DE69612156T2

DE69612156T2 - Elektrophotographisches lichtempfindliches Element

Info

Publication number: DE69612156T2
Application number: DE69612156T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Niino
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1996-08-22
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2016-08-23
Also published as: KR100191448B1; US5738963A; JPH0962020A; CN1122878C; CN1167277A; EP0764887B1; EP0764887A2; DE69612156D1; KR970012026A; EP0764887A3; JP3368109B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrophotographisches Lichtempfangselement, das Licht (hier als Licht im breiten Sinne gemeint, das elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen sichtbaren Lichtes und solchen von anderem Licht umfaßt) empfängt, um eine photoelektrische Umwandlung durchzuführen.
Auf dem Gebiet der Bilderzeugung müssen photoleitende Materialien, die Lichtempfangsschichten von Lichtempfangselementen bilden, beispielsweise die folgenden Eigenschaften besitzen: Sie müssen besonders empfindlich sein, ein hohes SN-Verhältnis [Lichtstrom (Ip)/Dunkelstrom (Id)] aufweisen, Absorptionsspektren besitzen, die für die Spektraleigenschaften der abzustrahlenden elektromagnetischen Wellen geeignet sind, ein hohes Ansprechvermögen in bezug auf Licht aufweisen, den gewünschten Dunkelwiderstand besitzen und im Gebrauch unschädlich sein. Insbesondere im Falle von Lichtempfangselementen, die in einer elektrophotographischen Vorrichtung angeordnet sind, die als Bürogerät verwendet wird, ist deren Unschädlichkeit im Gebrauch von Bedeutung.
Photoleitende Materialien mit guten Eigenschaften in dieser Hinsicht umfassen hydriertes amorphes Silicium. Beispielsweise beschreibt die US-PS 4 265 991 dessen Anwendung in elektrophotographischen Lichtempfangselementen.
Bei der Herstellung von derartigen Lichtempfangselementen ist es üblich, photoleitende Schichten aus amorphem Silicium durch Filmerzeugungsprozesse herzustellen, wie Vakuumabscheiden, Sputtern, Ionenplattieren, hitzeunterstütztes CVD, lichtunterstütztes CVD und plasmaunterstütztes CVD, wobei diese Schichten auf leitenden Trägern ausgebildet werden, während die Träger auf 50ºC bis 400ºC erhitzt werden. Insbesondere wird deren Herstellung über plasmaunterstütztes CVD bevorzugt, welches Verfahren in praktischen Gebrauch genommen wurde. Bei diesem plasmaunterstützten CVD handelt es sich um ein Verfahren, bei dem Materialgase durch Hochfrequenz- oder Mikrowellenglimmentladung zersetzt werden, um abgeschiedene Filme aus amorphem Silicium auf dem leitenden Träger auszubilden.
Die US-PS 5 382 487 betrifft ein elektrophotographisches Lichtempfangselement mit einer photoleitenden Schicht, die amorphes Silicium umfaßt, das Halogenatome enthält, welche auf einem elektrisch leitenden Träger ausgebildet sind. Diese Veröffentlichung beschreibt, daß durch das Einarbeiten von 1 bis 40 Atom% von Halogenatomen in das amorphe Silicium ein hoher thermischer Widerstand und elektrische und optische Eigenschaften, die für eine photoleitende Schicht eines elektrophotographischen Lichtempfangselementes bevorzugt werden, erreicht werden können.
Die japanische Offenlegungsschrift 57-115556 beschreibt eine Technik, bei der eine Oberflächensperrschicht aus einem nicht-photoleitenden amorphen Material, das Siliciumatome und Kohlenstoffatome enthält, auf einer photoleitenden Schicht vorgesehen wird, die aus einem amorphen Material gebildet ist, das hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht, um Verbesserungen in den elektrischen, optischen und photoleitenden Eigenschaften, wie dem Dunkelwiderstand, der Lichtempfindlichkeit und dem Ansprechvermögen in bezug auf Licht, sowie den Service-Umwelteigenschaften, beispielsweise der Feuchtigkeitswiderstandsfähigkeit, sowie der Beständigkeit mit der Zeit zu erzielen.
Die japanische Offenlegungsschrift 60-67951 offenbart eine Technik betreffend ein lichtempfindliches Element, auf dem eine lichtdurchlässige und isolierende Überzugsschicht vorgesehen ist, die amorphes Silicium, Kohlenstoff, Sauerstoff und Fluor enthält.
In der US-PS 4 788 120 ist eine Technik beschrieben, bei der ein amorphes Material, das Siliciumatome, Kohlenstoffatome und 41 bis 70 Atom% Wasserstoffatome als Bestandteile enthält, zur Ausbildung einer Oberflächenschicht verwendet wird.
Die japanische Offenlegungsschrift 57-158650 offenbart, daß ein besonders empfindliches und stark widerstandsfähiges elektrophotographisches lichtempfindliches Element erhalten werden kann, indem in einer photoleitenden Schicht ein hydriertes amorphes Silicium verwendet wird, das 10 bis 40 Atom% Wasserstoff enthält und Absorptionspeaks bei 2.100 cm&supmin;¹ und 2.000 cm&supmin;¹ in einem Infrarotabsorptionsspektrum aufweist, wobei diese Peaks in einem Verhältnis von 0,2 bis 1,7 als Absorptionskoeffizient vorliegen.
Die japanische Offenlegungsschrift 62-83470 beschreibt eine Technik, bei der die charakteristische Energie eines exponentiellen Endes von Lichtabsorptionsspektren so gesteuert wird, daß sie nicht mehr als 0,09 eV in einer photoleitenden Schicht eines elektrophotographischen lichtempfindlichen Elementes beträgt, um auf diese Weise Bilder hoher Qualität zu erhalten, die frei sind von einer Nachbildentwicklung.
In der japanischen Offenlegungsschrift 58-21257 ist eine Technik beschrieben, bei der die Trägertemperatur im Verlaufe der Ausbildung einer photoleitenden Schicht und die Breite des verbotenen Bandes in der photoleitenden Schicht verändert werden, um auf diese Weise ein lichtempfindliches Element zu erhalten, das eine hohe Widerstandsfähigkeit und einen breiten lichtempfindlichen Bereich aufweist.
In der japanischen Offenlegungsschrift 58-121042 ist eine Technik beschrieben, bei der die Energielückenzustandsdichte in Richtung der Schichtdicke einer photoleitenden Schicht verändert und die Energielückenzustandsdichte einer Oberflächenschicht so gesteuert wird, daß sie 1017 bis 1019 cm&supmin;³ beträgt, um auf diese Weise zu verhindern, daß sich das Oberflächenpotential wegen Feuchtigkeit verringert.
Die japanischen Offenlegungsschriften 59-143379 und 61- 201481 beschreiben eine Technik, bei der Schichten aus hydriertem amorphen Silicium mit unterschiedlichem Wasserstoffanteil übereinander ausgebildet werden, um ein lichtempfindliches Element mit einem hohen Dunkelwiderstand und einer hohen Empfindlichkeit zu erhalten.
Die japanische Offenlegungsschrift 60-95551 beschreibt eine Technik, bei der zur Verbesserung der Bildqualität in einem lichtempfindlichen Element aus amorphem Silicium Bilderzeugungsschritte, wie Aufladen, Belichten, Entwickeln und Übertragen, ausgeführt werden, während die Temperatur auf 30 bis 40ºC in der Nachbarschaft der Oberflächen des lichtempfindlichen Elementes gehalten wird, um auf diese Weise zu verhindern, daß die Oberfläche des lichtempfindlichen Elementes einen Abfall der Oberflächenwiderstandsfähigkeit infolge einer Wasserabsorption auf dieser Oberfläche erfährt, und um ferner zu verhindern, daß gleichzeitig damit verschmierte Bilder auftreten.
Diese Techniken haben zu Verbesserungen der photoleitenden Eigenschaften, wie Dunkelwiderstand, Lichtempfindlichkeit und Ansprechverhalten gegenüber Licht, sowie der Service- Umwelteigenschaften von elektrophotographischen Lichtempfangselementen geführt und gleichzeitig eine Verbesserung der Bildqualität bewirkt.
Die elektrophotographischen Lichtempfangselemente mit einer photoleitenden Schicht aus einem amorphen Siliciummaterial (das Siliciumatome als Matrix aufweist) haben individuell Verbesserungen in ihrem Verhalten betreffend die photoleitenden Eigenschaften, die Service-Umwelteigenschaften und die Laufeigenschaften (Haltbarkeit) erzielt. Es gibt jedoch noch Raum für weitere Verbesserungen, wenn man die Gesamteigenschaften berücksichtigt. Insbesondere wurde versucht, Veränderungen des elektrophotographischen Verhaltens (d. h. Ladungsverhaltens) infolge von Änderungen der Umgebungstemperatur (d. h. Verbesserung der Service-Umwelteigenschaften) zu verhindern, das Auftreten von Belichtungs-Memory-Effekten (Licht-Memory-Effekten), wie Leerstellen-Memory-Effekte und Phantombilder, zu verringern und die Gleichmäßigkeit der Bilddichte zu verbessern (d. h. Grobbilder zu verhindern).
Um in einer elektrophotographischen Vorrichtung durch lichtempfindliche Elemente aus amorphem Silicium verursachte verschmierte Bilder zu verhindern, findet oft eine Trommelheizeinrichtung Verwendung, um die Oberflächentemperatur des lichtempfindlichen Elementes auf etwa 40ºC zu halten, wie in der japanischen Offenlegungsschrift 60-95551 offenbart ist. Bei herkömmlichen lichtempfindlichen Elementen ist jedoch die Abhängigkeit des Ladungsverhaltens von der Temperatur, die auf die Ausbildung von Vorbelichtungsträgern oder wärmeerregten Trägern zurückzuführen ist, so groß, daß nicht vermieden werden kann, daß lichtempfindliche Elemente in einem Zustand verwendet werden, in dem sie ein geringeres Ladungsverhalten besitzen als sie ursprünglich hatten. Beispielsweise kann das Ladungsverhalten in dem Zustand, in dem die lichtempfindlichen Elemente auf etwa 40ºC erhitzt sind, im Vergleich zu dem Fall, in dem sie bei Raumtemperatur verwendet werden, um nahezu 100 V abfallen.
In der Zeit (d. h. bei Nacht), in der die elektrophotographische Vorrichtung nicht verwendet wird, wird in einigen Fällen die Trommelheizeinrichtung im elektrifizierten Zustand gehalten, um das Entstehen von verschmierten Bildern zu verhindern, wenn Ozonprodukte, die durch eine Koronaentladung einer Ladungseinheit erzeugt werden, auf der Oberfläche eines lichtempfindlichen Elementes adsorbiert werden. Heutzutage ist jedoch populär geworden, die Vorrichtung so weit wie möglich, wenn sie sich nicht im Gebrauch befindet (d. h. bei Nacht), nicht zu elektrifizieren, um elektrischen Strom zu sparen. Wenn Kopien kontinuierlich gemacht werden, ohne die Trommelheizeinrichtung zu elektrifizieren, steigt die Umgebungstemperatur des lichtempfindlichen Elementes allmählich an, so daß das Ladungsverhalten mit einem Anstieg der Temperatur schlechter wird, was in einigen Fällen zu dem Problem führt, daß eine Änderung der Bilddichte während des Kopierens auftritt.
Wenn das gleiche Original kontinuierlich und auf wiederholte Weise kopiert wird, kann auf den kopierten Bildern auch eine Differenz der Dichte (als "Leerstellen-Memory-Effekt" bezeichnet) auftreten, was auf den Einfluß einer Leerbelichtung (bei der es sich um eine Belichtung, die durchgeführt wird, um Toner zu sparen, und um eine Bestrahlung des lichtempfindlichen Elementes in den Papierzuführintervallen während des kontinuierlichen Kopierens handelt) zurückzuführen ist, oder es kann ein Nachbild infolge einer bildweisen Belichtung im vorhergehenden Kopierschritt (als "Phantombild" bezeichnet) beim nachfolgenden Kopieren auf dem Bild ausgebildet werden.
Als Folge der Verbesserungen der optischen Belichtungseinheiten, Entwicklungseinheiten, Übertragungseinheiten in elektrophotographischen Vorrichtungen, um die Bildqualität zu verbessern, wurden die elektrophotographischen Vorrichtungen mit einer höheren Auflösung ausgestattet, wodurch jegliche geringfügige ungleichmäßige Bilddichte, auch als Grobbild bezeichnet, erkennbar wurde.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein elektrophotographisches Lichtempfangselement zu schaffen, mit dem eine gute Bildqualität erreicht werden kann, indem das Ladungsverhalten verbessert, gleichzeitig die Temperaturabhängigkeit geringer gemacht und Belichtungs-Memory-Effekte, wie Leerstellen-Memory-Effekte und Phantombilder, gesteuert und die Gleichmäßigkeit der Bilddichte (frei von Grobbildern) verbessert werden.
Erfindungsgemäß wird ein elektrophotographisches Lichtempfangselement zur Verfügung gestellt, das einen Träger und eine photoleitende Schicht aus einem Nicht-Einkristallmaterial aufweist, welches Siliciumatome als Hauptbestandteil umfaßt und mindestens eine Art von Wasserstoffatomen und Hologenatomen enthält, wobei die photoleitende Schicht einen ersten Schichtbereich aufweist, in dem der optische Bandabstand (Eg) von 1,70 ev bis 1,82 eV reicht und die charakteristische Energie (Eu), erhalten aus dem in linearer Beziehung stehenden Abschnitt (exponentielles Ende) einer durch Gleichung (I) wiedergegebenen Funktion:
1nα = (1/EU) · hν + α&sub1; (I)
worin die Photonenenergie (hν) als eine unabhängige Variable eingesetzt ist, α&sub1; lnα&sub0; beträgt, α&sub0; eine für die photoleitende Schicht spezifische Konstante ist und der Absorptionskoeffizient (a) des Lichtabsorptionsspektrums als abhängige Variable eingesetzt ist, von 50 meV bis 65 meV reicht, und einen zweiten Schichtbereicht aufweist, in dem der Wert Eg von 1,78 eV bis 1,85 eV und der Wert Eu von 50 meV bis 60 meV reicht, unter der Voraussetzung, daß der Wert Eg des ersten Schichtbereiches kleiner ist als der Wert Eg des zweiten Schichtbereiches und der Wert Eu des ersten Schichtbereiches größer ist als der Wert Eu des zweiten Schichtbereiches, und wobei der erste und zweite Schichtbereich übereinander ausgebildet sind.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner in dem vorstehend beschriebenen Lichtempfangselement ein Lichtempfangselement vor, bei dem der Wasserstoffatom- und/oder Halogenatomanteil (Ch) von 10 Atom% bis 30 Atom% im ersten Schichtbereich und von 20 Atom% bis 40 Atom% im zweiten Schichtbereich reicht, unter der Voraussetzung, daß der Wert Ch im ersten Schichtbereich geringer ist als der Wert Ch des zweiten Schichtbereiches.
Die vorliegende Erfindung sieht des weiteren im vorstehend beschriebenen Lichtempfangselement ein Lichtempfangselement vor, bei dem das Verhältnis zwischen der Dicke der gesamten photoleitenden Schicht und der Dicke von einem zweiten Schichtbereich von 1 : 0,003 bis 1 : 0,15 reicht.
Ferner sieht die vorliegende Erfindung im vorstehend beschriebenen Lichtempfangselement ein Lichtempfangselement vor, bei dem die photoleitende Schicht jeweils einen ersten Schichtbereich und einen zweiten Schichtbereich aufweist und der zweite Schichtbereich über dem ersten Schichtbereich ausgebildet ist.
Ferner sieht die vorliegende Erfindung im vorstehend beschriebenen Lichtempfangselement ein Lichtempfangselement vor, bei dem die photoleitende Schicht jeweils einen ersten Schichtbereich und einen zweiten Schichtbereich besitzt und der erste Schichtbereich über dem zweiten Schichtbereich ausgebildet ist.
Darüber hinaus sieht die vorliegende Erfindung im vorstehend beschriebenen Lichtempfangselement ein Lichtempfangselement vor, bei dem die photoleitende Schicht einen ersten Schichtbereich und zwei zweite Schichtbereiche besitzt und der erste Schichtbereich über einem der zweiten Schichtbereiche ausgebildet ist, während der andere zweite Schichtbereich über dem ersten Schichtbereich ausgebildet ist.
Ferner sieht die vorliegende Erfindung im vorstehend beschriebenen Lichtempfangselement ein Lichtempfangselement vor, bei dem die photoleitende Schicht mindestens eine Art von Atomen, die zur Gruppe 13 (Gruppe 3B, hiernach als "Gruppe IIIb" bezeichnet) des Periodensystems gehören und in der Lage sind, eine Leitfähigkeit vom p-Typ vorzusehen, und Atome enthält, die zur Gruppe 15 (Gruppe 5B, hiernach als "Gruppe Vb" bezeichnet) des Periodensystems gehören und in der Lage sind, eine Leitfähigkeit vom n-Typ vorzusehen.
Des weiteren sieht die vorliegende Erfindung im vorstehen beschriebenen Lichtempfangselement ein Lichtempfangselement vor, bei dem die photoleitende Schicht mindestens eine Art von Atomen enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff besteht.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner im vorstehend beschriebenen Lichtempfangselement ein Lichtempfangselement vor, bei dem eine Oberflächenschicht, die hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht und mindestens eine Art von Atomen enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff besteht, über der photoleitenden Schicht ausgebildet ist.
Darüber hinaus sieht die vorliegende Erfindung im vorstehend beschriebenen Lichtempfangselement ein Lichtempfangselement vor, bei dem die Oberflächenschicht in einer Dicke von 0,01 um bis 3 um ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner im vorstehend beschriebenen Lichtempfangselement ein Lichtempfangselement vor, bei dem eine Ladungsinjektionsblockierschicht vorgesehen ist, die aus einem Nicht-Einkristallmaterial ausgebildet ist, das hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht und mindestens eine Art von Atomen enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff besteht, und mindestens eine Art von Atomen, die zur Gruppe IIIb des Periodensystems gehören und in der Lage sind, eine Leitfähigkeit vom p-Typ vorzusehen, sowie Atomen, die zur Gruppe Vb des Periodensystems gehören und in der Lage sind, eine Leitfähigkeit vom n-Typ vorzusehen, und bei dem die photoleitende Schicht über der Ladungsinjektionsblockierschicht ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung sieht des weiteren im vorstehend beschriebenen Lichtempfangselement ein Lichtempfangselement vor, bei dem die Ladungsinjektionsblockierschicht in einer Dicke von 0,1 um bis 5 um ausgebildet ist.
Ferner sieht die vorliegende Erfindung im vorstehend beschriebenen Lichtempfangselement ein Lichtempfangselement vor, bei dem die photoleitende Schicht in einer Dicke von 20 um bis 50 um ausgebildet ist.
Es folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm eines Beispiels eines Sub-Bandabstandslichtabsorptionsspektrums der photoleitenden Schicht bei der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2A bis 2C schematische Schnittansichten von Beispielen von Schichtkonfigurationen der photoleitenden Schicht im Lichtempfangselement der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 einen schematischen Schnitt eines weiteren Beispiels einer Schichtkonfiguration im Lichtempfangselement gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Oberflächenschicht;
