目前,信息产业是国家和地方经济的支柱,而集成电路是信息产业发展的基石和核心。在大规模集成电路中广泛使用的是硅基金属-氧化物-半导体场效应晶体管,其特征尺寸已减小至14nm,预计2020年将达到硅材料的使用极限。在已知的电子材料中,石墨烯是公认的最有希望替代硅的材料之一。而石墨烯广泛应用于集成电路领域的主要难点之一在于大面积、高质量石墨烯薄膜的可控制备,尤其是可应用于电子领域的高迁移率石墨烯。在石墨烯的众多制备方法中,化学气相沉积技术最有可能实现大面积、高质量石墨烯薄膜的可控制备。近年来,随着石墨烯制备工艺的快速发展,进一步推动了基于石墨烯材料的新型电子器件的研究。石墨烯场效应晶体管（graphene field-effect-transistor,GFET）具有较高的截止频率、较快的响应速度,且其特征尺寸能够继续缩小。因此,GFET的研究对于摩尔定律的延续具有非常重要的意义。但目前针对GFET的研究却只处于起步阶段,而将高介电常数材料应用于GFET器件中的研究报道相对更少。现已报道的GFET器件大多以SiO₂为栅绝缘层,SiO₂的介电常数值较低,导致器件功耗较高且极易发生击穿。而以高介电常数半导体材料（Ta₂O₅,TiO₂,Al₂O₃等）作为栅绝缘层的GFET器件,则可以在较低的栅压下保持较高的载流子迁移率与开关速度,同时又能有效降低电子隧穿效应发生的几率。本论文采用低温等离子体增强化学气相沉积技术,在直径2英寸的晶圆衬底上实现了厚度为双层原子层、且沉积均匀的高质量石墨烯薄膜的可控制备。在此基础上进行了以高介电常数Ta₂O₅为栅绝缘层的GFET器件的研究,包括:器件结构设计、掩膜版制备、材料选择、制备工艺、电学特性等。最终器件性能指标达到:室温下,载流子迁移率为2272cm²/（V·s）,电流开关比为6.2,其性能相比于同等条件下以SiO₂为栅绝缘层的GFET器件有了明显提高。