石墨烯由于具有超高的载流子迁移率以及其它独特的性质,在高速电子器件领域展现出非常大的应用潜力。在众多制备石墨烯的方法中,高温热解碳化硅外延石墨烯由于无需衬底转移且与现有的半导体工艺兼容等优势,被认为是将来大规模制造石墨烯纳米器件最具潜力的方法之一。但是制作石墨烯纳米器件的第一步需要通过氧离子干法刻蚀制备出石墨烯纳米带,这一步骤会在石墨烯纳米带的边缘处引入缺陷以及悬挂键,降低了载流子的迁移率,同时光刻使用的化学有机溶剂会在石墨烯晶格中引入新的杂质,使器件的性能退化。本论文选题来源于国家科研项目,主要创新点在于提出了一种在碳化硅衬底上特定区域选择性生长石墨烯的方法,主要包括在衬底表面淀积一层100nm厚的氮化铝(AlN)作为覆盖层,阻止其覆盖区域下面的硅原子升华,从而只能在无AlN覆盖的特定区域生长石墨烯,避免了石墨烯与有机化学物质的不必要接触,保证了石墨烯器件的性能,可为后续制作超高速石墨烯电子器件做探究性铺垫工作。论文的主要工作如下:首先,阐述了石墨烯的晶格结构和相关电学性质,总结当前制备石墨烯的主流方法及它们的优缺点,并详细介绍了表征石墨烯的主要手段。其次,从碳化硅的晶格结构出发,分析了石墨烯在碳化硅两种极面的生长机理及外延生长石墨烯的不同工艺条件。本文基于高温热解外延生长石墨烯工艺,详细设计了在4H-SiC的碳面淀积AlN薄膜并开出图形窗口的工艺步骤,具体包括了衬底清洗、AlN淀积、光刻以及刻蚀,并得到加工完成之后的光学显微图片。最后,基于中科院半导体所材料生长中心的SiC外延生长设备,探究了在通入氩气、压强1mbar的环境下,温度范围从1400℃上升到1600℃对实验结果有何影响。借助AFM、SEM和Raman测试对样品进行表征。结果显示在1400℃和1500℃时,AlN薄膜可以有效阻止硅原子的升华,但温度升高到1600℃以上时,SEM的结果显示AlN薄膜出现缺陷,表面出现明显的空洞,分析可能是由于温度过高,部分区域的AlN发生分解,硅原子在此区域升华逸出,造成了表面缺陷。因此,可推断本方法在4H-SiC衬底选择性生长石墨烯的极限温度为1600℃。同时Raman光谱的结果显示,1400℃、压强1mbar、保温时间10min的工艺条件无法生长出石墨烯,而随着生长时间增加到40min,出现了微弱的G峰和2D峰。并且随着温度的进一步升高,IG/I2D比值减小,石墨烯的质量明显得到改善。最后测试了石墨烯层的载流子迁移率,得到的结果为150±20cm2/Vs,分析载流子迁移率较低的原因可能源于刻蚀缺陷导致的边缘散射以及衬底的无序散射等原因,实验结果为我们后续优化实验工艺提供了经验和依据。