 Atom-% zu bevorzugen.

Mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 10 Atom-% sinkt der Dunkelwiderstand ab und die Ladungsannahmefähigkeit wird zu niedrig.

- 37 -

Versuchsbeispiel· 4

Unter der gleichen Bedingung wie beim Versuchsbeispiel 3 wurde eine photoleitfähige Schicht aus a-Si mit einer Dicke von 20μ und 200 ppm Borgehalt und 0,1 Atom-% Sauerstoffgehalt hergestellt. Weiterhin wurden drei photoleitfähige Schichten aus a-Si^die jeweils 200 ppm Bor und 0,05 Atom-%, 0,04 Atom-% und 0,01 Atom-% Sauerstoff enthielten, welche beim Beispiel 3 hergestellt worden sind verwendet, und diese Schichten wurden bezüglich ihrer spektralen Empfindlichkeitseigenschaften untersucht. Für die Bestimmung der spektralen Empfindlichkeiten wurde jede der Schichten mit einer Corona-Ladeeinrichtung , die an eine Spannungsquelle von -5,6 KV angeschlossen ist, negativ aufgeladen und mit einem Licht von 400 bis 900 nm Wellenlänge belichtet, um die Lichtenergiemengen zu messen, die zur Reduzierung des Oberflächenpotentials auf die Hälfte erforderlich sind. Die Ergebnisse sind in der Fig. 4 dargestellt, in der die Kurven H, I, J und K die spektralen Empfindlichkeitscharakteristiken der a-Si-Schichten mit den Sauerstoffgehalten von 0,1, 0,05, 0,04 und 0,01 Atom-% entsprechend darstellen. Als Bezug zeigen die Kurven L und M die spektralen Empfindlichkeitseigenschaften herkömmlicher photoempfindlicher Elemente, beispielsweise vom Se-Typ und organischen Typ aus Polyvinylcarbazol mit TNF (im Molverhältnis von 1:1).

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Aus der Fig. 4 ist ersichtlich/ daß je niedriger der Sauerstoffgehalt ist,um so höher sind die spektralen Empfindlichkeiten. Im einzelnen weist eine a-Si-Schicht mit einem Sauerstoffgehalt von 0,1 Atom-% Empfindlichkeiten (Kurve H) auf, die ein Maximum von 0,018 selbst

weist

bei einer Spitzenwellenlänge von 650 nm auf ^l, und die vergleichsweise niedriger als jene des vorstehend erwähnten organischen empfindlichen Elementes im .Wellenlängenbereich von 400 bis 600 nm ist, und somit keinerlei Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik erzielt. Im Gegensatz hierzu weist die Schicht mit 0,05 Atom-% Sauerstoff spektrale Empfindlichkeiten (Kurve I) auf, die etwa das 2- bis 3-fache der Empfindlichkeiten betragen, die durch die Kurve H dargestellt sind und die insbesondere im Bereich der längeren Wellenlängen gleich oder größer als jene der herkömmlichen photoempfindlichen Elemente (Kurven L und M) sind. Die Schicht ist daher vollständig zu verwenden. Diese Ergebnisse erfüllen auch die vorstehende Anforderung der Erfindung, daß der Sauerstoffgehalt der photoleitfähigen Schicht aus a-Si oberhalb von 0,05 Atom-% liegen sollte. Die Kurve J stellt die spektralen Empfindlichkeitscharakteristiken der a-Si-Schicht mit 0,04 Atom-% Sauerstoff dar_; und wie zu ersehen ist, betragen die Empfindlichkeiten etwas das 2-fache wie bei dem Sauerstoffgehalt von 0,05 Atom-% und sind insbesondere im Be-

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reich der längeren Wellenlängen höher als beim herkömmlichen photoempfindlichen Element vom organischen Typ (Kurve M). Wenn der Sauerstoffgehalt weiter auf 0,01 Atom-% absinkt betragen die spektralen Empfindlichkeiten (Kurve K) etwa das 9- bis 10-fache der Empfindlichkeiten, die bei einem Sauerstoffgehalt von 0,04 Atom-% (Kurve J) erhalten werden. Eine derartige a-Si-Schicht erzeugt ein photoempfindliches Element, welches empfindlicher als jedes andere herkömmliche derartige Element ist.