Fig. 4 einen schematischen Schnitt eines Beispiels einer Schichtkonfiguration im Lichtempfangselement gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Ladungsinjektionsblockierschicht und einer Oberflächenschicht;
Fig. 5 schematisch den Aufbau einer Herstellvorrichtung, die verwendet wird, wenn Filme durch chemisches plasmaunterstütztes Hochfrequenzbedampfen unter Verwendung eines Hochfrequenzbandes als Energiequellenfrequenz (HF- PCVD) ausgebildet werden;
Fig. 6 schematisch den Aufbau eines Abscheidungssystems einer Herstellvorrichtung, die verwendet wird, wenn Filme durch chemisches plasmaunterstütztes Hochfrequenzbedampfen unter Verwendung eines VHF-Bandes als Energiequellenfrequenz (VHF-PCVD) ausgebildet werden;
Fig. 7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Eu-Wert des zweiten Schichtbereiches und dem Ladungsverhaltens des Lichtempfangselementes bei unterschiedlichen Eg-Werten im zweiten Schichtbereich der photoleitenden Schicht in bezug auf das Lichtempfangselement der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Eu-Wert des zweiten Schichtbereiches und den Temperatureigenschaften des Lichtempfangselementes bei unterschiedlichen Eg-Werten im zweiten Schichtbereich der photoleitenden Schicht in bezug auf das Lichtempfangselement der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 9 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Eu-Wert des zweiten Schichtbereiches und dem Belichtungsmemoryeffekt (Lichtmemoryeffekt) des Lichtempfangselementes bei unterschiedlichen Eg-Werten im zweiten Schichtbereich der photoleitenden Schicht in bezug auf das Lichtempfangselement der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr im einzelenen erläutert.
In der vorliegenden Beschreibung wird der Begriff "amorphes Material, das hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht", der Nicht-Einkristallsilicium kennzeichnet, oft als "amorphes Siliciummaterial" bezeichnet, während der Begriff "amorphes Material, das hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht und mindestens eine Art von Wasserstoffatomen und Halogenatomen enthält" oft als "a-Si:X" bezeichnet wird. Der Begriff "amorphes Silicium, das Wasserstoffatome enthält" wird oft als " hydriertes amorphes Silicium" bezeichnet, während der Begriff "amorphes Silicium, das Halogenatome enthält" als "amorphes Halogenidsilicium" bezeichnet wird, wobei diese Begriff durch die Bezeichnung "A-Si:X" abgedeckt sind.
Das Lichtempfangselement der vorliegenden Erfindung umfaßt eine photoleitende Schicht, die aus amorphem (Nicht-Einkristall) Material gebildet ist, das hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht und mindestens eine Art von Wasserstoffatomen und Halogenatomen enthält. Die photoleitende Schicht hat einen ersten Schichtbereich und einen zweiten Schichtbereich, die jeweils einen spezifischen optischen Bandabstand (Eg) und eine spezifische charakteristische Energie (Eu) besitzen.
Die photoleitende Schicht muß Wasserstoffatome oder Halogenatome enthalten. Sie kann sowohl Wasserstoffatome als auch Halogenatome enthalten. Dies ermöglicht die Kompensation von herabhängenden Bindungen von Siliciumatomen und die Erzielung einer Verbesserung in der Schichtqualität, insbesondere einer Verbesserung in der Photoleitfähigkeit und dem Ladungsrückhaltevermögen.
Im Lichtempfangselement kann der Wasserstoffatom- und/oder Halogenatomanteil (Ch) vorzugsweise in einem Bereich von 10 Atom% bis 30 Atom% im ersten Schichtbereich und in einem Bereich von 20 Atom% bis 40 Atom% im zweiten Schichtbereich liegen, unter der Voraussetzung, daß der Wert Ch im ersten Schichtbereich kleiner ist als der Wert Ch des zweiten Schichtbereiches. Bevorzugter kann der Wert Ch in einem Bereich von nicht weniger als 15 Atom% bis weniger als 25 Atom% im ersten Schichtbereich und in einem Bereich von nicht weniger als 25 Atom% bis nicht mehr als 35 Atom% im zweiten Schichtbereich liegen.
Der Begriff "Wasserstoffatom- und/oder Halogenatomanteil (Ch)" bezieht sich auf den "Wasserstoffatomanteil" in einem Fall, in dem nur Wasserstoffatome eingearbeitet werden, wenn die photoleitende Schicht ausgebildet wird, oder "Halogenatomanteil", wenn nur Halogenatome eingearbeitet werden. Der Begriff "der Wasserstoffatomanteil und der Halogenatomanteil insgesamt" betrifft einen Fall, bei dem sowohl Wasserstoffatome als auch Halogenatome eingearbeitet werden. Die Einheit "Atom%" ist ein Anteil vom Gesamtanteil der Wasserstoffatome und/oder Halogenatome und Siliciumatome.
Die photoleitende Schicht bei der vorliegenden Erfindung muß einen optischen Bandabstand (Eg) von 1,70 eV bis 1.82 eV im ersten Schichtbereich und von 1,78 eV bis 1,85 eV im zweiten Schichtbereich besitzen, unter der Voraussetzung, daß der Wert Eg des ersten Schichtbereiches kleiner ist als der Wert Eg des zweiten Schichtbereiches. Bevorzugter kann die photoleitende Schicht einen Wert Eg von nicht weniger als 1,75 eV bis weniger als 1,80 eV im ersten Schichtbereich und von nicht weniger als 1,80 eV bis nicht mehr als 1,83 eV im zweiten Schichtbereich besitzen.
Die photoleitende Schicht bei der vorliegenden Erfindung muß ferner eine charakteristische Energie (Eu) besitzen, die aus dem in linearer Beziehung stehenden Abschnitt (exponentielles Ende) einer Funktion erhalten wird, welche durch Gleichung (I) repräsentiert wird:
lnα = (1/Eu) · hν + α&sub1; (I)
worin die Photonenenergie (h) als eine unabhängige Variable und der Absorptionskoeffizient (a) des Lichtabsorptionsspektrums als eine abhängige Variable angegeben sind, und 50 meV bis 65 meV im ersten Schichtbereich sowie 50 meV bis 60 meV im zweiten Schichtbereich beträgt, unter der Voraussetzung, daß der Wert Eu des ersten Schichtbereiches größer ist als der Wert Eu des zweiten Schichtbereiches, vorzugsweise mehr als 55 meV bis nicht mehr als 65 meV im ersten Schichtbereich und nicht weniger als 50 meV bis nicht mehr als 55 meV im zweiten Schichtbereich beträgt.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Sub-Bandabstandslichtabsorptionsspektrums der photoleitenden Schicht der vorliegenden Erfindung, Die Photonenenergie (hν) ist auf der Abszisse aufgetragen, während der Logarithmus (lnα) des Absorptionskoeffizienten (a) des Lichtabsorptionsspektrums auf der Ordinate aufgetragen ist. Dieses Spektrum kann grob in zwei Abschnitte aufgeteilt werden. Einer dieser Abschnitte ist Abschnitt B, in dem sich der Absorptionskoeffizient (a) exponentiell in bezug auf die Photonenenergie (hν) ändert, d. h. der Wert lnα ändert sich linear in bezug auf den Wert hν (der als "exponentielles Ende" oder "Urback tail" bezeichnete Abschnitt). Der andere Abschnitt ist Abschnitt A, in dem der Wert lnα eine geringere Abhängigkeit vom Wert hν besitzt.
Der Abschnitt B, in dem sich der Wert lnα linear verändert, entspricht der Lichtabsorption, die durch den optischen Übergang vom Endniveau auf der Seite des Valenzbandes zum leitenden Band verursacht wird, und die exponentielle Abhängigkeit des Absorptionskoeffizienten (α) von der Photonenenergie (hν) wird durch die folgende Gleichung (II) wiedergegeben:
α = α&sub0;exp (hν)/Eu (II)
worin α&sub0; eine für die photoleitende Schicht spezifische Konstante ist.
Indem man den Logarithmus von beiden Seiten der Gleichung (II) bildet, erhält man die Gleichung (I):
lnα = (1/Eu) · hν + α&sub1; (I)
worin α&sub1; lnα&sub0; ist.
In der Gleichung (I) gibt der reziproke Wert (1/Eu) der charakteristischen Energie (Eu) die Steigung des Abschnittes B in Fig. 1 wieder. Der Wert Eu entspricht der charakteristischen Energie der exponentiellen Energieverteilung des Endniveaus auf der Seite des Valenzbandes. Ein kleinerer Wert Eu gibt somit ein kleineres Endniveau auf der Seite des Valenzbandes wieder.
Das Sub-Bandabstandslichtabsorptionsspektrum wird üblicherweise durch Tiefpegelspektroskopie, Isothermalvolumenüberschußspektroskopie, Photothermalpolarisationsspektroskopie, photoakustische Spektroskopie oder das Konstantphotostromverfahren gemessen. Insbesondere ist das Konstantphotostromverfahren (hiernach als "CPM" bezeichnet) geeignet.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Dicke der photoleitenden Schicht auf geeignete Weise ermittelt, wobei die elektrophotographischen Eigenschaften, wirtschaftliche Vorteile etc. berücksichtigt werden. Diese Dicke kann vorzugsweise 20 um bis 50 um, bevorzugter 23 um bis 45 um und am bevorzugtesten 23 um bis 40 um betragen. Wenn die Dicke geringer ist als 20 um, können die elektrophotographischen Eigenschaften, wie das Ladungsverhalten und die Empfindlichkeit, im praktischen Gebrauch unzureichend werden. Wenn die Dicke größer als 50 um ist, kann man längere Zeit zur Ausbildung der photoleitenden Schicht benötigen, was zu einem Anstieg der Herstellkosten führt.
Der zweite Schichtbereich der photoleitenden Schicht kann vorzugsweise eine solche Dicke besitzen, daß das Verhältnis zwischen der Dicke der gesamten photoleitenden Schicht (der Dicke des ersten Schichtbereiches und der Dicke des zweiten Schichtbereiches) und der Dicke eines zweiten Schichtbereiches 1 : 0,003 bis 1 : 0,15 beträgt. Wenn das Verhältnis zwischen der Dicke des zweiten Schichtbereiches geringer ist als 0,003, kann das Ladungsinjektionsblockierverhalten unzureichend werden. Insbesondere dann, wenn der zweite Schichtbereich auf der Seite der Oberflächenschicht angeordnet ist, können langweilige Komponenten einer Vorbelichtung und bildweisen Belichtung nicht gut absorbiert werden, so daß die Temperaturabhängigkeit des Ladungsverhaltens und Belichtungsmemoryeffekte in einigen Fällen nicht wirksam reduziert werden können. Wenn das Dickenverhältnis andererseits größer als 0,15 ist, muß, um eine zufriedenstellende Filmqualität für den zweiten Schichtbereich zu erhalten, dieser mit einer Abscheidungsrate ausgebildet werden, die unter den vorhandenen Umständen etwas geringer ist als die des ersten Schichtbereiches, so daß daher eine längere Zeit zur Ausbildung der photoleitenden Schicht benötigt werden kann, was zu einem Anstieg der Herstellkosten führt.
Die Fig. 2A bis 2C sind Darstellungen (schematische Schnittansichten) von Beispielen der Schichtkonfiguration der photoleitenden Schicht der vorliegenden Erfindung. Eine photoleitende Schicht 11 in Fig. 2A besitzt jeweils einen ersten Schichtbereich und einen zweiten Schichtbereich und hat einen solchen Schichtaufbau, daß ein zweiter Schichtbereich 2a über einem ersten Schichtbereich 1 ausgebildet ist. Eine photoleitende Schicht 11 in Fig. 2B besitzt jeweils einen ersten Schichtbereich und einen zweiten Schichtbereich und hat einen solchen Schichtaufbau, daß ein erster Schichtbereich 1 über einem zweiten Schichtbereich 2b ausgebildet ist. Eine photoleitende Schicht 11 in Fig. 2C hat einen ersten Schichtbereich und zwei zweite Schichtbereiche und einen solchen Schichtaufbau, daß ein erster Schichtbereich 1 über einem zweiten Schichtbereich 2b und ein zweiter Schichtbereich 2a über dem ersten Schichtbereich 1 ausgebildet ist. Mit 10 ist ein Träger bezeichnet.
Die Verwendung des obigen Schichtaufbaus ermöglicht einen Abfall der Temperaturabhängigkeit des Ladungsverhaltens und von Belichtungs-Memory-Effekten, so daß es möglich wird, das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Die Verwendung der in Fig. 2B gezeigten Schichtkonfiguration ermöglicht zusätzlich zu dem obigen Effekt eine Verbesserung in bezug auf Grobbilder (an Vollbildern geprüfte Dichteverteilung als Bildeigenschaften). Die in Fig. 2C gezeigte photoleitende Schicht hat sowohl den Schichtaufbau der Fig. 2A als auch den Schichtaufbau der Fig. 2B, so daß zusätzlich zu obigem Effekt auch eine Verbesserung in bezug auf Grobbilder erzielt werden kann.
Die photoleitende Schicht bei der vorliegenden Erfindung wird durch Dünnfilmvakuumabscheidung ausgebildet. Genauer gesagt, sie kann durch verschiedenartige Dünnfilmabscheidungsprozesse ausgebildet werden, beispielsweise Glimmentladung einschließlich Wechselstromentladungs-CVD, wie Niedrigfrequenz-CVD, Hochfrequenz-CVD oder Mikrowellen-CVD, und Gleichstromentladungs-CVD; Sputtern, Vakuummetallisieren, Ionenplattieren, Licht-CVD und Wärme-CVD. Wenn diese Dünnfilmabscheidungsprozesse Anwendung finden, werden geeignete Prozesse in Abhängigkeit von den Herstellbedingungen, dem Ausmaß der Belastung der Kapitalinvestitionen in die Ausrüstung, dem Herstellmaßstab und den gewünschten Eigenschaften und Verhaltensweisen der hergestellten Lichtempfangselemente ausgewählt. Glimmentladung, insbesondere Hochfrequenzglimmentladung unter Verwendung einer Hochfrequenzband- oder VHF-Bandenergiequellenfrequenz, wird im Hinblick auf ihre Einfachheit zur Steuerung der Bedingungen für die Herstellung bevorzugt.
Wenn die photoleitende Schicht durch Glimmentladung ausgebildet wird, können in grundlegender Weise ein Materialgas (Ausgangsgas), das in der Lage ist, Siliciumatome (Si) zuzuführen, und ein Materialgas, das in der Lage ist, Wasserstoffatome zuzuführen, und/oder ein Materialgas, das in der Lage ist, Halogenatome zuzuführen, im gewünschten gasförmigen Zustand in einen Reaktor eingeführt werden, dessen Inneres evakuiert werden kann, und es kann eine Glimmentladung im Reaktor durchgeführt werden, so daß die photoleitende Schicht auf einem Träger ausgebildet wird, der vorher in eine vorgegebene Position gebracht worden ist.
Das Material, das in der Lage ist, Si zuzuführen, kann gasförmige oder vergasbare Silane, d. h. Siliciumhydride, wie SiH&sub4;, Si&sub2;H&sub6;, Si&sub3;H&sub8; und Si&sub4;H&sub1;&sub0;, umfassen, die auf wirksame Weise eingesetzt werden können. In bezug auf die Schnelligkeit der Handhabung zur Schichtausbildung und die Effizienz der Si-Zuführung werden SiH&sub4; und Si&sub2;H&sub6; bevorzugt.
Um die Wasserstoffatome in die photoleitende Schicht einzuarbeiten, wird eine gewünschte Menge an H&sub2;, eines Mischgases aus H&sub2; und He oder eines Gases einer Siliciumverbindung, die Wasserstoffatome enthält, in das obige Materialgas gemischt. Dies macht es leichter, den Anteil der in die photoleitende Schicht eingearbeiteten Wasserstoffatome zu steuern.
Das Material, das in der Lage ist, Halogenatome zuzuführen, kann vorzugsweise gasförmige oder vergasbare Halogenverbindungen umfassen, beispielsweise Halogengase, Halogenide, Halogen enthaltende Interhalogenverbindungen und mit einem Halogen substituierte Silanderivate. Das Material kann auch gasförmige oder vergasbare Halogen enthaltende Siliciumhydridverbindungen umfassen, die ebenfalls wirksam sein können. Die Interhalogenverbindungen können speziell Fluorgas (F&sub2;), BrF, ClF, ClF&sub3;, BrF&sub3;, BrF&sub5;, JF&sub3; und JF&sub7; umfassen. Siliciumverbindungen, die Halogenatome enthalten und als mit Halogenatomen substituierte Silanderivate bezeichnet werden, können Siliciumfluoride, wie SiF&sub4; und Si&sub2;F&sub6;, umfassen.
Die obigen Materialgase können allein oder in der Form eines Gemisches von zwei oder mehr Arten verwendet werden.
Um die Menge der in die photoleitende Schicht eingearbeiteten Wasserstoffatome und/oder Halogenatome zu steuern, können beispielsweise die Temperatur des Trägers, die Menge der in den Reaktor eingeführten Materialien, die zur Zuführung der Wasserstoffatome und/oder Halogenatome verwendet werden, die Entladungsenergie etc. gesteuert werden. Die Ausgangsmaterialien zur Einarbeitung der obigen Atome können wahlweise mit H&sub2;, He oder einem Mischgas aus H&sub2; und He (Verdünnungsgas), verdünnt werden, wenn sie eingesetzt werden.
Die photoleitende Schicht der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise mit Atomen eingearbeitet werden, die in der Lage sind, die Leitfähigkeit der Schicht zu steuern, wenn dies erforderlich ist.
Die Atome, die in der Lage sind, die Leitfähigkeit zu steuern, müssen in der und durch die photoleitende Schicht in einer gleichmäßigen Dichteverteilung enthalten sein, können jedoch eine ungleichmäßige Dichteverteilung an irgendeinem Teil in Schichtdickenrichtung besitzen. Selbst wenn sie jedoch eine ungleichmäßige Dichteverteilung an irgendeinem Teil aufweisen, müssen die obigen Atome in der Richtung der Ebene parallel zur Oberfläche des Trägers überall und auch in einer gleichmäßigen Dichteverteilung enthalten sein, damit der durch ihre Einarbeitung erreichte Effekt in gleichmäßiger Weise wirksam wird.
Die Atome, die in der Lage sind, die Leitfähigkeit zu steuern, können sogenannte Verunreinigungen, die auf dem Gebiet der Halbleiter verwendet werden, enthalten, und es ist möglich, Atome zu verwenden, die zur Gruppe 13 (Gruppe 3B) des Periodensystems gehören (hiernach als "Atome der Gruppe IIIb" bezeichnet) und die in der Lage sind, eine Leitfähigkeit vom p-Typ vorzusehen, oder Atome, die zur Gruppe 15 (Gruppe 5B) des Periodensystems gehören (hiernach als "Atome der Gruppe Vb" bezeichnet) und die in der Lage sind, eine Leitfähigkeit vom n-Typ vorzusehen. Hiervon findet mindestens eine Art von Atomen Verwendung. Mit anderen Worten, eine Art von Atomen kann allein verwendet werden, oder es können zwei oder mehrere Arten von Atomen in der Form eines Gemisches eingesetzt werden.
Die Atome der Gruppe IIIb, können insbesondere Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Thallium (Tl) umfassen. Insbesondere werden B, Al und Ga bevorzugt. Die Atome der Gruppe Vb können Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) und Wismut (Bi) aufweisen. Insbesondere werden P und As bevorzugt.
Die Atome, die die Leitfähigkeit steuern können, können vorzugsweise in der photoleitenden Schicht in einer Menge von 1 · 10&supmin;² Atom ppm bis 1 · 10² Atom ppm, bevorzugt davon 5 · 10&supmin;² Atom ppm bis 50 Atom ppm und noch bevorzugter von 1 · 10&supmin;¹ Atom ppm bis 1 · 10 Atom ppm, enthalten sein. Es wird ferner bevorzugt, ihren Anteil im zweiten Schichtbereich größer zu machen als der Anteil im ersten Schichtbereich.
