EP0001549B1 - Verfahren zur Herstellung einer lichtempfindlichen Oberflächenschicht auf einer Drucktrommel für elektrostatische Fotokopierverfahren - Google Patents

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

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EP0001549B1
EP0001549B1 EP78100799A EP78100799A EP0001549B1 EP 0001549 B1 EP0001549 B1 EP 0001549B1 EP 78100799 A EP78100799 A EP 78100799A EP 78100799 A EP78100799 A EP 78100799A EP 0001549 B1 EP0001549 B1 EP 0001549B1
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deposition
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    • G03G5/08214—Silicon-based
    • G03G5/08221—Silicon-based comprising one or two silicon based layers

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a photosensitive, electrically chargeable surface layer on a printing drum for electrostatic photocopying processes.
  • the printing drums mentioned serve, after charging in a corona discharge, to record an image of the original to be copied projected onto the surface of the drum.
  • This image is an electrostatic charge image, which subsequently becomes a printing drum coated with ink using a toner powder.
  • the actual printing process is carried out by running paper and surface of the printing drum together.
  • the material of the surface layer of the printing drum must have a high sensitivity to light, specifically in the spectral range of technically customary light sources; the material has a specific electrical resistance in the dark in the size of pk10 11 ohms. have cm; the material must have unchanged properties even under continuous load, that is to say work without fatigue, and it must have an abrasion resistance which is sufficient for copying.
  • This object is achieved in that a gaseous compound containing silicon and hydrogen is introduced into an evaculable vessel, that a low-pressure glow discharge is maintained between the pressure drum to be coated located inside the vessel and a counter electrode arranged concentrically therewith, so that under the action of the glow discharge plasma, the silicon and hydrogen-containing gaseous compound decomposes with the deposition of amorphous silicon on the printing drum and that the surface of the printing drum is kept at a temperature of 200 to 300 ° C. during the deposition.
  • the silicon on the printing drum in addition to the gaseous compound containing silicon and hydrogen, it is first added a substance doping the silicon to one conduction type, and during the deposition after switching off the first dopant source, adding the silicon to the to add the first conductivity type of the opposite conductivity type to the doping substance, so that in the layer there is a flat PN junction running parallel to the surface of the pressure drum.
  • Amorphous silicon is an extraordinarily high-resistance material with a specific resistance of up to 10 "ohm. Cm. If the surface temperature of this body can be kept at approximately 270 ° C. during the production of a layer of amorphous silicon by precipitation on a substrate body an amorphous silicon layer is obtained which has an efficiency of the photocurrent of 50%, the maximum efficiency being in the range of a wavelength of approximately 600 nm.
  • the fact that the electrons and holes in the silicon are of great importance This fact is used in the invention to achieve a chargeable layer which has practically no electrical fatigue.
  • Amorphous layers made of silicon have a high abrasion resistance, which is very important in connection with the invention. For this reason, the printing drums produced by the method according to the teaching of the invention have an increased service life.
  • 1 denotes a vessel that can be evacuated with the aid of a pump, that is, from which the air atmosphere contained therein can be removed.
  • the vessel 1 can be closed with a lid 3.
  • the printing drum 2 to be coated can be introduced into the vessel 1.
  • 5 with a system of supply lines is designated, through which a gaseous substance containing the element silicon and hydrogen, such as. B. silane SiH "can be introduced into the interior of the vessel 1.
  • a low-pressure glow discharge is maintained in the space around the surface 21 of the drum 2 inside the vessel 1.
  • the surface of the printing drum 2 serves as the one electrode, which is connected to a high-frequency generator 60 via a high-frequency feed line 6.
  • the corresponding counter electrode is the electrode 8, which, for. B. is a jacket around the vessel 1 made of electrically conductive material.
  • the glow discharge then burns inside the Vessel 1 between the surface 21 and the jacket-shaped inner wall 11 of the vessel.
  • the pressure of the reaction gas primarily that of the silane, is kept between 0.01 mbar and 5 mbar for the glow discharge.