Versuchsbeispiel 5

Es wurden photoempfindliche Elemente hergestellt die jeweils einen Träger, eine photoleitfähige Schicht aus a-Si und dazwischen eine Trennschicht aus a-Si aufweisen. Die Trennschichten der Elemente enthalten verschiedene Mengen Sauerstoff. Die empfindlichen Elemente wurden bezüglich Ausgangsoberflächenpotential und Restpotential überprüft.

Es wurde das Glxmmentladungsgerät gemäß der Fig. 1 ^v verwendet. Als erstes wurde das Innere der Reaktorröhre 21 durch die Diffusionspumpe 27 auf ein Vakuum von etwa 10 Torr evakuiert und danach wurde die Rotationspumpe abwechselnd angetrieben, um ein Vakuum von etwa 10 Torr

- 40 -

uo /

zu erzeugen. In diesem Zustand wurde die Mengenstrom-Steuereinrichtung 12 justiert, um einen Druck von 0,03 Torr für die Sauerstoffversorgung aus dem vierten Tank zu erzeugen. Gleichzeitig wurde aus dem ersten Tank 1 mit Hilfe von Wasserstoff als Trägergas SiH.-Gas (10% SiH relativ zu Wasserstoff), und aus dem zweiten Tank BH-

Z. ο

Gas in einer Menge entsprechend dem B„H /SiH.-Molverhält-

-4
nis von 10 freigegeben. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Reaktorröhre auf einem Gesamtdruck von 0,7 Torr gehalten.

Der Träger wurde auf einer Temperatur von 200⁰C gehalten und die Resonanzschwingungsspule 22 wurde so eingestellt, daß sie eine HochfrequenzIeistung von 300 Watt bei 4 MHz Frequenz für die Glimmentladung erzeugt, wobei auf dem Aluminiumträger mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 μ /60 Minuten eine Trennschicht aus a-Si ausgebildet wird. Nach dem Ablauf von 30 Minuten wurde die Glimmentladung unterbrochen. Die resultierende a-S!-Trennschicht hat eine Dicke von 0,5 μ, einen Sauerstoffgehalt von 0,05 Atom-% und einen Borgehalt von 20 ppm.

Danach wurde unter Aufrechterhalten des gleichen Druckwertes,wie vorstehend beschriebe^von SiH. und BH-Gas und so eingestellter Mengenstrom-Steuereinrichtung 12, daß ein Sauerstoffdruck von 0,005 Torr erzeugt wird, die Glimmentladung nochmals für 8 Stunden durchgeführt, um eine 8μ dicke, photoleitfähige Schicht aus a-Si mit etwa

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31

17037

0,01 Atom-% Sauerstoff und 20 ppm Bor zu erzeugen. Wie aus dem Versuchsbeispiel 2 zu ersehen ist, hat die Schicht einen Dunkelwiderstand von etwa 3x10 JL-cm.

Auf die gleiche Art und Weise wie vorstehend beschrieben, wurden sechs lichtempfindliche Elemente mit dem gleichen Aufbau wie vorstehend beschrieben,jedoch mit der Ausnahme/daß verschiedene Mengen Sauerstoff in die a-Si-Trennschichten eingebaut wurden, hergestellt. Somit wurde die Glimmentladung unter den gleichen Bedingungen.mit Ausnahme daß für die Ausbildung der Trennschichten die Mengenstrom-Steuereinrichtung 12 so justiert war, daß verschiedene Sauerstoffdrucke von 0,05, 0,09, 0,22, 0,35, 0,50 und 0,70 Torr erzeugt werden, durchgeführt. Die erhaltenen lichtempfindlichen Elemente "waren jeweils aus einem Träger, einer 0,5μ dicken a-Si-Trennschicht auf dem Träger und mit Sauerstoff und 20 ppm Bor, und einer 8 μ dicken photoleitfähigen Schicht aus a-Si zusammengesetzt, die auf der Trennschicht ausgebildet war und 0,01 Atom-% Sauerstoff und 20 ppm Bor enthält.

