Organic single-crystal field-effect transistors

Physica Status Solidi (A) Applied Research

Volumn 201, Issue 6, 2004, Pages 1302-1331

  De Boer, R W I ^a   Gershenson, M E ^b   Morpurgo, A F ^a   Podzorov, V ^b  

^a DELFT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Netherlands)

^b RUTGERS UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHARGE TRANSFER; CRYSTAL STRUCTURE; ELECTRIC POTENTIAL; LATTICE CONSTANTS; MOLECULAR WEIGHT; OPTICAL PROPERTIES; POLARIZATION; SEMICONDUCTING ORGANIC COMPOUNDS; THIN FILM TRANSISTORS;

ELECTRON-PHONON COUPLING; INTRINSIC MOBILITY; POLARON FORMATION; RUBRENE TRANSISTORS;

FIELD EFFECT TRANSISTORS;

EID: 2942607403     PISSN: 00318965     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/pssa.200404336     Document Type: Review

References (95)

1. E. A. Silinsh and V. Čapek, Organic Molecular Crystals: Interaction, Localization, and Transport Phenomena (AIP Press, Woodbury, 1994).
2. M. Pope and C. E. Swenberg, Electronic Processes in Organic Crystals and Polymers, 2nd ed. (Oxford University Press, New York, London, 1999).
3. R. Farchioni and G. Grosso, Organic electronic Materials (Springer-Verlag, Berlin, 2001).
4. N. Karl, in: Crystals, Growth, Properties and Applications, Vol. 4, edited by H. C. Freyhardt (Springer-Verlag, Berlin 1980) pp. 1-100.
5. W. Warta and N. Karl, Phys. Rev. B 32, 1172 (1985).
6. N. Karl, K.-H. Kraft, J. Marktanner, M. Münch, F. Schatz, R. Stehle, and H.-M. Uhde, J. Vac. Sci. Technol. A 17, 2318 (1999).
7. S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices (Wiley, New York, 1981).
8. A. T. Fiory, A. F. Hebard, R. H. Eick, P. M. Mankiewich, R. E. Howard, and M. L. OMalley, Phys. Rev. Lett. 65, 3441 (1990). J. Mannhart, J. Bednorz, K. A. Muller, and D. G. Schlom, Z. Phys. B 83, 307 (1991). J. Mannhart, Supercon. Sci. Technol. 9, 49 (1996). N. Chandrasekhar, O. T. Valls, and A. M. Goldman, Phys. Rev. B 54, 10218 (1996). P. Konsin and B. Sorkin, Phys. Rev. B 58, 5795 (1998). C. H. Ahn, S. Gariglio, P. Paruch, T. Tybell, L. Antognazza, and J.-M. Triscone, Science 284, 1152 (1999).
9. A. T. Fiory, A. F. Hebard, R. H. Eick, P. M. Mankiewich, R. E. Howard, and M. L. OMalley, Phys. Rev. Lett. 65, 3441 (1990). J. Mannhart, J. Bednorz, K. A. Muller, and D. G. Schlom, Z. Phys. B 83, 307 (1991). J. Mannhart, Supercon. Sci. Technol. 9, 49 (1996). N. Chandrasekhar, O. T. Valls, and A. M. Goldman, Phys. Rev. B 54, 10218 (1996). P. Konsin and B. Sorkin, Phys. Rev. B 58, 5795 (1998). C. H. Ahn, S. Gariglio, P. Paruch, T. Tybell, L. Antognazza, and J.-M. Triscone, Science 284, 1152 (1999).
10. A. T. Fiory, A. F. Hebard, R. H. Eick, P. M. Mankiewich, R. E. Howard, and M. L. OMalley, Phys. Rev. Lett. 65, 3441 (1990). J. Mannhart, J. Bednorz, K. A. Muller, and D. G. Schlom, Z. Phys. B 83, 307 (1991). J. Mannhart, Supercon. Sci. Technol. 9, 49 (1996). N. Chandrasekhar, O. T. Valls, and A. M. Goldman, Phys. Rev. B 54, 10218 (1996). P. Konsin and B. Sorkin, Phys. Rev. B 58, 5795 (1998). C. H. Ahn, S. Gariglio, P. Paruch, T. Tybell, L. Antognazza, and J.-M. Triscone, Science 284, 1152 (1999).
