CN1014650B - 具过渡层的光接受体及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种具过渡层的光接受体及其制作方法，涉及静电复印鼓中的功能分离型非晶硅-非晶氮化硅光接受体及其制作。

本发明光接受体组成是：α-SiN_x∶H表面层；α-Si∶H光敏层，α-SiN_x∶H过渡层；α-SiN_x∶H传输层及金属铝衬底。

各层的沉积条件是：衬底温度190-250℃，表观射频功率25W-60W。

本发明可获高表面电压(＞±300V)及低的残余电压(＜±20V)。

Description

本发明涉及静电复印中的功能分离型光接受体，特别是涉及一种具有过渡层的结构功能分离型非晶硅-非晶氮化硅光接受体及其制备方法。

复印是现代化情报手段之一。它是用某种成象手段由一维，二维或三维层情报通过快速而简便的途径得到硬拷贝的过程。在多种成象方法中的电摄影法，由于有感光度高，存取简便，可用普通纸为记录介质，便于自动化等优点，目前在复印技术中得到了最为广泛的应用。

非晶硅光接受体具有良好的感光度，很高的机械强度，良好的热及湿稳定性以及无公害性，因此得到广泛的重视。尤其是非晶硅材料制备的光接受体在近红外波段上的良好的光敏性，使它有可能在激光打印机，文字处理机，智能复印机等方面得到广泛的应用。非晶硅光接受体从结构功能上可分为下面两种类型：（1）单层结构非晶硅光接受体以及具有阻档层，表面保护层的非晶硅光接受体。在这种结构非晶硅光接受体中（特开昭JP86 51154，13 MaR 1986）α-Si：H层起双重功能，即：它既是光敏层，又是传输层。采用阻挡层及表面保护层结构以后，阻挡层及表面保护层仅仅起阻挡载流子从衬底界面以及表面上注入的作用，α-Si：H层起的双重功能不变化。表面电压主要降在α-Si：H层中。（2）功能分离型结构非晶硅光接受体。在此种结构光接受体中，一般采用α-SiC_X：H及SiO₂等高阻材料为传输层，以便获得较高的表面电压。α-Si：H光敏层的存在使这种结构光接受体仍然具有良好的光敏性。

这两种结构光接受体由于受α-Si：H材料本身的性能及光接受体结构性能的限制都有各自的缺点。在单层或具有阻挡层及表面保护层的非晶硅 光接受体中，由于α-Si：H的最大可承受电场强度一般为10-50V/μm，因此为了维持复印过程所要求的足够高的表面电压（一般大于300V）其厚度需要10-60μm。为了制备具有这么厚α-Si：H层的光接受体，所需的制备时间很长（一般5-20小时）。采用阻挡层结构的非晶硅光接受体中，为了降低残余电压普遍采用n型或P型α-Si：H为阻挡层材料。因为n型或P型a-Si：H阻挡层只对一种符号载流子有阻挡作用，因此这种结构非晶硅光接受体在另一种符号的放电条件下不能维持足够高的表面电压（The    29th    JSAP    spring    Meeting    4a-2-1，Apr.1982）。在功能分离型结构非晶硅光接受体中，传输层与α-Si：H光敏层的接触是突变结型接触结构。由于在突变结处至少对一种符号（正或负）载流子存在界面势垒。此种符号载流子不能有效地从α-Si：H光敏层注入到传输层，在相应符号的放电条件下，光敏性较差。因此不能实现双向充放电（Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.70，（1986））。由于突变结处存在界面态，残余电压也较高。

在单层结构以及多层结构的非晶硅光接受体制备方法中，制备各个功能层的原料为SiH₄，CH₄，O₂，SiX₄或卤代甲烷气体。将铝基衬底置于上述原料气氛的真空容器中，令其表面保持180℃～350℃温度，在此温度下，在鼓与同心反向电极之间或两个平板电极之间施加高频电场，以等离子体辉光放电法分解气体原料，沉积各个功能层（特开昭JP86221754，02 OCT，1986），现已报导的制作非晶硅光接受体的方法，是将衬底放在阳极中。由于阳极中薄膜的沉积速率慢，（一般为阴极中沉积速率的一半），因此，制作光接受体的时间较长。

