人眼具有非常精细而独特的三维结构。其中,实现光电信号转换的视网膜细胞结构在色彩识别和感知光线的过程中发挥着至关重要的作用。视网膜中的视锥细胞通过其锥形形貌以及丛林状的阵列,可实现高效的光吸收,并进一步通过其中的不同的视蛋白将之转换成为相应的生物电信号,从而实现对红、绿、蓝三色识别功能。通过仿生结构设计,使用径向节光电探测微纳单元阵列,有望模拟人眼视网膜杆状细胞的结构,实现高效光信号吸收和探测,并进一步探索新的三原色探测机理和功能。在传统的硅工艺中,电荷耦合器件(CCD)色彩探测实现模式中,需要在感光层上覆盖一层滤波阵列才能实现对RGB三原色的选择性识别。基于此器件结构,到目前为止,其集成度与分辨率都已经逼近极限(1.43μm/像素),而且受限于光波衍射效应已经很难再有突破。而利用仿生径向结三维探测结构,可以运用纳米材料本身以及三维腔体模式的独特选择性光吸收特性,舍弃对附加滤波片的需求;另一方面,径向结阵列中的单根纳米线就可以实现一个全RGB三原色像素点的功能,可进一步提高器件的集成密度。基于此设想,本论文提出运用非晶硅(a-Si)作为最为贴近可见光光谱范围的吸收材料,在硅纳米线阵列上制备出高质量径向结叠层结构,从而直接实现RGB三原色的选择性吸收和探测。并结合理论模拟和实验验证对结构进行了优化设计,摸索出了一种新型的仿生三原色光电探测实现方案。具体而言,本论文工作的主要创新点可概括如下:一、优化非晶硅径向结纳米太阳能电池的制备工艺。摸索等离子体增强化学气相淀积(PECVD)系统中,锡诱导下的固-液-气(V-L-S)法进行纳米线生长的工艺,获得了一种比较优异的非晶硅径向结太阳能电池的制备工艺,为后续的研究奠定了很好的基础。结合现有工艺,进一步探索制备更为复杂的叠层径向结光电探测三维结构,解决了其中关键的内层电极制备、优化和引出的工艺难题,设计相应的电学测试阵列,对内外径向结的淀积工艺和最佳参数进行了系统研究。二、立足于非晶硅径向结太阳能电池阵列的光伏特性,通过有限元分析法对其光谱吸收模式进行了相关的分析。该阵列的光谱吸收范围主要覆盖可见光波段(300nm～800nm),而其独特的吸收模式导致短波段的光多数在径向结外层被吸收,长波段的光在内层被吸收。基于这种吸收模式,设计了一种新型的叠层径向结结构,期望通过调控叠层径向结内外层厚度来实现光谱匹配,将可见光波段的多色光分别被径向结不同层级吸收转化为电信号,以此达到仿生性的光谱区分与光电转化,实现选择性的色彩探测。通过有限元分析法探索了叠层结构中内外层的最佳比例并证明了该模型的可行性。三、基于之前提出的假设与理论模拟分析,实现了一种新型的叠层非晶径向结阵列的制备方案,用于实现一种多色光电传感器。该结构基于非晶硅的三维模式实现的。之后对该结构进行了一系列的调控,主要是通过微调叠层径向结中外层的厚度来平衡内外双层对于光谱的吸收与信号输出的强度,以此来实现RGB色彩识别的平衡和优化。由于径向结独特的腔模式,导致内层对长波长光的耦合和吸收很强,可以实现在一个叠层径向结单元中的RGB多色识别。这些成果表明该阵列可以作为新一代多色光电探测器和人造视网膜的新希望。