11. A. T. Fiory, A. F. Hebard, R. H. Eick, P. M. Mankiewich, R. E. Howard, and M. L. OMalley, Phys. Rev. Lett. 65, 3441 (1990). J. Mannhart, J. Bednorz, K. A. Muller, and D. G. Schlom, Z. Phys. B 83, 307 (1991). J. Mannhart, Supercon. Sci. Technol. 9, 49 (1996). N. Chandrasekhar, O. T. Valls, and A. M. Goldman, Phys. Rev. B 54, 10218 (1996). P. Konsin and B. Sorkin, Phys. Rev. B 58, 5795 (1998). C. H. Ahn, S. Gariglio, P. Paruch, T. Tybell, L. Antognazza, and J.-M. Triscone, Science 284, 1152 (1999).
12. A. T. Fiory, A. F. Hebard, R. H. Eick, P. M. Mankiewich, R. E. Howard, and M. L. OMalley, Phys. Rev. Lett. 65, 3441 (1990). J. Mannhart, J. Bednorz, K. A. Muller, and D. G. Schlom, Z. Phys. B 83, 307 (1991). J. Mannhart, Supercon. Sci. Technol. 9, 49 (1996). N. Chandrasekhar, O. T. Valls, and A. M. Goldman, Phys. Rev. B 54, 10218 (1996). P. Konsin and B. Sorkin, Phys. Rev. B 58, 5795 (1998). C. H. Ahn, S. Gariglio, P. Paruch, T. Tybell, L. Antognazza, and J.-M. Triscone, Science 284, 1152 (1999).
13. A. T. Fiory, A. F. Hebard, R. H. Eick, P. M. Mankiewich, R. E. Howard, and M. L. OMalley, Phys. Rev. Lett. 65, 3441 (1990). J. Mannhart, J. Bednorz, K. A. Muller, and D. G. Schlom, Z. Phys. B 83, 307 (1991). J. Mannhart, Supercon. Sci. Technol. 9, 49 (1996). N. Chandrasekhar, O. T. Valls, and A. M. Goldman, Phys. Rev. B 54, 10218 (1996). P. Konsin and B. Sorkin, Phys. Rev. B 58, 5795 (1998). C. H. Ahn, S. Gariglio, P. Paruch, T. Tybell, L. Antognazza, and J.-M. Triscone, Science 284, 1152 (1999).
14. S. Mathews, R. Ramesh, T. Vankatesan, and J. Benedetto, Science 276, 238 (1997). H. Ohno, D. Chiba, F. Matsukura, T. Omiyra, E. Abe, T. Dietl, Y. Ohno, and K. Ohtani, Nature 408, 944 (2000). H. Tanaka, J. Zhang, and T. Kawai, Phys. Rev. Lett. 88, 027204 (2002).
15. S. Mathews, R. Ramesh, T. Vankatesan, and J. Benedetto, Science 276, 238 (1997). H. Ohno, D. Chiba, F. Matsukura, T. Omiyra, E. Abe, T. Dietl, Y. Ohno, and K. Ohtani, Nature 408, 944 (2000). H. Tanaka, J. Zhang, and T. Kawai, Phys. Rev. Lett. 88, 027204 (2002).
16. S. Mathews, R. Ramesh, T. Vankatesan, and J. Benedetto, Science 276, 238 (1997). H. Ohno, D. Chiba, F. Matsukura, T. Omiyra, E. Abe, T. Dietl, Y. Ohno, and K. Ohtani, Nature 408, 944 (2000). H. Tanaka, J. Zhang, and T. Kawai, Phys. Rev. Lett. 88, 027204 (2002).
17. D. M. Newns, J. A. Misewich, C. C. Tsuei, A. Gupta, B. A. Scott, and A. Schrott, Appl. Phys. Lett. 73, 780 (1998).
18. H.-T. Kim, B. G. Chae, D. H. Youn, S. L. Maeng, and K. Y. Kang, cond-mat/0308042.
19. H. Ohno, D. Chiba, F. Matsukura, T. Omiyra, E. Abe, T. Dietl, Y. Ohno, and K. Ohtani, Nature 408, 944 (2000).
20. G. Horowitz, Adv. Mater. 10, 365 (1998).
21. H. E. Katz and Z. Bao, J. Phys. Chem. B 104, 671 (2000).
