Verfahren zur Herstellung einer lichtempfindlichen Oberflächenschicht auf einer Drucktrommel für elektrostatische Fotokopierverfahren

Abstract

 Drucktrommel (2) für elektrostatisches Kopieren mit fotoelektrischempflndlicher Schicht (4) aus amorphem Silizium, das vorzugsweise einen Anteil Wasserstoff enthält Insbesondefe ist die Schicht als flächmförmiger PN-Übergang (41, 42) ausgebildet.
Verfahren zur Herstellung einer solchen Schicht durch Zersetzung zugeführten (5) Silizium-hattigen Gases, dem ggf. gaetörmigee Dotierungsmaterial zugefügt ist, in einer Glimmentladung bei zusätzlich beheizter (7) Drucktrommel (2).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Drucktrommel, wie sie im Oberbegriff des Pateritanspraches 1 angegeben ist.

[0002] Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, für elektrostatische Fotokopierverfahren Drucktrommeln zu verwenden, die eine Oberflächenschicht aus lichtempfindlichem, aufladbarem Material wie Selen oder Chalkogenid-Gläsern (Arsen-Selen-Legierungen und -Verbindungen) haben. Auch ist es bekannt, hierfür organische Fotoleiter, z.B. PVK, zu verwenden.

[0003] Die erwähnten Drucktrommeln dienen dazu, nach erfolgter Aufladung in einer Corona-Entladtmg ein auf die Oberfläche der Trommel projiziertes Abbild der zu kopierenden Vorlage aufzunehmen. Dieses Abbild ist ein elektrostatisches Ladungsbild, das nachfolgend unter Verwendnag eines Tonerpulvers zu einer mit Druckfarbe beschichteten Drucktrommel wird. Durch Aufeinanderlaufenlassen von Papier und Oberfläche der Drucktrommel wird der eigentliche Druckvorgang durchgeführt.

[0004] Für Vorrichtungen dieses bekannten Kopierverfahrens ergeben sich folgende Forderungen: Das Material der Oberflächenschicht der Drucktrommel muß eine hohe Lichtempfiadlichkeit haben, und zwar im Spektralbereich technisch üblicher Lichtquellen; das Material muß einen spezifischen elektrischen Widerstand in Dunkelheit in der Größe von δ≧2:10¹² Obm·cm haben; das Material muß auch bei Dauerbelastung unveränderte Eigenschaften aufweisen, d.h. ermüdungsfrei arbeiten, und es muß eine für das Kopieren ausreichende Abriebiestigkeit haben.

[0005] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine solches Material für die Oberilächenschicht einer wie angegebenen Drucktrommel zu finden, das die voranstehenden Forderungen zusammengenommen erfüllt.

[0006] Diese Aufgabe wird mit einer wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Drucktrommel erfindungsgemäß gelöst, wie dies im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben ist. Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren einer wie erfindungsgemäßen Drucktrommel ist in Unteransprüchen angegeben. Das Silizium kann insbesondere dotiert sein, womit in bekannter Weise das Leitfähigkeitsverhalten zu beeinflussen ist.

[0007] Schon vor längerer Zeit sind die Eigenschaften amorphen Siliziums in bezug auf Fotoleitung und Absorption untersucht worden. Auf diesen Erkenntnissen baut die Erfindung auf. Mit dem amorphen Silizium steht ein außerordentlich hochohmiges Material mit spezifischem Widerstand bis zu 10¹⁴ Ohm·cm zur Verfügung. Wenn bei der Herstellung einer Schicht aus amorphem Silizium durch Niederschlag auf einem Substratkörper die Oberflächentemperatur dieses Körpers auf ca. 270°C gehalten wird, kann man eine amorphe Siliziumschicht erreichen, die - wie festgestellt - einen Wirkungsgrad des Fotostromes mit 50% hat. Maximaler Wirkungsgrad liegt dabei im Bereich einer Wellenlänge von ca. 600 nm. Für die erfindungsgemäße Lehre hat der Umstand eine große Bedeutung, daß im Silizium die Elektronen und Löcher eine etwa gleich große Beweglichkeit haben. Dieser Umstand wird bei der Erfindung dazu ausgenutzt, eine aufladbare Schicht zu erreichen, die praktisch keine elektrische Ermüdung aufweist, wie das bei seit Jahren bekannterweise verwendeten Materialien der Fall ist.

