本文以pH-ISFET为基础，研究了电位型生物传感集成芯片系统（System on Chip，SOC）的相关理论及关键技术。 创新地引入了悬浮栅结构ISFET，利用Ta₂O₅的敏感性和聚四氟乙烯（PTFE）的钝化特性设计出ISFET／REFET传感器与Pt准参比电极（QRE）构成差分测试结构。 依据电解液／绝缘体／半导体（EIS）表面基模型理论，分析研究了Ta₂O₅薄膜表面的电化学过程，建立了Ta₂O₅-ISFET传感器SPICE等效电路模型，成功地把ISFET作为集成电路的一个器件，对集成芯片进行整体仿真分析，为芯片设计和加工提供了理论依据。 由新加坡Chartered半导体集成电路公司标准CMOS工艺流片，获得高质量集成芯片。设计出微小芯片专用工艺模具，由MEMS技术进行集成芯片后续加工。 系统研究了Ta₂O₅敏感薄膜淀积中衬底温度、溅射气压等条件对pH敏感性能的影响。探索出在衬底温度300℃条件下获得优质敏感薄膜的制膜条件。该薄膜具有较高的灵敏度（54.5mV／pH）、较快的响应速度（0.2s）、良好的稳定性（0.03mV／h）和重复性，并可用于集成芯片制备。 本研究解决了FET型生物传感器与集成电路的兼容性问题，初步实现了传感器与集成电路的单芯片集成，获得较高的灵敏度和良好的稳定性，验证了基于标准CMOS工艺的微传感集成芯片的可行性，为进一步构建数字型生物传感芯片系统奠定了基础。