We report a high-responsive hot-electron photodetector based on the integration of an Au–MoS2 junction with a silicon nitride microring resonator (MRR) for detecting telecom-band light. The coupling of the evanescent field of the silicon nitride MRR with the Au–MoS2 Schottky junction region enhances the hot-electron injection efficiency. The device exhibits a high responsivity of 154.6 mA W−1 at the wavelength of 1516 nm, and the moderately uniform responsivities are obtained over the wavelength range of 1500–1630 nm. This MRR-enhanced MoS2 hot-electron photodetector offers possibilities for integrated optoelectronic systems.
References
1.
J.
Wang
, Q.
Yao
, C. W.
Huang
, X.
Zou
, L.
Liao
, S.
Chen
, Z.
Fan
, K.
Zhang
, W.
Wu
, and X.
Xiao
, Adv. Mater.
28
, 8302
(2016
).2.
M.
Chhowalla
, H. S.
Shin
, G.
Eda
, L. J.
Li
, K. P.
Loh
, and H.
Zhang
, Nat. Chem.
5
, 263
(2013
).3.
D.
Akinwande
, N.
Petrone
, and J.
Hone
, Nat. Commun.
5
, 5678
(2014
).4.
C.
Li
, R.
Tian
, R.
Yi
, S.
Hu
, Y.
Chen
, Q.
Yuan
, X.
Zhang
, Y.
Liu
, Y.
Hao
, and X.
Gan
, ACS Photonics
8
, 2431
(2021
).5.
R.
Tian
, L.
Gu
, Y.
Ji
, C.
Li
, Y.
Chen
, S.
Hu
, Z.
Li
, X.
Gan
, and J.
Zhao
, ACS Photonics
8
, 3104
(2021
).6.
O.
Lopez-Sanchez
, D.
Lembke
, M.
Kayci
, A.
Radenovic
, and A.
Kis
, Nat. Nanotechnol.
8
, 497
(2013
).7.
W. J.
Yu
, Y.
Liu
, H.
Zhou
, A.
Yin
, Z.
Li
, Y.
Huang
, and X.
Duan
, Nat. Nanotechnol.
8
, 952
(2013
).8.
A.
Pospischil
, M. M.
Furchi
, and T.
Mueller
, Nat. Nanotechnol.
9
, 257
(2014
).9.
A. K.
Geim
and I. V.
Grigorieva
, Nature
499
, 419
(2013
).10.
J.
Lin
, H.
Li
, H.
Zhang
, and W.
Chen
, Appl. Phys. Lett.
102
, 203109
(2013
).11.
Y.
Sun
, K.
Liu
, X.
Hong
, M.
Chen
, J.
Kim
, S.
Shi
, J.
Wu
, A.
Zettl
, and F.
Wang
, Nano Lett.
14
, 5329
(2014
).12.
J.
Miao
, W.
Hu
, Y.
Jing
, W.
Luo
, L.
Liao
, A.
Pan
, S.
Wu
, J.
Cheng
, X.
Chen
, and W.
Lu
, Small
11
, 2392
(2015
).13.
S.
Bang
, N. T.
Duong
, J.
Lee
, Y. H.
Cho
, H. M.
Oh
, H.
Kim
, S. J.
Yun
, C.
Park
, M.-K.
Kwon
, and J.-Y.
Kim
, Nano Lett.
18
, 2316
(2018
).14.
S.
Ghatak
, A. N.
Pal
, and A.
Ghosh
, ACS Nano
5
, 7707
(2011
).15.
M. J.
Park
, K.
Park
, and H.
Ko
, Appl. Surf. Sci.
448
, 64
(2018
).16.
Z.
Li
, S.
Hu
, Q.
Zhang
, R.
Tian
, L.
Gu
, Y.
Zhu
, Q.
Yuan
, R.
Yi
, C.
Li
, Y.
Liu
, Y.
Hao
, X.
Gan
, and J.
Zhao
, ACS Photonics
9
, 282
(2022
).17.
D.
Liang
and J. E.
Bowers
, Light
2
, 59
(2021
).18.
J.
Guo
, S.
Li
, Z.
He
, Y.
Li
, Z.
Lei
, Y.
Liu
, W.
Huang
, T.
Gong
, Q.
Ai
, and L.
Mao
, Appl. Surf. Sci.
483
, 1037
(2019
).19.
J. F.
Gonzalez Marin
, D.
Unuchek
, K.
Watanabe
, T.
Taniguchi
, and A.
Kis
, npj 2D Mater. Appl.
3
, 1
(2019
).20.
S.
Hu
, J.
Xu
, Q.
Zhao
, X.
Luo
, X.
Zhang
, T.
Wang
, W.
Jie
, Y.
Cheng
, R.
Frisenda
, A.
Castellanos-Gomez
, and X.
Gan
, Adv. Opt. Mater.
9
, 2001802
(2021
).21.
S.
