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本文基于MEMS技术和CMOS工艺设计一种单片集成三维磁场传感器,该结构由两个硅磁敏三极管（SMST）差分结构、一个霍尔磁场传感器和一个高磁导率材料聚磁结构构成。其中,由SMST1管和SMST3管构成的第一差分结构实现对外加磁场x方向分量Bx的测量;由SMST2管和SMST4管构成的第二差分结构实现对外加磁场y方向分量By的测量;基于霍尔效应和导磁材料聚磁原理,霍尔磁场传感器和聚磁结构实现对外加磁场z方向分量Bz的测量,聚磁结构对磁场的放大,可提高霍尔磁场传感器磁灵敏度。在此基础上,采用半导体器件模拟软件TCAD-Atlas构建单片集成三维磁场传感器仿真模型,并进行磁敏特性及温度特性仿真研究;采用有限元分析软件ANSYS 15.0构建高磁导率聚磁结构仿真模型并进行特性仿真分析。采用集成电路版图设计软件L-Edit设计单片集成三维磁场传感器芯片版图,基于MEMS技术和CMOS工艺在<100>晶向高阻单晶硅衬底上完成单片集成三维磁场传感器芯片制作,并通过内引线封装技术完成传感器封装。在室温条件下（300K）,本文通过采用半导体参数测试系统（KEITHLEY 4200）、高精度磁场发生器（CH-100）和温度测试系统分别对单片集成三维磁场传感器进行IC-VCE特性、磁敏特性和温度特性研究。实验结果表明,当电源电压VDD为5.0V和基极注入电流IB为8.0mA时,单片集成三维磁场传感器中x方向和y方向两个磁敏三极管差分结构磁灵敏度分别为107.7mV/T、103.7mV/T,z方向霍尔磁场传感器在聚磁封装结构中磁灵敏度为108.6mV/T。实验结果表明,单片集成三维磁场传感器能够同时实现对空间磁场三个分量Bx、By和Bz的测量,且具有较低的交叉干扰现象和较好的一致性,为集成化传感器进一步研究奠定了基础。