石墨烯作为新型的二维电子材料,因具有极高的电子迁移率和透光性等特性,使得其在电子信息领域拥有巨大的应用价值,例如超级电容器、场效应晶体管、薄膜传感器等。而石墨烯场效应晶体管具有较高的载流子迁移率、截止频率以及响应速度等优势,也使得石墨烯成为最有可能替代硅的下一代半导体材料。化学气相沉积（CVD）方法目前已经成为制备石墨烯的最适宜的工艺方法。近年来,随着CVD工艺制备石墨烯研究的逐步深入,也进一步推动了石墨烯新型电子材料与器件的研究与应用。然而,利用与现今硅集成电路制备工艺相兼容的技术来制备高品质石墨烯的相关研究仍旧是个难点,这也限制了石墨烯在电子信息领域的应用与发展。另一方面,常规石墨烯器件基本是以低介电常数的二氧化硅作为绝缘介电层,栅压对石墨烯器件中载流子的控制能力较弱,并且容易发生隧穿现象等问题。而高k绝缘栅层(Ta₂O₅,HfO_2,h-BN等)可以对石墨烯中载流子具有较强的栅电场控制作用并减弱其电离杂质散射的影响,使得器件可以在低栅压下获得较高的载流子迁移率和响应速度,提高器件性能。本论文使用低温PECVD技术,分别在金属与绝缘衬底上完成了大面积、沉积均匀的高品质石墨烯的制备和研究,并且重点分析了金属镍膜衬底结构与表面形貌对石墨烯的生长和转移所带来的影响,以及在绝缘衬底上工艺气体组分及流量对生长石墨烯的影响。然后在此基础上,完成了以Ta₂O₅为背栅高k绝缘层的石墨烯场效应管器件的制备与研究,主要包括:器件与掩膜版的设计、材料与制备工艺的优化、电学性能的测试分析等。器件的电学特性结果表明:室温下,转移特性曲线显示为单极空穴导电特征,载流子迁移率为1836 cm²/（v·s）,开关比为6.8。通过退火,器件由单极导电特性恢复为双极导电特性,P型掺杂作用减弱,狄拉克电压减小,载流子迁移率提升。其中,在100℃下退火后,迁移率和开关比分别提高至2836cm²/（v·s）和8.3,有益于器件性能的提升。同时,相比于常规的SiO₂绝缘介电层,以Ta₂O₅作为高k绝缘介电层而制备的石墨烯器件,其载流子迁移率从1214 cm²/（v·s）提升至2836 cm²/（v·s）,器件电学性能得以较好地改善。