Solution-deposited organic - Inorganic hybrid multilayer gate dielectrics. Design, synthesis, microstructures, and electrical properties with thin-film transistors

Journal of the American Chemical Society

Volumn 133, Issue 26, 2011, Pages 10239-10250

  Ha, Young Geun ^a   Emery, Jonathan D ^b   Bedzyk, Michael J ^a,b   Usta, Hakan ^c   Facchetti, Antonio ^a,c   Marks, Tobin J ^a,b  

^a NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

^b Northwestern University   (United States)

^c POLYERA CORPORATION   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ALKYLPHOSPHONIC ACIDS; AMBIENT ATMOSPHERE; BUILDING BLOCKES; ELECTRICAL CAPACITANCE; FUNCTIONALIZED; INORGANIC HYBRIDS; INORGANIC SEMICONDUCTORS; LAYER-BY-LAYERS; LOW VOLTAGES; ORGANIC/INORGANIC HYBRIDS; PENTACENES; PERFORMANCE PARAMETERS; PHOSPHONIC ACIDS; RATIONAL SYNTHESIS; SELF-ASSEMBLED; SOLUTION PROCESS; ULTRA-THIN;

DIELECTRIC FILMS; DIELECTRIC PROPERTIES; GATE DIELECTRICS; GATES (TRANSISTOR); MULTILAYER FILMS; MULTILAYERS; ORGANIC ACIDS; SELF ASSEMBLED MONOLAYERS; SEMICONDUCTING ORGANIC COMPOUNDS; THIN FILM TRANSISTORS; TRANSISTORS; ZINC; ZIRCONIA; ZIRCONIUM;

TIN;

NANOMATERIAL; PHOSPHONIC ACID DERIVATIVE; UNCLASSIFIED DRUG; ZIRCONIA PHOSPHONATE; ZIRCONIUM OXIDE;

ARTICLE; DIELECTRIC CONSTANT; ELECTRIC CAPACITANCE; ELECTRIC POTENTIAL; ELECTRON; ENVIRONMENTAL TEMPERATURE; FILM; HYBRID; NANOFABRICATION; SEMICONDUCTOR; SYNTHESIS; THERMOSTABILITY; THICKNESS; THIN FILM TRANSISTOR;

EID: 79959892435     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja202755x     Document Type: Article

References (85)