Entsprechend den vorstehend erwähnten Sauerstoffdrucken haben die Trennschichten der sechs lichtempfindlichen Elemente Sauerstoffgehalte von 0,08, 0,16, 0,3, 0,4, 0,5 und 0,6 Atom-%. Auf ähnliche Art und Weise wurde ein anderes lichtempfindliches Element hergestellt, welches eine photoleitfähige Schicht aus a-Si aufweist, die direkt

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οι i / υ J /

auf einem Träger ausgebildet ist. Dieses lichtempfindliche Element entspricht dem Element, bei dem die a-Si-Trennschicht ohne Sauerstoff ist. Die Sauerstoffgehalte der Schichten wurden durch ein Funkenquelle-Massenspektrometer und die Borgehalte mit einem Ionen-Mikroanalysator gemessen.

Jedes lichtempfindliche Element wurde durch eine Corona-Ladeeinrichtung, die an eine Spannungsquelle von + 7 KV angeschlossen ist,gleichförmig mit positiver und negativer Polarität aufgeladen und bezüglich Ladungsannahmefähigkeit durch Messen des Ausgangsoberflächenpotentials überprüft. Danach wurde das Element mit Licht in einer Menge von 0,3 mw.sec/cm² belichtet und nach dem Abklingen bezüglich Restpotential überprüft. Die Ergebnisse sind in der Fig. 5 dargestellt, in der der Sauerstoffgehalt der a-Si-Trennschicht auf der Abszisse, das anfängliche Oberflächenpotential auf der linken Ordinate und das Restpotential auf der rechten Ordinate aufgetragen ist. Eine Kurve N stellt die Beziehung zwischen dem Sauerstoffgehalt und dem ursprünglichen Oberflächenpotential, welches durch die positive Aufladung aufgebracht worden ist, dar und eine Kurve O zeigt eine ähnliche Beziehung, die durch negative Aufladung bestimmt ist. Die Kurven P und Q stellen die Beziehungen des Sauerstoffgehaltes zu den Restpotentialen infolge von positiver

- 43 -

Ladung und entsprechend negativer Ladung dar.

Fig. 5 zeigt, daß das lichtempfindliche Element, bei dem die a-Si-Trennschicht keinen Sauerstoff enthält, d.h. welches keine Trennschicht aufweist, nur wenig oder kein Restpotential zurückbehält, wenn es positiv oder negativ aufgeladen wird, jedoch bei positiver Aufladung niedere Ausgangsobe'rf lächenpotentiale von 400 V und bei negativer Aufladung -360 V aufweist, obwohl die niederen Potentiale teilweise der Tatsache zuzuordnen sind, daß die photoleitfähige Schicht aus a-Si eine Dicke von nur 8 μ aufweist. Das lichtempfindliche Element jedoch, welches 0,05 Atom-% Sauerstoff in seiner a-Si Trennschicht enthält, hat ein bemerkenswert erhöhtes Ausgangsoberflächenpotential von -560V bei negativer Aufladung, wie durch die Kurve dargestellt und ist auch auf ein etwas erhöhtes Potential positiv aufladbar. Die Anwesenheit von Sauerstoff führt somit dazu, daß das lichtempfindliche Element bis zu einem solch hohen Potential aufladbar ist, daß die a-Si-photoleitfähige Schicht, obwohl sie dünn ist,als eine bildausformende Oberflächenschicht verwendet werden kann. Mit einem weiteren Ansteigen des Sauerstoffgehaltes auf 0,08 Atom-% weist das lichtempfindliche Element ein erhöhtes Ausgangsoberflächenpotential von -600 V bei

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l I /Ud /

negativer Ladung und +470V bei positiver Ladung auf und behält trotzdem die niederen Restpotentiale von +_ 10 bis 20 V bei. Dies stellt den Erhalt von kontrastreichen Kopierbildern sicher.

