硅材料是地球上储量巨大、同时应用十分广泛的一种半导体材料。自1950年以来,硅材料已被用于现代半导体电子工业,成为了制造业中不可或缺的材料。从光电器件到集成电路,从分立器件到各种传感器,硅材料参与了整个电子制造工业的发展。得益于半导体电子产业半个多世纪的发展与积累,硅材料的各项制备技术已十分成熟。近来,硅材料的发展进入了瓶颈。首先,硅材料本身特性已经被工业界和科研界深入开发,材料本身研究难以突破;其次,厂商众多,为了商业竞争和满足市场需求,前期投入成本极高,这样的结果是利润空间被压榨。我们实验室致力于研究非晶硅纳米线器件,对于如何让这个见证过第三次工业革命的材料焕发生机,我们尝试了一些新应用。我们与国家心血管疾病中心/阜外医院合作研究了径向结在光电心脏起搏上的应用。植入式心脏起搏器通过对心肌进行电刺激来激励心脏组织收缩、舒张,以辅助心脏系统恢复生理功能,从而帮助改善患者生活质量和延长寿命。然而,临床植入使用的心脏起搏器通常体积大,材料坚硬,所用电池具有使用寿命,需要进行有创的外科手术定期更换,患者面临二次感染的风险,也需要承担更多的治疗费用,影响日常生活。为此,我们研究了PIN径向结纳米线在心电起搏上的应用可能,我们的硅纳米线光伏器件,创新点如下:1)能在光照下产生电刺激,自供电,并且调整外加光源的功率和频率,可以控制电刺激的电压、电流、频率;2)硅材料本身无毒,和生物肌体相容性极佳,在生物体内,可以降解,在生物电刺激方面前景广大;3)采用铝箔作为载体生长硅纳米径向结纳米线,本器件可以在弯曲和拉扯的情况下稳定工作,为贴合不平整且不断运动的心肌提供了基础;4)可以对活体猪心脏进行起搏,有效改变了起搏频率,验证了本器件的心电起搏能力。在未来的临床治疗中,非晶硅叠层径向结光电器件可自发电,生物兼容性强,令患者舒适,作为新型心脏起搏技术有很大的应用潜力。我们从人眼视细胞的三维结构中汲取了灵感。视锥和视杆细胞在视网膜上密集排列,这种林状分布有利于光的吸收,硅竖直径向结纳米线有类似于人眼视细胞的形貌。并且由于尺寸的缘故,在纳米线中存在谐振腔模式,不同径向深度区域按波长吸收入射光。另外,根据我们的分析,采用PINIP结构,控制外加的偏压,可以选择收集不同区域的光生载流子,接下来的实验也证实了本器件可以产生类似于视锥细胞RGB响应的响应曲线。所以,我们仿照人眼的工作模式,用EQE模拟了人眼的标准观察者光谱响应。基于此,我们用PINIP叠层径向结纳米线制备了色彩传感器,创新点如下:1)实现了偏压调控下的可调光谱响应;2)无需外加滤光片,有利于实现高分辨率成像;3)类似于人眼的视锥细胞工作模式,可以探测出颜色的RGB值;4)运用模式识别方法,提高了颜色识别的精度。