Um die Atome, die die Leitfähigkeit steuern können, strukturell einzuarbeiten, kann ein Ausgangsmaterial zum Einarbeiten der Atome, die die Leitfähigkeit steuern können, in einem gasförmigen Zustand zusammen mit anderen Gasen (vorstehend beschrieben) zur Ausbildung der photoleitenden Schicht in den Reaktor eingeführt werden, wenn die Schicht ausgebildet wird.
Die Materialien, die als Ausgangsmaterial zum Einarbeiten der Atome, die die Leitfähigkeit steuern können, verwendet werden können, sollten aus den Materialien ausgewählt werden, die bei Normaltemperatur und normalem Druck gasformig sind, oder mindestens aus den Materialien, die unter den Bedingungen zur Schichtausbildung rasch vergast werden können. Ein solches Ausgangsmaterial zur Einarbeitung der Atome der Gruppe IIIb kann als Material zur Einarbeitung von Boratomen Borhydride, wie B&sub2;H&sub6;, B&sub4;H&sub1;&sub0;, B&sub5;H&sub9;, B&sub5;H&sub1;&sub1;, B&sub6;H&sub1;&sub0;, B&sub6;H&sub1;&sub2; und B&sub6;H&sub1;&sub4;, und Borhalogenide, wie BF&sub3;, BCl&sub3; und BBr&sub3;, umfassen. Ferner kann das Material auch AlCl&sub3;, GaCl&sub3;, Ga(CH&sub3;)&sub3;, InCl&sub3; und TICl&sub3; aufweisen. Das Ausgangsmaterial zur Einarbeitung der Atome der Gruppe Vb kann als Material zum Einarbeiten von Phosphoratomen Phosphorhydride, wie PH&sub3; und P&sub2;H&sub4;, und Phosphorhalogenide, wie PH&sub4;J, PF&sub3;, PF&sub5;, PCl&sub3;, PCl&sub5;, PBr&sub3;, PBr&sub5; und PJ&sub3;, aufweisen. Darüber hinaus kann das in wirksamer Weise verwendete Material auch AsH&sub3;, AsF&sub3;, AsCl&sub3;, AsBr&sub3;, AsF&sub5;, SbH&sub3;, SbF&sub3;, SbF&sub5;, SbCl&sub3;, SbCl&sub5;, BiH&sub3;, BiCl&sub3; und BiBr&sub3; umfassen.
Diese Ausgangsmaterialien zum Einarbeiten der Atome, die die Leitfähigkeit steuern können, können wahlweise mit H&sub2; oder He oder einem Mischgas aus H&sub2; und He (Verdünnungsgas) verdünnt werden, wenn es verwendet wird.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es ferner wirksam, in die photoleitende Schicht mindestens eine Art aus Kohlenstoffatomen, Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen einzuarbeiten. Diese Atome können vorzugsweise in einem Anteil von 1 · 10&supmin;&sup5; Atom% bis 10 Atom%, bevorzugt davon 1 · Atom% bis 8 Atom% und noch bevorzugter davon 1 · 10&supmin;³ Atom% bis 5 Atom%, insgesamt auf Basis der gesamten Siliciumatome, Kohlenstoffatome, Sauerstoffatome und Stickstoffatome in der photoleitenden Schicht enthalten sein.
Diese Kohlenstoffatome, Sauerstoffatome und Stickstoffatome müssen in der und durch die photoleitende Schicht in einer gleichmäßigen Dichteverteilung enthalten sein, können jedoch an irgendeinem Teil in Schichtdickenrichtung auch eine ungleichmäßige Dichteverteilung besitzen. Wenn sie eine ungleichmäßige Dichteverteilung an irgendeinem Teil aufweisen, müssen jedoch die obigen Atome in der Richtung der Ebene parallel zur Oberfläche des Trägers überall und in einer gleichmäßigen Dichteverteilung enthalten sein, um den durch ihre Einarbeitung erhaltenen Effekt gleichmäßig zu machen.
Materialien, die in der Lage sind, Kohlenstoffatome zuzuführen, können als wirksame Materialien gasförmige oder vergasbare Kohlenwasserstoffe, wie CH&sub4;, C&sub2;H&sub2;, C&sub2;H&sub6;, C&sub3;H&sub8; und C&sub4;H&sub1;&sub0;, umfassen. In bezug auf die Schnelligkeit der Handhabung zum Zeitpunkt der Schichtausbildung und der Effizienz der C-Zuführung können die Materialien vorzugsweise CH&sub4;, C&sub2;H&sub2; und C&sub2;H&sub6; aufweisen. Diese Materialgase, die Kohlenstoffatome zuführen können, können wahlweise nach ihrer Verdünnung mit einem Gas, wie H&sub2;, He, Ar oder Ne, verwendet werden.
Materialien, die in der Lage sind, Stickstoff oder Sauerstoff zuzuführen, können gasförmige oder vergasbare Verbindungen, wie NH&sub3;, NO, N&sub2;O, NO&sub2;, O&sub2;, CO, CO&sub2; und N&sub2;, aufweisen. Diese Materialgase zur Zuführung von Stickstoff oder Sauerstoff können wahlweise nach ihrer Verdünnung mit einem Gas, wie H&sub2;, He, Ar oder Ne, verwendet werden.
Um die photoleitende Schicht auszubilden, die die gewünschten Filmeigenschaften zum Erreichen des Zieles der vorliegenden Erfindung besitzt, müssen das Mischungsverhältnis des Materialgases, das Si zuführen kann (hiernach als "Si- Zuführgas" bezeichnet), und des Verdünnungsgases, der Gasdruck innerhalb des Reaktors, die Entladungsenergie und die Trägertemperatur in geeigneter Weise, wie gewünscht, eingestellt werden.
Der Durchsatz von H&sub2; oder He oder eines Mischgases aus H&sub2; und He, die wahlweise als Verdünnungsgas verwendet werden, kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der Konfiguration der photoleitenden Schicht innerhalb eines optimalen Bereiches ausgewählt werden, und das Verdünnungsgas kann in einem Bereich von normalerweise dem 3- bis 20fachen, vorzugsweise 4- bis 15fachen und am bevorzugtesten 5- bis 10- fachen, auf der Basis des Si-Zuführgases vermischt werden.
Der Gasdruck innerhalb des Reaktors kann auch in geeigneter Weise innerhalb eines optimalen Bereiches in Abhängigkeit von der Schichtkonfiguration ausgewählt werden. Der Druck kann in einem Bereich von normalerweise 1 · 10&supmin;&sup4; Torr bis 10 Torr (1,333 · 10&supmin;² Pa bis 1,333 · 10³ Pa), vorzugsweise von 5 · 10&supmin;&sup4; Torr bis 5 Torr (6,665 · 10&supmin;² Pa bis 6,665 · 102 Pa) und bevorzugter von 1 · 10&supmin;³ Torr bis 1 Torr (1,333 · 10&supmin;¹ Pa bis 1,333 · 10² Pa), liegen.
Die Entladungsenergie kann ebenfalls in geeigneter Weise in einem optimalen Bereich in Abhängigkeit von der Schichtkonfiguration ausgewählt werden, wobei das Verhältnis (W/SCCM) der Entladungsenergie zum Durchsatz des Si-Zuführgases vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 8, bevorzugter von 4 bis 6, eingestellt werden kann. Ferner kann das Verhältnis zwischen der Entladungsenergie und dem Durchsatz des Si- Zuführgases bei der Ausbildung des zweiten Schichtbereiches vorzugsweise größer eingestellt werden als das Verhältnis bei der Ausbildung des ersten Schichtbereiches und am Durchsatzbegrenzungsbereich liegen.
Die Temperatur des Trägers kann normalerweise auf 200ºC bis 350ºC, bevorzugter auf 230ºC bis 330ºC und noch bevorzugter auf 250ºC bis 300ºC, eingestellt werden.
Bevorzugte Bereiche der vorstehend beschriebenen Bedingungen für das Mischungsverhältnis zwischen dem Si-Zuführgas und dem Verdünnungsgas, dem Gasdruck innerhalb des Reaktors, die Entladungsenergie und die Trägertemperatur können nicht unabhängig voneinander separat festgelegt werden. Optimale Bedinungen werden auf der Basis der wechselseitigen und systematischen Beziehungen auf geeignete Weise festgelegt, so daß Lichtempfangselemente mit den gewünschten Eigenschaften ausgebildet werden können.
Bei dem bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Träger kann es sich um einen leitenden Träger oder um einen Träger handeln, der ein elektrisch isolierendes Material aufweist, dessen Oberfläche einer Leitfähigkeitsbehandlung mindestens auf der Seite, auf der die photoleitende Schicht ausgebildet wird, unterzogen wurde, wobei beides Verwendung finden kann. Der leitfähige Träger kann solche Träger aufweisen, die aus einem Metall, wie Al, Cr, Mo, Au, In, Nb, Te, V, Ti, Pt, Pd oder Fe, oder einer Legierung dieser Metalle, beispielsweise rostfreiem Stahl, bestehen. Das elektrisch isolierende Material für den Träger, das der Leitfähigkeitsbehandlung unterzogen wurde, kann einen Film oder eine Folie aus einem Kunstharz umfassen, wie Polyester, Polyethylen, Polykarbonat, Celluloseacetat, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol oder Polyamid, oder aus Glas oder Keramik.
Der bei der vorliegenden Erfindung verwendete Träger kann die Form eines Zylinders oder eines lagenförmigen endlosen Bandes mit einer glatten ebenen oder unebenen Oberfläche besitzen. Die Dicke des Trägers kann, wie gewünscht, auf geeignete Weise festgelegt werden. In den Fällen, in denen eine Flexibilität als elektrophotographisches Lichtempfangselement gefordert wird, kann der Träger so dünn wie möglich ausgebildet werden, so lange wie er dabei gut als Träger funktionieren kann. In den üblichen Fällen kann der Träger jedoch eine Dicke von 10 um oder mehr im Hinblick auf seine Herstellung und Handhabung, mechanische Festigkeit u. ä. aufweisen.
Wenn Bilder unter Verwendung von kohärentem Licht, wie Laserlicht, aufgezeichnet werden, kann die Oberfläche des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Trägers uneben gemacht werden, wodurch das Auftreten von fehlerhaften Bildern infolge von Interferenzringen, die auf sichtbaren Bildern auftreten, wirksamer verhindert werden kann. Die auf der Oberfläche des Trägers erzeugte Unebenheit kann über bekannte Verfahren hergestellt werden, wie sie in den japanischen Offenlegungsschriften 60-168156, 60-178457 und 60- 225854 beschrieben sind.
Als weiteres Verfahren, um die Oberfläche gleichmäßig zu machen, kann eine Vielzahl von kugelförmigen Hohlräumen auf der Oberfläche des Trägers hergestellt werden. Bei der auf diese Weise ausgebildeten Unebenheit hat die Oberfläche des Trägers eine feinere Unebenheit als das für das Lichtempfangselement geforderte Auflösungsvermögen. Die auf diese Weise geformte Unebenheit kann über das bekannte Verfahren erzeugt werden, das in der japanischen Offenlegungsschrift 61-231561 beschrieben ist.
Auf der photoleitenden Schicht des Lichtempfangselementes der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise eine Oberflächenschicht ausgebildet werden, die aus einem amorphen Material geformt wird, das hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht und mindestens eine Art von Kohlenstoffatomen, Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen enthält.
Diese Kohlenstoffatome, Sauerstoffatome und Stickstoffatome müssen in der und durch die photoleitende Schicht und in einer gleichmäßigen Dichteverteilung enthalten sein, können jedoch an einem Teil in Schichtdickenrichtung eine ungleichmäßige Dichteverteilung besitzen. Selbst wenn sie jedoch an einem Teil eine ungleichmäßige Dichteverteilung aufweisen, müssen die obigen Atome in der Richtung der Ebene parallel zur Oberfläche des Trägers überall und ebenfalls in einer gleichmäßigen Dichteverteilung enthalten sein, um den durch ihre Einarbeitung erreichten Effekt gleichmäßig wirksam zu machen.
Fig. 3 zeigt (in einem schematischen Schnitt) ein Beispiel der Schichtkonfiguration eines Lichtempfangselementes mit der Oberflächenschicht. Eine photoleitende Schicht 11 ist auf der Oberfläche eines Trägers 10 angeordnet, und eine Oberflächenschicht 12 ist auf dieser photoleitenden Schicht ausgebildet. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel hat die photoleitende Schicht 11 einen ersten Schichtbereich 1 und einen zweiten Schichtbereich 2a, der auf dem ersten Schichtbereich ausgebildet ist (entsprechend Fig. 2A). Alternativ dazu kann er die in Fig. 2B oder Fig. 2C gezeigte Schichtkonfiguration besitzen.
Wenn die Oberflächenschicht bei der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird, kann sie vorzugsweise in einer Dicke von 0,01 um bis 3 um, bevorzugter von 0,05 um bis 2 um und noch bevorzugter von 0,1 um bis 1 um, ausgebildet werden. Wenn die Schichtdicke geringer ist als 0,01 u, neigt die Oberflächenschicht dazu, aufgrund von Reibung o. ä. während des Gebrauchs des Lichtempfangselementes sofort verlorenzugehen. Wenn sie größer ist als 3 um, kann eine Verschlechterung der elektrophotographischen Eigenschaften, beispielsweise ein Anstieg des Restpotentials, auftreten.
Die vorstehend beschriebene Oberflächenschicht hat eine freie Oberfläche und ist vorgesehen, um den Feuchtigkeitswiderstand, das Verhalten bei kontinuierlichem wiederholten Gebrauch, die Festigkeit gegenüber elektrischem Durchschlagen, die Service-Umgebungseigenschaften und das Gebrauchsverhalten zu verbessern. Wie die photoleitende Schicht wird diese Oberflächenschicht unter Verwendung eines Nicht-Einkristallmateriales, insbesondere eines amorphen Materiales, das hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht, geformt. Daher wird eine gute chemische und strukturelle Stabilität an der Grenzfläche zwischen den übereinander angeordneten Schichten sichergestellt.
Die Oberflächenschicht der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung von beliebigen Materialien hergestellt werden, so lange es sich hierbei um Nicht-Einkristallsiliciummaterialien, insbesondere amorphe Materialien, die hauptsächlich aus Siliciumatomen bestehen (d. h. amorphe Siliciummaterialien), handelt. Beispielsweise wird bevorzugt, ein amorphes Siliciummaterial zu verwenden, das Wasserstoffatome und/oder Halogenatome enthält (hiernach als "A-Si:X" bezeichnet). Ferner wird es mehr bevorzugt, ein Material a-Si:X zu verwenden, das mindestens eine Art von Kohlenstoffatomen, Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen enthält. Insbesondere wird ein Kohlenstoffatome enthaltendes a-Si:X am meisten bevorzugt. Wenn die Oberflächenschicht unter Verwendung des Kohlenstoffatome enthaltenden Materiales a-Si:X als Hauptbestandteil ausgebildet wird, kann der Kohlenstoffanteil in der Oberflächenschicht vorzugsweise in einem Bereich von 30 Atom% bis 90 Atom% auf der Basis der Gesamtzahl der Siliciumatome und der Zahl der Kohlenstoffatome liegen.
Die Oberflächenschicht der vorliegenden Erfindung muß Wasserstoffatome oder Halogenatome enthalten. Sie kann auch sowohl Wasserstoffatome als auch Halogenatome enthalten. Wenn Wasserstoffatome eingearbeitet werden, ist es geeignet, die Wasserstoffatome so zu steuern, daß sie in einem Anteil von 30 Atom% bis 70 Atom%, vorzugsweise von 35 Atom% bis 65 Atom% und bevorzugter von 40 Atom% bis 60 Atom%, auf der Basis der gesamten Bildungsatome vorliegen. Wenn Halogenatome eingearbeitet werden, ist es geeignet, die Halogenatome so zu steuern, daß sie in einem Anteil von 0,01 Atom% bis 15 Atom%, vorzugsweise von 0,1 Atom% bis 10 Atom% und bevorzugter von 0,6 Atom% bis 4 Atom%, auf der Basis der gesamten Bildungsatome vorliegen.
Durch das Steuern des Anteiles auf diese Weise wird es möglich, herabhängende Bindungen von Siliciumatomen zu kompensieren und die Schichtqualität zu verbessern, insbesondere die Photoleitfähigkeit und die Ladungsreminiszenz zu verbessern.
Lichtempfangselemente für die Elektrophotographie haben die nachfolgend aufgeführten Probleme. Beispielsweise kann sich das Aufladungsverhalten durch Injektion von Ladungen von der freien Oberfläche verschlechtern; das Aufladungsverhalten kann durch Änderungen in der Oberflächenstruktur in einer Service-Umgebung, d. h. in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit, variieren; und die Injektion von Ladungen in die Oberflächenschicht aus der photoleitenden Schicht zum Zeitpunkt der Koronaentladung oder Bestrahlung mit Licht kann das Phänomen von Nachbildern während wiederholtem Gebrauch durch das Mitführen von Ladungen in die Defekte innerhalb der Oberflächenschicht verursachen. Es ist bekannt, daß diese Probleme durch Defekte oder Fehler (hauptsächlich verursacht durch herabhängende Bindungen von Siliciumatomen oder Kohlenstoffatomen) verursacht werden, die innerhalb der Oberflächenschicht vorhanden sind.
Der Einbau von Wasserstoffatomen in die Oberflächenschicht und die Steuerung des Wasserstoffatomanteiles in der Oberflächenschicht auf 30 Atom% bis 70 Atom% führt jedoch zu einem großen Abfall der Defekte innerhalb der Oberflächenschicht, so daß Verbesserungen in bezug auf die elektrischen Eigenschaften und das Verhalten bei kontinuierlichem Gebrauch mit hoher Geschwindigkeit erreicht werden können. Wenn die Wasserstoffatome in einem Anteil von weniger als 30 Atom% vorliegen, können die obigen Effekte in einigen Fällen nicht so gut erzielt werden. Wenn andererseits die Wasserstoffatome in einem Anteil von mehr als 70 Atom% vorliegen, kann die Härte der Oberflächenschicht geringer sein, so daß daher in einigen Fällen die Schicht keinen wiederholten Gebrauch aushalten kann. Der Wasserstoffatomanteil in der Oberflächenschicht kann in Abhängigkeit vom Durchsatz und dem Verhältnis der Materialgase, der Trägertemperatur, der Entladungsenergie, dem Gasdruck etc. am Ende der Herstellung gesteuert werden, wie später beschrieben.
Das Einarbeiten von Halogenatomen in die Oberflächenschicht und das Steuern der Halogenatome in der Oberflächenschicht derart, daß diese in einem Anteil von 0,01 Atom% bis 15 Atom% vorliegen, macht es möglich, die Ausbildung von Bindungen zwischen den Siliciumatomen und Kohlenstoffatomen in der Oberflächenschicht auf wirksamere Weise zu erzielen. Auch können die Halogenatome in der Oberflächenschicht auf wirksame Weise verhindern, daß die Bindungen zwischen den Siliciumatomen und Kohlenstoffatomen wegen der Koronaentladung o. ä. aufbrechen. Wenn die Halogenatome in einem Anteil von weniger als 0,01 Atom% oder mehr als 15 Atom% vorliegen, können die obigen Effekte in einigen Fällen nicht so gut erzielt werden. Wenn die Halogenatome in einem Anteil von mehr als 15 Atom% vorliegen, können ein Restpotential und Bild-Memory-Effekte auf beträchtliche Weise auftreten, da die überschüssigen Halogenatome die Mobilität der Träger in der Oberflächenschicht behindern. Der Halogenatomanteil in der Oberflächenschicht kann wie die Steuerung des Wasserstoffatomanteiles in Abhängigkeit vom Durchsatz, dem Verhältnis der Materialgase, der Trägertemperatur, der Entladungsenergie, dem Gasdruck etc. gesteuert werden.
