We fabricated stretchable molybdenum disulfide thin-film transistors (MoS2 TFTs) on poly(dimethylsiloxane) substrates using ion gels as elastic gate dielectrics. The TFTs exhibited an electron mobility of 1.40 cm2/(V·s) and an on/off current ratio of 104 with a notably low threshold voltage (∼1 V). Furthermore, our MoS2 TFTs operated at a mechanical strain of 5% without significant degradation of their electrical properties. These results demonstrate the potential for using MoS2 films for stretchable electronics.
REFERENCES
1.
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
).2.
T.
Sekitani
, Y.
Noguchi
, K.
Hata
, T.
Fukushima
, T.
Aida
, and T.
Someya
, Science
321
, 1468
(2008
).3.
I. M.
Graz
, D. P. J.
Cotton
, A.
Robinson
, and S. P.
Lacour
, Appl. Phys. Lett.
98
, 124101
(2011
).4.
D.-Y.
Khang
, H.
Jiang
, Y.
Huang
, and J. A.
Rogers
, Science
311
, 208
(2006
).5.
D.-H.
Kim
, J.-H.
Ahn
, W. M.
Choi
, H.-S.
Kim
, T.-H.
Kim
, J.
Song
, Y. Y.
Huang
, Z.
Liu
, C.
Lu
, and J. A.
Rogers
, Science
320
, 507
(2008
).6.
K.
Park
, D.-K.
Lee
, B.-S.
Kim
, H.
Jeon
, N.-E.
Lee
, D.
Whang
, H.-J.
Lee
, Y. J.
Kim
, and J.-H.
Ahn
, Adv. Funct. Mater.
20
, 3577
(2010
).7.
J. A.
Rogers
, T.
Someya
, and Y.
Huang
, Science
327
, 1603
(2010
).8.
T.
Sekitani
and T.
Someya
, Adv. Mater.
22
, 2228
(2010
).9.
D. J.
Lipomi
, M.
Vosgueritchian
, B. C.-K.
Tee
, S. L.
Hellstrom
, J. A.
Lee
, C. H.
Fox
, and Z.
Bao
, Nat. Nanotechnol.
6
, 788
(2011
).10.
S.-K.
Lee
, B. J.
Kim
, H.
Jang
, S. C.
Yoon
, C.
Lee
, B. H.
Hong
, J. A.
Rogers
, J.-H.
Cho
, and J. H.
Ahn
, Nano Lett.
11
, 4642
(2011
).11.
C.
Lee
, X.
Wei
, J. W.
Kysar
, and J.
Hone
, Science
321
, 385
(2008
).12.
K. S.
Kim
, Y.
Zhao
, H.
Jang
, S. Y.
Lee
, J. M.
Kim
, K. S.
Kim
, J.-H.
Ahn
, P.
Kim
, J.-Y.
Choi
, and B. H.
Hong
, Nature
457
, 706
(2009
).13.
C. S.
Ruiz-Vargas
, H. L.
Zhuang
, P. Y.
Huang
, A. M.
van der Zande
, S.
Garg
, P. L.
McEuen
, D. A.
Muller
, R. G.
Hennig
, and J.
Park
, Nano Lett.
11
, 2259
(2011
).14.
X.-W.
Fu
, Z.-M.
Liao
, J.-X.
Zhou
, Y.-B.
Zhou
, H.-C.
Wu
, R.
Zhang
, G.
Jing
, J.
Xu
, X.
Wu
, W.
Guo
, and D.
Yu
, Appl. Phys. Lett.
99
, 213107
(2011
).15.
K. S.
Novoselov
, D.
Jiang
, F.
Schedin
, T. J.
Booth
, V. V.
Khotkevich
, S. V.
Morozov
, and A. K.
Geim
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
102
, 10451
(2005
).16.
B.
Radisavljevic
, A.
Radenovic
, J.
Brivio
, V.
Giacometti
, and A.
Kis
, Nat. Nanotechnol.
6
, 147
(2011
).17.
A.
Splendiani
, L.
Sun
, Y.
Zhang
, T.
Li
, J.
Kim
, C.-Y.
Chim
, G.
Galli
, and F.
Wang
, Nano Lett.
10
, 1271
(2010
).18.
K. F.
Mak
, C.
Lee
, J.
Hone
, J.
Shan
, and T. F.
Heinz
, Phys. Rev. Lett.
105
, 136805
(2010
).19.
S.
Bertolazzi
, J.
Brivio
, and A.
Kis
, ACS Nano
5
, 9703
(2011
).20.
A.
Castellanos-Gomez
, M.
Poot
, G. A.
Steele
, H. S. J.
van der Zant
, N.
Agrait
, and G.
Rubio-Bollinger
, Adv. Mater.
24
, 772
(2012
).21.
Y.
Zhang
, J.
Ye
, Y.
Matsuhashi
, and Y.
Iwasa
, Nano Lett.
12
, 1136
(2012
).22.
K.
Taniguchi
, A.
Matsumoto
, H.
Shimotani
, and H.
Takagi
, Appl. Phys. Lett.
101
, 042603
(2012
).23.
J. T.
Ye
, Y. J.
Zhang
, R.
Akashi
, M. S.
Bahramy
, R.
Arita
, and Y.
Iwasa
, Science
338
, 1193
(2012
).24.
J. N.
Coleman
, M.