1. Facchetti, A. Chem. Mater. 2011, 23, 733
2. Arias, A. C.; MacKenzie, J. D.; McCulloch, I.; Rivnay, J.; Salleo, A. Chem. Rev. 2010, 110, 3
3. Roberts, M. E.; Mannsfeld, S. C. B.; Queralto, N.; Reese, C.; Locklin, J.; Knoll, W.; Bao, Z. N. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 12134
4. Braga, D.; Horowitz, G. Adv. Mater. 2009, 21, 1473
5. Cho, J. H.; Lee, J.; Xia, Y.; Kim, B.; He, Y. Y.; Renn, M. J.; Lodge, T. P.; Frisbie, C. D. Nat. Mater. 2008, 7, 900
6. Klauk, H. Organic Electronics: Materials, Manufacturing and Applications; Wiley-VCH: Weinheim, 2006.
7. Kagan, C. R.; Andry, P. Thin-Film Transistors; Marcel Dekker: New York, 2003.
8. Sze, S. M.; Ng, K. K. Physics of Semiconductor Devices, 3 rd ed.; Wiley-Interscience: Hoboken, NJ, 2007.
9. Ramesh, R.; Schlom, D. G. MRS Bull. 2008, 33, 1006
10. Pal, B. N.; Dhar, B. M.; See, K. C.; Katz, H. E. Nat. Mater. 2009, 8, 898
11. Murphy, A. R.; Frechet, J. M. J. Chem. Rev. 2007, 107, 1066
12. Sekitani, T.; Zschieschang, U.; Klauk, H.; Someya, T. Nat. Mater. 2010, 9, 1015
13. Loo, Y. L.; McCulloch, I. MRS Bull. 2008, 33, 653
14. Marks, T. J. MRS Bull. 2010, 35, 1018
15. Facchetti, A. Mater. Today 2007, 10, 28
16. Yan, H.; Chen, Z. H.; Zhen , Y.; Newman, C.; Quinn, J. R.; Dotz, F.; Kastler, M.; Facchetti, A. Nature 2009, 457, 679
17. Zaumseil, J.; Sirringhaus, H. Chem. Rev. 2007, 107, 1296
18. Sun, Y. G.; Rogers, J. A. Adv. Mater. 2007, 19, 1897
19. Kim, F. S.; Guo, X. G.; Watson, M. D.; Jenekhe, S. A. Adv. Mater. 2010, 22, 478
20. Wong, W. W. H.; Singh, T. B.; Vak, D.; Pisula, W.; Yan, C.; Feng, X. L.; Williams, E. L.; Chan, K. L.; Mao, Q. H.; Jones, D. J.; Ma, C. Q.; Mullen, K.; Bauerle, P.; Holmes, A. B. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 927
21. Hutchison, G. R.; Ratner, M. A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 2339
22. Letizia, J. A.; Salata, M. R.; Tribout, C. M.; Facchetti, A.; Ratner, M. A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9679
23. Facchetti, A.; Yoon, M. H.; Stern, C. L.; Katz, H. E.; Marks, T. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 3900
24. Veres, J.; Ogier, S.; Lloyd, G.; de Leeuw, D. Chem. Mater. 2004, 16, 4543
25. Ortiz, R. P.; Facchetti, A.; Marks, T. J. Chem. Rev. 2010, 110, 205
26. Facchetti, A.; Yoon, M. H.; Marks, T. J. Adv. Mater. 2005, 17, 1705
27. Robertson, J. Rep. Prog. Phys. 2006, 69, 327
28. Acton, O.; Ting, G.; Ma, H.; Ka, J. W.; Yip, H. L.; Tucker, N. M.; Jen, A. K. Y. Adv. Mater. 2008, 20, 3697
29. Costescu, R. M.; Cahill, D. G.; Fabreguette, F. H.; Sechrist, Z. A.; George, S. M. Science 2004, 303, 989
30. Mitzi, D. B. Chem. Mater. 2001, 13, 3283
31. Klauk, H.; Zschieschang, U.; Pflaum, J.; Halik, M. Nature 2007, 445, 745
32. Zschieschang, U.; Ante, F.; Yamamoto, T.; Takimiya, K.; Kuwabara, H.; Ikeda, M.; Sekitani, T.; Someya, T.; Kern, K.; Klauk, H. Adv. Mater. 2010, 22, 982
33. Zschieschang, U.; Ante, F.; Schlorholz, M.; Schmidt, M.; Kern, K.; Klauk, H. Adv. Mater. 2010, 22, 4489
34. Acton, O.; Osaka, I.; Ting, G.; Hutchins, D.; Ma, H.; McCullough, R. D.; Jen, A. K. Y. Appl. Phys. Lett. 2009, 95
35. Ting, G. G.; Acton, O.; Ma, H.; Ka, J. W.; Jen, A. K. Y. Langmuir 2009, 25, 2140
36. Park, Y. M.; Daniel, J.; Heeney, M.; Salleo, A. Adv. Mater. 2011, 23, 971
37. DiBenedetto, S. A.; Frattarelli, D.; Ratner, M. A.; Facchetti, A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7528
38. DiBenedetto, S. A.; Frattarelli, D. L.; Facchetti, A.; Ratner, M. A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11080
39. Lee, B. H.; Ryu, M. K.; Choi, S. Y.; Lee, K. H.; Im, S.; Sung, M. M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 16034
40. Tredgold, R. H. Nature 1991, 354, 120
41. Ulman, A. Chem. Rev. 1996, 96, 1533
42. Lee, H.; Kepley, L. J.; Hong, H. G.; Akhter, S.; Mallouk, T. E. J. Phys. Chem. 1988, 92, 2597
43. Lee, H.; Kepley, L. J.; Hong, H. G.; Mallouk, T. E. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 618
44. Katz, H. E.; Scheller, G.; Putvinski, T. M.; Schilling, M. L.; Wilson, W. L.; Chidsey, C. E. D. Science 1991, 254, 1485
45. Katz, H. E.; Schilling, M. L. Chem. Mater. 1993, 5, 1162
46. Ha, Y. G.; Facchetti, A.; Marks, T. J. Chem. Mater. 2009, 21, 1173
