2D transition metal dichalcogenides such as MoS2 are promising candidates for optoelectronics because of atomically thin nature and strong light–matter interaction. However, the poor light absorption limited their photodetection performance. Surface plasma resonance (SPR) can improve light absorption, but the defects introduced during the metal deposition process limit their responsivity and response time. In this work, we transfer a plasmonic Au array onto MoS2 surface, in which van der Waals (vdWs) contact forms between defect-free Au array–MoS2 interface. The Au/MoS2 heterostructure photodetector performs 1.8 ms rising time, 186.6 A/W responsivity, and 1.41 × 1012 Jones detectivity. The damage free vdWs fabrication method also makes it possible to integrate the engineered SPR Au array with functional polymer for flexible electronics. Thus, a vdWs plasmonic Au array/MoS2/P(VDF-TrFE) photodetector with a 1.28 × 103 rectification ratio has been obtained. This approach not only optimizes the performance of the 2D optoelectronic devices but also expands the scope of its potential applications.

1.
H.
Xiao
,
L.
Lin
,
J.
Zhu
,
J.
Guo
,
Y.
Ke
,
L.
Mao
,
T.
Gong
,
H.
Cheng
,
W.
Huang
, and
X.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
121
,
023504
(
2022
).
2.
W.
You
,
B.
Zheng
,
Z.
Xu
,
Y.
Jiang
,
C.
Zhu
,
W.
Zheng
,
X.
Yang
,
X.
Sun
,
J.
Liang
,
X.
Yi
,
T.
Wang
,
F.
Gao
,
X.
Zhu
,
Q.
Yuan
,
D.
Li
, and
A.
Pan
,
Appl. Phys. Lett.
120
,
181108
(
2022
).
3.
S.
Ju
,
L.
Qiu
,
J.
Zhou
,
B.
Liang
,
W.
Wang
,
T.
Li
,
J.
Chen
,
X.
Wang
,
Y.
Shi
, and
S.
Li
,
Appl. Phys. Lett.
120
,
253505
(
2022
).
4.
P.
Luo
,
C.
Liu
,
J.
Lin
,
X.
Duan
,
W.
Zhang
,
C.
Ma
,
Y.
Lv
,
X.
Zou
,
Y.
Liu
,
F.
Schwierz
,
W.
Qin
,
L.
Liao
,
J.
He
, and
X.
Liu
,
Nat. Electron.
5
,
849
858
(
2022
).
5.
S.
Roy
and
P.
Bermel
,
IEEE J. Photovoltaics.
12
,
1184
1191
2022
).
6.
R.
Li
,
M.
Pan
,
Z.
Yi
,
J.
Yu
,
P.
Shi
,
H.
Luo
,
P.
Wu
,
H.
Yang
,
S.
Wang
, and
G.
Gao
,
Opt. Laser Technol.
153
,
108284
(
2022
).
7.
J.
Zhang
,
Q.
Hong
,
J.
Zou
,
Q.
Meng
,
S.
Qin
, and
Z.
Zhu
,
Opt. Express
28
,
27608
27614
(
2020
).
8.
S.
Lu
,
J.
Chen
,
F.
Yang
,
H.
Han
,
X.
Li
,
L.
Chen
,
Y.
Wu
,
B.
He
,
G.
Chai
,
S.
Ruan
, and
B.
Xiang
,
J. Appl. Phys.
132
,
183102
(
2022
).
9.
X.
Song
,
X.
Liu
,
D.
Yu
,
C.
Huo
,
J.
Ji
,
X.
Li
,
S.
Zhang
,
Y.
Zou
,
G.
Zhu
,
Y.
Wang
,
M.
Wu
,
A.
Xie
, and
H.
Zeng
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
2801
2809
(
2018
).
10.
F.
Fang
,
Y.
Wan
,
H.
Li
,
S.
Fang
,
F.
Huang
,
B.
Zhou
,
K.
Jiang
,
V.
Tung
,
L. J.
Li
, and
Y.
Shi
,
ACS Nano
16
,
3985
3993
(
2022
).
11.
W.
Su
,
S.
Zhang
,
C.
Liu
,
Q.
Tian
,
X.
Liu
,
K.
Li
,
Y.
Lv
,
L.
Liao
, and
X.
Zou
,
Nano Lett.
22
,
10192
10199
(
2022
).
12.
A. B.
Kaul
,
ECS Trans.