Die Oberflächenschicht der vorliegenden Erfindung kann in der gleichen Weise wie die vorstehend beschriebene photoleitende Schicht ausgebildet werden. Wenn beispielsweise die Oberflächenschicht, die ein Material a-Si:X enthält, das Kohlenstoffatome aufweist, durch Glimmentladung ausgebildet wird, können beispielsweise ein Materialgas, das Siliciumatome zuführen kann, ein Materialgas, das Kohlenstoffatome zuführen kann, und ein Materialgas, das Wasserstoffatome zuführen kann, und/oder ein Materialgas, das Halogenatome zuführen kann, im gewünschten gasförmigen Zustand in den Reaktor, dessen Inneres evakuiert werden kann, eingeführt werden, und man kann eine Glimmentladung im Reaktor stattfinden lassen, so daß die Oberflächenschicht auf der photoleitenden Schicht auf dem Träger, der vorher in einer vorgegebenen Position angeordnet worden ist, ausgebildet wird.
Die Materialien, die Siliciumatome, Kohlenstoffatome, Sauerstoffatome und Stickstoffatome zuführen können, können die gleichen sein wie die bei der photoleitenden Schicht. Als Material, das Wasserstoffatome zuführen kann, können H&sub2;-Gas, ein Mischgas aus H&sub2; und He oder ein Gas einer Siliciumverbindung, die Wasserstoffatome enthält, verwendet werden. Diese Materialgase werden im Gebrauch mit anderen Gasen in den erforderlichen Mengen vermischt. Hierdurch wird es leichter, den Anteil der in die Oberflächenschicht einzuarbeitenden Wasserstoffatome zu steuern. Als Material, das Halogenatome zuführen kann, können die gleichen Materialien wie bei der photoleitenden Schicht verwendet werden. Die obigen Materialgase können jeweils allein oder in der Form eines Gemisches von zwei oder mehr Arten verwendet werden.
Um die Menge der Wasserstoffatome und/oder Halogenatome, die in die Oberflächenschicht eingearbeitet werden, zu steuern, kann die Steuerung in der gleichen Weise wie bei der photoleitenden Schicht durchgeführt werden.
Die Oberflächenschicht der vorliegenden Erfindung kann wie die vorstehend beschriebene photoleitende Schicht vorzugsweise mit Atomen eingearbeitet werden, die in der Lage sind, ihre Leitfähigkeit zu steuern.
Die Atome, die die Leitfähigkeit steuern können, müssen in der und durch die Oberflächenschicht enthalten sein, ferner eine gleichmäßige Dichteverteilung besitzen. Sie können jedoch an irgendeinem Teil in Schichtdickenrichtung auch eine ungleichmäßige Dichteverteilung besitzen. Selbst wenn sie an irgendeinem Teil eine ungleichmäßige Dichteverteilung aufweisen, müssen die obigen Atome jedoch in der Richtung der Ebene parallel zur Oberfläche des Trägers überall und in einer gleichmäßigen Dichteverteilung enthalten sein, um den durch ihren Einbau erreichten Effekt gleichmäßig wirksam zu machen.
Die Atome, die in der Lage sind, die Leitfähigkeit zu steuern, können vorzugsweise in der Oberflächenschicht in einer Menge von 1 · 10&supmin;³ Atom ppm bis 1 · 10³ Atom ppm, bevorzugter von 1 · 10&supmin;² Atom ppm bis 5 · 10² Atom ppm und noch bevorzugter von 1 · 10&supmin;¹ Atom ppm bis 1 · 10² Atom ppm, enthalten sein.
Die Arten der Atome, die die Leitfähigkeit steuern können, die Ausgangsmaterialien hierfür und die Art und Weise der Einarbeitung der Atome in die Oberflächenschicht können die gleichen sein wie die im Fall der vorstehend beschriebenen photoleitenden Schicht.
Um die Oberflächenschicht auszubilden, die die gewünschten Filmeigenschaften zum Erreichen der erfindungsgemäßen Zielsetzung besitzt, müssen das Mischungsverhältnis des Si-Zuführgases und Verdünnungsgases, der Gasdruck innerhalb des Reaktors, die Entladungsenergie und die Trägertemperatur in geeigneter Weise eingestellt werden, wie gewünscht. Was den Gasdruck innerhalb des Reaktors und die Trägertemperatur anbetrifft, so können diese in der gleichen Weise eingestellt werden wie im Fall der photoleitenden Schicht.
Die Oberflächenschicht der vorliegenden Erfindung, die in der vorstehend beschriebenen Weise erzeugt wird, wird sorgfältig ausgebildet, so daß die erforderlichen Eigenschaften in der gewünschten Weise erreicht werden können. Genauer gesagt, vom strukturellen Gesichtspunkt her gesehen, nimmt die Oberflächenschicht, die als Bestandteile Siliciumatome, mindestens eine Art von Kohlenstoffatomen, Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen und Wasserstoffatome und/oder Halogenatome aufweist, eine kristalline Form bis amorphe Form in Abhängigkeit von den Bedingungen ihrer Herstellung ein. Was die elektrischen Eigenschaften anbetrifft, so ist die Oberlfächenschicht von leitend bis halbleitend und bis isolierend sowie auch photoleitend bis nicht-photoleitend. Die Bedingungen zur Herstellung der Schicht werden daher genau ausgewählt, so daß eine Oberflächenschicht mit den gewünschten Eigenschaften erzeugt werden kann. Wenn beispielsweise die Oberflächenschicht hauptsächlich vorgesehen wird, um ihre Durchschlagfestigkeit zu verbessern, wird die Schicht in einer amorphen Form mit einem beträchtlichen elektrischen Isolationsverhalten in der Service-Umgebung hergestellt. Wenn die Oberflächenschicht hauptsächlich vorgesehen wird, um das Verhalten bei kontinuierlichem wiederholten Gebrauch und die Service-Umgebungseigenschaften zu verbessern, wird sie in einer amorphen Form hergestellt, wobei die vorstehend genannten elektrischen Isolationseigenschaften in einem gewissen Ausmaß geringer sind und die Schicht ein gewisse Sensitivität gegenüber Licht besitzt, mit der sie bestrahlt wird.
Das Lichtempfangselement der vorliegenden Erfindung kann zwischen der photoleitenden Schicht und der Oberflächenschicht eine Blockierschicht (eine untere Oberflächenschicht) besitzen, die einen geringeren Anteil an Kohlenstoffatomen, Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen als die Oberflächenschicht aufweist. Hierdurch können die Eigenschaften, wie beispielsweise das Aufladungsverhalten, weiter verbessert werden.
In der Oberflächenschicht im Nachbarschaftsbereich der Grenzfläche zwischen der Oberflächenschicht und der photoleitenden Schicht kann ein Bereich vorgesehen sein, in dem der Anteil der Kohlenstoffatome, Sauerstoffatome und Stickstoffatome in Richtung auf die photoleitende Schicht abnimmt. Hierdurch wird es möglich, die Adhäsion zwischen der Oberflächenschicht und der photoleitenden Schicht zu verbessern, Phototräger auf glatte Weise zur Oberfläche zu bewegen und Interferenzen infolge reflektierten Lichtes an der Grenzfläche zwischen der photoleitenden Schicht und der Oberflächenschicht weiter zu verringern.
Im Lichtempfangselement der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, eine Ladungsinjektionsblockierschicht vorzusehen, die hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht und mindestens eine Art von Kohlenstoffatomen, Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen sowie Atomen, die die Leitfähigkeit steuern können, enthält, wobei die photoleitende Schicht auf dieser Ladungsinjektionsblockierschicht ausgebildet wird. Genauer gesagt, wenn die Ladungsinjektionsblockierschicht, die die Funktion besitzt, die Injektion von Ladungen von der leitenden Trägerseite her zu verhindern, zwischen dem leitenden Träger und der photoleitenden Schicht vorgesehen wird, kann die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung wirksamer erreicht werden. In diesem Fall gibt es keine Begrenzung in bezug auf das Vorhandensein oder das Fehlen der Oberflächenschicht. Besonders bevorzugt kann die Oberflächenschicht auf der photoleitenden Schicht ausgebildet werden, so daß sie diese überlagert.
Fig. 4 zeigt (in einem schematischen Schnitt) ein Beispiel der Schichtkonfiguration eines Lichtempfangselementes, das die Ladungsinjektionsblockierschicht und die Oberflächenschicht besitzt. Eine Ladungsinjektionsblockierschicht 13 ist auf der Oberfläche eines Trägers 10 angeordnet, eine photoleitende Schicht 11 ist auf der Ladungsinjektionsblockierschicht 13 ausgebildet, und eine Oberflächenschicht 12 ist auf dieser photoleitenden Schicht ausgebildet. Im Beispiel der Fig. 4 hat die photoleitende Schicht 11 einen ersten Schichtbereich 1 und einen zweiten Schichtbereich 2a, der darauf ausgebildet ist (ähnlich Fig. 2A). Alternativ dazu kann die photoleitende Schicht die in den Fig. 2B oder 2C gezeigte Schichtkonfiguration besitzen.
Die Ladungsinjektionsblockierschicht der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise in einer Dicke von 0,1 um bis 5 um, bevorzugter von 0,3 um bis 4 um und am bevorzugtesten von 0,5 um bis 3 um, ausgebildet werden. Wenn die Schichtdicke geringer ist als 0,1 um, kann der Effekt der Ladungsinjektionsblockierschicht in einigen Fällen nicht gut erreicht werden. Wenn andererseits die Dicke größer ist als 5 um, kann jede gewünschte Verbesserung im elektrophotographischen Verhalten, die durch Erhöhung der Dicke erwartet werden kann, nicht erzielt werden, und es kann ein Anstieg der Herstellungskosten resultieren, da die Zeit zur Filmausbildung verlängert wird.
Die Ladungsinjektionsblockierschicht der vorliegenden Erfindung hat die Funktion, zu verhindern, daß Ladungen von der Trägerseite zur Seite der photoleitenden Schicht injiziert werden, wenn das Lichtempfangselement einer Aufladung in einer bestimmten Polarität unterzogen wird. Die Schicht besitzt diese Funktion nicht, wenn sie einer Aufladung in einer umgekehrten Polarität unterzogen wird, was als Polaritätsabhängigkeit bezeichnet wird.
Um diese Funktion zu realisieren, müssen Atome, die die Leitfähigkeit der Schicht steuern können, in die Ladungsinjektionsblockierschicht eingearbeitet werden. Wenn diese Atome, die die Leitfähigkeit steuern können, auch in die photoleitende Schicht eingearbeitet werden, muß ihr Anteil in der Ladungsinjektionsblockierschicht größer gemacht werden als in der photoleitenden Schicht.
Die Atome, die die Leitfähigkeit steuern können, müssen in der und durch die Ladungsinjektionsblockierschicht enthalten sein und ferner eine gleichmäßige Dichteverteilung besitzen. Sie können jedoch eine ungleichmäßige Dichteverteilung an irgendeinem Teil in Schichtdickenrichtung aufweisen. Der Teil, in dem die Dichteverteilung ungleichmäßig ist, kann vorzugsweise mehr auf der Trägerseite verteilt sein. Selbst wenn sie eine ungleichmäßige Dichteverteilung an irgendeinem Teil aufweist, müssen jedoch die obigen Atome in der Richtung einer Ebene parallel zur Oberfläche des Trägers überall und in gleichmäßiger Dichteverteilung vorhanden sein, damit der durch den Einbau der Atome erreichte Effekt gleichmäßig wirksam ist.
Die Atome, die die Leitfähigkeit steuern können, können vorzugsweise in der Oberflächenschicht in einer Menge von 10 Atom ppm bis 1 · 10&sup4; Atom ppm, bevorzugter von 50 Atom ppm bis 5 · 10³ Atom ppm und noch bevorzugter von 1 · 10² Atom ppm bis 3 · 10³ Atom ppm, enthalten sein.
Die Arten der Atome, die die Leitfähigkeit steuern können, die Ausgangsmaterialien hierfür und die Art und Weise der Einarbeitung der Atome in die Ladungsinjektionsblockierschicht können die gleichen sein wie bei der vorstehend beschriebenen photoleitenden Schicht.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es ferner wirksam, in die Ladungsinjektionsblockierschicht mindestens eine Art von Kohlenstoffatomen, Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen einzuarbeiten. Diese Atome können bevorzugt in einem Anteil von 1 · 10&supmin;³ Atom% bis 30 Atom%, bevorzugter von 5 · 10&supmin;³ Atom% bis 20 Atom% und noch bevorzugter von 1 · 10&supmin;² Atom% bis 10 Atom%, insgesamt auf der Basis des Gesamtanteiles der Siliciumatome, Kohlenstoffatome, Sauerstoffatome und Stickstoffatome in der Ladungsinjektionsblockierschicht vorliegen.
Diese Kohlenstoffatome, Sauerstoffatome und Stickstoffatome müssen in der und durch die Ladungsinjektionsblockierschicht und ferner in einer gleichmäßigen Dichteverteilung vorliegen. Sie können jedoch eine ungleichmäßige Dichteverteilung an irgendeinem Teil in Schichtdickenrichtung aufweisen. Wenn sie an irgendeinem Teil eine ungleichmäßige Dichteverteilung besitzen, müssen die obigen Atome jedoch in der Richtung der Ebene parallel zur Oberfläche des Trägers überall und auch in einer gleichmäßigen Dichteverteilung vorhanden sein, damit der Effekt durch die Einarbeitung der Atome gleichmäßig wirksam ist.
Durch die Einarbeitung von mindestens einer Art von Kohlenstoffatomen, Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen auf diese Weise wird eine größere Verbesserung der Adhäsion in bezug auf andere Schichten, die in Kontakt mit der Ladungsinjektionsblockierschicht stehen, ermöglicht.
Die Ladungsinjektionsblockierschicht der vorliegenden Erfindung kann ausgebildet werden, indem ein amrophes Material verwendet wird, das hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht (amorphes Siliciummaterial) und das wahlweise die obigen Atome enthält. Als dieses amorphe Siliciummaterial wird bevorzugt, ein amorphes Siliciummaterial zu verwenden, das Wasserstoffatome und/oder Halogenatome enthält (a-Si:X). Die Wasserstoffatome und/oder Halogenatome in der Schicht besitzen den gleichen Effekt wie im Fall der vorstehend beschriebenen photoleitenden Schicht und Oberflächenschicht.
Die Wasserstoffatome und/oder Halogenatome in der Ladungsinjektionsblockierschicht können vorzugsweise in einem Anteil 1 Atom% bis 50 Atom%, bevorzugter von 5 Atom% bis 40 Atom% und noch bevorzugter von 10 Atom% bis 30 Atom%, auf der Basis des Gesamtanteiles der Siliciumatome und Wasserstoffatome und/oder Halogenatome vorliegen.
Die Materialien, die Siliciumatome, Kohlenstoffatome, Sauerstoffatome und Stickstoffatome zuführen können, können die gleichen sein wie bei der photoleitenden Schicht. Als Material, mit dem Wasserstoffatome zugeführt werden können, können H&sub2;-Gas, ein Mischgas aus H&sub2; und He oder ein Gas einer Wasserstoffatome enthaltenden Siliciumverbindung verwendet werden. Diese Materialgase werden im Gebrauch mit anderen Gasen in den erforderlichen Mengen vermischt. Hierdurch wird es leichter, den Anteil der in die Ladungsinjektionsblockierschicht einzuarbeitenden Wasserstoffatome zu steuern. Als Material, das Halogenatome zuführen kann, können die gleichen Materialien wie bei der photoleitenden Schicht verwendet werden. Die obigen Materialgase können jeweils allein oder in der Form eines Gemisches von zwei oder mehr Arten verwendet werden.
Die Ladungsinjektionsblockierschicht der vorliegenden Erfindung wird durch das vorstehend beschriebene Dünnfilmvakuumabscheidungsverfahren in der gleichen Weise wie bei der Ausbildung der photoleitenden Schicht hergestellt.
Um die Ladungsinjektionsblockierschicht auszubilden, die die gewünschten Filmeigenschaften zum Erreichen der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besitzt, müssen das Mischungsverhältnis des Si-Zuführgases und Verdünnungsgases, der Gasdruck innerhalb des Reaktors, die Entladungsenergie und die Trägertemperatur in geeigneter Weise eingestellt werden, wie gewünscht. Was die Entladungsenergie anbetrifft, so kann das Verhältnis zwischen der Entladungsenergie und dem Durchsatz des Si-Zuführgases vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 8, bevorzugter in einem Bereich von 0,8 bis 7 und noch bevorzugter in einem Bereich von 1 bis 6, eingestellt werden. Das Mischungsverhältnis zwischen dem Si-Zuführgas und dem Verdünnungsgas, der Gasdruck innerhalb des Reaktors und die Trägertemperatur können in der gleichen Weise wie bei der photoleitenden Schicht eingestellt werden.
Bei der photoleitenden Schicht des Lichtempfangselementes gemäß der vorliegenden Erfindung können Aluminiumatome, Siliciumatome und Wasserstoffatome und/oder Halogenatome vorzugsweise in Schichtdickenrichtung ungleichmäßig verteilt sein (d. h. sie kann hauptsächlich aus Aluminiumatomen auf der Trägerseite und hauptsächlich aus Siliciumatomen graduell in Richtung zur Oberfläche bestehen). Dies führt zu einer Verbesserung der Adhäsion an der Grenzfläche zwischen dem Träger und der photoleitenden Schicht (insbesondere der Ladungsinjektionsblockierschicht), so daß nur ein geringfügiges Abblättern und nur gerinfügig Risse entstehen, ferner zu einer allmählichen Änderung der Zusammensetzung, so daß Träger auf glatte Weise von der photoleitenden Schicht zum Träger strömen können, was zu einer Verbesserung der Bildqualität führt.
Eine Haftschicht kann auch zwischen dem Träger und der photoleitenden Schicht oder, wenn die Ladungsinjektionsblockierschicht vorgesehen ist, zwischen der Ladungsinjektionsblockierschicht und dem Träger vorgesehen werden. Diese Haftschicht verbessert die Adhäsion am Träger weiter. Eine solche Haftschicht wird beispielsweise aus Si&sub3;N&sub4;, SiO&sub2;, SiO oder einem amorphen Material, das hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht und Wasserstoffatome und/oder Halogenatome und mindestens eine Art von Kohlenstoffatomen, Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen enthält, gebildet.
Eine Lichtabsorptionsschicht (d. h. eine IR-Absorptionsschicht) kann ebenfalls zwischen dem Träger und der photoleitenden Schicht oder, wenn die Ladungsinjektionsblockierschicht vorgesehen ist, zwischen der Ladungsinjektionsblockierschicht und dem Träger vorgesehen sein. Diese Lichtabsorptionsschicht kann das Auftreten von Interferenzringen infolge des vom Träger reflektierten Lichtes verhindern.
Vorrichtungen zum Ausbilden eines elektrophotographischen Lichtempfangselementes gemäß der vorliegenden Erfindung und Filmerzeugungsverfahren zur Ausbildung der obigen Schichten unter Verwendung dieser Vorrichtung werden nachfolgend im einzelnen beschrieben.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Beispiel einer Vorrichtung zur Herstellung des Lichtempfangselementes durch plasmaunterstütztes Hochfrequenz-CVD unter Verwendung von HF- Bändern als Energiequellenfrequenzen (hiernach als "HF- PCVD" bezeichnet), die beispielsweise bei einer Glimmentladung auftreten. Die in Fig. 5 gezeigte Herstellvorrichtung ist auf die folgende Art und Weise ausgebildet.
Diese Herstellvorrichtung besteht hauptsächlich aus einem Abscheidungssystem 5100, einem Materialgaszuführsystem 5200 und einem Auslaßsystem (nicht gezeigt) zum Evakuieren des Inneren eines Reaktors 5101. Im Reaktor 5101 sind im Abscheidungssystem 5100 ein zylindrischer Träger 5102, eine Trägerheizeinrichtung 5103 und ein Materialgaszuführrohr 5104 vorgesehen. Eine Hochfrequenzanpassungsbox 5105 ist ebenfalls an dem Reaktor angeschlossen.
