Ink-jet printing is an important process for placing active electronics on plastic substrates. We demonstrate ink-jet printing as a viable method for large area fabrication of carbon nanotube (CNT) thin film transistors (TFTs). We investigate different routes for producing stable CNT solutions (“inks”). These consist of dispersion methods for CNT debundling and the use of different solvents, such as N-methyl-2-pyrrolidone. The resulting printable inks are dispensed by ink-jet onto electrode bearing silicon substrates. The source to drain electrode gap is bridged by percolating networks of CNTs. Despite the presence of metallic CNTs, our devices exhibit field effect behavior, with effective mobility of 0.07cm2/Vs and ON/OFF current ratio of up to 100. This result demonstrates the feasibility of ink-jet printing of nanostructured materials for TFT manufacture.

1.
S. R.
Forrest
,
Nature (London)
428
,
911
(
2004
).
2.
H.
Sirringhaus
,
T.
Kawase
,
R. H.
Friend
,
T.
Shimoda
,
M.
Inbasekaran
,
W.
Wu
, and
E. P.
Woo
,
Science
290
,
2123
(
2000
).
3.
Y.
Sun
,
E.
Menard
,
J. A.
Rogers
,
H. -S.
Kim
,
S.
Kim
,
G.
Chen
,
I.
Adesida
,
R.
Dettmer
,
R.
Cortez
, and
A.
Tewksbury
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
183509
(
2006
).
4.
M. C.
McAlpine
,
R. S.
Friedman
, and
C. M.
Lieber
,
Proc. IEEE
93
,
1357
(
2005
).
5.
M.
Matters
,
D. M.
de Leeuw
,
M. J. C. M.
Vissenberg
,
C. M.
Hart
,
P. T.
Herwig
,
T.
Geuns
,
C. M. J.
Musaers
, and
C. J.
Drury
,
Opt. Mater.
12
,
189
(
1999
).
6.
P.
Peumans
,
S.
Uchida
, and
S. R.
Forrest
,
Nature (London)
425
,
158
(
2003
).
7.
P.
Servati
and
A.
Nathan
,
Proc. IEEE
93
,
1257
(
2005
).
8.
C. D.
Dimitrakopoulos
and
P. R. L.
Malenfant
,
Adv. Mater.
14
,
99
(
2002
).
9.
S. P.
Li
,
D. P.
Chu
,
C. J.
Newsome
,
D. M.
Russell
,
T.
Kugler
,
M.
Ishida
, and
T.
Shimoda
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
232111
(
2005
).
10.
A. C.
Arias
,
S. E.
Ready
,
R.
Lujan
,
W. S.
Wong
,
K. E.
Paul
,
A.
Salleo
,
M. L.
Chabinyc
,
R.
Apte
,
R. A.
Street
,
Y.
Wu
,
P.
Liu
, and
B.
Ong
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
3304
(
2004
).
11.
Y.
Wu
,
Y.
Li
,
B. S.
Ong
,
P.
Liu
,
S.
Gardner
, and
B.
Chiang
,
Adv. Mater.
17
,
184
(
2005
).
12.
C. W.
Sele
,
T.
von Werne
,
R. H.
Friend
, and
H.
Sirringhaus
,
Adv. Mater.
17
,
997
(
2005
).
13.
M.
Chason
,
P. W.
Brazis
, Jr.
,
J.
Zhang
,
K.
Kalyanasundaram
, and
D. R.
Gamota
,
Proc. IEEE
93
,
1348
(
2005
).
14.
X. -Z.
Bo
,
C. Y.
Lee
,
M. S.
Strano
,
M.
Goldfinger
,
C.
Nuckolls
, and
G. B.
Blanchet
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
182102
(
2005
).
15.
S. H.
Hur
,
C.
Kocabas
,
A.
Gaur
,
O. O.
Park
,
M.
Shim
, and
J. A.
Rogers
,
J. Appl. Phys.
98
,
114302
(
2005
).
16.
E. S.
Snow
,
J. P.
Novak
,
P. M.
Campbell
, and
D.
Park
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
2145
(
2003
).
17.
H.
Ko
and
V. V.
Tsukruk
,
Nano Lett.