Wenn das lichtempfindliche Element 0,16, 0,3, 0,4, 0,5 oder 0,6 Atom-% Sauerstoff in der a-Si-Trennschicht enthält, verläuft das Ausgangsoberflächenpotential mit dem Ansteigen des Gehaltes im Bereich von etwa -620 bis -670V, während das positive Ausgangs-Oberflächenpotential mit dem Sauerstoffgehalt von 0,16 Atom-% auf +600 V ansteigt und bei einem weiteren Ansteigen des Sauerstoffgehaltes_/wie im Fall der negativen Aufladung, bei Werten von +620 bis +675V liegt. Auf der anderen Seite liegen die Restpotentiale bei einem Sauerstoffgehalt von 0,16 Atom-% bei -20V und +35V, bei 0,3 Atom-% bei -75V und +90V, bei 3,4 Atom-% bei -110V und +125V, mit 0,5 Atom-% bei -145V und +160V, und mit 0,6 Atom-% bei -180V und +205V, und steigen somit mit dem Ansteigen des Sauerstoffgehaltes an. Da herausgefunden worden ist, daß bei einem derartigen Ansteigen des Sauerstoffgehaltes in einem solchen Bereich, bei dem die Restpotentiale oberhalb von J₁IOOV liegen, die Ausgangsoberflächenpotentiale oberhalb von +_600V liegen, und daß selbst wenn die Restpotentiale bei etwa +_150V

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21 17037

als Maximalwert liegen, vollkommen kontrastreiche Kopierbilder erhalten werden, liegt der Sauerstoffgehalt der a-Si-Trennschicht bevorzugt im Bereich von etwa 0,05 bis 0,5 Atom-%. Wenn der Sauerstoffgehalt geringer als etwa 0,05 Atom-% ist^ versagt die Trennschicht selbst bezüglich der vollständigen Verhinderung des Eindringens von Ladungen aus dem Träger, während bei einem Gehalt oberhalb von 0,5 Atom-% das lichtempfindliche Element Restpotentiale von oberhalb +^150V aufweist, und damit keine kontrastreichen Kopierbilder liefert. Demgemäß ist es zweckmäßig, daß der Sauerstoffgehalt bei etwa 0,05 bis 0,5 Atom-% liegt. Der Grund dafür, daß das lichtempfindliche Element nicht auf ein merklich erhöhtes Ausgangsoberflächenpotential positiv aufladbar ist, wenn der Sauerstoffgehalt der a-Si-Trennschicht nicht höher als etwa 0,05 Atom-% ist, liegt darin, daß die Schicht selbst gleichrichtende Eigenschaften aufweist.

Versuchsbeispiel 6

Es wurden lichtempfindliche Elemente mit einer a-Si-Trennschicht mit einem Sauerstoffgehalt von 0,08 Atom-% und verschiedenen Dicken überprüft, um die Beziehung der

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I I / U O I

Dicke Zum Äusgangsoberflächenpotential des lichtempfindlichen Elementes, sowie dessen Restpotential zu überprüfen. Es wurde wie bei dem Versuchsbeispiel 5, ein lichtempfindliches Element mit einer a-Si-Trennschicht mit einer Dicke von 0,5μ und einem Sauerstoffgehalt von 0,08 Atom-%, ein anderes Element mit einer a-Si-photoleitfähigen Schicht, die direkt ohne irgendeine a-Si-Trennschicht auf dem Träger aufgebracht war. und Elemente mit a-Si-Trennschichten jeweils mit 0,08 Atom-% Sauerstoff und verschiedenen Dicken von 1μ, 2,4μ, 3μ, 4μ, 5μ und 6μ hergestellt. Jedes der lichtempfindlichen Elemente wurde dann unter den gleichen Bedingungen wie beim Versuchsbeispiel 5, aufgeladen und belichtet, um das Ausgangsoberflächenpotential und Restpotential zu messen.

