单原子层石墨烯因其在电学、力学、热学和光学方面的优异性能,自2004年被发现以来,便一直备受各领域科研工作者的青睐。其中,采用石墨烯作为场效应管的沟道材料是其最具前景的应用之一。但是,器件的结构和介质会影响甚至改变石墨烯场效应管（GFET）的性能。本文以自氧化铝为介质,提出了多种简单的制备方法,并制备了多种新型结构GFET,研究了器件的结构和介质对GFET特性的影响。主要研究内容如下:一、沉积介质是制备石墨烯场效应管必要的工艺步骤。利用铝自氧化形成绝缘层的特性,可省去铝埋栅GFET制备过程中沉积栅介质工艺步骤,简化铝埋栅GFET的制备工艺。另外,利用铝埋栅自氧化特性可以获得薄层栅介质,本文制备了具有高栅电容（875nF/cm2）的铝埋栅自氧化介质GFET。并实现了基于单个铝埋栅自氧化介质GFET的高转换增益的倍频器。二、采用常规方法制备的GFET,栅与源、漏电极之间均存在着较大的未被栅极调制（un-gated）的连接区域（LA）,由LA引起的两个连接电阻（RA）是限制GFET性能的关键因素之一,其存在将减小源漏电流(Ids)和跨导（gm）、降低频率性能。套刻误差和操作技能等是产生LA的主要原因。并且,栅、源和栅、漏两对电极之间的LA长度通常是不相等或不对称的。具有不对称LA的GFET,当交换源、漏电极时其性能也表现出不对称的特性。本文采用带源极负反馈电阻的共源极电路模型和GFET总电阻计算公式,分析了不对称特性的产生原因。三、通过改进源漏电流模型并结合仿真,研究了由改变连接区域所引起的连接电阻的变化对GFET性能的影响。提出了制备自对准结构SA-GFET（Self-aligned,SA）的新思路,即先形成源漏电极,再形成自对准的栅电极。SA-GFET的制备是利用电子束蒸发沉积的薄层金属台阶覆盖性弱的原理,在制备过程中使源、漏两电极均和栅电极对准（或对齐）,达到尽可能地减小LA从而减小RA的目的。四、系统分析SA-GFET的结构和制备方法,提出并制备了两种新型结构的SA-GFET,即金属堆叠栅电极SA-GFET和金属堆叠源漏电极SA-GFET。相比已报道的SA-GFET制备方法,这种两种SA-GFET制备工艺简单,且可以避免等离子体对石墨烯沟道的损伤。其中,金属堆叠栅电极SA-GFET的关键制备工艺是:先制备多层金属堆叠的栅电极,以顶层金属层作为阻挡层,选用刻蚀剂腐蚀第一层金属,形成侧向底切的T型形状栅极。而金属堆叠源漏电极SA-GFET的关键制备工艺是:先制备三层金属堆叠的源漏电极,选用刻蚀剂腐蚀第二层金属,确保第一层和第三层金属不被腐蚀,形成侧向凹陷的源漏电极。得益于其巧妙的结构,源漏电极侧向凹陷的程度不会改变金属堆叠源漏电极SA-GFET的连接电阻。五、由于石墨烯是零禁带材料,GFET的开关比很低,不能被关断。研究人员一直在努力寻找实现GFET的高开关比的方法。本文探索了不同于已有GFET高开关比工作原理的方法,也就是从GFET的介质材料方面找到实现GFET高开关比的新思路。发现利用铝自氧化形成的介质制备的GFET可以获得高达5×107的开关比,有效的实现了GFET的关断和可控开启。并对此关断和开启的机理做了定性的分析。即,由于石墨烯沟道中单位面积的载流子数目有限(10111012/cm2),而且铝自氧化栅介质有微弱的导电特性,在正栅电压作用下,当栅电极抽出电子的能力大于感应电子的能力时,沟道中载流子数量变得很少或者几乎为零时,GFET被关断。此时,石墨烯的禁带可推断为被打开。反之,在负栅电压作用下,载流子再注入,使得被关断的GFET又重新被开启。基于载流子的再注入原理,可以通过改变施加的负栅电压值,来控制再注入的载流子数目,从而控制GFET的电流Ids。根据功耗公式P=IV可知,铝自氧化介质GFET的功耗相比常规GFET的功耗将成数量级的降低。在GFET关断和开启的转换之间可以实现对信息的存储,这可应用于实现非挥发性存储器。另外,发现了不同于常规FET器件的工作原理的栅极电流辅助增益。最后,制备的HfO2介质GFET,进一步佐证了所提出的关断和开启原理。