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Elektrofotographische lichtempfindliche Materialien
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Die Erfindung betrifft ein elektrofotographsches lichtempfindliches
Material mit einer lichtempfindlichen Schicht, die aus amorphem Silicium auf einer
leitfähigen Unterlage besteht.
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Ein elektrofotographisches lichtempfindliches Material, das für eine
elektrostatische Kopiermaschine oder einen Drucker einer Datenverarbeitungsanlage
verwendet wird, weist eine lichtempfindliche Schicht auf, die aus einem fotoleitfähigen
Material auf einer leitfähigen Unterlage besteht.
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Als solches fotoleitfähiges Material werden üblicherweise anorganische
Materialien, wie Selen, Selen-Tellur-Legierungen, Cadmiumsulfid, Zinkoxid und dergleichen,
und organische Materialien, wie Polyvinylcarbazol, Trinitrofluorenon und dergleichen
verwendet. Mit steigender Arbeitsgeschwindigkeit einer Kopiermaschine oder eines
Druckwerks wird eine lichtempfindliche Schicht mit besserer Widerstandfähijkeit
und Beständigkeit beim Drucken benötigt.
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Andererseits hat bekanntlich amorphes Silicium eine gute mechanische
Festigkeit und ausgezeichnete Druckbeständigkeit, sodaß dieses Material die erwähnte
Bedingung erfüllt, und es zeigt auch ausgezeichnete Wärmebeständigkeit infolge der
hohen Kristallisationstemperatur und verursache geringere Umweltverschmutzung. Daher
wird amorphes Silicium neuerdings mit großem Interesse für solche Verwendungszwecke
untersucht. Jedoch ist seine Empfindlichkeit nicht immer
ausreichend,
und besonders ist seine spektrale Sensibilisierung im Bereich von längeren Wellenlängen
als 700 nm, die im Fall der Verwendung eines Halbleiter-Lasers als Belichtungslichtquelle
notwendig ist, sehr gering. Auch zeigt amorphes Silicium den Nachteil einer im Lauf
der Zeit nachlassenden Stabilität.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine lichtempfindliche Schicht auf
der Grundlage amorphem Silicium mit ausgezeichneter Druckfestigkeit und Wärmebeständigkeit
zu schaffen, welche eine für eine Halbleiter-Laser-Lichtquelle passende spektrale
Empfindlichkeit aufweist, und deren Eigenschaften bei wiederholter Verwendung über
lange Zeiträume beständig sind.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch das elektrofotographische lichtempfindliche
Material gemäß Patentanspruch 1.
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Es ist bekannt, daß in amorphem Silicium enthaltene Wasserstoffatome
an freie Bindungen gebunden sind und die Strukturdefekte von amorphem Silicium verringern,
wodurch die Steuerung des örtlichen Niveaus und damit eine wirksame Dotierung von
Verunreinigung möglich wird.
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Es ist auch bekannt, in amorphes Silicium für elektrofotographisches
lichtempfindliches Material Wasserstoff einzubringen, indem diese Eigenschaft benutzt
wird. Der Wasserstoff im amorphen Silicium trägt jedoch nicht nur dazu bei, einfach
das örtliche Niveau zu verringern, sondern zeigt auch Wirkung als eine Legierungskomponente
mit Silicium, und die elektrischen und optischen Eigenschaften von amorphem Silicium
werden durch den Zusatz von Wasserstoff erheblich verändert. Der Wasserstoff ist
nicht immer fixiert, und die Freisetzung von Wasserstoff aus amorphem Silicium erfolgt
entsprechend den Benutzungsbedingungen desselben und verändert erheblich die Kennmerkmale
des amorphen Siliciums.