Die Ergebnisse sind in der Fig. 6 dargestellt, in der die Dicke der a-Si-Trennschicht an der Abszisse, das Ausgangsoberflächenpotential an der linken Ordinate und das Restpotential an der rechten Ordinate aufgetragen ist. Die Kurven R und S stellen die Beziehungen zwischen der Dicke und dem Ausgangsoberflächenpotential bei positiven und negativen Ladungen entsprechend dar. Die Kurven T und U stellen die Beziehungen der Dicke zum Restpotential jeweils bei positiver und negativer Ladung dar. Fig. 6 zeigt, daß das lichtempfindliche Element, bei dem keine

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Trennschicht ausgebildet ist, bei positiver Ladung ein niederes Ausgangsoberflächenpotential von 400 V und bei negativer Ladung von -360V aufweist. Das lichtempfindliche Element mit einer 0,5 μ dicken a-Si-Trennschicht (mit 0,08 Atom-% Sauerstoff), weist jedoch ein merklich erhöhtes Ausgangsoberflächenpotential von -600V auf und ist auch auf ein erhöhtes Potential von 470V positiv aufladbar. Somit führt die Tatsache, daß die Anwesenheit der 0,5(i dicken a-Si-Trennschicht zu erhöhten Ausgangs-Oberflächenpotentialen führt, die die Ausbildung von Bildern durch den elektrophotografischen Prozeß ermöglichen, dazu, daß gleichzeitig auch dann ähnlich erhöhte Ausgangsoberflächenpotentiale zur Verfügung stehen, wenn die Dicke kleiner ist. Fig. 6 zeigt, daß die Dicke, wenn sie nicht kleiner als etwa 0,2 μ ist, sicherstellt, daß das Ausgangsoberflächenpotential nicht unter dem erforderlichen Wert liegt. Wenn die Dicke 1μ übersteigt, steigen die AusgangsobeEf lächenpotentiale auf +475V und -625V an, obwohl gleichzeitig die Restpotentiale leicht auf +25V und -20V ansteigen. Mit einem weiteren Ansteigen der Dicke steigen die Ausgangsoberflächenpotentiale noch etwas an, neigen jedoch dazu, sich einzupendeln, während die Restpotentiale weiter ansteigen. Genauer gesagt betragen die Ausgangspotentiale bei einer Dicke von 2,4μ +500V und -630V und die Restpotentiale +50V und -40V, bei einer Dicke 3μ +505V und -650V

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für die Ausgangspotentiale und +70V und -60V für die Restpotentiale, bei einer Dicke von 4μ +530V und -670V für die Ausgangspotentiale und +110V und -95V für die Restpotentiale, bei .einer Dicke von 5μ +550V und -680V für die Ausgangspotentiale und +155V und -145V für die Restpotentiale, und für eine Dicke von 6 μ betragen die Ausgangspotentiale +570V und -700V und die Restpotentiale +210V und -185V. Da_#wie bereits angegeben, vollständig kontrastreiche Kopierbilder erhalten werden, wenn die Restpotentiale bis etwa + 150 V betragen_; ist der Fig. 6 zu entnehmen, daß die Dicke der a-S!-Trennschicht maximal etwa 5μ betragen kann. Die Mindestdicke liegt wie vorstehend bereits erwähnt bei etwa 0,2 μ.

