单光子探测技术在国防建设、工业和民用生活领域具有广泛的应用前景，比如：生物学上的DNA排序和荧光寿命成像、军事上的雷达测距和深海探测、天文学上的外太空探索和三维视觉系统、物理学上的粒子成像速度仪和量子密钥学、化学上的瞬间气体成像和粒子浓度探测等。基于CMOS工艺的单光子雪崩二极管作为单光子探测的核心器件，愈加受到了研究人员的关注和重视。论文在中央高校科研基本业务费资助项目的资助下，参考了国内外的单光子雪崩二极管器件结构，设计了有源区为p+/深n-型结构和带有p阱作为保护环的CMOS工艺单光子雪崩二极管器件结构。采用Atlas工具实现了器件结构的设计并对单光子雪崩二极管进行参数仿真，如：雪崩击穿电压，电场强度、碰撞产生率、暗电流、光电流、载流子的雪崩产生率、电流密度和电流流向等等。这些参数的仿真结果说明了这个器件结构满足预先的设计要求。先介绍了在盖革模式下单光子雪崩二极管的主要特性参数有光子探测效率、暗计数率、抖动（时间分辨率）、后脉冲率、响应度和带宽。再深入分析和对比了各种淬灭复位电路的原理和差异之后，设计了像元电路的有源淬灭复位电路。采用单稳态电路结合开关管及二极管耗尽层的寄生电容、二极管寄生的结电容、二极管的击穿电压源和体电阻建立了单光子雪崩二极管的SPICE模型并仿真，仿真表明开关管栅极信号将不会受到脉冲高电平的下降沿影响，体现出了一个独立的反馈过程。采用0.5um DPTM CMOS工艺设计了淬灭复位电路和完成了电路仿真，并绘制了版图。