Способ изготовления электрофотографического носителя Советский патент 1985 года по МПК G03G5/10 

;о

00

vi

00 Изобретение относится к электрофотографии, а именно к технологии из товления фотоприемников, например, на основе селена для копировальномножительных аппаратов. Целью изобретения является повьгшение качества носителя путем созда ния равномерного распределения кислорода в приповерхностном слое. Сущность изобретения заключается в том, что легирование осуществляют в процессе нанесения слоистого фоточувствительного материала путщ введения газа или пара легирукицего компонента в испаряемый материал и конденсации летучих продуктов реакции на поверхности фоточувствительного материала до получения определенной толщины легированного слоя. Это позволяет увеличить и регулиро- вать концентрацию легирующего компо нента в поверхностном слое фотопри- емника, а также толщину этого слоя. Концентрацию легирующего компонента изменяют регулированием давления газа или пара легирующего ком понента в вакуумной камере, а также регулированием температуры испаряемого материала. При испарении фотопроводникового материала разрушаются межатомные и межмолекулярные связи с образованием радикалов на поверхности испаряемого материала, вследствие чего увеличивается вероятность химической реакции при стол кновениях молекул легирующего компонента с поверхностью испаряемого материала. Указанная реакция сопровождается образованием летучего про дукта, например SeOj. . Способ изготовления фотоприемни- ка, например селенового, осуществля ют следукяцим образом. На подогретую метахшическую подложку в вакууме наносят селеновьй слой толпщной 40-150 мкм. На заключительной стадии нанесения в вакуум ную камеру вводят кислород в состав воздуха или его соединения в газооб разной или паровой фазе с обеспечекием контакта с поверхностью испаря емого селена. При контакте молекул кислорода с горячей поверхностью селена образуе ся летучее соединение - селеновый а гидрид. Молекулы ангидрида возгоняются и конденсируются на поверхност селенового слоя с образованием по8 2 перечных молекулярных связей. Легирование ведут до получения легированного слоя 2-6 мкм в течение 13 мин при температуре испаряемого селена 95-270С и давлении в вакуумной камере рт.ст. Указанные пределы толщины легированного слоя, времени легирования, температуры испаряемого селена и давления кислорода являются олтимальными и обусловлены следунядими причинами. Уменьшение толщины легированного слоя ниже 2 мкм приводит к снижению фоточувствительности и ресурса фотоприемника. Увеличение толщины сверх 6 мкм также приводит к заметнолу снижению фоточувствительности фотоприемника в наиболее фотоактивной спектральной (синей, зеленой ) области видимого света из-за сильного поглощения этих лучей в селене. Легированный слой содержит высокую концентрацию глубоких дырочных ловушек, наличие которых необходимо для обеслечения достаточно большого времени темно- вого полуспада потенциала и высокой фоточувствительности фотоприемника. Однако при слишком большой толщине легированного слоя активный сильнопоглощаемый j свет почтн полностью поглощается в области, экранированной от электрического поля дырками, застрявшими на глубоких ловушках вдали от освещаемой поверхности, вследствие чего фоточувствительность фотопри- емника падает до малых значений.Время легирования, температура подложки и давление кислорода в процессе ле- . гирования зависят от конструкции устройства для нанесения селена на подложки, скорости нанесения селена и других условий. Например, при нанесении селена на цилиндрическую подложку сублимацией твердого селена в промьшшенной установке типа БУС скорость нанесения селена имеет достаточно большое значение (около 5 мкм/мин ) при сравнительно низкой температуре селена (около 210 с). Это достигается благодаря очень большой площади поверхности селена. Однако уменьшение температуры селена ниже недопус- тимо, так как это приводит к резкому уменьшению скорости сублимации селена. 3 При нанесении селена на подложки путем испарения жидкого селена из лодочек температура расплавленного селена составляет около 24О-270С, что необходимо для получения доста- точно большой скорости нанесения пр относительно малой площади поверхности испаряемого селена. Увеличе- ние скорости нанесения селена сверх 5 мкм/мин нежелательно, так как при этом ухудшаются однородность и внеш НИИ вид наносимого слоя (резко увеличивается количество мелких кратеров, вкраплений и других видимых не однородностей ). При давлении кислорода меньше . рт.ст. для обеспечения необходимой концентрации кислорода в ле гированном слое требуется более вьгсокая температура расплавленного селена (более ), скорорт окис ления селена резко увеличивается с ростом температуры селена, что, как показано вьше, нежелательно. Увеличение давления кислорода сверх 5-10 мм рт.ст. недопустимо, так ка при этом уменьшается скорость нанесения селена на подложку и увеличиваются потери селена за диффузионного рассеяния селенового пара. Пример 1. Б лабораторных условиях изготавливают три партии (по 20 шт.) селеновых фотоприемни- ков на плоских подложках-пластинах из сплава Д16 с размером 50 х 50 мм толщиной 2 мм и I2-м классом шерохо ватости одной из поверхностей. Нанесение селена (99,998% чистоты) осуществляют термической возгонкой в вакууме рт.