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.

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
).
You do not currently have access to this content.