We consider the carrier transport and plasmonic phenomena in the lateral carbon nanotube (CNT) networks forming the device channel with asymmetric electrodes. One electrode is the Ohmic contact to the CNT network and the other contact is the Schottky contact. These structures can serve as detectors of the terahertz (THz) radiation. We develop the device model for collective response of the lateral CNT networks which comprise a mixture of randomly oriented semiconductor CNTs (s-CNTs) and quasi-metal CNTs (m-CNTs). The proposed model includes the concept of the collective two-dimensional (2D) plasmons in relatively dense networks of randomly oriented CNTs (CNT “felt”) and predicts the detector responsivity spectral characteristics exhibiting sharp resonant peaks at the signal frequencies corresponding to the 2D plasmonic resonances. The detection mechanism is the rectification of the ac current due the nonlinearity of the Schottky contact current-voltage characteristics under the conditions of a strong enhancement of the potential drop at this contact associated with the plasmon excitation. The detector responsivity depends on the fractions of the s- and m-CNTs. The burning of the near-contact regions of the m-CNTs or destruction of these CNTs leads to a marked increase in the responsivity in agreement with our experimental data. The resonant THz detectors with sufficiently dense lateral CNT networks can compete and surpass other THz detectors using plasmonic effects at room temperatures.

1.
M.
Dyakonov
and
M.
Shur
,
Phys. Rev. Lett.
71
,
2465
(
1993
).
2.
M. I.
Dyakonov
and
M. S.
Shur
,
IEEE Trans. Electron Devices
43
,
1640
(
1996
).
3.
W.
Knap
,
Y.
Deng
,
S.
Rumyantsev
,
J.-Q.
Lu
,
M. S.
Shur
,
C. A.
Saylor
, and
L. C.
Brunel
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
3433
(
2002
).
4.
T.
Otsuji
,
M.
Hanabe
, and
O.
Ogawara
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
2119
(
2004
).
5.
W.
Knap
,
F.
Teppe
,
Y.
Meziani
,
N.
Dyakonova
,
J.
Lusakowski
,
F.
Boeuf
,
T.
Skotnicki
,
D.
Maude
,
S.
Rumyantsev
, and
M. S.
Shur
,
Appl. Phys. Lett.
85
(
4
),
675
677
(
2004
).
6.
A. V.
Antonov
,
V. I.
Gavrilenko
,
E. V.
Demidov
,
S. V.
Morozov
,
A. A.
Dubinov
,
J.
Lusakowski
,
W.
Knap
,
N.
Dyakonova
,
E.
Kaminska
,
A.
Piotrowska
,
K.
Golaszewska
, and
M. S.
Shur
,
Phys. Solid State
46
,
146
149
(
2004
).
7.
J.
Lusakowski
,
W.
Knap
,
N.
Dyakonova
,
L.
Varani
,
J.
Mateos
,
T.
Gonzales
,
Y.
Roelens
,
S.
Bullaert
,
A.
Cappy
, and
K.
Karpierz
,
J. Appl. Phys.
97
,
064307
(
2005
).
8.
F.
Teppe
,
D.
Veksler
,
V.
Yu. Kachorovski
,
A. P.
Dmitriev
,
X.
Xie
,
X.-C.
Zhang
,
S.
Rumyantsev
,
W.
Knap
, and
M. S.
Shur
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
022102
(
2005
).
9.
F.
Teppe
,
W.
Knap
,
D.
Veksler
,
M. S.
Shur
,
A. P.
Dmitriev
,
V.
Yu. Kacharovskii
, and
S.
Rumyantsev
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
052107
(
2005
).
10.
F.
Teppe
,
M.
Orlov
,
A.
El Fatimy
,
A.
Tiberj
,
W.
Knap
,
J.
Torres
,
V.
Gavrilenko
,
A.
Shchepetov
,
Y.
Roelens
, and
S.
Bollaert
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
222109
(
2006
).
11.
D.
Veksler
,
F.
Teppe
,
A. P.
Dmitriev
,
V. Yu.
Kachorovskii
,
W.
Knap
, and
M. S.
Shur
,
Phys. Rev. B
73
,
125328
(
2006
).
12.
A.
El Fatimy
,
F.
Teppe
,
N.
Dyakonova
,
W.
Knap
,
D.
Seliuta
,
G.
Valusis
,
A.
