石墨烯是由sp~2杂化碳原子组成的二维蜂窝状材料,因其优良的电学、光学等性能,在微电子领域具有重要的应用前景。目前,等离子体增强化学气相沉积（PECVD）是低温原位生长石墨烯薄膜的重要技术方法之一,掌握PECVD工艺中衬底温度、衬底偏压以及衬底材料性质对碳原子沉积成膜的影响机理至关重要,对探索实现高K介质表面原位生长大面积、高质量的石墨烯薄膜具有重要意义。以金属Ni为衬底进行石墨烯PECVD工艺实验,使用拉曼光谱和AFM联合表征石墨烯样品,并采用Comsol平台构建CH4/H2/Ar等离子体模型,结合流体动力学理论仿真,从微观角度研究分析了PECVD过程中衬底温度和衬底偏压对石墨烯薄膜生长的影响。石墨烯薄膜质量在723 K最优,随着温度的升高,石墨烯薄膜覆盖率提高厚度增加、CH4/H2/Ar与电子碰撞强度降低、表面反应速率加快,碳原子在成膜过程沿衬底横向迁移增强。石墨烯样品在-100 V质量最优,随着偏压的升高,石墨烯薄膜厚度增大及缺陷密度增多,衬底表面带电粒子数密度上升、均匀性降低,衬底表面附近H2等的中粒子分布减少,衬底偏压促进带电粒子向衬底表面移动,增强碳原子沉积速率、提高石墨烯薄膜规模,然而,偏压升高降低了基底表面H2密度,抑制H2对石墨烯薄膜的刻蚀,导致薄膜样品粗糙度升高。采用电子束蒸镀研制了适用于PECVD生长石墨烯的高质量金属Ni与HfO2高K介质薄膜,采用AFM、XRD和阻抗分析仪对衬底薄膜的微观形貌、结构和电学性能进行了分析表征。Ni、SiO2和HfO2均是表面平整度高（RMS值分别为:0.857 nm、0.500 nm、0.403 nm）的无定形薄膜,SiO2与HfO2相对介电常数分别为3.41、23.68,HfO2薄膜的介电性能接近理论值（相对介电常数25）,并优于SiO2薄膜介电性能。采用均匀实验设计研究了石墨烯薄膜在Ni、SiO2及HfO2衬底上的生长情况,分析总结了衬底材料性质对PECVD生长石墨烯的影响。拉曼光谱与AFM测试结果显示,衬底温度为450℃、偏压为-100 V、射频功率为100 W时,三种衬底石墨烯质量最高,在相同实验条件下,碳原子在Ni衬底成膜厚度最高。使用接触角测量仪表征Ni、SiO2以及HfO2种衬底表面能的相对大小为:Ni＞HfO2＞SiO2,分析得出,碳原子在Ni表面以溶解—析出模式形成连续薄膜,以直接沉积模式在绝缘衬底生长,高表面能导致石墨烯薄膜在HfO2表面覆盖率低。