Der zylindrische Träger kann über irgendwelche Einrichtungen erhitzt werden, so lange es sich hierbei um ein Heizelement vom Vakuumtyp handelt. Eine solche Heizeinrichtung zum Erhitzen von Trägern kann speziell elektrische Widerstandsheizeinrichtungen umfassen, wie beispielsweise abgeschirmte Wicklungsheizeinrichtungen, Plattenheizeinrichtungen und keramische Heizeinrichtungen, Heizeinrichtungen mit einer Wärme abstrahlenden Lampe, wie beispielsweise einer Halogenlampe und einer Infrarotlampe, und Heizelemente mit einer Wärmeaustauscheinrichtung unter Verwendung einer Flüssigkeit, eines Gases o. ä. als heißem Medium. Als Oberflächenmaterialien der Heizeinrichtungen können Metalle, wie rostfreier Stahl, Nickel, Aluminium und Kupfer, Keramik, hitzebeständige Polymerharze o. ä. verwendet werden. Als anderes Verfahren kann zusätzlich zum Reaktor ein Behälter vorgesehen sein, der ausschließlich zum Erhitzen verwendet wird, und der Träger kann darin einmal erhitzt und danach in den Reaktor transportiert werden. Ein solches Verfahren kann ebenfalls Verwendung finden.
Das Materialgaszuführsystem 5200 besteht aus Gaszylindern 5201 bis 5206, Drucksteuereinheiten 5251 bis 5256, die entsprechend den Zylindern vorgesehen sind, Leitungsventilen 5211 bis 5216, 5221 bis 5226 und 5231 bis 5236, und Massenstromsteuereinheiten 5241 bis 5246. Die Leitungen der Gaszylinder für die entsprechenden Materialgase sind durch ein Materialgasrohr 5106 über ein Hilfsventil 5261 an ein Gaszuführrohr 5104 im Reaktor 5101 angeschlossen.
Die Erzeugung von Filmen durch HF-PCVD unter Verwendung der in Fig. 5 gezeigten Herstellvorrichtung kann beispielsweise auf die nachfolgende Weise erfolgen.
Der zylindrische Träger 5102 wird zuerst im Reaktor 5101 angeordnet, und das Innere des Reaktors 5101 wird mit Hilfe einer Evakuierungsvorrichtung (nicht gezeigt, d. h. einer Vakuumpumpe) evakuiert. Dann wird die Temperatur des zylindrischen Trägers 5102 auf eine vorgegebene Temperatur, d. h. von 200ºC bis 350ºC, mit Hilfe der Heizeinrichtung 5103 zum Erhitzen des Trägers gesteuert. Die Temperatur kann vorzugsweise auf 230ºC bis 330ºC, bevorzugter auf 250ºC bis 310ºC, eingestellt werden.
Bevor man Materialgase zur Ausbildung der Filme in den Reaktor 5101 einströmen läßt, werden die Gaszylinderventile 5211 bis 5216 sowie ein Leckventil 5107 des Reaktors überprüft, um sicherzustellen, daß sie geschlossen sind. Ferner werden die Einströmventile 5221 bis 5226, Ausströmventile 5231 bis 5236 und ein Hilfsventil 5261 überprüft, um sicherzustellen, daß sie geöffnet sind.
Dann wird ein Hauptauslaßventil 5108 geöffnet, um das Innere des Reaktors 5101 und eines Gasrohres 5106 zu evakuieren. Wenn ein Vakuummeßgerät (G) 5109 abgelesen wird und einen Druck von etwa 5 · 10&supmin;&sup6; Torr anzeigt, werden das Hilfsventil 5261 und die Ausströmventile 5231 bis 5236 geschlossen.
Danach werden die Gaszylinderventile 5211 bis 5216 geöffnet, so daß Gase von den Gaszylindern 5201 bis 5206 in den Reaktor 5101 eingeführt werden, wobei jedes Gas durch Betätigung der Drucksteuereinheiten 5251 bis 5256 so gesteuert wird, daß es einen Druck von etwa 2 kg/cm² aufweist. Als nächstes werden die Einströmventile 5221 bis 5226 langsam geöffnet, so daß die Gase in die Massenstromsteuereinheiten 5241 bis 5246 eingeführt werden.
Wenn die Filmerzeugung somit beginnen kann, werden die entsprechenden Schichten nach dem folgenden Verfahren hergestellt.
Wenn der zylindrische Träger 5102 eine vorgegebene Temperatur gehabt hat, werden einige erforderliche Ausströmventile 5231 bis 5236 und das Hilfsventil 5261 langsam geöffnet, so daß vorgegebene Gase von den Gaszylindern 5201 bis 5206 über ein Gaszuführrohr 5104 in den Reaktor 5101 eingeführt werden. Als nächstes werden die Massenstromsteuereinheiten 5241 bis 5246 betätigt, so daß jedes Materialgas so eingestellt wird, daß es mit einem vorgegebenen Durchsatz strömt. Hierbei wird das Hauptauslaßventil 5108 so eingestellt, daß der Druck innerhalb des Reaktors 5101 einen vorgegebenen Wert erhält, der nicht höher ist als 1 Torr, während das Vakuummeßgerät 5109 beobachtet wird.
Wenn der Innendruck beständig geworden ist, wird eine HF- Energiequelle (nicht gezeigt) mit einer Frequenz von beispielsweise 13,56 MHz auf die gewünschte elektrische Leistung eingestellt, und Hochfrequenzenergie wird an das Innere des Reaktors 5101 über die Anpassungsbox 5105 abgegeben, damit eine Glimmentladung stattfinden kann. Die in den Reaktor eingeführten Materialgase werden durch die auf diese Weise erzeugte Entladungsenergie zersetzt, so daß ein Film, der hauptsächlich aus Silicium besteht, auf dem zylindrischen Träger 5102 ausgebildet wird. Nachdem ein Film mit einer gewünschten Dicke (Schichtdicke) ausgebildet worden ist, wird die Zufuhr der Hochfrequenzenergie gestoppt, und die Ausströmventile werden geschlossen, um die Gaszufuhr zum Reaktor zu stoppen. Die Ausbildung eines Filmes ist damit beendet.
Der obige Vorgang wird mehrere Male wiederholt. Auf diese Weise kann ein elektrophotographischen Lichtempfangselement mit der gewünschten Mehrschichtstruktur ausgebildet werden.
Wenn die entsprechenden Schichten ausgebildet werden, müssen die anderen Ausströmventile als die für die erforderlichen Gase alle geschlossen sein. Um zu verhindern, daß die entsprechenden Gase im Reaktor 5101 und in dem sich von den Ausströmventilen 5231 bis 5236 zum Reaktor 5101 erstreckenden Rohr verbleiben, werden die Ausströmventile 5231 bis 5236 geschlossen, wird das Hilfsventil 5261 geöffnet und wird dann das Hauptauslaßventil 5108 vollständig geöffnet, so daß das Innere des Systems einmal auf einen hohen Unterdruck evakuiert wird. Dies kann wahlweise durchgeführt werden.
Um eine gleichmäßige Filmerzeugung zu erreichen, ist es wirksam, den zylindrischen Träger SiO&sub2; mit Hilfe eines Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zu drehen, während die Filme erzeugt werden.
Es ist überflüssig zu sagen, daß das vorstehend beschriebene Verfahren in Abhängigkeit von den Bedingungen, unter denen jede Schicht geformt wird, geändert werden kann.
Ein Verfahren zur Herstellung von elektrophotographischen Lichtempfangselementen durch plasmaunterstütztes Hochfrequenz-CVD unter Verwendung von VHF-Bändern als Energiequellenfrequenzen (hiernach als "VHF-PCVD" bezeichnet) wird hiernach beschrieben.
Das Abscheidungssystem 5100 der in Fig. 5 gezeigten Herstellvorrichtung wird durch das in Fig. 6 gezeigte Abscheidungssystem 5200 ersetzt, um es an das Materialgaszuführsystem 5200 anzuschließen. Auf diese Weise wird eine für das VHF-PCVD geeignete Herstellvorrichtung eingerichtet.
Diese Herstellvorrichtung besteht hauptsächlich aus einem Abscheidungssystem (siehe Fig. 6), einem Materialgaszuführsystem (5200 in Fig. 5) und einem Evakuierungssystem (nicht gezeigt) zum Evakuieren des Inneren des Reaktors. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Abscheidungssystem sind zylindrische Träger 6102, Trägerheizeinrichtungen 6103, ein Materialgaszuführrohr (nicht gezeigt) und eine Elektrode 6110 in einem Reaktor 6101 vorgesehen. Eine Anpassungsbox 6105 ist ebenfalls an die Elektrode angeschlossen. Der Reaktor 6101 hat ein Auslaßrohr 6111 und ist hierüber an ein Auslaßsystem (nicht gezeigt) angeschlossen. Im Reaktor bildet der Raum, der von den zylindrischen Trägern 6102 umgeben wird, einen Entladungsraum 6112. Motoren (M) 6113 zum Drehen der zylindrischen Träger sind außerhalb des Reaktors vorgesehen. Die zylindrischen Träger werden über die gleichen Verfahren wie beim HF-PCVD erhitzt.
Als Materialgaszuführsystem, das an das Abscheidungssystem angeschlossen ist, kann das gleiche System wie das in Fig. 5 gezeigte Materialgaszuführsytem 5200 verwendet werden.
Die Ausbildung von Filmen durch VHF-PCVD unter Verwendung dieser Herstellvorrichtung kann auf die folgende Weise durchgeführt werden.
Zuerst werden die zylindrischen Träger 6102 im Reaktor 6101 eingestellt. Während die zylindrischen Träger 6102 jeweils mit Hilfe eines Trägerrotationsmotors 6113 gedreht werden, wird das Innere des Reaktors durch das Auslaßrohr 6111 mit Hilfe einer Evakuierungsvorrichtung (nicht gezeigt), beispielsweise einer Diffusionspumpe, evakuiert, um den Druck innerhalb des Reaktors so zu steuern, daß er nicht höher ist als beispielsweise 1 · 10&supmin;&sup7; Torr. Danach wird die Temperatur eines jeden zylindrischen Trägers durch Erhitzen auf einer vorgegebenen Temperatur von 200ºC bis 350ºC mit Hilfe der Trägerheizeinrichtung 6103 gehalten. Die Temperatur wird so eingestellt, daß sie vorzugsweise 230ºC bis 330ºC, bevorzugter 250ºC bis 310ºC, beträgt.
Als nächstes werden die Ventilbetätigung und Evakuierung in der gleichen Weise wie beim vorstehend beschriebenen HF- PCVD durchgeführt, um Materialgase zur Filmerzeugung in den Reaktor 6101 einzuführen.
Wenn somit die Filmerzeugung beginnen kann, werden die entsprechenden Schichten nach dem folgenden Verfahren ausgebildet.
Wenn jeder zylindrische Träger 6102 eine vorgegebene Temperatur hat, werden einige erforderliche Ausströmventile sowie das Hilfsventil langsam geöffnet, so daß die erwähnten Gase von den Gaszylindern durch das Gaszuführrohr in den Reaktor 6101 eingeführt werden, um den Entladungsraum 6112 mit Gas zu füllen. Als nächstes werden die Massenstromsteuereinheiten so betätigt, daß jedes Materialgas auf einen vorgegebenen Durchsatz eingestellt wird. Hierbei wird das Hauptauslaßventil so eingestellt, daß der Druck innerhalb des Entladungsraumes 6112 auf einen vorgegebenen Druck von nicht mehr als 1 Torr ansteigt, während das Vakuummeßgerät beobachtet wird.
Wenn der Innendruck beständig geworden ist, wird eine VHF- Energiequelle (nicht gezeigt) mit einer Frequenz von beispielsweise 500 MHz auf die gewünschte elektrische Energie eingestellt, und eine VHF-Energie wird über eine Anpassungsbox 6105 dem Entladungsraum 6112 zugeführt, damit eine Glimmentladung stattfinden kann. Somit werden im Entladungsraum 6112 die eingeführten Materialgase durch die Entladungsenergie so erregt, daß sie eine Dissoziation erfahren und auf diese Weise der gewünschte Film auf jedem leitenden Träger 6102 ausgebildet wird. Hierbei wird der Träger mit Hilfe des Trägerrotationsmotors 6113 mit der gewünschten Geschwindigkeit gedreht, so daß die Schicht gleichmäßig ausgebildet werden kann. Nach Ausbildung eines Filmes mit der gewünschten Dicke wird die Zufuhr der VHF- Energie gestoppt, und die Ausströmventile werden geschlossen, um den Gasstrom in den Reaktor zu unterbinden. Die Ausbildung der abgeschiedenen Filme ist somit beendet.
Der obige Vorgang wird mehrere Male wiederholt, wodurch elektrophotographische Lichtempfangsschichten mit der gewünschten Mehrschichtstruktur ausgebildet werden können.
Wenn die entsprechenden Schichten ausgebildet werden, müssen wie beim HF-PCVD die anderen Ausströmventile als die für die erforderlichen Gase alle geschlossen sein. Um zu verhindern, daß die entsprechenden Gase im Reaktor und in dem sich von den Ausströmventilen zum Reaktor erstreckenden Rohr verbleiben, werden die Ausströmventile geschlossen, wird das Hilfsventil geöffnet und dann das Hauptauslaßventil vollständig geöffnet, so daß das Innere des Systems einmal auf einen hohen Unterdruck evakuiert wird. Dies kann wahlweise durchgeführt werden.
Es ist überflüssig zu sagen, daß das obige Verfahren in Abhängigkeit von den Bedingungen, unter denen jede Schicht geformt wird, verändert werden kann.
Der Druck im Entladungsraum kann beim VHF-PCVD vorzugsweise auf 1 mTorr (1,333 · 10&supmin;¹ Pa) bis 500 mTorr (6,665 · 10¹ Pa), bevorzugter von 3 mTorr (3,999 · 10¹ Pa) bis 300 mTorr (3,999 · 10¹ Pa) und noch bevorzugter von 5 mTorr (6,665 · 10&supmin;¹ Pa) bis 100 mTorr (1,333 · 10¹ Pa), eingestellt werden.
Bei der Herstellvorrichtung mit VHF-PCVD kann die im Entladungsraum vorgesehene Elektrode jede beliebige Größe und Form besitzen, so lange sie keine Probleme bei der Entladung verursacht. Was den praktischen Gebrauch anbetrifft, so kann sie vorzugsweise die erwähnte zylindrische Form mit einem Durchmesser von 1 mm bis 10 cm besitzen. Auch die Länge der Elektrode kann willkürlich festgelegt werden, so lange diese lang genug ist, damit das elektrische Feld gleichmäßig auf den Träger verteilt werden kann. Die Elektrode kann auch aus jedem beliebigen Material ohne Einschränkung hergestellt werden, so lange ihre Oberfläche leitend ist. Normalerweise finden Metalle, wie rostfreier Stahl, Al, Cr, Mo, Au, In, Nb, Te, V, Ti, Pt, Pb und Fe, Legierungen dieser Metalle oder Glas oder Keramik, deren Oberfläche mit irgendeinem dieser Metalle oder Legierungen leitend gemacht worden ist, Verwendung.
Die Erfinder haben Kenntnisse über das Verhalten der Träger in der photoleitenden Schicht gewonnen und intensive Untersuchungen in bezug auf die Beziehung zwischen der Dichteverteilung im lokalisierten Zustand des hydrierten und/oder amorphen Halogenidsiliciums in den Bandlücken und im Ladungsverhalten, die Temperaturabhängigkeit hiervon und Belichtungs-Memory-Effekte (Licht-Memory-Effekte) durchgeführt. Sie haben das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht, indem sie in Dickenrichtung der photoleitenden Schicht die Dichteverteilung im lokalisierten Zustand in den Bandlücken, d. h. den Wasserstoffatom- und/oder Halogenatomanteil (Ch), die optischen Bandlücken (Eg) und die charakteristische Energie (Eu) gesteuert und übereinander zwei Schichtbereiche mit unterschiedlichen Werten für die vorstehend genannten Eigenschaften angeordnet haben.
Genauer gesagt, die optische Bandlücke der photoleitenden Schicht wurde größer und die Einfangrate von Trägern in bezug auf lokalisierte Pegel kleiner gemacht, wodurch das Ladungsverhalten stark verbessert und gleichzeitig dessen Temperaturabhängigkeit verringert werden konnte. Ferner konnte erreicht werden, daß im wesentlichen keine Belichtungs-Memory-Effekte auftraten. Darüber hinaus konnte das Auftreten von groben Bildern bei Anwendung von bestimmten Schichtkonfigurationen verringert werden.
Dies kann wie folgt in Einzelheiten erläutert werden: In den Bandlücken von hydriertem und/oder Halogenid enthaltenden amorphen Silicium gibt es normalerweise einen End(Grund)Pegel, der auf eine strukturelle Unordnung von Si-Si-Bindungen zurückzuführen ist, und einen Tiefpegel, der auf strukturelle Fehler infolge von herabhängenden Bindungen von Si o. ä. zurückzuführen ist. Es ist bekannt, daß diese Pegel als Fang- und Rekombinationszentren von Elektronen und Löchern wirken und eine Verschlechterung der Eigenschaften der entsprechenden Vorrichtungen bewirken.
Als Grund für die Temperaturabhängigkeit des Ladungsverhaltens, d. h. als Grund für eine Verschlechterung des Ladungsverhaltens, das auftritt, wenn das lichtempfindliche Element über eine Trommelheizeinrichtung o. ä. erhitzt wird, wird folgendes angesehen: Thermisch erregte Träger werden von zum Zeitpunkt des Aufladens erzeugten elektrischen Feldern zu einer Bewegung in Richtung auf die Oberfläche gebracht, während sie ihr Gefangenwerden von den lokalisierten Pegeln der Bandenden und den tief lokalisierten Pegeln in den Bandlücken sowie ihre Freigabe hiervon wiederholen, so daß auf diese Weise Oberflächenladungen gelöscht werden. Die die Oberfläche während des Aufladens erreichenden Träger beeinflussen das Ladungsverhalten wenig. Die in den Tiefpegeln gefangenen Träger erreichen jedoch die Oberfläche nach dem Aufladen (nachdem sie die Aufladeeinheit passiert haben), so daß die Oberflächenladungen gelöscht werden und eine Verschlechterung des Aufladeverhaltens erreicht wird. Die nach dem Aufladen thermisch erregten Träger löschen ebenfalls die Oberflächenladungen, so daß eine Verschlechterung des Aufladeverhaltens verursacht wird. Um dies zu verhindern, ist es erforderlich, die Erzeugung von thermisch erregten Trägern zu verhindern und die Mobilität der Träger zu verbessern.
Indem man die optische Bandlücke größer macht, verhindert man eine Erzeugung von thermisch erregten Trägern. Indem man die Einfangrate der Träger in lokalisierten Pegeln gering macht, verbessert man die Mobilität der Träger, so daß eine Verschlechterung des Aufladevermögens verhindert werden kann.
Was die Belichtungs-Memory-Effekte (Licht-Memory-Effekte) anbetrifft, so werden diese ebenfalls erzeugt, wenn die durch Leerbelichtung oder bildweise Belichtung erzeugten Phototräger in den lokalisierten Pegeln in Bandlücken eingefangen werden und die Träger in der photoleitenden Schicht verbleiben. Genauer gesagt, unter den in einem bestimmten Kopierverfahren erzeugten Phototrägern werden die Träger, die in der photoleitenden Schicht verblieben sind, durch die durch Oberflächenladungen erzeugten elektrischen Felder zum Zeitpunkt des nachfolgenden Aufladens oder danach herausbewegt, und das Potential an den belichteten Abschnitten wird geringer als an anderen Abschnitten, so daß eine Dichtedifferenz auf den Bildern auftritt. Um dies zu verhindern, muß die Mobilität der Träger verbessert werden, so daß sie sich durch die photoleitende Schicht in einem Kopierprozeß bewegen können, ohne daß ermöglicht wird, daß die Phototräger in der Schicht verbleiben, soweit dies möglich ist.
Somit wird eine Schicht vorgesehen, in der Ch größer gemacht wird, Eg größer gemacht wird und auch Eu gesteuert (verringert) wird, um auf diese Weise zu verhindern, daß thermisch erregte Träger erzeugt werden, und um des weiteren den Anteil der thermisch erregten Träger oder Phototräger, die in den lokalisierten Pegeln eingefangen werden, zu verringern, so daß die Mobilität der Träger dramatisch verbessert werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in größeren Einzelheiten anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Erfindung ist in keiner Weise auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.