Shcherepetov
,
Y.
Roelens
,
S.
Bollaert
,
A.
Cappy
, and
S.
Rumyantsev
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
131926
(
2006
).
13.
V. I.
Gavrilenko
,
E. V.
Demidov
,
K. V.
Maremyanin
,
S. V.
Morozov
,
W.
Knap
, and
J.
Lusakowski
,
Semiconductors
41
(
2
),
232
234
(
2007
).
14.
W.
Knap
,
M.
Dyakonov
,
D.
Coquillat
,
F.
Teppe
,
N.
Dyakonova
,
J.
Lusakowski
,
K.
Karpierz
,
M.
Sakowicz
,
G.
Valusis
,
D.
Seliuta
,
I.
Kasalynas
,
A.
El Fatimy
,
Y. M.
Meziani
, and
T.
Otsuji
,
J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves
30
,
1319
1337
(
2009
).
15.
S.
Nadar
,
H.
Videlier
,
D.
Coquillat
,
F.
Teppe
,
M.
Sakowicz
,
N.
Dyakonova
,
W.
Knap
,
D.
Seliuta
,
I.
Kaalynas
, and
G.
Valuis
,
J. Appl. Phys.
108
,
054508
(
2010
).
16.
A.
Satou
,
I.
Khmyrova
,
V.
Ryzhii
, and
M. S.
Shur
,
Semicond. Sci. Technol.
18
,
460
469
(
2003
).
17.
V.
Ryzhii
,
A.
Satou
,
T.
Otsuji
, and
M. S.
Shur
,
J. Appl. Phys.
103
,
014504
(
2008
).
18.
V. V.
Popov
,
D. V.
Fateev
,
T.
Otsuji
,
Y. M.
Meziani
,
D.
Coquillat
, and
W.
Knap
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
243504
(
2011
).
19.
S. A.
Boubanga Tombet
,
Y.
Tanimoto
,
A.
Satou
,
T.
Suemitsu
,
Y.
Wang
,
H.
Minamide
,
H.
Ito
,
D. V.
Fateev
,
V. V.
Popov
, and
T.
Otsuji
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
262104
(
2014
).
20.
Y.
Kurita
,
G.
Ducournau
,
D.
Coquillat
,
A.
Satou
,
K.
Kobayashi
,
S. A.
Boubanga-Tombet
,
Y. M.
Meziani
,
V. V.
Popov
,
W.
Knap
,
T.
Suemitsu
, and
T.
Otsuji
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
251114
(
2014
).
21.
L.
Vicarelli
,
M. S., D.
Coquillat
,
A.
Lombardo
,
A. C.
Ferrari
,
W.
Knap
,
M.
Polini
,
V.
Pellegrini
, and
A.
Tredicucci
,
Nat. Mater.
11
,
865
(
2012
).
22.
V.
Ryzhii
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
37
,
5937
(
1998
).
23.
I.
Khmyrova
and
V.
Ryzhii
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
39
,
4727
4732
(
2000
).
24.
V.
Ryzhii
and
M. S.
Shur
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
45
,
L1118
(
2006
).
25.
A.
Satou
,
V.
Ryzhii
,
T.
Otsuji
, and
M. S.
Shur
,
Int. J. High Speed Electron. Syst.
17
,
539
(
2007
).
26.
V.
Ryzhii1
,
T.
Otsuji
,
M.
Ryzhii
, and
M. S.
Shur
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
45
,
302001
(
2012
).
27.
V.
Ryzhii
,
A.
Satou1
,
T.
Otsuji
,
M.
Ryzhii
,
V.
Mitin
, and
M. S.
Shur
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
46
,
315107
(
2013
).
28.
D.
Spirito
,
D.
Coquillat
,
S. L.
De Bonis
,
A.
Lombardo
,
M.
Bruna
,
A. C.
Ferrari
,
V.
Pellegrini
,
A.
Tredicucci
,
W.
Knap
, and
M. S.
Vitiello
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
061111
(
2014
).
29.
D.
Coquillat
,
V.
Nodjiadjim
,
A.
Konczykowska
,
N.
Dyakonova
,
C.
Consejo
,
S.
Ruffenach
,
F.
Teppe
,
M.
Riet
,
A.
Muraviev
,
A.
Gutin
,
M.
Shur
,
J.
Godin
, and
W.
