We report bilayer-graphene field effect transistors operating as Terahertz (THz) broadband photodetectors based on plasma-waves excitation. By employing wide-gate geometries or buried gate configurations, we achieve a responsivity ∼1.2 V/W (1.3 mA/W) and a noise equivalent power ∼2 × 10−9 W/√Hz in the 0.29–0.38 THz range, in photovoltage and photocurrent mode. The potential of this technology for scalability to higher frequencies and the development of flexible devices makes our approach competitive for a future generation of THz detection systems.
REFERENCES
1.
M.
Tonouchi
, Nat. Photonics
1
, 97
–105
(2007
).2.
S. M.
Kim
, F.
Hatami
, J. S.
Harris
, A. W.
Kurian
, J.
Ford
, D.
King
, M.
Giovannini
, N.
Hoyler
, J.
Faist
, and G.
Harris
, Appl. Phys. Lett.
88
, 153903
(2006
).3.
A. A.
Gowen
, C.
O'Sullivan
, and C. P.
O'Donnell
, Trends Food Sci. Technol.
25
, 40
(2012
).4.
S.
Borri
, P.
Patimisco
, A.
Sampaolo
, H. E.
Beere
, D. A.
Ritchie
, M. S.
Vitiello
, G.
Scamarcio
, and V.
Spagnolo
, Appl. Phys. Lett.
103
, 021105
(2013
).5.
N.
Nagai
, R.
Kumazawa
, and R.
Fukasawa
, Chem. Phys. Lett.
413
, 495
–500
(2005
).6.
R.
Köhler
, A.
Tredicucci
, F.
Beltram
, H. E.
Beere
, E. H.
Linfield
, A. G.
Davies
, D. A.
Ritchie
, R. C.
Iotti
, and F.
Rossi
, Nature
417
, 156
–159
(2002
).7.
M. S.
Vitiello
and A.
Tredicucci
, IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol.
1
, 76
(2011
).8.
F.
Sizov
and A.
Rogalski
, Prog. Quantum Electron.
34
, 278
–347
(2010
).9.
W.
Knap
, M.
Dyakonov
, D.
Coquillat
, F.
Teppe
, N.
Dyakonova
, J.
Lusakowski
, M.
Karpierz
, G.
Sakowicz
, D.
Valusis
, I.
Seliuta
, A.
Kasalynas
, A.
El Fatimy
, M.
Meziani
, and T.
Otsuji
, J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves
30
, 1319
–1337
(2009
).10.
W.
Knap
, S.
Rumyantsev
, M. S.
Vitiello
, D.
Coquillat
, S.
Blin
, N.
Dyakonova
, M.
Shur
, F.
Teppe
, A.
Tredicucci
, and T.
Nagatsuma
, Nanotechnology
24
, 214002
(2013
).11.
A.
Lisauskas
, S.
Boppel
, J.
Matukas
, V.
Palenskis
, L.
Minkevicius
, G.
Valusis
, P.
Haring-Bolivar
, and H. G.
Roskos
, Appl. Phys. Lett.
102
, 153505
(2013
).12.
T.
Otsuji
, T.
Watanabe
, S. A.
Boubanga Tombet
, A.
Satou
, and V.
Ryzhii
, Opt. Eng.
53
, 031206
(2013
).13.
M. S.
Vitiello
, D.
Coquillat
, L.
Viti
, D.
Ercolani
, F.
Teppe
, A.
Pitanti
, F.
Beltram
, L.
Sorba
, W.
Knap
, and A.
Tredicucci
, Nano Lett.
12
, 96
–101
(2012
).14.
M. S.
Vitiello
, L.
Viti
, L.
Romeo
, D.
Ercolani
, G.
Scalari
, J.
Faist
, F.
Beltram
, L.
Sorba
, and A.
Tredicucci
, Appl. Phys. Lett.
100
, 241101
(2012
).15.
M.
Dyakonov
and M.
Shur
, Phys. Rev. Lett.
71
, 2465
–2468
(1993
).16.
A.
Tredicucci
and M. S.
Vitiello
, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
20
, 8500109
(2014
).17.
F.
Bonaccorso
, Z.
Sun
, T.
Hasan
, and A. C.
Ferrari
, Nat. Photonics
4
, 611
(2010
).18.