Beispiel 1

Ein elektrophotographisches Lichtempfanselement gemäß der vorliegenden Erfindung wurde durch HF-PCVD unter Verwendung der in Fig. 5 gezeigten Herstellvorrichtung erzeugt. Auf einem Aluminiumzylinder (Träger) mit Spiegelfinish und einem Durchmesser von 80 mm wurden Schichten übereinander ausgebildet, und zwar in der folgenden Reihenfolge: eine Ladungsinjektionsblockierschicht, eine photoleitende Schicht und eine Oberflächenschicht. Diese Schichten wurden unter den in Tabelle 1 aufgeführten Bedingungen hergestellt. Von der photoleitenden Schicht wurden ein erster Schichtbereich und ein zweiter Schichtbereich ausgebildet, die in dieser Reihenfolge von der Seite der Ladungsinjektionsblockierschicht aus ausgebildet wurden.
Der erste Schichtbereich der photoleitenden Schicht hatte einen Wasserstoffgehalt (Ch) von 23 Atom%, eine optische Bandlücke (Eg) von 1,77 eV und eine charakteristische Energie (Eu) von 60 meV. Der zweiten Schichtbereich hatte einen Ch von 32 Atom%, eine Eg von 1,83 eV und eine Eu von 53 meV. Diese Ergebnisse sind Werte, die durch das später beschriebene Verfahren als "Messung von Ch, Eg und Eu" erhalten wurden.
Die Eigenschaften des auf diese Weise hergestellten Lichtempfangselementes wurden in der später beschriebenen Art und Weise ausgewertet. In bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperatureigenschaften und die Belichtungs- Memory-Effekte wurden gute Ergebnisse erhalten. Bei den Bildern konnten keine Belichtungs-Memory-Effekte festgestellt werden. Ferner traten keine Flecken und verschmierte Bilder auf, und es wurden kaum Grobbilder festgestellt. Es waren gute Bildeigenschaften zu erkennen. Insbesondere in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperaturabhängigkeit und die Belichtungs-Memory-Effekte zeigte das vorliegende Lichtempfangselement bessere Eigenschaften als ein Lichtempfangselement mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand. Tabelle 1
Bei dem vorliegenden Beispiel wurden ferner diverse Lichtempfangselemente mit unterschiedlichen Ch-, Eg- und Eu-Werten im zweiten Schichtbereich auf die gleiche Art und Weise hergestellt. Das Mischungsverhältnis von SiH&sub4; zu H&sub2;, das Verhältnis zwischen dem SiH&sub4;-Gas und der Entladungsenergie und die Trägertemperatur bei der Herstellung des zweiten Schichtbereiches wurden jedoch verändert. Die Dicke des ersten Schichtbereiches und die des zweiten Schichtbereiches wurden auf 28 um und 2 um festgelegt.
Die Eigenschaften der auf diese Weise hergestellten verschiedenen Lichtempfangselemente wurden ausgewertet, wobei die in den Fig. 7, 8 und 9 aufgeführten Ergebnisse erhalten wurden. Diese Fig. 7, 8 und 9 zeigen die Beziehung zwischen dem Eu-Wert des zweiten Schichtbereiches und dem Aufladungsverhalten, den Temperatureigenschaften sowie den Belichtungs-Memory-Effekten des Lichtempfangselementes bei unterschiedlichen Eg-Werten im zweiten Schichtbereich der photoleitenden Schicht in bezug auf das Lichtempfangselement der vorliegenden Erfindung. Das Aufladungsverhalten, die Temperatureigenschaften und das Memory-Potential sind in der Form von Relativwerten angegeben, wobei die Werte des Lichtempfangselementes mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand, mit 1 angesetzt wurden. Wie aus diesen Ergebnissen deutlich wird, zeigen die Lichtempfangselemente mit zweiten Schichtbereichen insbesondere mit einem Eg-Wert von 1,8 eV oder darüber und einem Eu-Wert von 55 meV oder darunter verbesserte Eigenschaften in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperatureigenschaften und die Belichtungs-Memory- Effekte.

