Organic thin film transistors have been fabricated on plastic substrates using a combination of two ultrathin insulating films, namely a 6 nm Al2O3 film (grown by UV-Ozone treatment of a pre-deposited aluminium film) and a 25 nm parylene C film deposited by vapour phase, as gate dielectric. They show a very low leakage current density, around 2 × 10−9 A/cm2, and, most importantly, can be operated at voltages below 1 V. We demonstrate that this low-cost technique is highly reproducible and represents a step forward for the routine fabrication of ultra-low voltage plastic electronics.

1.
H.
Shirakawa
,
E. J.
Louis
,
A. G.
Mac Diarmid
,
C. K.
Chiang
, and
A. J.
Heeger
,
J. Chem. Soc., Chem. Commun.
578
(
1977
).
2.
H.
Koezuka
,
A.
Tsumura
, and
T.
Ando
,
Synth. Met.
18
,
699
(
1983
).
3.
D. H.
Kim
,
D. Y.
Lee
,
H. S.
Lee
,
W. H.
Lee
,
Y. H.
Kim
,
J.
In Han
, and
K.
Cho
,
Adv. Mater.
19
,
678
(
2007
).
4.
U.
Zschieschang
,
F.
Ante
,
T.
Yamamoto
,
K.
Takimiya
,
H.
Kuwabara
,
M.
Ikeda
,
T.
Sekitani
,
T.
Someya
,
K.
Kern
, and
H.
Klauk
,
Adv. Mater.
22
,
982
(
2010
).
5.
H. C.
Yan
,
Z.
Chen
,
Y.
Zheng
,
C. E.
Newman
,
J.
Quin
,
F.
Dolz
,
M.
Kastler
, and
A.
Facchetti
,
Nature
457
,
679
(
2009
).
6.
R. H.
Reuss
,
B. R.
Chalamala
,
A.
Moussessian
,
M. G.
Kane
,
A.
Kumar
,
D. C.
Zhang
,
J. A.
Rogers
,
M.
Hatalis
,
D.
Temple
,
G.
Moddel
 et al,
Proceedings of the IEEE
93
,
1239
(
2005
).
7.
G. H.
Gelinck
,
H.
Edzer
,
A.
Huitema
,
E.
van Veenendaal
,
E.
Cantatore
,
L.
Schrijnemakers
,
J. B. P. H.
van der Putten
,
T. C. T.
Geuns
,
M.
Beenhakkers
,
J. B.
Giesbers
 et al,
Nature Mater.
3
,
106
(
2004
).
8.
T.
Someya
,
Y.
Kato
,
T.
Sekitani
,
S.
Iba
,
Y.
Noguchi
,
Y.
Murase
,
H.
Kawaguchi
, and
T.
Sakurai
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
102
,
12321
(
2005
).
9.
M.
Barbaro
,
A.
Caboni
,
P.
Cosseddu
,
G.
Mattana
, and
A.
Bonfiglio
,
IEEE Trans. Inf. Technol. Biomed.
14
,
758
(
2010
).
10.
J.
Collet
,
O.
Tharaud
,
A.
Chapoton
, and
D.
Vuillaume
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
1941
(
2000
).
11.
M.
Halik
,
H.
Klauk
,
U.
Zschieschang
,
G.
Schmidt
,
C.
Dehm
,
M.
Schütz
,
S.
Maisch
,
F.
Effenberger
,
M.
Brunnbauer
, and
F.
Stellacci
,
Nature
431
,
963
(
2004
).
12.
H.
Klauk
,
U.
Zschieschang
,
J.
Pflaum
, and
M.
Halik
,
Nature
445
,
745
(
2007
).
14.
J. C.
Love
,
L. A.
Estroff
,
J. K.
Kriebel
,
R. G.
Nuzzo
, and
G. M.
Whitesides
,
Chem. Rev.
105
,
1103
(
2005
).
15.
F.-C.
Chen
,
C.-S.
Chuang
,
Y.-S.
Lin
,
L.-J.
Kung
,
T.-H.
Chen
, and
H.-P. D.
Shieh
,
Org. Electron.
7
,
435
(
2006
).
16.
W. C.
Shin
,
H.
Moon
,
S.
Yoo
,
Y.