R. R.
Nair
, P.
Blake
, A. N.
Grigorenko
, K. S.
Novoselov
, T. J.
Booth
, T.
Stauber
, N. M. R.
Peres
, and A. K.
Geim
, Science
320
, 1308
(2008
).19.
A. K.
Geim
and K. S.
Novoselov
, Nature Mater.
6
, 183
–191
(2007
).20.
L.
Vicarelli
, M. S.
Vitiello
, D.
Coquillat
, A.
Lombardo
, A. C.
Ferrari
, W.
Knap
, M.
Polini
, V.
Pellegrini
, and A.
Tredicucci
, Nature Mater.
11
, 865
–871
(2012
).21.
V.
Ryzhii
and M.
Ryzhii
, Phys. Rev. B
79
, 245311
(2009
).22.
V.
Ryzhii
, M.
Ryzhii
, V.
Mitin
, and T.
Otsuji
, J. Appl. Phys.
107
, 054512
(2010
).23.
M.
Mittendorff
, S.
Winnerl
, J.
Kamann
, J.
Eroms
, D.
Weiss
, H.
Schneider
, and M.
Helm
, Appl. Phys. Lett.
103
, 021113
(2013
).24.
A. V.
Muraviev
, S. L.
Rumyantsev
, G.
Liu
, A. A.
Balandin
, W.
Knap
, and M. S.
Shur
, Appl. Phys. Lett.
103
, 181114
(2013
).25.
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
).26.
C.
Casiraghi
, A.
Hartschuh
, E.
Lidorikis
, H.
Qian
, H.
Harutyunyan
, T.
Gokus
, K. S.
Novoselov
, and A. C.
Ferrari
, Nano Lett.
7
, 2711
(2007
).27.
A. C.
Ferrari
, J. C.
Meyer
, V.
Scardaci
, C.
Casiraghi
, M.
Lazzeri
, F.
Mauri
, S.
Piscanec
, D.
Jiang
, K. S.
Novoselov
, S.
Roth
, and A. K.
Geim
, Phys. Rev. Lett.
97
, 187401
(2006
).28.
A. C.
Ferrari
and D. M.
Basko
, Nat. Nanotechnol.
8
, 235
(2013
).29.
F.
Bonaccorso
, A.
Lombardo
, T.
Hasan
, Z.
Sun
, L.
Colombo
, and A. C.
Ferrari
, Mater. Today
15
, 564
(2012
).30.
S.
Kim
, J.
Nah
, I.
Jo
, D.
Shahrjerdi
, L.
Colombo
, Z.
Yao
, E.
Tutuc
, and S. K.
Banerjee
, Appl. Phys. Lett.
94
, 062107
(2009
).31.
A.
Tomadin
and M.
Polini
, Phys. Rev. B
88
, 205426
(2013
).32.
M.
Sakowicz
, M. B.
Lifshits
, O. A.
Klimenko
, F.
Schuster
, D.
Coquillat
, F.
Teppe
, and W.
Knap
, J. Appl. Phys.
110
, 054512
(2011
).33.
V.
Ryzhii
, N.
Ryabova
, M.
Ryzhii
, N. V.
Varyshnikov
, V. E.
Karasik
, V.
Mitin
, and T.
Otsuji
, Opto-Electron. Rev.
20
, 15
–25
(2012
).34.
S. L.
Rumyantsev
, D.
Coquillat
, R.
Ribeiro
, M.
Goiran
, W.
Knap
, M. S.
Shur
, A. A.
Balandin
, and M. E.
Levinshtein
, Appl. Phys. Lett.
103
, 173114
(2013
).35.
Y.-W.
Tan
, Y.
Zhang
, K.
Bolotin
, Y.
Zhao
, S.
Adam
, E. H.
Hwang
, S.
Das Sarma
, H. L.
Stormer
, and P.
Kim
, Phys. Rev. Lett.
99
, 246803
(2007
).36.
X.
Li
, X.
Wang
, L.
Zhang
, S.
Lee
, and H.
Dai
, Science
319
, 1229
(2008
).37.
P. J.
Wessely
, F.
Wessely
, E.
Birinci
, K.
Beckmann
, B.
Riedinger
, and U.
Schwalke
, Physica E
44
, 1132
(2012
).© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.