102
,
55
(
2021
).
13.
M.
Min
,
S.
Sakri
,
G. A.
Saenz
, and
A. B.
Kaul
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
13
,
5379
5389
(
2021
).
14.
J.
Miao
,
W.
Hu
,
Y.
Jing
,
W.
Luo
,
L.
Liao
,
A.
Pan
,
S.
Wu
,
J.
Cheng
,
X.
Chen
, and
W.
Lu
,
Small
11
,
2392
2398
(
2015
).
15.
D.
Lu
,
Y.
Chen
,
L.
Kong
,
C.
Luo
,
Z.
Lu
,
Q.
Tao
,
W.
Song
,
L.
Ma
,
Z.
Li
,
W.
Li
,
L.
Liu
,
Q.
Li
,
X.
Yang
,
J.
Li
,
J.
Li
,
X.
Duan
,
L.
Liao
, and
Y.
Liu
,
Small
18
,
2107104
(
2022
).
16.
C.
Zhan
,
X.-J.
Chen
,
J.
Yi
,
J.-F.
Li
,
D.-Y.
Wu
, and
Z.-Q.
Tian
,
Nat. Rev. Chem.
2
,
216
230
(
2018
).
17.
X.
Wang
,
Q.
Ye
,
L. H.
Bai
,
X.
Su
,
T. T.
Wang
,
T. W.
Peng
,
X. Q.
Zhai
,
Y.
Huo
,
H.
Wu
,
C.
Liu
,
Y. Y.
Bu
,
X. H.
Ma
,
Y.
Hao
, and
J. P.
Ao
,
Nanoscale Res. Lett.
16
,
1
7
(
2021
).
18.
A.
Dubey
,
R.
Mishra
,
Y. H.
Hsieh
,
C. W.
Cheng
,
B. H.
Wu
,
L. J.
Chen
,
S.
Gwo
, and
T. J.
Yen
,
Adv. Sci.
7
,
2002274
(
2020
).
19.
W.
Hou
and
S. B.
Cronin
,
Adv. Funct. Mater.
23
,
1612
1619
(
2013
).
20.
B. A.
Prabowo
,
A.
Purwidyantri
, and
K. C.
Liu
,
Biosensors
8
,
80
(
2018
).
21.
M.
Oshita
,
H.
Takahashi
,
Y.
Ajiki
, and
T.
Kan
,
ACS Photonics
7
,
673
679
(
2020
).
22.
M. L.
Brongersma
,
Proc. IEEE
104
,
2349
2361
(
2016
).
23.
A.
Dorodnyy
,
Y.
Salamin
,
P.
Ma
,
J.
Vukajlovic Plestina
,
N.
Lassaline
,
D.
Mikulik
,
P.
Romero-Gomez
,
A.
Fontcuberta i Morral
, and
J.
Leuthold
,
IEEE J. Select. Top. Quantum Electron.
24
,
4600313
(
2018
).
24.
H.
Lan
,
Y.
Hsieh
,
Z.
Chiao
,
D.
Jariwala
,
M.
Shih
,
T.
Yen
,
O.
Hess
, and
Y.
Lu
,
Nano Lett.
21
,
3083
3091
(
2021
).
25.
X.
Sun
,
J.
Sun
,
J.
Xu
,
Z.
Li
,
R.
Li
,
Z.
Yang
,
F.
Ren
,
Y.
Jia
, and
F.
Chen
,
Small
17
,
2102351
(
2021
).
26.
J.
Yu
,
J.
Lou
,
Z.
Wang
,
S.
Ji
,
J.
Chen
,
M.
Yu
,
B.
Peng
,
Y.
Hu
,
L.
Yuan
,
Y.
Zhang
, and
R.
Jia
,
J. Alloys Compd.
872
,
159508
(
2021
).
27.
Z.
Luo
,
Y.
Xie
,
Z.
Li
,
Y.
Wang
,
L.
Li
,
Z.
Luo
,
C.
Zhu
,
X.
Yang
,
M.
Huang
,
J.
Huang
,
D.
Liang
,
X.
Zhu
,
D.
Li
, and
A.
Pan
,
Nano Res.
15
,
3539
3547
(
2022
).
28.
S.
Kunwar
,
S.
Pandit
,
R.
Kulkarni
,
R.
Mandavkar
,
S.
Lin
,
M. Y.
Li
, and
J.