[0008] Amorphe Schichten aus Silizium haben eine hohe Abriebfestigkeit, auf die es im Zusammenhang mit der Erfindung sehr wesentlich ankommt. Eine wie erfindungsgemäße Drncktrommel hat eine erhöhte Lebensdauer.

[0009] Für die Herstellung einer wie erfindungsgemäßen Drucktrommel eignet sich insbesondere das Verfahren, das im Zusammenhang mit der Figur nachfolgend als Ausführungsbeispiel beschrieben wird.

[0010] Mit 1 ist ein Gefäß bezeichnet, das sich mit Hilfe einer Pumpe evakuieren läßt, d.h. aus der darin enthaltenen Luftatmosphäre entfernt werden kann. Das Gefäß 1 kann mit einem Deckel 3 verschlossen werden. Durch die mit dem Deckel 3 verschlossene Öffnung läßt sich eine mit einer wie erfindungsgemäßen Schicht versehene Drucktrommel 2 in das Gefäß 1 einbringen. Mit 5 ist ein System aus Zuführungsleitungen bezeichnet, durch die hindurch ein das Element Silizium und Wasserstoff enthaltender gasförmiger Stoff, wie z.B. Silan SiH₄,in das Innere des Gefäßes 1 eingebracht werden kann.

[0011] Im Raum um die Oberfläche 21 der Trommel 2 herum wird im Innern des Gefäßes 1 eine Niederdruck-Glimmentladung anfrechterhalten. Die Drucktrommel 2 dient dabei mit ihrer Oberfläche 21 als die eine Elektrode, die über eine Hochfrequenz-Zuleitung 6 mit einem HochfrequenzGenerator 60 verbunden ist. Als dazugehörige Gegenelektrode dient die Elektrode 8, die z.B. ein außerhalb um das Gefäß 1 herum-gelegter Mantel aus elektrisch leitfähigem Material ist. Die Glimmentladung brennt dann im Innern des Gefäßes 1 zwischen der Oberfläche 21 und der mantelförmigen Innenwand 11 des Gefäßes. Der Druck des Reaktionsgases, in. erster Linie der des Silans, wird für die Glimmentladung zwischen 0,01 mbar und 2 mbar gehalten. Die elektrische Leistung der Glimmentladung wrird derart bemessen, daß einerseits noch keine störende Zerstäubung an den Elektroden uad/oder den Gefäßwänden auftritt, andererseits aber eine Zersetzung des Silizium-und Wasserstoff-haltigen, zugegebenen Gases erfolgt, und zwar zu einem im Niederschlag amorphen Silizium mit Wasserstoff-Einlagerungen. Die Zersetzuag wird dementsprechend soweit getrieben, daß nicht sämtliche z.B. Silan-Moleküle vollständig zersetzt sind, sondern daß auch noch Siliziumatome vorliegen, an die einzelne Wasserstoffatome gebunden sind, so daß etwa 1-20, vorzugsweise 10 Atomprozent Wasserstoffgehalt vorliegt.

[0012] Mit Hilfe einer mit 7 bezeichneten, schematisch angedeuteten Heizung läßt sich die Oberfläche der Drucktrommel 2 auf eine Temperatur von insbesondere ca. 270°C bringen. Mit der Wahl der Temperatur läßt sich die Menge des in das amorph abgeschiedene Silizium eingebauten Wasserstoffes einstellen.

[0013] Einzelheiten einer Abscheidung amorphen Siliziums in einer Niederdruck-Glimmentladung lassen sich aus "J. Non-Cryst. Sol.", Bd.3 (1970), Seite 255 entnehmen. Bevorzugt ist ein Gasdruck von 0,05 bis 5 mbar im Innern des Gefäßes 1. Für die Abscheidung einer ausreichend dicken Schicht des erfindungsgemäß vorgesehenen Siliziums auf der Oberfläche 21 ist eine Zeitdauer von etwa 1 bis 5 Stunden anzusetzen. Bevorzugt ist eine Schichtdicke im Bereich von 10/um bis 100/um für das erfindungsgemäß vorgesehene amorphe Silizium.

[0014] Einen großen günstigen Einfluß hat eine besondere Dotierung in einer amorphen, nach der Erfindung hergestellten Siliziumschicht. Während des Niederschlages wird zunächst eine Dotierung vorgenommen, die zu einem Leitfähigkeitstyp der beiden Möglichkeiten einer N- oder P-Leitung führt. Das Dotiervagsmittel, vorzugsweise Diboran für P-Leitung oder vorzugsweise Phosphin für N-Leitung, wird als Gas dem zugeführten Silizium-haltigen Gas 5 in entsprechender Menge von z.B. 10^-4 bis 10-¹ Volumen% beigegeben, so daß die Schichtanteile 41, 42 der Schicht 4 entstehen.