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Andererseits beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß durch Festlegung
der Wasserstoffkonzentration in amorphem Silicium auf unter 1 Atom-% die Instabilität
der Eigenschaften des amorphen Siliciums im Verlauf
der Zeit verringert
werden kann und gleichzeitig seine Lichtempfindlichkeit im langwelligen Bereich
über 800 nm verbessert werden kann.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert. Wie Fig. 1 zeigt, besteht das elektrofotographische lichtempfindliche
Material gemäß der Erfindung aus einem Träger 1, auf dem eine lichtempfindliche
Schicht 2 gebildet ist, die hauptsächlich aus amorphem Silicium besteht. Als Unterlage
oder Träger kann ein leitender Träger bestehend aus einem Metall oder eine Legierung
von Aluminium, Eisen, Kupfer usw.
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oder ein isolierender Träger, wie z.B. Polycarbonat, Polyvinylchlorid,
Polyethylen, Glas, Papier usw. dienen, bei dem wenigstens die der lichtempfindlichen
Schicht 2 benachbarte Seite einer leitend machenden Behandlung unterworfen wurde.
Im Fall der Verwendung eines leitfähigen Materials als Träger kann eine Sperrschicht,
welche die Einleitung von Ladungsträgern hindert, zwischen dem Träger 1 und der
lichtempfindlichen Schicht 2 gebildet werden. Wenn der Träger 1 aus Aluminium besteht,
kann die Sperrschicht auf dessen Oberfläche gebildet werden, indem man die Oberfläche
eine Oxidationsbehandlung unterwirft. Die Form des Trägers 1 kann insbesondere zylindrisch,
platten- oder blattförmig sein.
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Die lichtempfindliche Schicht 2 wird zweckmäßigerweise durch eine
Zerstäubungsmethode gebildet, welche verhältnismäßig einfach die Wasserstoffkonzentration
verringert. Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zur Durchführung einer Zerstäubungsmethode
(sputtering method). Eine Heizung 3 ist nahe einem Träger 1 angeordnet, um die Temperatur
des Trägers 1 zu regeln. Zwischen dem Träger 1 und einem Si-target 4 wird ein elektrisches
Hochspannungspotential durch eine Hochfrequenzquelle 5 angelegt. Während die Zerstäubungskammer
6 durch einen Gasauslaß 7 evakuiert wird, werden Argon und Wasserstoff von einer
Argongasflasche 8 und einer Wasserstoffgasflasche 9 mittels eines Durchflußregelventils
10 und eines Durchflußmessers 11 in die Kammer 6 eingeleitet, wobei die Durch-
flußgeschwindigkeit
und das Mischungsverhältnis geregelt sind. Die Wasserstoffkonzentration in der so
gebildeten amorphen Siliciumschicht und deren elektrische und optische Eigenschaften
hängen stark von der Wasserstoffkonzentration in der Kammer 6, der Temperatur des
Trägers 1 und der Schichtbildungsgeschwindigkeit ab. Eine geeignete Wasserstoffkonzentration
in der Kammer ist 0,01 bis 3 , besonders 0,1 bis 1 "X. Mit steigender Temperatur
des Trägers nimmt die Wasserstoffkonzentration in der Siliciumschicht ab, und eine
geeignete Temperatur desselben ist 200 bis 4500C, besonders 250 bis 350°C. Auch
wird eine höhere Schichtbildungsgeschwindigkeit bevorzugt, und eine geeignete Schichtbildungsgeschwindigkeit
ist 0,1 nm/Min. bis 20 nm/Min. (1 bis 200 R/Min.), besonders 6 bis 15 nm/Min.
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Die Dicke der so gebildeten amorphen Siliciumschicht beträgt zweckmäßigerweise
5 bis 100 /um, besonders 20 bis 60/um.
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Zur Erhöhung des Widerstands einer lichtempfindlichen Schicht beim
Laden kann die amorphe Siliciumschicht mit einer Mehrzahl von Schichten von verschiedenem
Leitungstyp gebildet sein, um einen pn-Ubergang oder einen pin-Ubergang zu bilden.