22. Z. Bao, A. Dodabalapur, and A. J. Lovinger, Appl. Phys. Lett. 69, 4108 (1996). H. Sirringhaus, P. J. Brown, R. H. Friend, M. M. Nielsen, K. Bechgaard, B. M. W. Langeveld-Voss, A. J. H. Spiering, R. A. J. Janssen, E. W. Meijer, P. Herwig, and D. M. de Leeuw, Nature 401, 685 (1999).
23. Z. Bao, A. Dodabalapur, and A. J. Lovinger, Appl. Phys. Lett. 69, 4108 (1996). H. Sirringhaus, P. J. Brown, R. H. Friend, M. M. Nielsen, K. Bechgaard, B. M. W. Langeveld-Voss, A. J. H. Spiering, R. A. J. Janssen, E. W. Meijer, P. Herwig, and D. M. de Leeuw, Nature 401, 685 (1999).
24. G. H. Gelinck, T. C. T. Geuns, and D. M. de Leeuw, Appl. Phys. Lett. 77, 1487 (2000).
25. C. D. Dimitrakopoulos and P. R. L. Malenfant, Adv. Mater. 14, 99 (2002).
26. G. Horowitz, Adv. Funct. Mater. 13, 53 (2003).
27. I. H. Campbell and D. L. Smith, Solid State Phys. 55, 1 (2001).
28. M. C. J. M. Vissenberg and M. Matters, Phys. Rev. B 57, 12964 (1998).
29. S. F. Nelson, Y. -Y. Lin, D. J. Gundlach, and T. N. Jackson, Appl. Phys. Lett. 72, 1854 (1998).
30. V. Podzorov, V. M. Pudalov, and M. E. Gershenson, Appl. Phys. Lett. 82, 1739 (2003).
31. V. Podzorov, S. E. Sysoev, E. Loginova, V. M. Pudalov, and M. E. Gershenson, Appl. Phys. Lett. 83, 3504 (2003).
32. R. W. I. de Boer, T. M. Klapwijk, and A. F. Morpurgo, Appl. Phys. Lett. 83, 4345 (2003).
33. J. Takeya, C. Goldmann, S. Haas, K. P. Pernstich, B. Ketterer, and B. Batlogg, J. Appl. Phys. 94, 5800 (2003).
34. V. V. Butko, X. Chi, D. V. Lang, and A. P. Ramirez, Appl. Phys. Lett. 83, 4773 (2003).
35. V. V. Butko, X. Chi, and A. P. Ramirez, Solid State Commun. 128, 431 (2003).
36. G. Horowitz, F. Garnier, A. Yassar, R. Hajlaoui, and F. Kouki, Adv. Mater. 8, 52 (1996).
37. M. Ichikawa, H. Yanagi, Y. Shimizu, S. Hotta, N. Suganuma, T. Koyama, and Y. Taniguchi, Adv. Mater. 14, 1272 (2002).
38. A. F. Hebard, M. J. Rosseinsky, R. C. Haddon, D. W. Murphy, S. H. Glarum, T. T. M. Palstra, A. P. Ramirez, and A. R. Kortan, Nature 350, 600 (1991). O. Gunnarsson, E. Koch, and R. M. Martin, Phys. Rev. B 54, 11026 (1996).
39. A. F. Hebard, M. J. Rosseinsky, R. C. Haddon, D. W. Murphy, S. H. Glarum, T. T. M. Palstra, A. P. Ramirez, and A. R. Kortan, Nature 350, 600 (1991). O. Gunnarsson, E. Koch, and R. M. Martin, Phys. Rev. B 54, 11026 (1996).
40. Ch. Kloc, P. G. Simpkins, T. Siegrist, and R. A. Laudise, J. Cryst. Growth 182, 416 (1997).
41. R. A. Laudise, Ch. Kloc, P. G. Simpkins, and T. Siegrist, J. Crystal Growth 187, 449 (1998).
42. M. Mas-Torrent, M. Durkut, P. Hadley, X. Ribas, and C. Rovira, J. Am, Chem. Soc. 126, 984 (2004).
43. R. Dabestani, M. Nelson, and M. E. Sigman, Photochem. Photobiol. 64, 80 (1996).
44. R. A. Laudise, The Growth of Single Crystals (Englewood Cliffs, N. J., Prentice-Hall, 1970).
45. R. W. I. de Boer, M. Jochemsen, T. M. Klapwijk, A. F. Morpurgo, J. Niemax, A. K. Tripathi, and J. Pflaum, J. Appl. Phys. 95, 1196 (2004).