Lotya
, A.
O'Neill
, S. D.
Bergin
, P. J.
King
, U.
Khan
, K.
Young
, A.
Gaucher
, S.
De
, R. J.
Smith
, I. V.
Shvets
, S. K.
Arora
, G.
Stanton
, H.-Y.
Kim
, K.
Lee
, G. T.
Kim
, G. S.
Duesberg
, T.
Hallam
, J. J.
Boland
, J. J.
Wang
, J. F.
Donegan
, J. C.
Grunlan
, G.
Moriarty
, A.
Shmeliov
, R. J.
Nicholls
, J. M.
Perkins
, E. M.
Grieveson
, K.
Theuwissen
, D. W.
McComb
, P. D.
Nellist
, and V.
Nicolosi
, Science
331
, 568
(2011
).25.
G.
Eda
, H.
Yamaguchi
, D.
Voiry
, T.
Fujita
, M. W.
Chen
, and M.
Chhowalla
, Nano Lett.
11
, 5111
(2011
).26.
Z.
Zeng
, T.
Sun
, J.
Zhu
, X.
Huang
, Z.
Yin
, G.
Lu
, Z.
Fan
, Q.
Yan
, H. H.
Hng
, and H.
Zhang
, Angew. Chem., Int. Ed.
51
, 9052
(2012
).27.
Y.-H.
Lee
, X.-Q.
Zhang
, W.
Zhang
, M.-T.
Chang
, C.-T.
Lin
, K.-D.
Chang
, Y.-C.
Yu
, J. T.-W.
Wang
, C.-S.
Chang
, L.-J.
Li
, and T.-W.
Lin
, Adv. Mater.
24
, 2320
(2012
).28.
K.-K.
Liu
, W.
Zhang
, Y.-H.
Lee
, Y.-C.
Lin
, M.-T.
Chang
, C.-Y.
Su
, C.-S.
Chang
, H.
Li
, Y.
Shi
, H.
Zhang
, C.-S.
Lai
, and L.-J.
Li
, Nano Lett.
12
, 1538
(2012
).29.
J.
Pu
, Y.
Yomogida
, K.-K.
Liu
, L.-J.
Li
, Y.
Iwasa
, and T.
Takenobu
, Nano Lett.
12
, 4013
(2012
).30.
M. A. B. H.
Susan
, T.
Kaneko
, A.
Noda
, and M.
Watanabe
, J. Am. Chem. Soc.
127
, 4976
(2005
).31.
J.
Lee
, M. J.
Panzer
, Y.
He
, T. P.
Lodge
, and C. D.
Frisbie
, J. Am. Chem. Soc.
129
, 4532
(2007
).32.
J. H.
Cho
, J.
Lee
, Y.
Xia
, B.
Kim
, Y.
He
, M. J.
Renn
, T. P.
Lodge
, and C. D.
Frisbie
, Nat. Mater.
7
, 900
(2008
).33.
J. H.
Cho
, J.
Lee
, Y.
He
, B. S.
Kim
, T. P.
Lodge
, and C. D.
Frisbie
, Adv. Mater.
20
, 686
(2008
).34.
J.
Lee
, L. G.
Kaake
, J. H.
Cho
, X.-Y.
Zhu
, T. P.
Lodge
, and C. D.
Frisbie
, J. Phys. Chem. C
113
, 8972
(2009
).35.
Y.
Xia
, W.
Zhang
, M.
Ha
, J. H.
Cho
, M. J.
Renn
, C. H.
Kim
, and C. D.
Frisbie
, Adv. Funct. Mater.
20
, 587
(2010
).36.
M.
Ha
, Y.
Xia
, A. A.
Green
, W.
Zhang
, M. J.
Renn
, C. H.
Kim
, M. C.
Hersam
, and C. D.
Frisbie
, ACS Nano
4
, 4388
(2010
).37.
Y.
Yomogida
, J.
Pu
, H.
Shimotani
, S.
Ono
, S.
Hotta
, Y.
Iwasa
, and T.
Takenobu
, Adv. Mater.
24
, 4392
(2012
).38.
S. V.
Morozov
, K. S.
Novoselov
, M. I.
Katsnelson
, F.
Schedin
, D. C.
Elias
, J. A.
Jaszczak
, and A. K.
Geim1
, Phys. Rev. Lett.
100
, 016602
(2008
).39.
G. C.
Randall
and P. S.
Doyle
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
102
, 10813
(2005
).40.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4813311 for strain dependence of the Au electrode conductance, strain dependence of the ion-gel capacitance, optical and spectroscopic characterizations of the MoS2 thin films on PDMS substrates and strain relaxation in the domain boundaries.
41.
C.
Rice
, R. J.
Young
, R.
Zan
, U.
Bangert
, D.
Wolverson
, T.
Georgiou
, R.
Jalil
, and K. S.
Novoselov
, Phys. Rev. B
87
, 081307
(2013
).42.
K.
He
, C.
Poole
, K. F.
Mak
, and J.
Shan
, Nano Lett.
13
(6
), 2931
–2936
(2013
).43.
H. J.
Conley
, B.
Wang
, J. I.
Ziegler
, R. F.
Haglund
, Jr., S. T.
Pantelides
, and K. I.
Bolotin
, arXiv:1305.3880 [cond-mat.mes-hall].© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