Hu
, R.
Tian
, X.
Luo
, R.
Yin
, Y.
Cheng
, J.
Zhao
, X.
Wang
, and X.
Gan
, Chin. Phys. B
27
, 128502
(2018
).22.
S.
Hu
, Q.
Zhang
, X.
Luo
, X.
Zhang
, T.
Wang
, Y.
Cheng
, W.
Jie
, J.
Zhao
, T.
Mei
, and X.
Gan
, Nanoscale
12
, 4094
(2020
).23.
J.
Xu
, X.
Luo
, S.
Hu
, X.
Zhang
, D.
Mei
, F.
Liu
, N.
Han
, D.
Liu
, X.
Gan
, and Y.
Cheng
, Adv. Mater.
33
, 2008080
(2021
).24.
S.
Hu
, X.
Luo
, J.
Xu
, Q.
Zhao
, Y.
Cheng
, T.
Wang
, W.
Jie
, A.
Castellanos-Gomez
, X.
Gan
, and J.
Zhao
, Adv. Electron. Mater.
8
, 2101176
(2022
).25.
L.
Chrostowski
and M.
Hochberg
, Silicon Photonics Design: From Devices to Systems
(Cambridge University Press
, 2015
).26.
R.
Maiti
, C.
Patil
, R. A.
Hemnani
, M.
Miscuglio
, R.
Amin
, Z.
Ma
, R.
Chaudhary
, A. C.
Johnson
, L.
Bartels
, and R.
Agarwal
, Opt. Mater. Express
9
, 751
(2019
).27.
M.
Zhang
, X.
Liu
, X.
Duan
, S.
Zhang
, C.
Liu
, D.
Wan
, G.
Li
, Z.
Xia
, Z.
Fan
, and L.
Liao
, ACS Photonics
9
, 132
(2022
).28.
S.
Das
, A.
Prakash
, R.
Salazar
, and J.
Appenzeller
, ACS Nano
8
, 1681
(2014
).29.
N.
Kaushik
, A.
Nipane
, F.
Basheer
, S.
Dubey
, S.
Grover
, M. M.
Deshmukh
, and S.
Lodha
, Appl. Phys. Lett.
105
, 113505
(2014
).30.
N.
Youngblood
, Ph.D. dissertation, University of Minnesota
, 2016
.31.
X.
Gan
, R.-J.
Shiue
, Y.
Gao
, I.
Meric
, T. F.
Heinz
, K.
Shepard
, J.
Hone
, S.
Assefa
, and D.
Englund
, Nat. Photonics
7
, 883
(2013
).32.
N.
Youngblood
, C.
Chen
, S. J.
Koester
, and M.
Li
, Nat. Photonics
9
, 247
(2015
).33.
P.
Ma
, N.
Flory
, Y.
Salamin
, B.
Bäuerle
, A.
Emboras
, A.
Josten
, T.
Taniguchi
, K.
Watanabe
, L.
Novotny
, and J.
Leuthold
, ACS Photonics
5
, 1846
(2018
).34.
W.
Wang
, A.
Klots
, D.
Prasai
, Y.
Yang
, K. I.
Bolotin
, and J.
Valentine
, Nano Lett.
15
, 7440
(2015
).35.
Y.
Zhu
, P.
Yu
, E.
Ashalley
, T.
Liu
, F.
Lin
, H.
Ji
, J.
Takahara
, A.
Govorov
, and Z.
Wang
, Nanotechnology
31
, 274001
(2020
).36.
Y.
Zhu
, P.
Yu
, T.
Liu
, H.
Xu
, A. O.
Govorov
, and Z.
Wang
, ACS Appl. Electron. Mater.
3
, 639
(2021
).37.
B.
Feng
, J.
Zhu
, B.
Lu
, F.
Liu
, L.
Zhou
, and Y.
Chen
, ACS Nano
13
, 8433
(2019
).38.
A.
Akbari
, R. N.
Tait
, and P.
Berini
, Opt. Express
18
, 8505
(2010
).39.
I.
Goykhman
, U.
Sassi
, B.
Desiatov
, N.
Mazurski
, S.
Milana
, D.
De Fazio
, A.
Eiden
, J.
Khurgin
, J.
Shappir
, and U.
Levy
, Nano Lett.
16
, 3005
(2016
).40.
M. K. M.
Salleh
, G.
Prigent
, O.
Pigaglio
, and R.
Crampagne
, IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
56
, 156
(2008
).41.
T.
Kita
, R.
Tang
, and H.
Yamada
, Appl. Phys. Lett.
106
, 111104
(2015
).42.
Z.
Fang
, Y.
Wang
, Z.
Liu
, A.
Schlather
, P. M.
Ajayan
, F. H.
Koppens
, P.
Nordlander
, and N. J.
Halas
, ACS Nano
6
, 10222
(2012
).© 2022 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2022
Author(s)
You do not currently have access to this content.