本发明的目的，在于提供一种具有较薄厚度，在正、负充放电条件下 均能维持足够高的表面电压，同时具有很低的残余电压，光敏性良好的，具有过渡层结构的非晶硅-非晶氮化硅功能分离型光接受体。同时，提供一种等离子体辉光放电制作此种光接受体的方法。

以下结合附图（1），说明本发明的光接受体结构：

图1是光接受体的几何结构。

在图1中，101层为α-SiN_X：H表面保护层。（X为N/Si原子数比：0.4～1.3。下同）。

其E_OPT（光能隙）≥2.3电子伏特（ev）

X（薄膜中氮和硅原子数之比N/Si）从0.4～1.3

层厚d₁₀₁≥600

，但同时应满足（1-exp（-d₁₀₁α（λ）））≥0.85

条件，（α为光吸收系数，λ为光波长≥4500A;）

102层为α-Si：H光敏层

其E_OPT为1.6～1.8ev

Ea（激活能）≥0.75ev

厚度为d₁₀₂≥1μm;

103层为过渡层，α-SiN_X：H，层中氮硅比例连续地从传输层中的比值变化到0，

层厚d₁₀₃≥0.1μm;

104层为α-SiN_X：H传输层，

其E_OPT≥2.1ev，Ea≥0.85ev，

层厚d₁₀₄≥2μm，

底层105为铝（Al）衬底，（置于阴极上）

根据图2，说明本发明的光接受体制作方法。

图2为射频等离子体辉光放电沉积装置图。

图中，沉积装置〔1〕的予真空度为≥10^-3乇。

-为阴极〔2〕，+为阳极〔3〕，〔5〕-电源。

……为金属屏幕罩。

←为气体的流动方向。

在反应室〔1〕中的阴极端部置有铝衬底〔4〕。

101层的制作：将SiH₄，H₂及NH₃混合气体通入反应室〔1〕中，NH₃气体与SiH₄气体流量之比NH₃/SiH₄为5-7（体积之比）;

102层的制作：将SiH₄，H₂，B₂H₆混合气体通入反应室中，气体流量之比B₂H₆/SiH₄≤5×10^-5（原子数之比）;

103层的制作：NH₃，SiH₄混合气体通入反应室〔1〕中，气体流量的比值NH₃/SiH₄连续地按一定曲线从传输层的比值变化到0。

104层的制作：将NH₃，SiH₄及H₂混合气体通入反应室〔1〕中，气体流量之比NH₃/SiH₄为3-10（体积比）。

本发明的特点：

采用高光能隙α-SiN_X：H为传输层，提高光接受体的最大承受电场强度值，可从现有α-Si：H材料的光接受体的10-50V/μm，提高到100V/μm以上。因此，在较薄厚度的光接受体中，仍然能获得足够高的表面电压（如3.5μm厚度的光接受体，其表面电压值≥±300V）从而缩短了制作时间（由10-50小时缩短到3小时以内）。由于铝衬底放在阴极上，沉积生长时间的缩短（速率提高一倍）以及气体原料的节省，成本可降到传统方法的1/3以下。α-SiN_X：H传输层与α-Si：H光敏层之间引入过渡层（103）。由于过渡层的存在，消除了界面势垒，降低了界面态密度，实现了载流子从α-Si：H光敏层到α-SiN_X：H传输层的双向高效注入，在正、负充放电时，均具有良好的光敏性，残余电压≤ ±20V。

本发明的实施例如下：

（一）

铝衬底（4）置于阴极（2）上，用等离子体辉光放电沉积法，在铝衬底上沉积光接受体的各个功能层。

10SCCM（厘米³/分钟）3SiH₄+2H₂气体与50SCCM NH₃气体混合以后通入沉积装置，射频（rf）表观功率为60W，衬底温度为190℃的条件下沉积104层。沉积速率为3.7μ/小时，时间为45分钟。

