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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
ο ι i / U J /
ΑΛ.
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,
— 6 —
/* verschmutzungsfreier Eigenschaften
η- ■■■■ '■■' '■■' ■ "'■■
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
13
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,
- 10 -
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
- 11 -
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η
ι ί / U υ I
/τ-
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^~cmf
2 7
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
- 12 -
-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
- 13 -
OI I 7 Π Οι I / 1J
ή-
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-
- 14 -
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,
- 16 -
31Ί7037
η- ■' -
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:.
- 17 -
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
13 hat'
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
- 18 -
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
- 19 -
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 XStx 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-
- 20 -
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
21 -
7Oj/
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 -
JViVUJV
ζ?-
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
- 23 -
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.
- 24 -
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 -
2t '....:■ ■■'■'■
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 -
<"■. Λ 1 H η O Γ7
Oi !/'Jo/
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-
- 32 -
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-
- 36 -
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).
- 38 -
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-
- 39 -
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
- 41 -
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
- 42 -
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
- 44 -
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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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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I /1Jj /
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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ύ i i / U J /
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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υ ; ι / 1J 3 I
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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J ι i / ü J /
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.
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