Es wurde ein anderes lichtempfindliches Element mit dem gleichen Aufbau mit Ausnahme daß die a-Si-Trennschicht eine Dicke von 0,3 μ und einen Sauerstoffgehalt von 1 Atombetrug, hergestellt. Auf die gleiche Art und Weise, wie vorstehend beschriebe^ wurde das lichtempfindliche Element geladen und belichtet, um die Ausgangsoberflächenpotentiale und Restpotentiale zu bestimmen. Fig. 6 zeigt die Ergebnisse, d.h. die Ausgangsoberflächenpotentiale V und W entsprechend positiver und negativer Aufladung und die Restpotentiale X und Y entsprechend positiver und negativer

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Ladung. Die Ausgangsoberflächenpotentiale betragen +630V und -660V, was für das Ausbilden des Bildes ausreichend ist, während die Restpotentiale etwa +_ 150V betrugen, was die Erzeugung von kontrastreichen Kopierbildern sicherstellt. D.h., daß wenn die a-Si-Trennschicht eine geringe Dicke von beispielsweise etwa 0,3μ aufweist, kann der Sauerstoffgehalt mehr als 0,5 Atom-% betragen. Wie aus den vorstehenden Meßergebnissen ersichtlich^liegen die Restpotentiale bei etwa +_ 150V, was obere Grenzen sind, obwohl die Schicht 1 Atom-% Sauerstoff enthält. Demgemäß kann in die Trennschicht mit einer geringeren Dicke bis zu 1 Atom-% Sauerstoff in die Schicht eingebaut werden. Die geringe Dicke ist nicht, wie erwähnt, auf 0,3μ begrenzt; der Sauerstoffgehalt kann bis zu maximal 1 Atom-% betragen, wenn die Dicke im Bereich von etwa 0,2 - 0,4 μ liegt.

Als nächstes wurde jedes der photoempfindlichen Elemente, die in den Versuchsbeispielen 5 und 6 hergestellt worden sind, Abbildetests durch positives und negatives Aufladen mit Corona-Ladeeinrichtungen, die an Spannungsquellen von _+ 7KV angeschlossen waren, Belichten, Entwickeln des Tonerbildes durch eine Magnetbürste und Bildübertragen auf Kopierpapiere₇ unterzogen. Als Ergebnis wurden mit allen photoempfindlichen Elementen mit Ausnahme der Elemente, die a-Si-Trennschichten mit 0,5 μ Dicke und 0,6 Atom-% Sauerstoff und 6μ Dicke und 0,08 Atom-% Sauerstoff, welche schlierige, kontrastarme Bilder erzeugten, gute kontrastreiche

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Bilder erhalten. Das Element ohne a-Si-Schicht erzeugte eine gute Bildqualität, obwohl diese etwas den Bildern, welche von lichtempfindlichen Elementen mit a-Si-Trennschichten mit 0,5μ Dicke und Sauerstoffgehalten von 0,05, 0,08, 0,16, 0,3, 0,4 und 0,5 Atom-% und den Elementen
mit a-Si-Trennschichten mit 0,08 Atom-% Sauerstoff und
entsprechenden Dicken von 1, 2,4, 3, 4 und 5 μ herrührten, unterlegen ist. Das lichtempfindliche Element mit einer a-Si-Trennschicht von 0,3μ Dicke und einem Sauerstoffgehalt von 1 Atom-% erzeugte auch ein Bild mit guter Qualität.

Es sind zahlreiche Modifikationen und Veränderungen der vorliegenden Erfindung innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung denkbar.

Leerseite

Claims

Elektrophotografisches, lichtempfindliches Element Pa tentansprüche

1. Elektrophotografisches, lichtempfindliches Element dadurch gekennzeichnet , daß das lichtempfindliche Element eine photoleitfähige Schicht aus amorphem Silizium aufweist, und daß die photoleitfähige Schicht aus amorphem Silizium etwa

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10 bis 5x10 Atom-% Sauerstoff, etwa 10-40 Atom-1 Wasserstoff und etwa 10 bis 20000 ppm einer Dotierung aus der Gruppe HIb des Periodensystemes enthält.

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BANK DnESDNERBANK,HAMBURG.4030448(BLZ2O08O000) POSTSCHECK HAMBURG 147607-200(BLZ20010020) TELEGRAMM SPtOHIZIFS

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2. Elektrophotografisches, lichtempfindliches Element nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die photoleitfähige Schicht durch einen Glimmentladungsprozeß aufgebracht ist, und daß die Dotierung aus Bor besteht.