Li
, and
B. J.
Cho
,
IEEE Electron Device Lett.
31
,
1308
(
2010
).
17.
Y.-G.
Ha
,
J. D.
Emery
,
M. J.
Bedzyk
,
H.
Usta
,
A.
Facchetti
, and
T. J.
Marks
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
10239
(
2011
).
18.
M.-H.
Yoon
,
H.
Yan
,
A.
Facchetti
, and
T.
Marks
,
J. Am. Chem. Soc.
127
,
10388
(
2005
).
19.
X.
Cheng
,
M.
Caironi
,
Y.-Y.
Noh
,
J.
Wang
,
C.
Newman
,
H.
Yan
,
A.
Facchetti
, and
H.
Sirringhaus
,
Chem. Mater.
22
,
1559
(
2010
).
20.
C. E.
Murphy
,
L.
Yang
,
S.
Ray
,
L.
Yu
,
S.
Knox
, and
N.
Stingelin
,
J. Appl. Phys.
110
,
093523
(
2011
).
21.
J. H.
Cho
,
J.
Lee
,
Y.
Xia
,
B. S.
Kim
,
Y.
He
,
M. J.
Renn
,
T. P.
Lodge
, and
C. D.
Frisbie
,
Nature Mater.
7
,
900
(
2008
).
22.
L.
Herlogsson
,
M.
Cölle
,
S.
Tierney
,
X.
Crispin
, and
M.
Berggren
,
Adv. Mater.
22
,
72
(
2010
).
23.
M. J.
Panzer
and
C. D.
Frisbie
,
J. Am. Chem. Soc.
129
,
6599
(
2007
).
24.
L. L.
Chua
,
J.
Zaumseil
,
J. F.
Chang
,
E.
Ou
,
H.
Sirringhaus
, and
R. H.
Friend
,
Nature
434
,
194
(
2005
).
25.
M.
Kaltenbrunner
,
P.
Stadler
,
R.
Schwödiauer
,
A. W.
Hassel
,
N. S.
Sariciftci
, and
S.
Bauer
,
Adv. Mater.
23
,
4892
(
2011
).
26.
X.-D.
Dang
,
W.
Plieth
,
S.
Richter
,
M.
Plötner
, and
W.-J.
Fischer
,
Phys. Status Solidi A
205
,
626
(
2008
).
27.
A.
Khabari
and
F. K.
Urban
 III
,
J. Non-Cryst. Solids
351
,
3536
(
2005
).
28.
K.
Crain
,
Surf. Mount Technol.
9
,
50
(
1995
).
29.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.3691181 for the electrical characterization of bare Al2O3 devices, a comparison of the main electrical parameter in the two different configurations, and a morphological investigation of the employed PET substrate.
30.
F. D.
Fleischli
,
S.
Suarez
,
M.
Schaer
, and
L.
Zuppiroli
,
Langmuir
26
,
15044
(
2010
).
31.
A.
Kahouli
,
A.
Sylvestre
,
L.
Ortega
,
F.
Jomni
,
B.
Yangui
,
M.
Maillard
,
B.
Berge
,
J.-C.
Robert
, and
J.
Legrand
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
152901
(
2009
).
32.
D.
Wright
,
B.
Rajalingam
,
S.
Selvarasah
,
M. R.
Dokmecid
, and
A.
Khademhosseini
,
Lab Chip
7
,
1272
(
2007
).
33.
A.
Rolland
,
J.
Richard
,
J. P.
Kleider
, and
D.
Mencaraglia
,
J. Electrochem. Soc.
140
,
3679
(
1993
).
34.
T.
Sekitani
,
U.
Zschieschang
,
H.
klauk
, and
T.
Someya
,
Nature Mater.
9
,
1015
(
2010
).
35.
N. B.
Ukah
,
J.
Granstrom
,
R. R. S.
Gari
,
G. M.
King
, and
S.
Guha
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
243302
(
2011
).
36.
U.
Zschieschang
,
T.
Yamamoto
,
K.
Takimiya
,
H.
Kuwabara
,
M.
Ikeda
,
T.
Sekitani
,
T.
Someya
, and
H.
Klauk
,
Adv. Mater.
23
,
654
(
2011
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.