6
,
1443
(
2006
).
18.
H. E.
Unalan
,
G.
Fanchini
,
A.
Kanwal
,
A.
Du Pasquier
, and
M.
Chhowalla
,
Nano Lett.
6
,
677
(
2006
).
19.
A.
Schindler
,
J.
Brill
,
N.
Fruehauf
,
J. P.
Novak
, and
Z.
Yaniv
,
Physica E (Amsterdam)
37
,
119
(
2007
).
20.
E.
Artukovic
,
M.
Kaempgen
,
D. S.
Hecht
,
S.
Roth
, and
G.
Grüner
,
Nano Lett.
5
,
757
(
2005
).
21.
K.
Kordás
,
T.
Mustonen
,
G.
Tóth
,
H.
Jantunen
,
M.
Lajunen
,
C.
Soldano
,
S.
Talapatra
,
S.
Kar
,
R.
Vajtai
, and
P. M.
Ajayan
,
Small
2
,
1021
(
2006
).
22.
S.
Giordani
,
S. D.
Bergin
,
V.
Nicolosi
,
S.
Lebedkin
,
M. M.
Kappes
,
W. J.
Blau
, and
J. N.
Coleman
,
J. Phys. Chem. B
110
,
15708
(
2006
).
23.
K. D.
Ausman
,
R.
Piner
,
O.
Lourie
,
R. S.
Ruoff
, and
M.
Korobov
,
J. Phys. Chem. B
104
,
8911
(
2000
).
24.
J. L.
Bahr
,
E. T.
Mickelson
,
M. J.
Bronikowski
,
R. E.
Smalley
, and
J. M.
Tour
,
Chem. Commun.
2
193
(
2001
).
25.
T.
Hasan
,
V.
Scardaci
,
A. G.
Rozhin
,
P. H.
Tan
,
W. I.
Milne
, and
A. C.
Ferrari
,
J. Phys. Chem. C.
(in press), ASAP Article 10.1021/jp0723012 S1932-7447(07)02301-1.
26.
P.
Nikolaev
,
M. J.
Bronikowski
,
R. K.
Bradley
,
F.
Rohmund
,
D. T.
Colbert
,
K. A.
Smith
, and
R. E.
Smalley
,
Chem. Phys. Lett.
313
,
91
(
1999
).
27.
M. J.
O’Connell
,
S. M.
Bachilo
,
C. B.
Huffman
,
V. C.
Moore
,
M. S.
Strano
,
E. H.
Haroz
,
K. L.
Rialon
,
P. J.
Boul
,
W. H.
Noon
,
C.
Kittrell
,
J.
Ma
,
R. H.
Hauge
,
R. B.
Weisman
, and
R. E.
Smalley
,
Science
297
,
593
(
2002
).
28.
D. R.
Lide
,
Handbook of Chemistry and Physics
86th ed. (
CRC Press
,
Boca Raton, FL
,
2005
).
29.
B. J.
de Gans
,
P. C.
Duineveld
, and
U. S.
Schubert
,
Adv. Mater.
16
,
203
(
2004
).
30.
I. W.
Chiang
,
B. E.
Brinson
,
A. Y.
Huang
,
P. A.
Willis
,
M. J.
Bronikowski
,
J. L.
Margrave
,
R. E.
Smalley
, and
R. H.
Hauge
,
J. Phys. Chem. B
105
,
8297
(
2001
).
31.
P. A.
Temple
and
C. E.
Hataway
,
Phys. Rev. B
7
,
3685
(
1973
).
32.
H.
Telg
,
J.
Maultzsch
,
S.
Reich
,
F.
Hennrich
, and
C.
Thomsen
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
177401
(
2004
).
33.
H.
Kataura
,
Y.
Kumazawa
,
Y.
Maniwa
,
I.
Umezu
,
S.
Suzuki
,
Y.
Ohtsuka
, and
Y.
Achiba
,
Synth. Met.
103
,
2555
(
1999
).
34.
A.
Jorio
,
C.
Fantini
,
M. A.
Pimenta
,
R. B.
Capaz
,
G.
Samsonidze
,
G.
Dresselhaus
,
M.S.
Dresselhaus
,
J.