  • the electrical power of the glow discharge is dimensioned such that, on the one hand, no disturbing atomization occurs on the electrodes and / or on the walls of the vessel, on the other hand, however, the silicon and hydrogen-containing gas is decomposed, namely to produce a precipitate of amorphous silicon with hydrogen Storage.
  • the decomposition is accordingly driven to such an extent that not all gas molecules, for example silane molecules, are completely decomposed, but that there are also silicon atoms to which individual hydrogen atoms are bonded, so that about 1-20, preferably 10, atomic percent hydrogen content is present.
  • the surface of the printing drum 2 can be brought to a temperature of in particular approx. With the choice of the temperature, the amount of hydrogen built into the amorphously deposited silicon can be adjusted.
  • a gas pressure of 0.05 to 5 mbar is preferably set in the interior of the vessel 1.
  • a time period of approximately 1 to 5 hours must be set.
  • a layer thickness in the range from 10 .mu.m to 100 .mu.m is preferred.
  • Doping of the amorphous silicon layer produced according to the teaching of the invention has a particularly favorable influence.
  • doping is first carried out, which leads to an N or P line.
  • the dopant preferably diborane for P-line or preferably phosphine for N-line
  • the dopant is added to the silicon-containing gas in the amount of z. B. 10- 4 to 10- 1 volume% added, so that the layer portion 41 of the layer 4 is formed.
  • a change is made from the doping to the one conduction type to the doping to the other conduction type, namely by changing the doping agent.
  • the layer thickness on the printing drum can be kept smaller.
  • the amorphous silicon layer produced on the printing drum by the method according to the invention has the advantage that it can be exposed to relatively high temperatures compared to the selenium-based layers produced by known methods without undergoing structural changes.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer lichtempfindlichen, elektrisch aufladbaren Oberflächenschicht auf einer Drucktrommel für elektrostatische Fotokopierverfahren.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, für elektrostatische Fotokopierverfahren Drucktrommeln zu verwenden, die eine Oberflächenschicht aus lichtempfindlichem, aufiadbarem Material wie Seien, auch in Amorpher Form, oder Chalkogenid-Gläsern (Arsen-Selen-Legierungen und-Verbindungen) haben.
  • Die erwähnten Drucktrommein dienen dazu, nach erfolgter Aufladung in einer Corona-Entladung ein auf die Oberfläche der Trommel projiziertes Abbild der zu kopierenden Vorlage aufzunehmen. Dieses Abbild ist ein elektrostatisches Ladungsbild, das nachfolgend unter Verwendung eines Tonerpulvers zu einer mit Druckfarbe beschichteten Drucktrommel wird. Durch Aufeinanderlaufenlassen von Papier und Oberfläche der Drucktrommel wird der eigentliche Druckvorgang durchgeführt.
  • Für derartige Drücktrommeln ergeben sich folgende Forderungen: Das Material der Oberflächenschicht der Drucktrommei muß eine hohe Lichtempfindlichkeit haben, und zwar im Spektralbereich technisch üblicher Lichtquellen; das Material muß einen spezifischen elektrischen Widerstand in Dunkelheit in der Größe von pk1011 Ohm. cm haben; das Material muß auch bei Dauerbelastung unveränderte Eigenschaften aufweisen, das heißt, ermüdungsfrei arbeiten, und es muß eine für das Kopieren ausrichende Abriebfestigkeit haben.
  • Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Beschichtung einer Drucktrommel anzugeben, wobei eine Oberflächenschicht entsteht, die den voranstehenden Forderungen genügt
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in ein evakulerbares Gefäß eine Silizium und Wasserstoff enthaltende gasförmige Verbindung eingeleitet wird, daß eine Niederdruck-Glimmentladung zwischen der im Innem des Gefäßes befindlichen, zu beschichtenden Drucktrommel und einer dazu konzentrisch angeordneten Gegenelektrode aufrechterhalten wird, so daß sich unter der Einwirkung des Glimmentladungsplasmas die Silizium und Wasserstoff enthaltende gasförmige Verbindung unter Abscheidung von amorphem Silizium auf der Drucktrommel zersetzt und daß während der Abscheidung die Oberfläche der Drucktrommel auf einer Temperatur von 200 bis 300°C gehalten wird.
