石墨烯是单层碳原子以sp²杂化紧密堆积成的二维（2D）碳材料,由于其具有独特的性质,包括室温下超高载流子迁移率,高导热率和优异的拉伸强度等,使得石墨烯成为近些年被广泛应用的二维材料之一。目前,石墨烯材料已被应用于太阳能电池器件、石墨烯气体传感器和石墨烯场效应晶体管等电子器件中,尤其在石墨烯场效应晶体管中,石墨烯的应用可以提高器件的响应速度和截止频率,对石墨烯材料及其电子器件的研究对半导体器件的发展具有重要意义。随着对石墨烯研究的深入,合成石墨烯的方法层出不穷,主要有热分解Si C、机械剥离和化学气相沉积（CVD）等。热分解Si C成本较高,机械剥离法制备的石墨烯面积较小。广泛研究证明,通过CVD方法可以在950-1100℃的生长温度下,在金属衬底上制备大面积高质量的石墨烯薄膜并转移到绝缘衬底上用于器件的制备。但是CVD技术较高的沉积温度难以与目前的MOS工艺相兼容,而且在石墨烯的转移过程和图形化过程中会对石墨烯造成不同程度的影响,使石墨烯的性能下降,降低器件的性能。另外,采用常规材料Si O₂作为石墨烯场效应晶体管的栅极绝缘层,由于Si O₂介电常数值较低,使得石墨烯场效应晶体管中极易发生隧穿现象等问题,同样会影响器件的性能,而栅极电压能够有效控制采用高K绝缘介质（Ta₂O₅,Er₂O₃,Sm₂O₃等）制备的石墨烯场效应晶体管中的载流子并避免器件发生隧穿现象。本论文在高K衬底上利用lift-off工艺蒸镀图形化的Ni膜,应用PECVD技术在图形化牺牲层Ni的辅助作用下催化生长图形化石墨烯,刻蚀掉牺牲层Ni之后达到在绝缘介质上直接合成大面积的图形化石墨烯的目的。其中,重点研究了牺牲层Ni膜的厚度、沉积温度、沉积时间以及PECVD的射频功率对石墨烯质量的影响,优化石墨烯工艺条件。并在此基础上完成了以Ta₂O₅为高K绝缘栅的石墨烯场效应晶体管的制备与研究,研究内容包括:设计器件结构、设计掩膜版、选择工艺原材料、工艺的优化与器件的制备、器件电学性能的表征等,并通过对不同沟道长度的石墨烯场效应晶体管电学性能的测量探究了沟道长度对器件性能的影响。石墨烯的表征结果说明,沉积温度为600℃、射频功率为200W、生长时间为60s、总压强为325Pa时借助图形化牺牲层Ni的辅助作用在绝缘层上制备了免转移的图形化石墨烯具有较好质量。器件的电学性能测试结果说明,本论文以高K衬底上的图形化石墨烯为有源层直接制备的石墨烯场效应晶体管具有优良的电学性能。