石墨烯（graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角形晶格结构的只有一个碳原子厚度的二维薄膜材料。石墨烯非常独特的晶体结构使其拥有非常优异的力学、光学、热学和电学等性质。石墨烯是目前世界上已知最薄却也是最坚硬的纳米材料；它几乎是完全透明的，光吸收率仅为2.3%；导热系数高达5300W/m K；常温下其电子迁移率超过15000cm~2/V·s，而电阻率只有约10-6Ω·cm，为目前世界上电阻率最小的材料。为了实现石墨烯材料的广泛应用，首先要研究出能制备大尺寸高质量石墨烯薄膜材料的方法；其次，能够对石墨烯薄膜的性质进行精确调控。所以，关于石墨烯薄膜的制备、特性及改性等是当今科学界研究的一大热点。目前，能够制备高质量石墨烯薄膜的方法主要有热化学气相沉积法（chemicalvapor deposition CVD）和高温热解SiC外延生长法。但是高温对生产设备提出了苛刻的要求，此外高温能耗巨大，这些都成为了工业生产的弊端。如何降低制备石墨烯薄膜所需的温度或发展新的石墨烯薄膜低温制备技术，对于石墨烯薄膜的应用具有重要的意义。低温等离子体技术的发展使得在低温条件下利用等离子体直接合成或等离子体辅助的材料制备成为可能，也成为当前半导体加工的主流手段。近年来，双频容性耦合等离子体（dual frequency capacitively coupled plasma, DF-CCP）作为一种新型的等离子体源，由于其采用了一个高频电源和一个低频电源共同驱动等离子体，因此可以实现离子密度和能量的独立调控，因而可能在石墨烯薄膜制备和加工中得到应用。离子束（ion beam）是用电场将离子从一团等离子体中引出来并以近似一致的速度沿几乎同一方向运动的一群离子。目前，离子束掺杂技术已成为半导体大规模集成电路生产过程中的一种重要手段。利用离子束技术对石墨烯薄膜进行掺杂改性具有潜在的研究和应用价值。本文主要使用双频容性耦合等离子体技术在低温条件下制备石墨烯薄膜，并对其物理和化学性质进行了系统研究；还使用了低能离子束照射技术对单层石墨烯进行掺杂改性，并详细研究了其化学成份、晶体结构和表面形貌，主要内容包括：（1）探索了双频容性耦合等离子体CVD技术沉积与低温退火处理相结合的石墨烯薄膜的制备方法，实现了在低温和无催化金属基片的条件下，直接在石英玻璃基片上沉积了石墨烯薄膜。主要研究了高、低频电源功率、沉积时间和退火温度对石墨烯薄膜的层数及晶体质量的影响。实验结果证明在高、低频电源功率分别为165W和35W条件下才能制备获得石墨烯薄膜。沉积时间越短，石墨烯薄膜的层数越少。而提高退火温度能有效提高石墨烯薄膜的晶体质量。（2）研究了C4F8双频容性耦合等离子体预刻蚀SiC，并经过退火后处理在SiC基片表面制备石墨烯薄膜的方法。SiC基片的表面粗糙度和化学成份对石墨烯薄膜的影响很大，因此，首先研究了C4F8/Ar双频容性耦合等离子体刻蚀对SiC基片的影响。研究结果表明，当低频功率较低时，SiC基片表面粗糙度增加很小，而且表面残留的碳氟膜较少。与其他等离子体干刻蚀法相比，双频容性耦合等离子体能有效抑制碳氟膜在SiC表面的沉积，这对于后续石墨烯薄膜的制备非常关键，同时也为刻蚀SiC提供了一种优异的手段。其次，根据对等离子体刻蚀基片的研究结果，选择了合理的参数刻蚀了SiC基片并对样品进行了退火后处理。研究结果表明，经等离子体预刻蚀处理后，可以在低温条件下（950℃）热解SiC制备出石墨烯薄膜。在氩气气氛下退火能有效提高石墨烯薄膜的晶体质量。该方法制备的石墨烯薄膜表面残留有少量碳氟薄膜，但对石墨烯薄膜质量的影响较小。（3）使用低能离子束（≤50eV）照射手段对单层石墨烯薄膜进行了掺杂改性，研究了在不同能量和剂量条件下，B、N、F离子束照射对石墨烯薄膜的化学成份、晶体结构和表面形貌的影响。实验结果证明，在注入能量较低的情况下，离子仍然能成功的掺杂进石墨烯，从而有效的降低了石墨烯薄膜掺杂改性所需的离子注入能量。同时，与高能离子束照射相比，低能离子束对石墨烯薄膜造成的损伤非常小，有效的减少了离子束照射对石墨烯薄膜的损伤。同时，计算模拟了低能离子束照射单层石墨烯的掺杂率。根据模拟结果，质量数越大的离子掺杂率越高。而能量越低，离子在石墨烯中的掺杂率越高。