  • In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, bei der Abscheidung des Siliziums auf der Drucktrommel zusätzlich zu der Silizium und Wasserstoff enthaltenden gasförmigen Verbindung zunächst einen das Silizium zum einen Leitungstyp dotierenden Stoff zuzusetzen und noch während der Abscheidung nach Abschaltung der ersten Dotierstoffquelle einen das Silizium zu dem ersten Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyp dotierenden Stoff zuzusetzen, so daß in der Schicht ein parallel zu Oberfläche der Drucktrommei verlaufender, flächenförmiger PN-Übergang entsteht.
  • Mit dem amorphen Silizium steht ein außerordentlich hochohmiges Material mit spezifischem Widerstand bis zu 10" 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 einen Wirkungsgrad des Fotostromes von 50% hat. Der maximale 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.
  • Amorphe Schichten aus Silizium haben eine hohe Abreibfestigkeit, auf die es im Zusammenhang mit der Erfindung sehr wesentlich ankommt. Aus diesem Grunde haben die nach dem Verfahren nach der Lehre der Erfindung hergestellten Drucktrommein eine erhöhte Lebensdauer.
  • Zur näheren Erläuterung der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels wird nunmehr auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen.
  • In dieser ist mit 1 ein Gefäß bezeichnet, das sich mit Hilfe einer Pumpe evakuieren läßt, das heißt, aus der die darin enthaltene Luftatmosphäre entfernt werden kann. Das Gefäß 1 kann mit einem Deckel 3 verschlossen werden. Durch die mit dem Deckel 3 verschlossene Öffnung läßt sich die zu beschichtende Drucktrommel 2 in das Gefäß 1 einbringen. Mit 5 ist ein System aus Zuführungsleitungen bezeichnet, durch die ein das Element Silizium und Wasserstoff enthaltender gasförmiger Stoff, wie z. B. Silan SiH" in das Innere des Gefäßes 1 eingebracht werden kann.
  • Im Raum um die Oberfläche 21 der Trommel 2 herum wird im Innern des Gefäßes 1 eine Niederdruck-Glimmentladung aufrechterhalten. Die Drucktrommel 2 dient dabei mit ihrer Oberfläche 21 als die eine Elektrode, die über eine Hochfrequenz-Zuleitung 6 mit einem Hochfrequenz-Generator 60 verbunden ist. Als dazugehörige Gegenelektrode dient die Elektrode 8, die z. B. ein um das Gefäß 1 herumgelegter 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 5 mbar gehalten. Die elektrische Leistung der Glimmentladung wird derart bemessen, daß einerseits noch keine störende Zerstäubung an den Elektroden und/oder den Gefäßwänden auftritt, andererseits aber eine Zersetzung des silizium- und wasserstoffhaltigen Gases erfolgt, und zwar zur Erzeugung eines Niederschlages aus amorphen Silizium mit Wasser-stoff-Einlagerungen. Die Zersetzung wird dementsprechend soweit getrieben, daß nicht sämtliche Gasmoleküle, z.B. Silan-Moleküle vollständig zersetzt werden, sondern daß auch noch Siliziumatome vorliegen, an die einzelne Wasserstoffatome gebunden sind, so daß etwa 1-20, vorzugsweise 10 Atomprozent Wasserstoffgehalt vorliegt. 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.
  • Einzelheiten einer Abscheidung amorphen Siliziums in einer Niederdruck-Glimmentladung lassen sich aus "J. Non-Cryst. Sol.", Bd. 3, (1970), Seite 255 entnehemen, doch wird bei dem dort beschriebenen Verfahren das Glimmentladungsplasma induktiv (elektrodenfrei) erzeugt.