3. Elektrophotografisches, lichtempfindliches Element dadurch gekennzeichnet, daß das elektrophotografische, lichtempfindliche Element ein photoleitfähige Schicht aus amorphem Silizium mit einer bildausbildenden Oberfläche aufweist, daß die photoleitfähige Schicht durch den Glimmentladungs-

-5 -2 prozeß ausgebildet ist und etwa 10 bis 5x10 Atom-% Sauerstoff, etwa 10 bis 40 Atom-% Wasserstoff und etwa 10 bis 2000 ppm Bor enthält.

4. Elektrophotografisches, lichtempfindliches Element dadurch gekennzeichnet , daß das elektrophotografische, lichtempfindliche Element eine photoleitfähige Schicht aus amorphem Silizium aufweist, die durch den Glimmentladungsprozeß ausge-

-5 -2 bildet ist und wenigstens etwa 10 bis 5x1Q Atom-% Sauerstoff enthält.

Oil/ U .3 /

5. Elektrophotografisches, lichtempfindliches Element dadurch gekennzeichnet / daß das elektrophotografische, lichtempfindliche Element aus einem Träger, einer Trennschicht aus amorphem Silizium mit einer Dicke von etwa 0,2 bis 5μ und etwa 0,05 bis 1 Atom-% Sauerstoff, und einer photoleitfähigen Schicht aus amorphem Silizium, die auf der Trennschicht

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ausgebildet ist und etwa 10 bis 5x10 Atom-% Sauerstoff, etwa 10 bis 40 Atom-% Wasserstoff und etwa bis 20000 ppm einer Dotierung der Gruppe IHb des Periodensystems enthält, besteht.

6. Elektrophotografisches, lichtempfindliches Element nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , daß sowohl die Trennschicht als auch die photoleitfähige Schicht durch den Glimmentladungsprozeß ausgebildet sind.

7. Elektrophotografisches, lichtempfindliches Element nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch ge kennzeichnet , daß die Trennschicht vorzugsweise etwa 0,05 bis 0,5 Atom-% Sauerstoff enthält und bei einer Dicke von etwa 0,02 bis 0,04 μ. bis zu 1 Atom-% Sauerstoff enthält.

8. Elektrophotografisches, lichtempfindliches Element nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung Bor ist.

9. Elektrophotografisches, lichtempfindliches

Element dadurch gekennzeichnet , daß das elektrophotografische,lichtempfindliche Element eine photoleitfähige Schicht aus amorphem Silizium aufweist, die durch den Glimmentladungsprozeß ausgebildet ist, und eine Dicke von etwa 5 bis 100 μ aufweist, die photoleitfähige Schicht etwa 0,01 bis 0,04 Atom-% Sauerstoff, etwa 10 bis 40 Atom-% Wasserstoff und etwa 10 bis 20000 ppm Bor enthält.

10. Elektrophotografisches, lichtempfindliches Element dadurch gekennzeichnet , daß das elektrophotografische, lichtempfindliche Element eine Trennschicht aus amorphem Silizium, die durch den Glimmentladungsprozeß aufgebracht ist und eine Dicke von etwa 0,2 bis 5μ aufweist und etwa 0,05 bis 0,5 Atom-% Sauerstoff enthält, jedoch bis zu 1 Atom-% Sauerstoff bei einer Dicke von etwa 0,2 bis 0,4μ aufweist, und einer photoleitfähigen Schicht"aus amorphem Silizium, die durch den Glimmentladungsprozeß aufgebracht ist und eine Dicke

-5 -2 von etwa 5 bis 100 μ aufweist, etwa 10 bis 5x10 Atom-% Sauerstoff, etwa 10 bis 40 Atom-% Wasserstoff

und etwa 10 bis 20000 ppm Bor enthält, besteht,