ст. при Т 215°С из плоского тигля, установленного на расстоянии 120 мм от подложки. Конструкция вакуумной установки позволяет оперативно регулировать температуру подложки в процессе нанесения селена. Непосредственно перед нанесением селена подложку дегазируют в вакууме при 130°С в течение 20 мин. В про цессе дегазации поток молекул селена йа подложку перекрывают заслонкой. После дегазации температуру подложки снижают до 70°С за I мин, заслонку убирают и наносят селен на подложку со скоростью 1 мкм/мин до получения требуемой толщины слоя. 784 Партия 1 ( способ-аналог ). В течение последних 20 мин нанесения селена температуру подложки поддерживают равной , затем резистивный нагреватель плоского тигля выключают и за 3 мин температуру тигля снижают с 210 до 180 С, при этом возгонка селена практически прекращается. За 1 мин температуру изготовленного фо- топриемника снижают до 40°С, после чего в вакуум-камеру впускают атмосферный воздух и фотоприемник вынимают из камеры. Партия 2 (базовый способ-прототип ). По окончании нанесения селенового слоя требуемой толщины, при тем- пературе подложки 70 С резистивный нагреватель плоского тигля выключают. После охлаждения тигля с 215 до осуществляют легирование нанесенного селективно селенового слоя. Для этого в вакуум-камеру впускают атмосферный воздух, а температуру подложки устанавливают и поддерживают равной в течение 15 мин. Затем температуру подложки снижают до за : 1 мин и фотоприемник вынимают из камеры. Партия 3 (предлагаемый способ). В течение . последних 4 мин нанесения селена на подложку температуру подложки поддерживают равной при постепенном увеличении давления воздуха в вакуум-камере от 5-10 до 5-10 мм рт.ст. При этом температуру плоского тигля поддерживают равной 215 С. По окончании нанесения селенового слоя, легированного кислородом, резистивный нагреватель плоско- |го тигля выключают и температуру подложки за 1 мин снижают до . После этого в вакуум-камеру впускают.атмосферный воздух и фотоприемник вьгнимают из камеры. Усредненные параметры селеновых фотоприемникрв каждой партии приведены в табл. 1 . Пример 2. На промьшшенной вакуумной установке типа БУС изготав- ливают две опытные партии (по 3 шт) цилиндрических селеновых фотоприем- НИКОВ для серийно выпускаемых элект- рофотографических ротационных копн- ровапьнь х аппаратов ЭР-ЗООК2 (внешНИИ диаметр подложки 195 мм, длина 360 мм). Используют химически оксиированные подложки из сплава алюминия Д16 с 10-12-м классом шерохова- тости внешней цилиндрической поверх ности.Нанесение селена (99,998% чистоты) на подложку осуществляют сублимацией селена из кольцевых лодочек, крнцентрично охватываюпщх подложку. Температура селена s лодочках , скорость нанесения селена на подложку 4-5 мкм/мнн. Партия 1 (базовый способ-прототип) . Температуру подложки в процессе нанесения селена монотоннно увеличивают с 50 до в течение 15 мин, после чего резистивный нагреватель кольцевых лодочек выключа ют и температуру лодочек снижают с 210 до за 4 мин. По достижени указанной температуры лодочек нанесение селена на подложку практически прекращают из-за резкого уменьшения скорости сублимации селена. После этого осуществляют легирование нанесенного селенового слоя кис лородом воздуха. Для этого температуру подложки увеличивают до за 3 мин и поддерживают на этом уро не при постепенном увеличении давления воздуха в вакуум-камере от 5-10 мм рт.ст. в течение 10 мин. После этого температуру под ложки снижают до 50с за 1,5 мин, в вакуу1 камеру впускают атмосферный воздух и фотоприемник вынимают из камеры. Партия 2 (предлагаемый способ). В процессе нанесения селена темпера туру подложки монотонно увеличивают с 50 до В7°С в течение 1-6 мин. На.несение легироваиного слоя осуществляют в течение последних двух мину при постепенном увеличении давления воздуха в вакуу| камере от 2-10 д 5 -ICT мм.рт.ст, при этом температур лодочек поддерживают постоянной (). По окончании нанесения селенового слоя, легированного кис- .лородом, температуру подложки снижа ют до 50 С за 1,5 мин, в вакуум-камеру впускают атмосферньй воздух и фотоприемник вынимают из камеры. Усредненные параметры и ресурс фотоприемников приведены в табл. 2. Пример 3. На опытной вакуумной устаиовке (изготовленной на базе серийно выпускаемой промышленной установки УВМ с рабочим объемом вакуум-камеры 1,5 м) изготавливают две опытные партии по 3 и 5 соответственно цилиндрических селеновых фотоприемников для серийно вы-, пускаемых электрофотографических ротацио.нных копировальных аппаратов типа ЭР-620 (внешний диаметр подложки 270 мм, длина 680 мм ). Используют имически оксидированные подложки с 10-12-м классом шероховатости внешней цилиндрической поверхности. Селен (99,998% чистоты) испаряют из лодочки с перегородками, установленной параллельно оси подложки на расстоянии 120 мм от внешней цилиндрической поверхности подложки, при температуре расплавленного селена .При нанесении селена 2 мкм/мин подложку равномерно вращают вокруг ее оси с угловой скоростью боб/мин. Партия 1 I базовый способ-прототип ). Температуру подложки при нанесении селена поддерживают равной . Через АОмин резистивный нагрева телъ лодочки вьилючают и температуру лодочки снижают с 260 до185°С за 1,5мин. после этого температуру подложки 87 С за 1 мин и под- увеличивают до держивают на этом уровне в течение , 10 мин при постепенном увеличениидавления воздуха в вакуукг-камере от 5 10 мм рт.ст. до атмосферного. После этого фотопрнемник охлаждают до за 2 мин и вынимают из камеры. Партия 2 (предлагаемый способ). Нанесение селена на подложку ведут при температуре подложки в течение 35 мин, после чего наносят легированный селеновый слой. Для этого температуру подложки поднимают До за 1 мин и поддерживают на этом уровне 2 мин при постоянной температуре селена в лодочке и давлении воздуха в вакуум-камере рт.ст. По окончании нанесения селенового слоя, легированного кислородом, резистивный нагреватель лодочки выключают и температуру фотоприемника снижают до в течение 1 мин. В вакуум-камеру впускают атмосферный воздух и фотоПриемник вынимают нз камеры. Усредненные параметры и данные о ресурсе изготовленных фотоприем- НИКОВ приведены в табл. 3. Из приведенных данных видно, что качество селеновых фотоприемни ов изготовленных предлагаемым способом, Bbmie, чем селеновых фотоприемников, изготовленных базовым способом.

