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1、無定形硅系列感光體復(fù)印1994豐第4期無定形硅系列感光體天津復(fù)印技術(shù)研究所無定形硅系列感光體包括氫化無定形硅(a—sjlH),無定形鍺化硅(a--SiC-~tH),無定形碳化硅(atSiC?H),無定形氮化硅a—SiN,H)以及被氟置換了部分氫的無定形硅等.a—si-H作為半導(dǎo)體材料被人們認(rèn)識是1975年.而最初發(fā)表的用氫化無定形硅制作感光體是在1979年.雖然歷史并不長,但已廣泛地作為復(fù)印機(jī)及半導(dǎo)體激光印字機(jī)感光體而使用.這一方面是由于氫化無定形硅材料本身的優(yōu)點(diǎn)所決定.另一方面也是由于人們對該材料進(jìn)行了大量開發(fā)研究的結(jié)果.以下就該系列材料的物理性能,制備方法以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹.一.無定
2、形硅系列感光體的物理性質(zhì)1.無定形硅無定形硅是由硅烷(mH?)進(jìn)行輝光放電分解制成的,含有大量的氫(5～35).因此,也叫作氫化無定形硅,以si?H表示.無定形硅與其它的無定形物質(zhì)一樣,屬于長程無序短程有序的物質(zhì),原子聞的鍵臺為共價鍵,配位數(shù)為4在硅原子之間形成共價鍵時,最外層價電子s軌道被雜化,破壞,了長距離秩序而構(gòu)成了三維網(wǎng)絡(luò),產(chǎn)生了密度為10ca左右的硅原子的懸掛鍵,因而失去了作為半導(dǎo)體所具備的結(jié)構(gòu)敏感度.但對于a--Si:H來說,由于氫進(jìn)入了無定形硅,飽和了硅的懸掛鍵,使懸掛鍵的密度降低到10t+廿n左右,(見圖1).因此,a—si:H具有一般無定形半導(dǎo)體材料所不具備的敏感性,
3、為a—sj;H的實際應(yīng)用提供了可能性,在輝光放電制備aSi:H的基礎(chǔ)上,又通過氣相摻雜制成了不同導(dǎo)電類型和不同電導(dǎo)率lI{.,掙李封燁●Ha—sl.懸掛鍵as:H囤T無定硅恤一和氬化無定移班腎J:Hm蛄櫥占阜-衛(wèi)I-.●I一,.I●●j二_7一._二-'_一壬l薹{?占5一I1H..,NH,,一田2室濕下暗電導(dǎo)率RT與摻雜量(B2H6/SiH4.PH3,siH)的關(guān)系的8一SiH薄膜,如以硼烷氣體為潦,在Sill.中摻入I族元素硼,可得互P型a—si'H,以三氫化磷為源,摻人V族元素磷,可得到n型B—sj:H通過變換摻雜氣體,可以很容易地制作大面積的p—n結(jié).通過摻雜還可以改變a—s
4、j:H的電導(dǎo)率,見圖2.不摻雜的a—sj:H呈n型,摻少量的硼烷后可得61994年第4期到本征狀態(tài),此時的暗電阻率為10"～10120一crn.但該值仍不能滿足電暈充電使其帶電的要求,因此,為把此材料用在感光體上,人們又作了大量的努力.a--Si:H的光學(xué)能隙寬度在1.6～1.9eV范圍,氫的含量變,該值大,由該值可以給出感光體感光的波長范圍,a—sj:H的估計為650~70Unm.作為感光體材料,要求載流子的擴(kuò)散長度(E)值必須大于膜的厚度L,此處的"和t分別為載流子的漂移遷移率和壽命,E為電場.這也是光生載流子形成電荷潛像的條件.比如L為3m,E為3×10~V/em,則"T之祝必須
5、大于10crn/v.不摻雜的a—sitH,電子的"T之積的值大于1×10一em/V,摻硼可提高空穴的遷移矬,本征狀態(tài)下的之積約為2×10～8×10-7cm/v,均能滿足上述條件..對于摻硼和微量氧的a—si—H膜來說,電子型傳導(dǎo)時該值為3X10-8～6×10I
6、cm/v,而空穴型傳導(dǎo)可達(dá)5×10～2×10-~cm:/v,由此可以看出.哪種都滿足上述要求,可以用來制作感光體.此外,感光體的感度是以能形成電荷潛像所需的光量大小來表示,此時,若量子效率為1,滿足pL時,則為理想狀態(tài),從選點(diǎn)來說,a—sitH也是理想的感光體材料.在受強(qiáng)光照射獲得高速響應(yīng)時,載流子的遷移性能,尤其是載流子遷移率
7、是重要的參數(shù),a—SitH中的空穴傳導(dǎo)在一般溫度下為分散型,遷移率受電場和膜厚的影響,不是一個意義,但在室溫下其范圍在10-一10cm/v?See以內(nèi),而電子傳導(dǎo)在低溫下為分散型,而在室溫以上為非分散型,因此.在室溫下的漂移遷移率就能定為一個意義,大小為10-2—5×10c/n!/v?See.設(shè)感光體的厚度為30)~m,E趨3×10v/m,電子迂移率為0.1cm/v?See,空穴遷移率為10cm./v?Sec,剛光激載流子通過感光層的時間tr:電子為0.Ic,空穴為100~Sce.但并不是所有62復(fù)印的載贏子都能在這小時間內(nèi)到達(dá),而且,隨著表面電荷的消失,電場也在下降,因此,實際上形成
8、電荷潛像所需的時何為上述值的j0倍乃至】00倍.也就是說,以電子為載流子時,需要秒左右,而空穴則為IT1秒左右.2.無定形硅合金無定形材料的特征之一就是可以通過二種以上元素的臺金來連續(xù)性地控制材料的物理參數(shù).在設(shè)計感光體時,控制能隙寬度值的大小是非常重要的.圖3表示的就是無定形硅合金與能隙寬度值的關(guān)系.卜'-業(yè)卜_——.S1NH圖3無定移硅夸金與能睫寬度的關(guān)系由圖可見,能隙寬度比a—sjtH窄的材料有a—sjGe:H,根據(jù)Gt含量的不同,其值大
