随着世界各国对海洋资源开发的日益重视,与海洋相关的探测活动也日益频繁。与传统的水声通信技术相比,水下可见光通信是一种速度快、容量大、保密性强的无线通信方式,因而成为各国竞相角逐的核心技术之一。由于光在水中传播时会发生散射现象,从而导致光束能量随着传输距离增大而不断降低。如何针对水下可见光通信等弱光通信环境设计具有高响应度特性的接收端光电探测器,增加水下可见光通信的传输距离成为水下可见光通信领域亟待解决的问题之一。针对水下可见光通信对光电探测器的要求,本文基于CMOS工艺对高响应度光电探测器展开研究,主要内容包括:1、基于MOS晶体管的亚阈值放大效应,设计了具有高响应度的栅体互连NMOS型光电探测器。其中,利用UMC 0.18μm CMOS工艺提供的T阱与深N阱构成光电二极管,感光后的光生电势控制NMOS晶体管栅压,实现了电流的放大,有效提高了探测器的响应度。仿真及测试结果表明,所设计NMOS型探测器在可见光波长范围内具有较高的响应度。为解决所设计探测器芯片带宽较低的问题,将T阱区域划分为2×2和4×4两种结构,有效降低光生载流子在T阱内的渡越时间,将探测器的本征带宽分别提高到850MHz和2GHz。2、基于CSMC 0.25μm CMOS工艺平台,利用雪崩倍增效应设计了高响应度的单光子雪崩二极管（SPAD）探测器。使用N埋层形成虚拟保护环,与P阱构成了具有双保护环结构的SPAD,有效抑制了器件的边缘击穿。仿真结果表明,本文设计的SPAD具有较高的响应度及光子探测效率。3、利用SOI基隧穿场效应晶体管（TFET）的隧穿效应,将衬底光电二极管与顶层TFET结合,设计了一种高响应度的、双栅控制的TFET探测器。利用光电二极管的光生电势调控TFET的沟道势垒,进而控制TFET输出电流,实现光信号到电信号的转化。仿真结果表明,TFET型探测器对弱光具有很高的响应度,当光功率小于10m W/cm~2时,响应度超过10~4A/W。本文所设计的三种探测器均有良好的探测响应度,可满足水下可见光通信系统对探测器的高响应度要求,为系统设计提供了一种新思路。