Knap
,
J. Phys.: Conf. Ser.
647
,
012036
(
2015
).
30.
H. M.
Manohara
,
E. W.
Wong
,
E.
Schlecht
,
B. D.
Hunt
, and
P. H.
Siegel
,
Nano Lett.
5
,
1469
(
2005
).
31.
J. D.
Chudov
,
D. F.
Santavicca
,
C. B.
McKitterick
,
D. E.
Prober
, and
P.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
163503
(
2012
).
32.
G.
Fedorov
,
A.
Kardakova
,
I.
Gayduchenko
,
I.
Charayev
,
B. M.
Voronov
,
M.
Finkel
,
T. M.
Klapwijk
,
S.
Morozov
,
M.
Presniakov
,
I.
Bobrinetskiy
,
R.
Ibragimov
, and
G.
Goltsman
,
Appl. Phys. Lett.
103
, 585
181121
(
2013
).
33.
X.
He
,
N.
Fujimura
,
J. M.
Lloyd
,
K. J.
Erickson
,
A. A.
Talin
,
Q.
Zhang
,
W.
Gao
,
Q.
Jiang
,
Y.
Kawano
,
R. H.
Hauge
,
F.
Leonard
, and
J.
Kono
,
Nano Lett.
14
(
7
),
3953
(
2014
).
34.
I.
Gayduchenko
,
A.
Kardakova
,
G.
Fedorov
,
B.
Voronov
,
M.
Finkel
,
D.
Jimenez
,
S.
Morozov
,
M.
Presniakov
, and
G.
Goltzman
,
J. Appl. Phys.
118
,
194303
(
2015
).
35.
X.
He
,
F.
Lonard
, and
J.
Kono
,
Adv. Opt. Mater.
3
,
989
(
2015
).
36.
H. E.
Ruda
and
A.
Shik
,
Phys. Rev. B
72
,
115308
(
2005
).
37.
G. Ya.
Slepyan
,
M. V.
Shuba
, and
S. A.
Maksimenko
,
Phys. Rev. B
73
,
195416
(
2006
).
38.
A. P.
Dmitriev
and
M. S.
Shur
,
J. Appl. Phys.
103
,
084511
(
2008
).
39.
T.
Nakanishi
and
T.
Ando
,
J. Phys. Soc. Japan
78
,
114708
(
2009
).
40.
G. Ya.
Slepyan
,
M. V.
Shuba
,
S. A.
Maksimenko
,
C.
Thomsen
, and
A.
Lakhtakia
,
Phys. Rev. B
81
,
205423
(
2010
).
41.
Qi.
Zhang
,
E. H.
Haroz
,
Z.
Jin
,
L.
Ren
,
X.
Wang
,
R. S.
Arvidson
,
A.
Luttge
, and
J.
Kono
,
Nano Lett.
13
,
5991
(
2013
).
42.
X.
He
,
W.
Gao
,
Qi.
Zhang
,
L.
Ren
, and
J.
Kono
,
Proc. SPIE
9476
,
947612
(
2015
).
43.
M. V.
Shuba
,
A. G.
Paddubskaya
,
P. P.
Kuzhir
,
G. Ya.
Slepyan
,
S. A.
Maksimenko
,
V. K.
Ksenevich
,
P.
Buka
,
D.
Seliuta
,
I.
Kasalynas
,
J.
Macutkevic
,
G.
Valusis
,
C.
Thomsen
, and
A.
Lakhtakia
,
Phys. Rev. B
85
,
165435
(
2012
).
44.
T.
Morimoto
,
S.-K.
Joung
,
T.
Saito
,
D. N.
Futaba
,
K.
Hata
, and
T.
Okazaki
,
ACS Nano
8
,
9897
(
2014
).
45.
Zh.
Shi
,
X.
Hong
,
H. A.
Bechtel
,
Bo.
Zeng
,
M. C.
Martin
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
Y-R.
Shen
, and
F.
Wang
,
Nat. Photonics
9
,
515
(
2015
).
46.
J.
Zhang
,
H.
Gui
,
B.
Liu
,
J.
Liu
, and
Ch.
Zhou
,
Nano Res.
6
,
906
(
2013
).
47.
R.
Saito
,
G.
Dresselhaus
, and
M. S.
Dresselhaus
,
Physical Properties of Carbon Nanotubes
(
Imperial College Press
,
London
,
1998
).