47. Lin, W. B.; Lin, W. P.; Wong, G. K.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 8034
48. Zhu, P. W.; van der Boom, M. E.; Kang, H.; Evmenenko, G.; Dutta, P.; Marks, T. J. Chem. Mater. 2002, 14, 4982
49. Yoon, M. H.; Facchetti, A.; Marks, T. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 4678
50. Wang, L.; Yoon, M. H.; Lu, G.; Yang, Y.; Facchetti, A.; Marks, T. J. Nat. Mater. 2006, 5, 893
51. Facchetti, A.; Abbotto, A.; Beverina, L.; van der Boom, M. E.; Dutta, P.; Evmenenko, G.; Pagani, G. A.; Marks, T. J. Chem. Mater. 2003, 15, 1064
52. Kim, C.; Facchetti, A.; Marks, J. Science 2007, 318, 76
53. Parratt, L. G. Phys. Rev. 1954, 95, 359
54. Nelson, A. J. Appl. Crystallogr. 2006, 39, 273
55. Malik, A.; Lin, W.; Durbin, M. K.; Marks, T. J.; Dutta, P. J. Chem. Phys. 1997, 107, 645
56. Fukuto, M.; Heilmann, R. K.; Pershan, P. S.; Yu, S. J. M.; Soto, C. M.; Tirrell, D. A. J. Chem. Phys. 2003, 119, 6253
57. Lin, W. B.; Lee, T. L.; Lyman, P. F.; Lee, J. J.; Bedzyk, M. J.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2205
58. Ha, Y. G.; Jeong, S.; Wu, J. S.; Kim, M. G.; Dravid, V. P.; Facchetti, A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 17426
59. Byrne, P. D.; Facchetti, A.; Marks, T. J. Adv. Mater. 2008, 20, 2319
60. Kim, C.; Facchetti, A.; Marks, T. J. Adv. Mater. 2007, 19, 2561
61. Jeong, S.; Jeong, Y.; Moon, J. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 11082
62. Kim, D.; Jeong, Y.; Song, K.; Park, S. K.; Cao, G. Z.; Moon, J. Langmuir 2009, 25, 11149
63. Seo, S. J.; Hwang, Y. H.; Bae, B. S. Electrochem. Solid-State Lett. 2010, 13, H357
64. Chua, L. L.; Zaumseil, J.; Chang, J. F.; Ou, E. C. W.; Ho, P. K. H.; Sirringhaus, H.; Friend, R. H. Nature 2005, 434, 194
65. Hulea, I. N.; Fratini, S.; Xie, H.; Mulder, C. L.; Iossad, N. N.; Rastelli, G.; Ciuchi, S.; Morpurgo, A. F. Nat. Mater. 2006, 5, 982
66. Yoon, M. H.; Kim, C.; Facchetti, A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12851
67. Jo, S. J.; Kim, C. S.; Kim, J. B.; Kim, J.; Lee, M. J.; Hwang, H. S.; Baik, H. K.; Kim, Y. S. Appl. Phys. Lett. 2008, 93
68. Hwang, D. K.; Lee, K.; Kim, J. H.; Im, S.; Kim, C. S.; Baik, H. K.; Park, J. H.; Kim, E. Appl. Phys. Lett. 2006, 88
69. Zirkl, M.; Haase, A.; Fian, A.; Schon, H.; Sommer, C.; Jakopic, G.; Leising, G.; Stadlober, B.; Graz, I.; Gaar, N.; Schwodiauer, R.; Bauer-Gogonea, S.; Bauer, S. Adv. Mater. 2007, 19, 2241
70. Whitesides, G. M.; Grzybowski, B. Science 2002, 295, 2418
71. Love, J. C.; Estroff, L. A.; Kriebel, J. K.; Nuzzo, R. G.; Whitesides, G. M. Chem. Rev. 2005, 105, 1103
72. Action, B. O.; Ting, G. G.; Shamberger, P. J.; Ohuchi, F. S.; Ma, H.; Jen, A. K. Y. ACS Appl. Mater. Interfaces 2010, 2, 511
73. Fukuda, K.; Hamamoto, T.; Yokota, T.; Sekitani, T.; Zschieschang, U.; Klauk, H.; Someya, T. Appl. Phys. Lett. 2009, 95
74. Brzoska, J. B.; Shahidzadeh, N.; Rondelez, F. Nature 1992, 360, 719
75. Tao, Y. T. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 4350
76. Spori, D. M.; Venkataraman, N. V.; Tosatti, S. G. P.; Durmaz, F.; Spencer, N. D.; Zurcher, S. Langmuir 2007, 23, 8053
77. Boulas, C.; Davidovits, J. V.; Rondelez, F.; Vuillaume, D. Phys. Rev. Lett. 1996, 76, 4797
78. Virkar, A. A.; Mannsfeld, S.; Bao, Z. A.; Stingelin, N. Adv. Mater. 2010, 22, 3857
79. Yang, S. Y.; Shin, K.; Park, C. E. Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1806
80. Kobayashi, S.; Nishikawa, T.; Takenobu, T.; Mori, S.; Shimoda, T.; Mitani, T.; Shimotani, H.; Yoshimoto, N.; Ogawa, S.; Iwasa, Y. Nat. Mater. 2004, 3, 317
81. Rivnay, J.; Jimison, L. H.; Northrup, J. E.; Toney, M. F.; Noriega, R.; Lu, S. F.; Marks, T. J.; Facchetti, A.; Salleo, A. Nat. Mater. 2009, 8, 952
82. Fritz, S. E.; Kelley, T. W.; Frisbie, C. D. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 10574
83. Steudel, S.; De Vusser, S.; De Jonge, S.; Janssen, D.; Verlaak, S.; Genoe, J.; Heremans, P. Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 4400
84. Knipp, D.; Street, R. A.; Volkel, A. R. Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 3907
85. Pernstich, K. P.; Haas, S.; Oberhoff, D.; Goldmann, C.; Gundlach, D. J.; Batlogg, B.; Rashid, A. N.; Schitter, G. J. Appl. Phys. 2004, 96, 6431