弱光探测技术广泛应用于国土安全、空间探索、工业制造、医学健康、科学研究等各个领域，具有极大的经济价值和社会意义。硅光电倍增器（SiPM）是一种利用半导体雪崩倍增机制对极微弱光进行精确探测的新型阵列式固体探测器，可对单光子作出响应，具有极高的探测灵敏度。并且SiPM具有高量子效率、高增益、高时间分辨率、快速响应、低工作电压、结构紧凑稳固、对磁场不敏感等优点，是弱光探测前沿问题的绝佳解决方案。互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺具有性能稳定、成本较低、适合大规模量产等优点，利用CMOS工艺进行SiPM器件及其片上集成系统的开发，对促进弱光探测技术发展具有积极而深远的意义。　　使用标准CMOS工艺设计实现SiPM器件（CMOS SiPM）的主要障碍在于该类工艺的设计流程、工艺特征等均服务于场效应晶体管的性能优化，缺乏针对SiPM器件设计实现的方法指导。目前对CMOS SiPM器件的设计优化主要是通过反复地实验试错来实现，周期长、成本高且优化效率低下。因此需要通过适当的数值仿真方法，评估CMOS工艺对SiPM器件性能的影响，为CMOS SiPM器件的设计优化指明方向。由于雪崩倍增是一种瞬态变化的微观过程，因此现有稳态宏观的数值仿真方法无法准确描述CMOS SiPM器件击穿后的工作状态。　　本课题对SiPM器件的工作原理与物理机制展开研究，建立针对SiPM类型器件稳态和瞬态响应的数值仿真分析方法，指导基于0.18μm标准CMOS工艺的SiPM器件设计，通过多项目晶圆流片制造CMOS SiPM器件。通过实验测试评估CMOS SiPM器件的击穿电压为12V，并测量得到清晰的单光子响应谱；在环境温度25℃、过电压2V时，CMOS SiPM器件的暗计数率为2×104kHz/mm2，串扰概率为0.4，增益为1.406×106，单光子分辨率为23.4%。探索了CMOS SiPM器件测量人体脉搏信号的可行性，初步验证该器件的应用价值。