46. G. Horowitz, B. Bachet, A. Yassar, P. Lang, F. Demanze, J.-L. Fave, and F. Gamier, Chem. Mater. 7, 1337 (1995). T. Siegrist, R. M. Fleming, R. C. Haddon, R. A. Laudise, A. J. Lovinger, H. E. Katz, P. M. Bridenbaugh, and D. D. Davis, J. Mater. Res. 10, 2170 (1995).
47. G. Horowitz, B. Bachet, A. Yassar, P. Lang, F. Demanze, J.-L. Fave, and F. Gamier, Chem. Mater. 7, 1337 (1995). T. Siegrist, R. M. Fleming, R. C. Haddon, R. A. Laudise, A. J. Lovinger, H. E. Katz, P. M. Bridenbaugh, and D. D. Davis, J. Mater. Res. 10, 2170 (1995).
48. U. Sondermann, A. Kutoglu, and H. Bässler, J. Phys. Chem. 89, 1735 (1985).
49. J. Vrijmoeth, R. W. Stok, R. Veldman, W. A. Schoonveld, and T. M. Klapwijk, J. Appl. Phys. 83, 3816 (1998).
50. D. C. Hoesterey and G. M. Letson, J. Phys. Chem. Solids 24, 1609 (1963).
51. J. Pflaum, private communication.
52. N. Karl, Organic Semiconductors, in: Landolt-Boernstein (New Series), Group III, Vol. 17 Semiconductors, edited by O. Madelung, M. Schulz, H. Weiss, (Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo 1985) Subvolume 17i, pp. 106-218. Updated edition: Vol. 41E (2000).
53. N. Karl and J. Martanner, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 355, 149 (2001).
54. M. A. Lampert and P. Mark, Current Injection in Solids (Academic Press Inc., New York, 1970).
55. K. C. Kao and W. Hwang, Electrical Transport in Solids (Pergamon Press, Oxford, 1981).
56. J. Zaumseil, T. Someya, Z. N. Bao, Y. L. Loo, R. Cirelli, and J. A. Rogers, Appl. Phys. Lett. 82, 793 (2003).
57. O. Jurchescu and T. T. M. Palstra, private communication.
58. V. C. Sundar, J. Zaumseil, V. Podzorov, E. Menard, R. L. Willett, T. Someya, M. E. Gershenson, and J. A. Rogers, Science 303, 1644 (2004). V. Podzorov, E. Menard, A. Borissov, V. Kiryukhin, J. A. Rogers, and M. E. Gershenson, cond-mat/0403575
59. V. C. Sundar, J. Zaumseil, V. Podzorov, E. Menard, R. L. Willett, T. Someya, M. E. Gershenson, and J. A. Rogers, Science 303, 1644 (2004). V. Podzorov, E. Menard, A. Borissov, V. Kiryukhin, J. A. Rogers, and M. E. Gershenson, cond-mat/0403575.
60. R. B. van Dover, L. D. Schneemeyer, and R. M. Fleming, Nature 392, 162 (1998).
61. W. Ren, S. Trolier-McKinstry, C. A. Randall, and T. R. Shrout, J. Appl. Phys. 89, 767 (2001).
62. R. M. Fleming, D. V. Lang, C. D. W. Jones, M. L. Steigerwald, D. W. Murphy, G. B. Alers, Y. H. Wong, R. B. van Dover, J. R. Kwo, and A. M. Sergent, J. Appl. Phys. 88, 850 (2000).
63. C. Shen and A. Kahn, J. Appl. Phys. 90, 4549 (2001).
64. J. Liu, T. Guo, Y. Shi, and Y. Yang, J. Appl. Phys. 89, 3668 (2001).
65. D. B. A. Rep, A. F. Morpurgo, and T. M. Klapwijk, Organic Electronics 4, 201 (2003).
66. W. Gao and A. Kahn, Appl. Phys. Lett. 82, 4815 (2003).
67. R. W. I. de Boer, A. F. Stassen, T. M. Klapwijk, and A. F. Morpurgo, unpublished results.
68. H. Klauk, M. Halik, U. Zschieschang, G. Schmid, W. Radlik, and W. Weber, J. Appl. Phys. 92, 5259 (2002).