Beispiel 2

Ein elektrophotographisches Lichtempfangselement gemäß der vorliegenden Erfindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 (unter den in Tabelle 1 aufgeführten Bedingungen) hergestellt, mit der Ausnahme, daß der erste Schichtbereich und der zweite Schichtbereich in umgehkehrter Reihenfolge übereinander ausgebildet wurden.
Die Eigenschaften des auf diese Weise erhaltenen Lichtempfangselementes wurden in der später beschriebenen Art und Weise ausgewertet. Dabei wurden gute Werte in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperatureigenschaften und die Belichtungs-Memory-Effekte erhalten. In bezug auf die Bilder konnten keine Belichtungs-Memory-Effekte festgestellt werden. Ferner traten weder Flecken noch verschmierte Bilder auf, und Grobbilder wurden kaum festgestellt. Es wurden gute Bildeigenschaften erzielt. Insbesondere in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperaturabhängigkeit und Grobbilder zeigte das vorliegende Lichtempfangselement bessere Eigenschaften als ein Lichtempfangselement mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand.
Ferner wurden gemäß diesem Beispiel diverse Lichtempfangselemente mit unterschiedlichen Ch-, Eg- und Eu-Werten im zweiten Schichtbereich in der gleichen Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt. Im vorliegenden Beispiel zeigten Lichtempfangselemente mit zweiten Schichtbereichen insbesondere mit einem Eg-Wert von 1,8 eV oder darüber und einem Eu-Wert von 55 meV oder darunter verbesserte Eigenschaften in bezug auf das Aufladungsverhalten sowie die Temperatureigenschaften und verursachten weniger Grobbilder.

Beispiel 3

Ein elektrophotographisches Lichtempfangselement gemäß der vorliegenden Erfindung wurde in der gleichen Weise wie bei Beispiel 1 (unter den in Tabelle 1 aufgeführten Bedingungen) hergestellt, mit der Ausnahme, daß die photoleitende Schicht aus einem zweiten Schichtbereich, einem ersten Schichtbereich und einem anderen zweiten Schichtbereich hergestellt wurde, die in dieser Reihenfolge von der Seite der Ladungsinjektionsblockierschicht aus übereinander angeordnet wurden.
Die Eigenschaften des auf diese Weise erhaltenen Lichtempfangselementes wurden in der später beschriebenen Art und Weise ausgewertet. In bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperatureigenschaften und Belichtungs-Memory-Effekte wurden gute Werte erzielt. Bei den Bildern wurden keine Belichtungs-Memory-Effekte festgestellt. Weder Flecken noch verschmierte Bilder traten auf, und Grobbilder wurden kaum festgestellt. Es wurden gute Bildeigenschaften erzielt. Beim vorliegenden Beispiel zeigte das Lichtempfangselement insbesondere in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperaturabhängigkeit und Belichtungs-Speichereffekte bessere Eigenschaften als ein Lichtempfangselement mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand.
Ferner wurden bei dem vorliegenden Beispiel diverse Lichtempfangselemente mit unterschiedlichen Ch-, Eg- und Eu-Werten im zweiten Schichtbereich in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Hierbei zeigten Lichtempfangselemente mit zweiten Schichtbereichen insbesondere mit einem Eg-Wert von 1,8 eV oder darüber und einem Eu-Wert von 55 mev oder darunter verbesserte Eigenschaften in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperatureigenschaften, Belichtungs-Memory-Effekte und Grobbilder.

Beispiel 4

Ein elektrophotographisches Lichtempfangselement gemäß der vorliegenden Erfindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1, jedoch unter den in Tabelle 2 aufgeführten Bedingungen hergestellt.
Der erste Schichtbereich der photoleitenden Schicht hatte einen Wasserstoffgehalt (Ch) von 20 Atom%, eine optische Bandlücke (Eg) von 1,77 eV und eine charakteristische Energie (Eu) von 60 meV. Der zweite Schichtbereich hatte einen Ch von 31 Atom%, eine Eg von 1,83 eV und eine Eu von 52 mev. Diese Ergebnisse sind Werte, die mit dem später als "Messung von Ch, Eg und Eu" beschriebenen Verfahren erhalten wurden.
Die Eigenschaften des auf diese Weise erhaltenen Lichtempfangselementes wurden in der später beschriebenen Weise ausgewertet. In bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperatureigenschaften und Belichtungs-Memory-Effekte wurden gute Werte erzielt. In bezug auf die Bilder wurden keine Belichtungs-Memory-Effekte festgestellt. Weder Flecken noch verschmierte Bilder traten auf, und Grobbilder wurden kaum festgestellt. Es wurden gute Bildeigenschaften erhalten. Insbesondere in bezug auf das Aufladungsvermögen, die Temperaturabhängigkeit und Belichtungs-Memory-Effekte wies das vorliegende Lichtempfangselement bessere Eigenschaften auf als ein Lichtempfangselement mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand. Tabelle 2

Beispiel 5

Ein elektrophotographisches Lichtempfangselement gemäß der vorliegenden Erfindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß unter den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen die photoleitende Schicht aus einem zweiten Schichtbereich und einem ersten Schichtbereich hergestellt wurde, die in dieser Reihenfolge von der Seite der Ladungsinjektionsblockierschicht aus übereinander angeordnet wurden, und daß die Dichteverteilung der Siliciumatome und Kohlenstoffatome in der Oberflächenschicht ein Gefälle besaß.
In Tabelle 3 sind numerische Werte für die Oberflächenschicht mit Pfeilen (→) versehen, die Änderungen im Gasdurchsatz anzeigen. Dies trifft auch auf die nachfolgenden Tabellen zu. In Tabelle 3 geben die Daten wieder, daß die Durchsätze von SiH&sub4; und CH&sub4; verändert wurden (d. h. SiH&sub4; wurde erhöht und CH&sub4; wurde erniedrigt), um Bereiche auszubilden, in denen die Zusammensetzungsanteile der Si-Atome und der C-Atome sich allmählich änderten, wonach die Durchsätze von SiH&sub4; und CH&sub4; konstant gehalten wurden, um Bereiche auszubilden, in denen die Zusammensetzungsanteile dieser Substanzen gleichmäßig waren.
Die Eigenschaften des auf diese Weise erhaltenen Lichtempfangselementes wurden in der später beschriebenen Weise ausgewertet. Dabei wurden in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperatureigenschaften und die Belichtungs- Memory-Effekte gute Werte erhalten. Keine Belichtungs- Memory-Effekte wurden in bezug auf die Bilder festgestellt. Weder Flecken noch verschmierte Bilder traten auf, und Grobbilder wurden kaum festgestellt. Es wurden gute Bildeigenschaften erhalten. Insbesondere in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperaturabhängigkeit und Grobbilder hatte das vorliegende Lichtempfangselement bessere Eigenschaften als ein Lichtempfangselement mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand. Tabelle 3
(Bemerkung) →: Die Durchsätze wurden in der durch Pfeile (→) angegebenen Reihenfolge verändert.

Beispiel 6

Ein elektrophotographisches Lichtempfangselement gemäß der vorliegenden Erfindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß unter den in Tabelle 4 aufgeführten Bedingungen die photoleitende Schicht aus einem zweiten Schichtbereich und einem ersten Schichtbereich hergestellt wurde, die in dieser Reihenfolge von der Seite der Ladungsinjektionsblockierschicht aus übereinander angeordnet wurden, wobei die Dichteverteilung der Siliciumatome und Kohlenstoffatome in der Oberflächenschicht in Dickenrichtung mit Gefälle vorgesehen wurde und Fluoratome, Boratome, Kohlenstoffatome, Sauerstoffatome sowie Stickstoffatome in sämtliche Schichten eingearbeitet wurden.
Die Eigenschaften des auf diese Weise erhaltenen Lichtempfangselementes wurden in der später beschriebenen Weise ausgewertet. In bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperatureigenschaften und Belichtungs-Memory-Effekte wurden gute Werte erzielt. Keine Belichtungs-Memory-Effekte wurden in bezug auf die Bilder festgestellt. Weder Flecken noch verschmierte Bilder traten auf, und Grobbilder wurden kaum festgestellt. Es wurden gute Bildeigenschaften erzielt. Insbesondere in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperaturabhängigkeit und Grobbilder hatte das vorliegende Lichtempfangselement bessere Eigenschaften als ein Lichtempfangselement mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand. Tabelle 4
(Bemerkung) →: Die Durchsätze wurden in der durch Pfeile (→) angegebenen Reihenfolge verändert.

Beispiel 7

Ein elektrophotographisches Lichtempfangselement gemäß der vorliegenden Erfindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß unter den in Tabelle 5 angegebenen Bedingungen die Dichteverteilung der Siliciumatome und Kohlenstoffatome in der Oberflächenschicht in Dickenrichtung mit Gefälle ausgebildet und eine IR-Absorptionsschicht zwischen dem Träger und der Ladungsinjektionsblockierschicht vorgesehen wurde. Diese IR-Absorptionsschicht wurde vorgesehen, um das Auftreten von Interferenzmustern durch vom Träger reflektiertes Licht zu verhindern.
Die Eigenschaften des auf diese Weise erhaltenen Lichtempfangselementes wurden in der später beschriebenen Weise ausgewertet. In bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperatureigenschaften und Belichtungs-Memory-Effekte wurden gute Werte erzielt. Keine Belichtungs-Memory-Effekte wurden in bezug auf die Bilder festgestellt. Weder Flecken noch verschmierte Bilder traten auf, und es traten keine Interferenzmuster auf und Grobbilder wurden kaum festgestellt. Es wurden gute Bildeigenschaften erzielt. Insbesondere in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperaturabhängigkeit und Belichtungs-Memory-Effekte hatte das vorliegende Lichtempfangselement bessere Eigenschaften als ein Lichtempfangselement mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand. Tabelle 5
(Bemerkung) →: Die Durchsätze wurden in der durch Pfeile (→) angegebenen Reihenfolge verändert.

Beispiel 8

Ein elektrophotographisches Lichtempfangselement gemäß der vorliegenden Erfindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß unter den in Tabelle 6 aufgeführten Bedingungen die photoleitende Schicht aus einem zweiten Schichtbereich, einem ersten Schichtbereich und einem anderen zweiten Schichtbereich hergestellt wurde, die in dieser Reihenfolge von der Seite der Ladungsinjektionsblockierschicht aus übereinander angeordnet wurden, und daß die Dichteverteilung der Siliciumatome und Kohlenstoffatome in der Oberflächenschicht in Dickenrichtung mit Gefälle ausgebildet wurde.
Die Eigenschaften des auf diese Weise hergestellten Lichtempfangselementes wurden in der später beschriebenen Weise ausgewertet. In bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperatureigenschaften und Belichtungs-Memory-Effekte wurden gute Werte erzielt. Keine Belichtungs-Memory-Effekte wurden in bezug auf die Bilder festgestellt. Weder Flecken noch verschmierte Bilder traten auf, und Grobbilder wurden kaum festgestellt. Es wurden gute Bildeigenschaften erzielt. Insbesondere wurden in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperaturabhängigkeit, Belichtungs-Memory-Effekte und Grobbilder mit dem vorliegenden Lichtempfangselement bessere Eigenschaften erzielt als mit einem Lichtempfangselement mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand. Tabelle 6
(Bemerkung) →: Die Durchsätze wurden in der durch Pfeile (→) angedeuteten Reihenfolge verändert.

Beispiel 9

Elektrophotographische Lichtempfangselemente gemäß der vorliegenden Erfindung wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß unter den in Fig. 7 aufgeführten Bedingungen Filme durch VHF-PCVD unter Verwendung der in Fig. 6 gezeigten Herstellvorrichtung erzeugt wurden, wobei die photoleitenden Schichten jeweils aus einem zweiten Schichtbereich und einem ersten Schichtbereich bestanden und in dieser Reihenfolge von der Seite der Ladungsinjektionsblockierschicht aus ausgebildet wurden und die Dichteverteilung der Siliciumatome und Kohlenstoffatome in jeder Oberflächenschicht in Dickenrichtung mit Gefälle versehen wurde.
Die CH-, Eg- und Eu-Werte des ersten Schichtbereiches betrugen 23 Atom%, 1,76 eV und 62 meV. Die CH-, Eg- und Eu- Werte des zweiten Schichtbereiches betrugen 35 Atom%, 1,85 eV und 55 meV.
Die Eigenschaften der auf diese Weise hergestellten Lichtempfangselemente wurden in der später beschriebenen Weise ausgewertet. Dabei wurden gute Werte in bezug auf das Aufladungsvermögen, die Temperatureigenschaften und die Belichtungs-Memory-Effekte erzielt. Keine Belichtungs-Memory- Effekte wurden in bezug auf die Bilder festgestellt. Es traten weder Flecken noch verschmierte Bilder auf, und es wurden kaum Grobbilder festgestellt. Es wurden gute Bildeigenschaften erzielt. Insbesondere in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperaturabhängigkeit und Grobbilder hatten die vorliegenden Lichtempfangselemente bessere Eigenschaften als Lichtempfangselemente mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand. Tabelle 7
(Bemerkung) →: Die Durchsätze wurden in der durch Pfeile (→) angegebenen Reihenfolge verändert.

Beispiel 10

Elektrophotographische Lichtempfangselemente gemäß der vorliegenden Erfindung wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß unter den in Tabelle 8 aufgeführten Bedingungen Filme durch VHF-PCVD unter Verwendung der in Fig. 6 gezeigten Herstellvorrichtung erzeugt und anstelle der Kohlenstoffatome Stickstoffatome in die Oberflächenschichten eingearbeitet wurden.
Die Eigenschaften der auf diese Weise erhaltenen Lichtempfangselemente wurden in der später beschriebenen Weise ausgewertet. In bezug auf das Aufladungsvermögen, Temperatureigenschaften und Belichtungs-Memory-Effekte wurden gute Werte erzielt. Keine Belichtungs-Memory-Effekte wurden in bezug auf die Bilder festgestellt. Weder Flecken noch verschmierte Bilder traten auf, und es wurden kaum Grobbilder festgestellt. Es wurden gute Bildeigenschaften erreicht. Insbesondere in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperaturabhängigkeit und Belichtungs-Memory-Effekte hatten die vorliegenden Lichtempfangselemente bessere Eigenschaften als Lichtempfangselemente mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand. Tabelle 8

Beispiel 11

Elektrophotographische Lichtempfangselemente gemäß der vorliegenden Erfindung wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß unter den in Tabelle 9 aufgeführten Bedingungen Filme durch VHF-PCVD unter Verwendung der in Fig. 6 gezeigten Herstellvorrichtung erzeugt wurden, wobei die photoleitenden Schichten jeweils aus einem zweiten Schichtbereich und einem ersten Schichtbereich bestanden, die in dieser Reihenfolge von der Seite der Ladungsinjektionsblockierschicht aus übereinander ausgebildet wurden, und daß zusätzlich zu den Kohlenstoffatomen Stickstoffatome und Sauerstoffatome in die Oberflächenschichten eingearbeitet wurden.
Die Eigenschaften der auf diese Weise hergestellten Lichtempfangselemente wurden in der später beschriebenen Weise ausgewertet. In bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperatureigenschaften und Belichtungs-Memory-Effekte wurden gute Werte erzielt. Keine Belichtungs-Memory-Effekte wurden in bezug auf die Bilder festgestellt. Weder Flecken noch verschmierte Bilder traten auf, und Grobbilder wurden kaum festgestellt. Es wurden gute Bildeigenschaften erzielt. Insbesondere in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperaturabhängigkeit und Grobbilder hatten die vorliegenden Lichtempfangselemente bessere Eigenschaften als Lichtempfangselemente mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand. Tabelle 9

Beispiel 12

Es wurden elektrophotographische Lichtempfangselemente gemäß der vorliegenden Erfindung in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß unter den in Tabelle 10 angeführten Bedingungen Filme durch VHF-PCVD unter Verwendung der in Fig. 6 dargestellten Herstellvorrichtung erzeugt wurden und eine Zwischenschicht (obere Blockierschicht), die weniger Kohlenstoffatome als die Oberflächenschicht enthielt und ferner Atome aufwies, die in der Lage waren, ihre Leitfähigkeit zu steuern, zwischen der photoleitenden Schicht und der Oberflächenschicht vorgesehen wurde.
Die Eigenschaften der auf diese Weise hergestellten Lichtempfangselemente wurden in der später beschriebenen Weise ausgewertet. Dabei wurden gute Werte in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperatureigenschaften und Belichtungs-Memory-Effekte erzielt. Keine Belichtungs-Memory- Effekte wurden in bezug auf die Bilder festgestellt. Weder Flecken noch verschmierte Bilder traten auf, und es wurden kaum Grobbilder festgestellt. Es wurden gute Bildeigenschaften erzielt. Insbesondere in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperaturabhängigkeit und Belichtungs- Memory-Effekte hatten die vorliegenden Lichtempfangselemente bessere Eigenschaften als Lichtempfangselemente mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand. Tabelle 10

Beispiel 13

Elektrophotographische Lichtempfangselemente gemäß der vorliegenden Erfindung wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß unter den in Tabelle 11 aufgeführten Bedingungen Filme durch VHF-PCVD unter Verwendung der in Fig. 6 gezeigten Herstellvorrichtung erzeugt wurden, daß CH&sub4;-Gas durch C&sub2;H&sub2;-Gas als Kohlenstoffquelle ersetzt wurde, die Ladungsinjektionsblockierschicht nicht vorgesehen wurde, die photoleitenden Schichten jeweils aus einem zweiten Schichtbereich, einem ersten Schichtbereich und einem anderen zweiten Schichtbereich bestanden, die in dieser Reihenfolge von der Trägerseite aus übereinander angeordnet wurden, und die Dichteverteilung der Siliciumatome und Kohlenstoffatome in jeder Oberflächenschicht in Dickenrichtung mit Gefälle versehen wurde.
Die Eigenschaften der auf diese Weise erzeugten Lichtempfangselemente wurden in der später beschriebenen Weise ausgewertet. Dabei wurden in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperatureigenschaften und Belichtungs-Memory- Effekte gute Werte erzielt. Keine Belichtungs-Memory- Effekte wurden in bezug auf die Bilder festgestellt. Weder Flecken noch verschmierte Bilder traten auf, und Grobbilder wurden kaum festgestellt. Es wurden gute Bildeigenschaften erzielt. Insbesondere wiesen im vorliegenden Beispiel in bezug auf das Aufladungsverhalten, die Temperaturabhängigkeit, Belichtungs-Memory-Effekte und Grobbilder die vorliegenden Lichtempfangselemente bessere Eigenschaften auf als Lichtempfangselemente mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand. Tabelle 11
(Bemerkung) →: Die Durchsätze wurden in der durch Pfeile (→) angedeuteten Reihenfolge verändert.