48.
M. S.
Shur
,
Physics of Semiconductor Devices
(
Prentice Hall
,
New Jersey
,
1990
).
49.
S.
Luryi
,
Appl. Phys. Lett.
52
,
501
(
1988
).
50.
V.
Ryzhii
,
A.
Satou
, and
T.
Otsuji
,
J. Appl. Phys.
101
,
024509
(
2007
).
51.
Y.
Noshom
,
Y.
Ohno
,
S.
Kishinoto
, and
T.
Mizutani
,
Nanotechnology
17
,
3412
(
2006
).
52.
A.
Vijayaraghavan
,
S.
Kar
,
S.
Rumyantsev
,
A.
Khanna
,
C.
Soldano
,
N.
Pala
,
R.
Vajtai
,
K.
Kanzaki
,
Y.
Kobayashi
,
O.
Nalamasu
,
M. S.
Shur
, and
P. M.
Ajayan
,
J. Appl. Phys.
100
,
024315
(
2006
).
53.
V.
Ryzhii
,
A.
Satou
,
I.
Khmyrova
,
M.
Ryzhii
,
T.
Otsuji
,
V.
Mitin
, and
M. S.
Shur
,
J. Phys. Conf. Ser.
38
,
228
(
2006
).
54.
B. L.
Gelmont
,
M. S.
Shur
, and
C.
Moglestue
,
IEEE Trans. Electron Devices
39
,
1216
(
1992
).
55.
D. B.
Chklovskii
,
B. I.
Shklovskii
, and
L. I.
Glazman
,
Phys. Rev. B
46
,
4026
(
1992
).
56.
F.
Leonard
and
A. A.
Talin
,
Nat. Nanotechnol.
6
,
773
(
2011
).
57.
V.
Ryzhii
,
A.
Satou
, and
M. S.
Shur
,
J. Appl. Phys.
93
,
10041
(
2003
).
58.
V.
Ryzhii
,
A.
Satou
,
I.
Khmyrova
,
A.
Chaplik
, and
M. S.
Shur
,
J. Appl. Phys.
96
,
7625
(
2004
).
59.
E. M.
Lifshitz
and
L. P.
Pitaevskii
,
Physical Kinetics
(
Elsevier
,
Amsterdam
,
2008
).
60.
M.
Bonitz
,
J.
Lokes
, and
K.
Becker
, Eds.
Complex Plasmas
(
Springer
,
New York
,
2014
).
61.
L.
Ren
,
Q.
Zhang
,
C. L.
Pint
,
A. K.
Wojcik
,
M.
Bunney
,
T.
Arikawa
,
I.
Kawayama
,
M.
Tonouchi
,
R. H.
Hauge
,
A. A.
Belyanin
, and
J.
Kono
,
Phys. Rev. B
87
,
161401(R)
(
2013
).
62.
H. J.
Li
,
W. G.
Lu
,
J. J.
Li
,
X. D.
Bai
, and
C. Z.
Gu
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
086601
(
2005
).
63.
M. V.
Shuba
,
G. Ya.
Slepyan
,
S. A.
Maksimenko
,
C.
Thomsen
, and
A.
Lakhtakia
,
Phys. Rev. B
79
,
155403
(
2009
).
64.
A. G.
Petrov
and
S. V.
Rotkin
,
JETP Lett.
84
,
156
(
2006
).
65.
O. A.
Dyatlova
,
C.
Koehler
,
P.
Vogel
,
E.
Malic
,
R. M.
Jain
,
K. C.
Tvrdy
,
M. S.
Strano
,
A.
Knorr
, and
U.
Woggon
,
Phys. Rev. B
90
,
155402
(
2014
).
66.
O.
Postupna
,
R.
Long
, and
O. V.
Prezhdo
,
J. Phys. Chem. C
119
,
12088
(
2015
).
67.
X.
Cai
,
A. B.
Sushkov
,
R. J.
Suess
,
M. M.
Jadidi
,
G. S.
Jenkins
,
L. O.
Nyakiti
,
R. L.
Myers-Ward
,
S.
Li
,
J.
Yan
,
D. K.
Gaskill
,
T. E.
Murphy
,
H. D.
Drew
, and
M. S.
Fuhrer
,
Nat. Nanotechnol.
9
,
814
(
2014
).
You do not currently have access to this content.