真空传感器是真空科学研究与真空测试技术中的重要器件。本文将传统的皮拉尼计与MEMS技术结合起来,研制了一款与标准CMOS工艺兼容的集成皮拉尼传感器系统。该传感器系统利用少量外部元件完成气压的检测、气压信号的数字化、气压的实时显示以及与外部处理器通信等功能。详细研究了基于微热板的敏感元件的设计、加工、测试,传感器的驱动电路设计,气压显示和系统接口设计等。此外,本文也研究了传感器的敏感机理和硅微皮拉尼传感器中气体导热的微尺度效应。硅微皮拉尼传感器是基于气体导热量与气压相关的原理进行工作的,为此,介绍了气体导热的微观机理,即皮拉尼传感器的敏感机理。分析了气体导热的微尺度效应,并将其引入到作为硅微皮拉尼传感器最常用的敏感元件——多晶硅微热桥之中,对其经典的电-热-力耦合模型进行修正,修正后的模型在微热桥温度较高,变形剧烈时计算所得的微热桥温度场更接近于实验结果,说明修改后的模型扩大了经典模型的适用范围。尽管微热板的温度场难以求得解析解,但相比于微热桥,微热板具有有效面积大,灵敏度高的特点。为了进一步提高传感器的灵敏度,本文选择了在CMOS工艺中作为通孔材料的钨作为微热板的蛇形加热电阻,设计了基于表面牺牲层技术的钨微热板,并把它作为皮拉尼传感器的敏感元件。相比于作为微热板加热电阻的多晶硅和铝,钨电阻具有高熔点(3417℃)及抗电迁徙的特点,使之成为更适合集成皮拉尼传感器系统的敏感元件——微热板的加热电阻。采用以运算放大器为核心的恒流电路作为微热板的驱动电路。较之恒温,恒压驱动电路,在恒流驱动下,微热板在低气压阶段时温度较高,传感器对低气压有较高的灵敏度。为了进一步提高灵敏度,采用四个微热板串联构成微热板阵列,在不增加工艺复杂性的前提下等效增大微热板的面积,提高灵敏度。采用了不同的设计方法及设计软件,利用0.5μmCMOS工艺在同一个硅片上实现了传感器、模拟电路和数字电路的集成,构成了集成皮拉尼真空传感器系统。测试结果显示各电路功能模块满足传感器系统的要求,传感器的气压响应范围为10-1Pa～105Pa。本文研制的集成皮拉尼传感器系统能够作为气压检测器应用于中真空和粗真空的测量。