- Messung von Ch, Eg, Eu -

Zuerst wurde in der Herstellvorrichtung der eingesetzte Aluminiumzylinder (Träger) durch einen Probenhalter ersetzt. Dieser Probenhalter wurde dazu verwendet, um darauf Probensubstrate anzuordnen. Er war so bearbeitet worden, daß er Rillen aufwies, und hatte eine zylindrische Form.
Zur Messung von Ch wurde das nachfolgende Verfahren durchgeführt. Es wurden Silicium-Wafer als Probensubstrate (Träger) verwendet. Die Wafer wurden auf dem Probenhalter der Herstellvorrichtung angeordnet, und der erste Schichtbereich sowie der zweite Schichtbereich wurden in getrennter Weise auf den Oberflächen der Substrate unter vorgegebenen Bedingungen erzeugt. Die Schichten wurden jeweils mit einer Dicke von etwa 1 um geformt. Das Substrat mit dem ersten Schichtbereich und das Substrat mit dem zweiten Schichtbereich, die auf diese Weise ausgebildet wurden, wurden jeweils durch FTIR (Fourier-Transformations-Infrarotabsorptionsspektroskopie) einer Spektralmessung unterzogen, um Ch zu bestimmen.
Zur Messung von Eg und Eu wurde das folgende Verfahren durchgeführt. Unter Verwendung von Glassubstraten (#7059; erhältlich von der Firma Corning Glass Works) als Probensubstraten wurden diese auf dem Probenhalter der Herstellvorrichtung angeordnet, und der erste Schichtbereich sowie der zweite Schichtbereich wurden auf getrennte Weise auf den Oberflächen der Substrate unter vorgegebenen Bedingungen ausgebildet. Die Schichten wurden jeweils mit einer Dicke von etwa 1 um ausgebildet. Das Substrat mit dem ersten Schichtbereich und das Substrat mit dem zweiten Schichtbereich, die auf diese Weise erhalten wurden, wurden zuerst der Messung von Eg unterzogen. Danach wurden Cr- Kammelektroden auf diesen Substraten durch Vakuumabscheidung ausgebildet, wonach die Substrate einer Messung von Sub-Bandabstandslichtabsorptionsspektren durch CPM unterzogen wurden, um Eu zu bestimmen.

- Messung der optischen Bandlücke (Eg) -

Die Durchlässigkeit bei jeder Wellenlänge von amorphen Siliciumfilmen, die auf Glassubstraten abgeschieden waren, wurde unter Verwendung eines Spektrophotometers gemessen. Der Absorptionskoeffizient (a) wurde nach der folgenden Gleichung (III) berechnet.
α = (-1/d) · ln (T) (III)
worin d die Schichtdicke (cm) und T die Durchlässigkeit sind.
Als nächstes wurde die Photonenenergie hν (eV) einer jeden Wellenlänge auf der Abszisse aufgetragen, und die Quadratwurzel des Produktes aus dem Absorptionskoeffizienten (α) und der Photonenenergie, (α · hν)1/2, wurde auf der Ordinate aufgetragen. Der Wert des Punktes, an dem eine Verlängerung des geradlinigen Abschnittes der dargestellten Kurve die Ordinate kreuzt, gibt den Eg-Wert wieder.

- Auswertung der Eigenschaften -

Die hergestellten Lichtempfangselemente wurden jeweils in einer elektrophotographischen Vorrichtung (Kopiergerät NP- 6550, hergestellt von der Firma CANON INC., modifiziert für Testzwecke) angeordnet, und es wurden Bilder reproduziert, um eine Auswertung durchzuführen. Die Prozeßgeschwindigkeit wurde auf 380 mm/sec, die Vorbelichtung (LED mit einer Wellenlänge von 565 nm) auf 4 lux · sec und der elektrische Strom der Aufladeeinheit auf 100 uA eingestellt.

Aufladeverhalten:

Ein Oberflächenpotentiometer (Modell 344, hergestellt von der Firma Trek Co.) wurde an der Stelle der Entwicklungseinheit der elektrophotographischen Vorrichtung angeordnet, und das Oberflächenpotential des Lichtempfangselementes wurde unter den obigen Bedingungen gemessen. Der auf diese Weise erhaltene Wert wurde zur Wiedergabe des Aufladeverhaltens verwendet.

Temperatureigenschaften (Temperaturabhängigkeit):

Die Temperatur des Lichtempfangselementes wurde von Raumtemperatur (etwa 25ºC) auf 50ºC mit Hilfe einer eingebauten Trommelheizeinrichtung verändert, und das Aufladeverhalten wurde unter den obigen Bedingungen gemessen. Der Wert der Änderungen des Aufladeverhaltens pro 1ºC Temperatur während der Messung wurde verwendet, um die Temperatureigenschaften (Temperaturabhängigkeit) wiederzugeben.

Memory-Potential:

Unter Verwendung einer Halogenlampe als Belichtungsquelle wurde das Aufladeverhalten (Oberflächenpotential) unter den obigen Bedingungen gemessen, und zwar bei Nichtbelichtung, bei erneuter Belichtung, beim Aufladen nach einmaliger Belichtung und beim Aufladen, und der Unterschied zwischen beiden wurde verwendet, um das Memory-Potential wiederzugeben.

Bildeigenschaften:

Die hergestellten Lichtempfangselemente wurden jeweils in einer elektrophotographischen Vorrichtung angeordnet, und es wurden Bilder erzeugt, um visuell über Belichtungs- Memory-Effekte, Grobbilder, Flecken und verschmierte Bilder zu entscheiden.
Das Aufladeverhalten, die Temperatureigenschaften und das Memory-Potential, die in den Fig. 7, 8 und 9 gezeigt sind, sind dort als relative Werte dargestellt, wobei mit 1 der Wert eines Lichtempfangselementes angenommen wird, das eine photoleitende Schicht besitzt, die nur aus dem ersten Schichtbereich besteht. Das Lichtempfangselement mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich bestand, wurde unter den gleichen Bedingungen hergestellt wie die bei der Herstellung des entsprechenden Lichtempfangselementes mit dem ersten Schichtbereich und dem zweiten Schichtbereich.
Wie aus dem vorstehend beschriebenen deutlich wird, werden gemäß der vorliegenden Erfindung der Wasserstoffatom- und/oder Halogenatomgehalt (Ch), die optischen Bandlücken (Eg) und die charakteristische Energie (Eu) gesteuert, und es werden zwei Arten von Schichten mit unterschiedlichen Werten für diese Parameter übereinander ausgebildet. Auf diese Weise kann das Lichtempfangselement in seinen photoleitenden und photoelektrischen Umwandlungseigenschaften stark verbessert werden. Beispielsweise kann das Aufladeverhalten stark verbessert werden, gleichzeitig kann seine Temperaturabhängigkeit geringer gemacht werden. Belichtungs- Memory-Effekte, wie Leer-Memory-Effekte und Geisterbilder, können nahezu vermieden werden, und es kann die Gleichmäßigkeit der Bilddichte verbessert werden (d. h. das Auftreten von Grobbildern kann wesentlich verringert werden).
Wenn die photoleitende Schicht aus dem ersten Schichtbereich und dem zweiten Schichtbereich besteht, die in dieser Reihenfolge von der Trägerseite aus übereinander angeordnet sind, hat das Lichtempfangselement bessere Eigenschaften in bezug auf das Aufladeverhalten, die Temperaturabhängigkeit und Belichtungs-Memory-Effekte als ein Lichtempfangselement mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich besteht. Wenn die photoleitende Schicht aus dem zweiten Schichtbereich und dem ersten Schichtbereich besteht, die von der Trägerseite aus in dieser Reihenfolge übereinander ausgebildet sind, hat das Lichtempfangselement in bezug auf das Aufladeverhalten, die Temperaturabhängigkeit und Grobbilder bessere Eigenschaften als ein Lichtempfangselement mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich besteht. Wenn die photoleitende Schicht aus dem zweiten Schichtbereich, dem ersten Schichtbereich und einem anderen zweiten Schichtbereich besteht, die in dieser Reihenfolge von der Trägerseite aus übereinander angeordnet sind, hat das Lichtempfangselement bessere Eigenschaften in bezug auf das Aufladeverhalten, die Temperaturabhängigkeit, Belichtungs-Memory-Effekte und Grobbilder als ein Lichtempfangselement mit einer photoleitenden Schicht, die nur aus dem ersten Schichtbereich besteht.
Eine elektrophotographische Vorrichtung mit dem Lichtempfangselement der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Ausbildung von Bildern mit hoher Qualität, die frei von Flecken sind, keine verschmierten Bilder darstellen, scharf im Halbtonbereich sind und eine hohe Auflösung besitzen.
Die obigen Eigenschaften können weiter verbessert werden, wenn das Lichtempfangselement mit einer Ladungsinjektionsblockierschicht, einer Oberflächenschicht, einer Lichtabsorptionsschicht (d. h. einer IR-Absorptionsschicht), einer Zwischenschicht (einer oberen Blockierschicht), einer Blockierschicht (unteren Oberflächenschicht) und einer daran haftenden Schicht versehen wird.
Um die photoleitenden und photoelektrischen Umwandlungseigenschaften zu verbessern, d. h. um das Aufladeverhalten zu verbessern und gleichzeitig die Temperaturabhängigkeit zu verringern, und um Belichtungs-Memory-Effekte zu verhindern, damit eine gute Bildqualität erreicht werden kann, umfaßt ein elektrophotographisches Lichtempfangselement einen Träger und eine photoleitende Schicht, die aus einem Nicht-Einkristallmaterial (d. h. amorphen Material) geformt ist, das hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht und mindestens eine Art von Wasserstoffatomen und Halogenatomen enthält, wobei die photoleitende Schicht einen ersten Schichtbereich und einen zweiten Schichtbereich besitzt, die unterschiedliche Werte in speziellen Bereichen in bezug auf die optische Bandlücke (Eg) und die charakteristische Energie (Eu), erhalten aus dem linearen Abschnitt oder exponentiellen Ende einer durch Gleichung (I) wiedergegebenen Funktion:
lnα = (1/Eu) · hν + α&sub1;)
worin die Photonenenergie hν eine unabhängige Variable und der Absorptionskoeffizient α des Lichtabsorptionsspektrums eine abhängige Variable bilden, aufweisen.

Claims

1. Elektrophotographisches Lichtempfangselement mit einem Träger und einer photoleitenden Schicht aus einem Nicht-Einkristallmaterial, das Siliciumatome als Hauptkomponente aufweist und mindestens eine Art von Wasserstoffatomen und Halogenatomen enthält, wobei die photoleitende Schicht einen ersten Schichtbereich und einen zweiten Schichtbereich umfaßt, die übereinander ausgebildet sind, und der erste Schichtbereich aus einer Schicht mit einem optischen Bandabstand (Eg) von 1,70 eV bis 1, 82 eV und einer charakteristischen Energie (Eu) von 50 meV bis 65 meV gebildet ist und Eu aus dem linearen Abschnitt oder dem exponentiellen Ende einer Funktion erhalten wird, die durch Gleichung (I) wiedergegeben wird:

ln α = (1/Eu) · hν + α&sub1; (I)

worin die Photonenenergie hν eine unabhängige Variable darstellt, α&sub1; ln α&sub0; und α&sub0; eine für die photoleitende Schicht spezifische Konstante bedeuten und der Absorptionskoeffizient α des Lichtabsorptionsspektrums eine abhängige Variable darstellt,

und wobei der zweite Schichtbereich aus einer Schicht mit einem Eg von 1,78 eV bis 1,85 eV und einer Eu von 50 meV bis 60 meV geformt ist, unter der Voraussetzung, daß der Eg des ersten Schichtbereiches kleiner ist als der Eg des zweiten Schichtbereiches und die Eu des ersten Schichtbereiches größer ist als die Eu des zweiten Schichtbereiches.

2. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 1, bei dem die mindestens eine Art von Wasserstoffatomen und Halogenatomen in einem Wasserstoffatom- und/oder Halogenatomanteil (Ch) von 10 Atom% bis 30 Atom% im ersten Schichtbereich und von 20 Atom% bis 40 Atoms im zweiten Schichtbereich enthalten ist, unter der Voraussetzung, daß der Ch-Wert im ersten Schichtbereich kleiner ist als der Ch-Wert des zweiten Schichtbereiches.

3. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis zwischen der Dicke der gesamten photoleitenden Schicht und der Dicke eines zweiten Schichtbereiches von 1 : 0,003 bis 1 : 0,15 reicht.

4. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 1, bei dem die photoleitende Schicht jeweils einen ersten Schichtbereich und einen zweiten Schichtbereich besitzt und der zweite Schichtbereich auf dem ersten Schichtbereich ausgebildet ist.

5. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 1, bei dem die photoleitende Schicht jeweils einen ersten Schichtbereich und einen zweiten Schichtbereich aufweist und der erste Schichtbereich auf dem zweiten Schichtbereich ausgebildet ist.

6. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 1, bei dem die photoleitende Schicht einen ersten Schichtbereich und zwei zweite Schichtbereiche aufweist und der erste Schichtbereich auf einem der zweiten Schichtbereiche ausgebildet ist, während der andere zweite Schichtbereich auf dem ersten Schichtbereich ausgebildet ist.

7. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 1, bei dem die photoleitende Schicht mindestens eine Art von Atomen, die zur Gruppe 13 des Periodensystems gehören und in der Lage sind, eine Leitfähigkeit vom p-Typ vorzusehen, und von Atomen, die zur Gruppe 15 des Periodensystems gehören und in der Lage sind, eine Leitfähigkeit vom n-Typ vorzusehen, enthält.

8. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 1, bei dem die photoleitende Schicht mindestens eine Art von Atomen enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffatomen besteht.

9. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 1, bei dem eine Oberflächenschicht, die hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht und mindestens eine Art von Atomen enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffatomen besteht, auf der photoleitenden Schicht ausgebildet ist.

10. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 9, bei dem die Oberflächenschicht eine Dicke von 0,01 um bis 3 um besitzt.

11. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 1, bei dem die photoleitende Schicht auf einer Ladungsinjektionsblockierschicht ausgebildet ist, die aus einem Nicht-Einkristallmaterial geformt ist, das hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht und mindestens eine Art von Atomen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffatomen besteht, und mindestens eine Art von Atomen, die zur Gruppe 13 des Periodensystems gehören und in der Lage sind, eine Leitfähigkeit vom p-Typ vorzusehen, und von Atomen, die zur Gruppe 15 des Periodensystems gehören und in der Lage sind, eine Leitfähigkeit vom n-Typ vorzusehen, enthält.

12. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 11, bei dem die Ladungsinjektionsblockierschicht eine Dicke von 0,1 um bis 5 um besitzt.

13. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 1, bei dem die photoleitende Schicht eine Dicke von 20 um bis 50 um besitzt.

14. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 9, bei dem die photoleitende Schicht auf einer Ladungsinjektionsblockierschicht vorgesehen ist, die aus einem Nicht-Einkristallmaterial geformt ist, das hauptsächlich aus Siliciumatomen besteht und mindestens eine Art von Atomen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffatomen besteht, und mindestens eine Art von Atomen, die zur Gruppe 13 des Periodensystems gehören und in der Lage sind, eine Leitfähigkeit vom p-Typ vorzusehen, und von Atomen, die zur Gruppe 15 des Periodensystems gehören und in der Lage sind, eine Leitfähigkeit vom n-Typ vorzusehen, enthält.

15. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 11, bei dem die Ladungsinjektionsblockierschicht eine Dicke von 0,1 um bis 5 im besitzt.

16. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 9, bei dem das Nicht-Einkristallmaterial amorph ist.

17. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 11, bei dem das Nicht-Einkristallmaterial amorph ist.

18. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 14, bei dem das Nicht-Einkristallmaterial amorph ist.

19. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 1, bei dem eine Oberflächenschicht auf der photoleitenden Schicht vorgesehen ist.

20. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 1, bei dem eine Ladungsinjektionsblockierschicht zwischen der photoleitenden Schicht und dem Träger vorgesehen ist.

21. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 20, bei dem die Ladungsinjektionsblockierschicht Atome besitzt, die zur Gruppe 13 oder Gruppe 15 des Periodensystems gehören.

22. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 1, bei dem eine Ladungsinjektionsblockierschicht zwischen der photoleitenden Schicht und dem Träger und eine Oberflächenschicht auf der photoleitenden Schicht vorgesehen sind.

23. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 22, bei dem die Ladungsinjektionsblockierschicht Atome aufweist, die zur Gruppe 13 oder Gruppe 15 des Periodensystems gehören.

24. Elektrophotographisches Lichtempfangselement nach Anspruch 1, bei dem das Nicht-Einkristallmaterial amorph ist.