Zur Steuerung der Bildung eines solchen Leitungstyps wird für den p-Typ B2H6 aus
einer Diboran-Gasflasche 1 2 und für den n-Typ PH3 aus einer Phosphin-Gasflasche
13 in die Atmosphäre der rammer 6 eingeleitet. Eine geeignete Dotierungsmenge der
Verunreinigung ist 0,1 bis 1000 ppm für Bor und 1 bis 100 ppm für Phosphor.
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Beispiel Eine amorphe Siliciumschicht mit einer gleichmäßigen Dicke
von 20 um wurde auf einem Aluminiumträger 1 unter Verwendung der in Fig. 2 gezeigten
Vorrichtung gebildet. Die Temperatur des Trägers betrug 3500C; die Schichtbildungsgeschwindigkeit
8 nm/Min. Es wurde ein Gasgemisch von H2 und Ar verwendet. Der Gasdruck betrug 0,02
Torr, und die H2-Konzentration wurde in einem Bereich von 0,1 bis 20 % verändert,
wodurch vier Arten von Proben mit Wasserstoffkonzentrationen in der Schicht von
0,2 Atom-% (A), 0,8 Atom-% (B) 3 Atom-% (C) und 15 Atom-% (D) hergestellt wurden.
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Fig. 3 zeigt die Spektralempfindlichkeit jeder Probe als Quantenausbeute
für jede Belichtungswellenlänge, d.h. durch das Verhältnis der Zahl der erzeugten
Ladungsträger zur Zahl der eingestrahlten Photonen. Es wurde gefunden, daß bei Verringerung
der Wasserstoffkonzentration in der Schicht die Empfindlichkeit im Bereich der größeren
Wellenlänge gesteigert wird, die Empfindlichkeit für Licht von 800 nm stark von
der Wasserstoffkonzentration abhängt und es praktisch notwendig ist, die Wasserstoffkonzentration
in der Schicht auf weniger als 1 Atom-% zu verringern.
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Fig. 4 zeigt die Veränderungen der Ladungsmengen im Verlauf der Zeit,
wobei der Wert eine Stunde nach der Bildung der Schicht als 1 angenommen ist. Die
Ergebnisse zeigen, daß mit der Verringerung der Wasserstoffkonzentrat ion in den
Schichten der Betrag der Veränderung geringer wird und die Stabilität wächst.
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Im obigen Beispiel wurde die Bildung der amorphen Siliciumschichten
durch ein Zerstäubungsverfahren beschrieben, jedoch kann die erfindungsgemäße amorphe
Siliciumschicht auch durch eine Glimmentladungszersetzung eines Silangases gebildet
werden.
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Wie oben angegeben werden durch Steuerung der Wasserstoffkonzentration
der als lichtempfindliche Schicht eines elektrofotogaphischen lichtempfindlichen
Materials gebildeten lichtempfindlichen Schicht aus amorphem Silicium auf unter
1 Atom- gemäß der Erfindung die Widerstansfähigkeit beim Drucken und die Hitzebeständigkeit
der Schicht sowie ihre spektrale Empfindlichkeit im längeren Wellenbereich und die
zeitliche Stabilität der Schicht verbessert, wodurch eine lange Lebensdauer des
elektrofotographischen lichtempfindlichen Materials im Fall seiner Verwendung für
einen Hochgeschwindigkeitsdrucker, der einen Halbleiter-Laser als Lichtquelle benutzt,
gesichert wird.
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Die Erfindung bringt also einen erheblichen technischen Fortschritt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt
eines elektrofotographischen lichtempfindlichen Materials;
Fig.
2 ist ein schematischer Schnitt einer Ausführungsform einer Zerstäubungsvorrichtung
zur Herstellung des erfindungsgemäßen lichtempfindlichen Materials; Fig. 3 ist eine
graphische Darstellung der Beziehung der Wasserstoffkonzentration in einer amorphen
Siliciumschicht (die obigen Proben A - D) zu den spektralen Merkmalen der Quantenausbeute;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Abfalls der Ladungsmenge
(der Stabilität derselben).
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