Lee
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
13
,
3408
3418
(
2021
).
29.
Y.
Liu
,
J.
Guo
,
E.
Zhu
,
L.
Liao
,
S. J.
Lee
,
M.
Ding
,
I.
Shakir
,
V.
Gambin
,
Y.
Huang
, and
X.
Duan
,
Nature
557
,
696
700
(
2018
).
30.
J.
Wang
,
L.
Cai
,
J.
Chen
,
X.
Guo
,
Y.
Liu
,
Z.
Ma
,
Z.
Xie
,
H.
Huang
,
M.
Chan
,
Y.
Zhu
,
L.
Liao
,
Q.
Shao
, and
Y.
Chai
,
Sci. Adv.
7
,
eabf8744
(
2021
).
31.
J.
Wang
,
X.
Guo
,
Z.
Yu
,
Z.
Ma
,
Y.
Liu
,
Z.
Lin
,
M.
Chan
,
Y.
Zhu
,
X.
Wang
, and
Y.
Chai
,
Adv. Funct. Mater.
30
,
2003859
(
2020
).
32.
S.
Chen
,
R.
Cao
,
X.
Chen
,
Q.
Wu
,
Y.
Zeng
,
S.
Gao
,
Z.
Guo
,
J.
Zhao
,
M.
Zhang
, and
H.
Zhang
,
Adv. Mater. Interfaces
7
,
1902179
(
2020
).
33.
G.
Wu
,
B.
Tian
,
L.
Liu
,
W.
Lv
,
S.
Wu
,
X.
Wang
,
Y.
Chen
,
J.
Li
,
Z.
Wang
,
S.
Wu
,
H.
Shen
,
T.
Lin
,
P.
Zhou
,
Q.
Liu
,
C.
Duan
,
S.
Zhang
,
X.
Meng
,
S.
Wu
,
W.
Hu
,
X.
Wang
,
J.
Chu
, and
J.
Wang
,
Nat. Electron.
3
,
43
50
(
2020
).
34.
S.
Zhang
,
H.
Jiao
,
X.
Wang
,
Y.
Chen
,
H.
Wang
,
L.
Zhu
,
W.
Jiang
,
J.
Liu
,
L.
Sun
,
T.
Lin
,
H.
Shen
,
W.
Hu
,
X.
Meng
,
D.
Pan
,
J.
Wang
,
J.
Zhao
, and
J.
Chu
,
Adv. Funct. Mater.
30
,
2006156
(
2020
).
35.
G.
Wu
,
X.
Wang
,
Y.
Chen
,
S.
Wu
,
B.
Wu
,
Y.
Jiang
,
H.
Shen
,
T.
Lin
,
Q.
Liu
,
X.
Wang
,
P.
Zhou
,
S.
Zhang
,
W.
Hu
,
X.
Meng
,
J.
Chu
, and
J.
Wang
,
Adv. Mater.
32
,
1907937
(
2020
).
36.
B.
Mukherjee
,
F.
Tseng
,
D.
Gunlycke
,
K. K.
Amara
,
G.
Eda
, and
E.
Simsek
,
Opt. Mater. Express
5
,
447
(
2015
).
37.
N.
Lu
,
Y.
Gu
,
Y.
Weng
,
Z.
Da
, and
Y.
Ding
,
Mater. Res. Express
6
,
095033
(
2019
).
38.
G.
Shao
,
Y.
Lu
,
J.
Hong
,
X. X.
Xue
,
J.
Huang
,
Z.
Xu
,
X.
Lu
,
Y.
Jin
,
X.
Liu
,
H.
Li
,
S.
Hu
,
K.
Suenaga
,
Z.
Han
,
Y.
Jiang
,
S.
Li
,
Y.
Feng
,
A.
Pan
,
Y. C.
Lin
,
Y.
Cao
, and
S.
Liu
,
Adv. Sci.
7
,
2002172
(
2020
).
39.
X.
Liu
,
S.
Hu
,
J.
Luo
,
X.
Li
,
J.
Wu
,
D.
Chi
,
K. W.
Ang
,
W.
Yu
, and
Y.
Cai
,
Small
17
,
2100246
(
2021
).
40.
T.
Shen
,
F.
Li
,
Z.
Zhang
,
L.
Xu
, and
J.
Qi
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
12
,
54927
54935
(
2020
).
You do not currently have access to this content.