Общая толщина

селенового

слоя, мкм

Толщина леги-

рованного

слоя, мкм

Начальный по тенциал, В

Время полуспа- да потенциала в темноте,

с

Бремя полуспа- да потенциала при одинаковой экспозиции (монохроматический свет, 450 нм ), с

Определяют с помощью металлографического микроскопа на отделенных от подложки пластинках селена.

78

80

0,7 3,6

1000 1000 1000

174

58

Таблица 2

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФОТОГРАФИЧЕСКОГО НОСИТЕЛЯ, включающий последовательное вакуумное нанесение на металлическую подложку слоев селена с различными структурными модификациями и формирование приповерхностного слоя, легированного кислородом, отличающийся тем, что, с целью повышения качества носителя путем создания равномерного распределения кислорода в приповерхностном слое, формирование приповерхностного слоя осуществляют напылением селена в атмocфejpe кислорода с давлением 10 - 5-10 мм рт.ст. в течение 1-3 мин при температуре испаряемого селена I95-270°С.

Общая толщина

селенового

слоя, мкм

Толщина легированного слоя, мкм

Начальный потенциал, В

Время полуспада потенциала в темноте, с

76

1000

190

Время полуспада потенциала при экcпонировании светом (лампа накаливания при номинальном напряжении)

Ресурс фотоприемника, количество

2,2