[0015] Während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, d.h. während des Entstehens der auf der Drucktrommel niedergeschlagenen, Wasserstoff-haltigen amorphen Siliziumschicht wird von der zunächst durchgeführten Dotierung zu dem einen Leitungstyp auf die Dotierung zu dem anderen Leitungstyp übergegangen, und zwar durch einen Wechsel des Dotierungsmittels. Dieser Wechsel der Dotierung führt dann zu einem praktisch sich ganzflächig und parallel zur Oberfläche der Drucktrommel ausbildenden P-N-Übergang in der amorphen Siliziumschicht. Damit wird eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes der Schicht erzielt, und zwar für jeweils den Betriebsfall, in dem die Polarität der durch die Corona-Besprühung erfolgten Aufladung zu einem Sperrpotential in der P-N-Übergangsschicht führt, wie sie bei einem in Sperrichtung betriebenen P-N-Übergang vorliegt.

[0016] Bei einer wie oben dotierten Siliziumschicht nach der Erfindung kann die Schichtdicke auf der Drucktrommel geringer gehalten werden.

[0017] Eine wie erfindungsgemäß vorgesehene Schicht auf der Drucktrommel hat den Vorteil, daß sie - vergleichsweise zum Stand der Technik - relativ hohen Temperaturen ausgesetzt werden kann, ohne strukturelle Änderungen zu erleiden. Eine gewisse obere Grenze für Temperaturbelastbarkeit ist der Wert der Temperetur, bei der der Niederschlag des Siliziums auf der Oberfläche 2t erfolgt ist. Vorteilhafterweise liegt die Kristallisationstemperatur des Siliziums erst bei Temperaturen um 1000°C.

Ansprüche

1. Drucktrommel für elektrostatisches Fotokopierverfahren (Xerox), die eine Oberflächenschicht aus lichtempfindlichem elektrisch aufladbarem Material hat, gekennzeichnet dadurch, daß das Material amorphes Silizium ist.

2. Drucktrommel nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Silizium der Schicht (4) Wasserstoff-haltig ist.

3. Drucktrommel nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Oberflächenschicht (4) aus amorphem Silizivm derartige Dotiervagen aufweist, daß diese Oberflächenschicht (4) aus zwei flächenmäßig parallel zur Oberfläche der Drucktrommel (2) aufeinanderliegenden Schichtanteilen besteht, von denen der eine Schichtanteil (41) P-leitend und der andere Schichtanteii N-leitend dotiert ist, womit in der Schicht (4) ein flächenmäßiger P-N-Übergang vorliegt.

4. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenschicht aus lichtempfindlichem, aufladbarem Material auf einer Drucktrommel nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in einem evakuierbaren Gefäß (1) eine Niederdruck-Glimmentladung zwischen der im Innern des Gefäßes (1) befindlichen Drucktrommel (2) und einer dazu konzentrisch angeordneten Gegenelektrode (8) aufrechterhalten wird, daß in das Gefäß (1) ein das Element Silizium enthaltender Stoff, der sich unter Einwirkung des GliEmentlsdungsplasmas unter Abscheidung von Silizium zersetzt, eingeleitet wird, und daß die Oberfläche der im Gefäß befindlichen Drucktrommel (2) auf einer Temperatur (7) von 20°C bis 350°C gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4 und Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der in das Innere des Gefäßes (1) eingeleitete Silizium enthaltende Stoff auch Wasserstoff enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß als Stoff Silan (SiH₄) verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder.6 und Aaspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Abscheidung des Siliziums zunächst zusätzlich zu dem einzuleitenden Silizium-haltigen Stoff ein das Silizium zu dem einen Leitungstyp dotierender Stoff hinzugefügt wird und noch während der Abscheidung dem Silizium enthaltenden Stoff ein das Silizium zum anderen Leitungstyp dotierender Stoff zugegeben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß für den P-Leitungstyp Diboran und für den N-Leitungstyp Phosphin dem Silizium enthaltenden Stoff zugegeben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur der Oberfläche der Trommel während der Abscheidung auf 200°C bis 300°C gehalten wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur der Oberfläche der Trommel während der Abscheidung auf 250°C bis 300°C gehalten wird.

Zeichnung