69. E. J. Meijer, D. M. de Leeuw, S. Setayesh, E. van Veenendaal, B.-H. Huisman, P. W. M. Blom, J. C. Hummelen, U. Scherf, and T. M. Klapwijk, Nature Materials 2, 678 (2003).
70. -3 is the bulk concentration of traps, and d is the effective channel thickness (≤10 nm). The corresponding threshold voltage, associated with the bulk traps in the studied devices, is therefore very small (<0.1 V).
71. C. D. Dimitrakopoulos, S. Purushothaman, J. Kymissis, A. Callegari, and J. M. Shaw, Science 283, 822 (1999).
72. Y. -Y. Lin, D. J. Gundlach, S. F. Nelson, and T. N. Jackson, IEEE Trans. Electron Devices 44, 1325 (1997).
73. H. Klauk, D. J. Gundlach, J. A. Nichols, and T. N. Jackson, IEEE Trans. Electron Devices 46, 1258 (1999).
74. C. D. Dimitrakopoulos, I. Kymissis, S. Purushothaman, D. A. Neumayer, P. R. Duncombe, and R. B. Laibowitz, Adv. Mater. 11, 1372 (1999).
75. J. Kanicki, F. R. Libsch, J. Griffith, and R. Polastre, J. Appl. Phys. 69, 2339 (1991).
76. R. Heemskerk and T. M. Klapwijk, Phys. Rev. B 58, R1754 (1998).
77. M. Shur, M. Hack, and J. G. Shaw, J. Appl. Phys. 66, 3371 (1989).
78. M. W. Wu and E. M. Conwell, Chem. Phys. Lett. 266, 363 (1997).
79. L. Friedman, Phil. Mag. 38, 467 (1978).
80. A. F. Stassen, R. W. I. de Boer, T. M. Klapwijk, and A. F. Morpurgo, work in progress.
81. V. Podzorov and M. E. Gershenson, work in progress.
82. D. J. Gundlach, J. A. Nichols, L. Zhou, and T. N. Jackson, Appl. Phys. Lett. 80, 2925 (2002).
83. O. D. Jurchescu, J. Baas, and T. T. M. Palstra, to be published in Appl. Phys. Lett.
84. O. D. Jurchescu, A. F. Stassen et al., work in progress.
85. G. Horowitz, Synth. Met. 138, 101 (2003).
86. A. B. Chwang and C. D. Frisbie, J. Phys. Chem. B 104, 12202 (2000). P. V. Necliudov, M. S. Shur, D. J. Gundlach, and T. N. Jackson, Solid State Electron. 47, 259 (2003). J. Zaumseil, K. W. Baldwin, and J. A. Rogers, J. Appl. Phys. 93, 6117 (2003).
87. A. B. Chwang and C. D. Frisbie, J. Phys. Chem. B 104, 12202 (2000). P. V. Necliudov, M. S. Shur, D. J. Gundlach, and T. N. Jackson, Solid State Electron. 47, 259 (2003). J. Zaumseil, K. W. Baldwin, and J. A. Rogers, J. Appl. Phys. 93, 6117 (2003).
88. A. B. Chwang and C. D. Frisbie, J. Phys. Chem. B 104, 12202 (2000). P. V. Necliudov, M. S. Shur, D. J. Gundlach, and T. N. Jackson, Solid State Electron. 47, 259 (2003). J. Zaumseil, K. W. Baldwin, and J. A. Rogers, J. Appl. Phys. 93, 6117 (2003).
89. S. Fratini and S. Ciuchi, Phys. Rev. Lett. 91, 256403 (2003).
90. M. Capone and S. Ciuchi, Phys. Rev. Lett. 91, 186405 (2003).
91. J. E. Anthony, D. L. Eaton, and S. R. Parkin, Org. Lett. 4, 15 (2002).
92. D. W. Clack and J. R. Yandle, Inorg. Chem. 11, 1738 (1972).
93. M. S. Liao and S. Scheiner, J. Chem Phys. 114, 9780 (2001).
94. K. Awaga and Y. Maruyama, Phys. Rev. B 44, 2589 (1991).
95. M. Evangelisti, J. Bartolome, L. J. de Jongh, and G. Filoti, Phys. Rev. B 66, 144410 (2002).