近年来,忆阻器作为一种新型的非线性无源两端电气元件,凭借其独特的记忆特性和纳米结构,在非挥发性随机存储器、人工神经网络、混沌电路以及其他领域中具有极其广泛的应用前景。然而,由于制造纳米器件技术难度大、成本高,目前忆阻器还仅停留在实验研究中,无法大规模批量生产。忆阻器的SPICE模型通常是采用电阻、电容和电感等无源电子元件和受控源来构造。本文根据忆阻器的物理特性建立了忆阻器的数学模型和物理模型,在Cadence平台通过单光子雪崩二极管（Single Photon Avalanche Photodiode,SPAD）搭建了一种基于雪崩效应的双极性光电忆阻器,仿真结果表明,提出的电路结构具有广义忆阻器的特性。（1）本文主要针对高速、微弱可见光和近红外光的探测,设计和实现了一款高性能的光电探测器件。首先分析了光电探测器的工作原理和性能指标,并详细阐述了单光子雪崩光电二极管的I-V特性曲线、光子探测效率、响应度和暗计数率等主要性能参数。其次,在充分调研文献的基础上对所设计的光电探测器件的结构和性能进行了优化。最后,通过光电器件结构设计、Silvaco TCAD仿真、Cadence版图设计和版图验证,基于旺宏电子（MXIC）0.18μm CMOS工艺,设计了一款具有高边缘击穿、高响应度、扩展光谱和低暗计数率特性的圆形P+/N-well单光子雪崩二极管（SPAD）光电探测器件。（2）基于所设计的光电探测器件的雪崩光电效应,结合忆阻器特有的物理特性,完成了一种基于雪崩效应的双极性光电忆阻器的研究与设计。首先搭建了单光子雪崩二极管的等效电路模型,详细分析了将单光子雪崩二极管应用于雪崩被动淬灭电路的工作原理,进而得到了单向模型阳极处的电压和电流变化波形图,经由Origin处理数据,最终得出了单向模型阳极处的伏安特性曲线。其次,在充分研究单光子雪崩二极管等效电路模型的基础上,提出了一种具有双向导通功能的新型等效电路模型。由Cadence仿真软件验证了其正确性,并对其设计参数进行了优化。最后,将提出的新型双向等效电路模型应用于相同参数条件下的雪崩被动淬灭电路,经过相同的处理最终得到了双向模型阳极处的伏安特性曲线,即一条优美的紧磁滞回线,完成了双极性光电忆阻器的设计。