03 (Электронные лекции в формате DOC), страница 2

из подложки в полупроводник. 3 (транспортный

Далее следует транспортный слой 3, через слой)

к оторый двигаются носители заряда,

генерируемые при экспозиции. Ближе к 2 (блокирующий)

с вободной поверхности расположен слой 1 (подложка)

генерации 4, в котором происходит поглощение

излучения и фотогенерация носителей заряда. Непосредственно на поверхности находится пассивирующий (защитный) слой 5.

Следует отметить, что приведенное деление электрофотографического носителя на области по функциональному признаку не является строгим, поскольку в некоторых случаях ряд функций совмещается в одной области носителя.

Основными характеристиками электрофотографических слоев являются:

• П редельный потенциал зарядки U

слоя – максимальное напряжение, до

к оторого заряжается слой под действием U_пред

коротрона. h

• К инетика темновой разрядки

Э ФС – разрядка слоя в темноте – 0.5U_пред

х арактеризуется:

• в ременем полуспада потенциала U_ост

(t_1/2) – время, в течение которого

п отенциал зарядки в темноте уменьшается

в 2 раза; либо t_1/2 t

• скоростью спада потенциала в темноте,

определяемой по наклону начального участка зависимости U(t) (dU/dt).

• Кинетика световой разрядки ЭФС (разрядка при освещении) характеризуется фоточувствительностью (S).

• Остаточный потенциал ЭФС (U_ост) – напряжение на слое после его полной разрядки под действием освещения.

• Тиражестойкость.

Посмотрим, как правильно оценить фоточувствительность ЭФС.

Для количественной оценки фоточувствительности необходимо оговорить уровень разрядки ЭФС в результате воздействия освещения:

S_{(U - U)/U}

Следовательно, обозначение фоточуствительности S_0.5 означает, что для её измерения используется экспозиция, приводящая к уменьшению потенциала слоя в два раза, а обозначение S_0.1 означает уменьшение потенциала на 90 %.

При анализе спектральных характеристик ЭФЦ фоточуствительность измеряют в энергетических единицах (м²/Дж, см²/Дж). В этом случае фоточувствительность есть величина, обратная энергии излучения падающей на единицу площади и необходимой для заданного уменьшения потенциала слоя.

При определении фоточувствительности ЭФЦ для конкретного типа аппаратов (когда спектральный состав излучения постоянен) фоточувствительность измеряют как величину, обратную световой экспозиции (лк ^-1  с^–1), необходимой для заданного уменьшения потенциала слоя.

Перейдем к рассмотрению материалов электрофотографических слоев.

Селеновые электрофотографические носители

Долгое время селеновые электрофотографические слои имели наиболее широкое применение в электрофотографии. Это обусловлено подходящими значениями основных параметров этих слоев к требованиям электрофотографического процесса. Как правила, селеновый электрофотографический слой создается на дюралюминиевой подложке. Для создания блокирующего слоя подложку предварительно анодируют.

У становку и технологию изготовления селеновых ЭФЦ мы с вами рассматривали ранее. Собственно селеновый электрофотографический слой фактически является многослойной системой,

с остоящей из следующих областей: пассивирующий слой

• подслой кристаллического (тригонального) упорядоченный некрист.

селена, примыкающий к анодированной селен

п одложке; некристаллический Se

• т ранспортный слой некристаллического (транспортный слой)

с елена; Al₂O₃ тригональный селен

• б олее упорядоченный (с помощью

температурно-временных режимов напыления) подложка

н екристаллический слой генерации;

• пассивирующий слой, созданный:

  • либо путем обработки ЭФС в газовых смесях;

  • либо путем нанесения на поверхность тонких диэлектрических пленок (органических или алмазоподобных пленок а-С:Н).

Спектральная зависимость фоточувствительности селенового электрофотографического носителя имеет следующий вид:

К ак видно из рисунка, имеется два S_0.1 м²/Дж

максимума фоточувствительности:

• в области длин волн 430 – 470 нм 5000

(генерация в слое некристаллического

с елена);

• в области длин волн 720 –750 нм 500

(генерация в подслое тригонального

селена).

Однако величина длинноволновой 50 , нм

ф оточувствительности на порядок 400 600 800

меньше, чем коротковолновой.

Частью параметров селеновых электрофотографических носителей можно эффективно управлять, меняя молекулярную структуру материала путем подбора температурно – временных режимов напыления и воздействия на материал в процессе напыления различными факторами (большое значение КЭСМ).

Вместе с тем, только на основе изменения молекулярной структуры материала не удается добиться существенного расширения спектрального диапазона фоточувствительности селеновых ЭФС. Поэтому решение данной задачи достигается введением в селен примесей. (Зачем это надо?)