  • Bevorzugt wird ein Gasdruck von 0,05 bis 5 mbar im Innern des Gefäßes 1 eingestellt. Für die Abscheidung einer ausreichend dicken Schicht des amorphen Siliziums auf der Oberfläche 21 ist eine Zeitdauer von etwa 1 bis 5 Stunden anzusetzen. Bevorzugt wird eine Schichtdicke im Bereich von 10,um bis 100µm.
  • Einen besonders günstigen Einfluß hat eine Dotierung der amorphen, nach der Lehre der Erfindung hergestellten Siliziumschicht. Während des Niederschlages wird zunächst ein Dotierung vorgenommen, die zu einer N- oder P-Leitung führt. Das Dotierungsmittel, vorzugsweise Diboran für P-Leitung oder vorzugsweise Phosphin für N-Leitung, wird als Gas dem zugeführten siliziumhaltigen Gas in Menge von z. B. 10-4 bis 10-1 Volumen % beigegeben, so daß der Schichtanteil 41 der Schicht 4 entsteht. Während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, d. h. während des Entstehens der auf der Drucktrommel niedergeschlagenen, wasserstoffhaltigen 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 zu einem zweiten Schichtanteil 42 der Schicht 4, wodurch ein praktisch ganzflächig und parallel zur Oberfläche der Drucktrommel ausgebildeter PN-Übergang in der amorphen Siliziumschicht entsteht. 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 es bei einem in Sperrichtung betreibenen P-N-Übergang vorliegt.
  • Bei einer dotierten Siliziumschicht kann die Schichtdicke auf der Drucktrommel geringer gehalten werden.
  • Die durch das erfindungsgemäße Verfahren auf der Drucktrommel hergestellte amorphe Siliziumschicht hat den Vorteil, daß sie gegenüber den durch bekannte Verfahren hergestellten Schichten auf Selenbasis relativ hohen Temperaturen ausgesetzt werden kann, ohne strukturelle Änderungen zu erleiden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer Lichtempfindlichen, elektrisch aufladbaren Oberflächenschicht auf einer Drucktrommel für elektrostatische Fotokopierverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß in ein evakuierbares Gefäß eine Silizium und Wasserstoff enthaltende gasförmige Verbindung eingeleitet wird, daß eine Niederdruck-Glimmentladung zwischen der im Innern des Gefäßes befindlichen, zu beschichtenden Drucktrommel und einer dazu konzentrisch angeordneten Gegenelektrode aufrechterhalten wird, so daß sich unter der Einwirkung des Glimmentladungsplasmas die Silizium und Wasserstoff enthaltende gasförmige Verbindung unter Abscheidung von amorphem Silizium auf der Drucktrommel zersetzt und daß während der Abscheidung die Oberfläche der Drucktrommel auf einer Temperatur von 200 bis 300°C gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Silizium und Wasser- stoff enthaltende Verbindung Silan (SiH4) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Oberfläche der Trommel auf ca. 270°C gehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Abscheidung ein Druck der Gasatmosphäre von 0,05 bis 5 mbar eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abscheidung des Siliziums auf der Drucktrommel zusätzlich zu der Silizium und Wasserstoff enthaltenden gasförmigen Verbindung zunächst ein das Silizium zum einen Leitungstyp dotierender Stoff zugesetzt wird und noch während der Abscheidung nach Abschaltung der ersten Dotierstoffquelle ein das Silizium zu dem ersten Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyp dotierender Stoff zugesetzt wird, so daß in der Schicht ein parallel zur Oberfläche der Drucktrommel verlaufender, flächenförmiger PN-Übergang entsteht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierstoff für die Herstellung des p-leitenden Schichtanteils Diboran, für die Herstellung des n-leitenden Schichtanteils Phosphin der Silizium und Wasserstoff enthaltenden gasförmigen Verbindung zugegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenelektrode ein das, das Glimmentladungsplasma enthaltende Gefäß umgebender Mantel aus elektrisch leitfähigem Material verwendet wird.
EP78100799A 1977-10-19 1978-08-31 Verfahren zur Herstellung einer lichtempfindlichen Oberflächenschicht auf einer Drucktrommel für elektrostatische Fotokopierverfahren Expired EP0001549B1 (de)

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