Jiang
,
N.
Kobayashi
,
A.
Grüneis
, and
R.
Saito
,
Phys. Rev. B
71
,
075401
(
2005
).
35.
M. A.
Pimenta
,
A.
Marucci
,
S. A.
Empedocles
,
M. G.
Bawendi
,
E. B.
Hanlon
,
A. M.
Rao
,
P. C.
Eklund
,
R. E.
Smalley
,
G.
Dresselhaus
, and
M. S.
Dresselhaus
,
Phys. Rev. B
58
,
R16016
(
1998
).
36.
M.
Lazzeri
,
S.
Piscanec
,
F.
Mauri
,
A. C.
Ferrari
, and
J.
Robertson
,
Phys. Rev. B
73
,
155426
(
2006
).
37.
S.
Piscanec
,
M.
Lazzeri
,
J.
Robertson
,
A. C.
Ferrari
, and
F.
Mauri
,
Phys. Rev. B
75
,
035427
(
2007
).
38.
M. S.
Arnold
,
A. A.
Green
,
J. F.
Hulvat
,
S. I.
Stupp
, and
M. C.
Hersam
,
Nat. Nanotechnol.
1
,
60
(
2006
).
39.
D.
Whang
,
S.
Jin
,
Y.
Wu
, and
C. M.
Lieber
,
Nano Lett.
3
,
1255
(
2003
).
40.
X.
Li
,
L.
Zhang
,
X.
Wang
,
I.
Shimoyama
,
X.
Sun
,
W. -S.
Seo
, and
H.
Dai
,
J. Am. Chem. Soc.
129
,
4890
(
2007
).
41.
J. A.
Liddle
,
Y.
Cui
, and
P.
Alivisatos
,
J. Vac. Sci. Technol. B
22
,
3409
(
2004
).
42.
K. M.
Ryan
,
A.
Mastroianni
,
K. A.
Stancil
,
H.
Liu
, and
A. P.
Alivisatos
,
Nano Lett.
6
,
1479
(
2006
).
43.
Y.
Huang
,
X.
Duan
,
Q.
Wei
, and
C. M.
Lieber
,
Science
291
,
630
(
2001
).
44.
R. S.
McLean
,
X.
Huang
,
C.
Khripin
,
A.
Jagota
, and
M.
Zheng
,
Nano Lett.
6
,
55
(
2006
).
45.
R.
Krupke
,
F.
Hennrich
H. v.
Löhneysen
, and
M. M.
Kappes
,
Science
301
,
344
(
2003
).
46.
R.
Krupke
,
S.
Linden
,
M.
Rapp
, and
F.
Hennrich
,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.)
18
,
1468
(
2006
).
47.
N.
Rozlosnik
,
M. C.
Gerstenberg
, and
N. B.
Larsen
,
Langmuir
19
,
1182
(
2003
).
48.
B. S.
Ong
,
Y.
Wu
,
P.
Liu
,
S.
Gardner
, and
B.
Chiang
,
Adv. Mater.
17
,
1141
(
2005
).
49.
R. A.
Street
,
Nat. Mater.
5
,
171
(
2006
).
50.
R. J.
Kline
,
M. D.
McGehee
, and
M. F.
Toney
,
Nat. Mater.
5
,
222
(
2006
).
51.
R.
Martel
,
T.
Schmidt
,
H. R.
Shea
, and
P.
Avouris
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
2447
(
1998
).
52.
G.
Zhang
,
P.
Qi
,
X.
Wang
,
Y.
Lu
,
X.
Li
,
R.
Tu
,
S.
Bangsaruntip
,
D.
Mann
,
L.
Zhang
, and
H.
Dai
,
Science
314
,
974
(
2006
).
53.
A.
Colli
,
A.
Fasoli
,
P.
Beecher
,
P.
Servati
,
S.
Pisana
,
Y.
Fu
,
A. J.
Flewitt
,
W. I.
Milne
,
J.
Robertson
,
C.
Ducati
,
S.
De Franceschi
,
S.
Hofmann
, and
A. C.
Ferrari
,
J. Appl. Phys.
102
,
034302
(
2007
).
You do not currently have access to this content.