Расширение области спектральной чувствительности селеновых электрофотографических слоев в длинноволновую часть спектра может быть достигнуто введением примеси мышьяка (As), сурьмы (Sb), германия (Ge), висмута (Bi), теллура (Te). Однако введение этих добавок, наряду с увеличением спектрального диапазона фоточувствительности, приводит к ухудшению других характеристик слоёв: уменьшению дрейфовой подвижности носителей заряда и абсолютных значений фоточувствительности, увеличению скорости темнового спада потенциала и величины остаточного потенциала, уменьшению в ряде случаев (например, при легировании теллуром) энергии активации кристаллизации селена.

С учетом всех этих факторов из перечисленных выше примесей, как правило, используют висмут и теллур.

Рассмотрим влияние висмута на свойства и электрофотографические характеристики слоёв некристаллического селена.

Пленки системы Se – Bi обычно получают термическим соиспарением висмута и селена. Рентгеновский и электронографический анализ не обнаруживает кристаллической фазы в аморфных пленках Se_100-xBi_x вплоть до 30 ат. % висмута (х  30 ат. %).

Исследования коэффициента оптического поглощения данных пленок показывают, что введение висмута в селен существенно уменьшает ширину запрещенной зоны. Это происходит вследствие расширения спектра электронных состояний валентной зоны за счет образования связей селен – висмут (Se – Bi) вместо связей селен – селен (Se – Se):

E_v связывающие орбитали Se – Bi

несвязывающие орбитали Se – Se (LP)

связывающие орбитали Se – Se

У меньшение ширины запрещенной зоны вызывает снижение удельного сопротивления материала. lg , (Ом см)

К онцентрационная зависимость 15

удельного сопротивления пленок аморфное

Se_100-xBi_x при комнатной температуре состояние

в ыглядит следующим образом: 11

введение 30 ат. % висмута уменьшает

у дельное сопротивление на одиннадцать 7

порядков величины. Причем особенно

существенно удельное сопротивление

у меньшается при малых концентрациях х, ат % Bi

висмута. 10 20 30

Одновременно с уменьшением удельного сопротивления изменяются спектральные характеристики фоточувствительности материала.

На рисунке представлена

з ависимость длины волны излучения, _max, мкм

с оответствующая максимуму

ф оточувствительности, от 1.0

концентрации висмута в пленке:

и з рисунка видно, что максимум 0.8

фоточувствительности сдвигается в

д линноволновую область при

увеличении содержания висмута до 0.6

3 – 5 ат. %. Дальнейшее увеличение х, ат. % Bi

с одержания висмута не оказывает 0.4

влияния на положение максимума. 10 20

Т аким образом, с точки зрения расширения спектральной характеристики фоточувствительности селеновых слоев, введение более 5 ат.% висмута не целесообразно. С другой стороны, при 5 ат. % висмута удельное сопротивление снижается до величины 10¹⁰ – 10¹¹ Ом · см (см. рис.), что уже недопустимо с точки зрения скорости спада потенциала в темноте. Поэтому при изготовлении электрофотографических слоев висумут добавляют в концентрациях от 0.5 до 2 ат. %. S_0.1 м²/Дж

Однако это позволяет сдвинуть спектральную 5000

з ависимость фоточувствительности в Se (x=0)

д линноволновую часть спектра вплоть до x=0.9 ат.%

красной области:

Д ругая неприятноясть выявилась при 500

исследование полученных пленок с помощью

времяпролетной методики. Оказалось, что

в ведение висмута в селен существенно 50 , нм

у меньшает дрейфовую подвижность дырок в 400 600 800

селене: от 0,16 см²/В с в чистом некристаллическом селене до 10^-3 – 10^-4 см²/В с при введении 2 – 5 ат. % висмута.

Подводя итог можно сказать, что введение висмута в селен приводит к увеличению фоточувствительности ЭФС в области больших длин волн и к её уменьшению в коротковолновой области, а также к увеличению скорости темнового спада потенциала и величины остаточного потенциала.

В отличие от висмута, примесь теллура в селене практически не изменяет дрейфовую подвижность носителей заряда. Поэтому введение в селен теллура способствует увеличению абсолютной величины фоточувствительности слоев и значительному расширению её спектральной зависимости в длинноволновую часть спектра. S_0.1 м²/Дж

Т ак, введение в селен 10 ат. % теллура расширяет Se₉₀Te₁₀

о бласть фоточувствительности на спектральной Se₈₉Te₁₀P₁

х арактеристике вплоть до 800 нм: 800

О днако это приводит к недопустимому увеличению Se_88.5Te₁₀P_1.5 с корости темнового спада потенциала из-за 600