104层沉积完毕之后，rf功率，衬底温度不改变，只是连续，线性地改变NH₃气体流量与3SiH₄+2H₂气体流量之比，在此过程中沉积103层。生长时间为30分钟。

3SiH₄+2H₂气体流量为50SCCM，B₂H₆（稀释在H₂中，浓度为100ppm），气体流量为10SCCM，等离子体压力为1.0，rf功率为60W，衬底温度为190℃的条件下沉积102层。沉积速率为6μm/小时，生长时间为1小时。

在NH₃气体流量为50SCCM，3SiH₄+2H₂气体流量为15SCCM，rf功率为25W，衬底温度为190℃条件下，沉积101层。沉积速率为1.7μm/小时，时间为10分。

上述条件下制备的光接受体，在6.1KV的正放电条件下具有600V的表面电压，残余电压≤20V;在4.6KV的负放电条件下，具有700V的表面电压，残余电压≤20V。

（二）

方法同实例（一）。15SCCM 3SiH₄+2H₂气体与50SCCM NH₃气体混合后，通入沉积装置，射频（rf）功率为25W，衬底温度为250℃条 件下沉积104层。沉积速率为1.7μm/小时，时间为1.5小时。

104层沉积完毕之后，rf功率及衬底温度不变，只是连续，线性地改变NH₃气体流量与3SiH₄+2H₂气体流量之比，在此过程中沉积103层。

102层的沉积条件是，3SiH₄+2H₂气体流量为38SCCM，B₂H₆（稀释在H₂中，浓度为100ppm）气体流量为14SCCM，等离子体气压为1乇，rf功率为60W，衬底温度为250℃条件下沉积102层。沉积速率为4μm/小时，生长时间为1.5小时。

在NH₃气体流量50SCCM，3SiH₄+2H₂气体流量为15SCCM，rf功率为25W，衬底温度为250℃条件下，沉积101层。沉积速率为1.7μm/小时，时间为4分钟。

上述条件下制备的光接受体，在6.1KV正放电条件下具有800V的表面电压，残余电压≤20V;在4.6KV负放电条件下，具有1000V的表面电压，残余电压≤6V。

Claims (3)

1、一种结构功能分离型光接受体，其特征在于，A由下列各层组成

α-SiN_x∶H作表面保护层 (101)，

α-Si∶H作光敏层         (102)，

α-SiN_x∶H作过渡层 (103)，

α-SiN_x∶H作传输层 (104)，

(X为N/Si原子数之比：0.4～1.3)

金属铝作衬底(置于阴极上)  (105)；

先将104层沉积在金属铝衬底即105层之上，然后再将103、102及101层依次沉积在104层上。

B，各层厚度是 d₁₀₁≥600

，

d₁₀₂≥1μm，

d₁₀₃≥0.1μm，

d₁₀₄≥2μm；

2、根据权利要求1的光接受体，其特征在于：

在正、负充放电条件下，均能维持足够高的表面电压（≥±300V）;在正、负充放电下残余电压均≤±20V。

3、一种具过渡层的结构功能分离型光接受体的制作方法，其特征在于：

A.用等离子体辉光放电法，在置于阴极上的铝衬底上沉积光接受体的各个功能层;

B.通入混合气体沉积各功能层，其所通气体及浓度比范围是：

（a）用硅烷（SiH₄），氢气（H₂）及氨气（NH₃）混合气体通入反应室，NH₃/SiH₄≥5～7（体积比）制备101层;

（b）用SiH₄，H₂，硼烷（B₂H₆）通入反应室，沉积102层，B₂H₆/SiH₄≤5×10^-5（原子数之比）;

（c）NH₃，SiH₄及H₂混合气体通入反应室，沉积103层，在沉积过程中NH₃/SiH₄：为3-10（体积比）变化到0;

（d）NH₃，SiH₄及H₂混合气体沉积104层。

（NH₃/SiH₄为3-10体积比）

C.沉积温度：衬底保持190℃-250℃。

射频（rf）表观功率为25W-60W。

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