自从2004年第一次被成功剥离以来,具有sp2杂化的蜂窝状格子的石墨烯引起了研究者广泛的兴趣。石墨烯本身具有优异的电学、机械以及光学等性质,有着巨大的应用潜力。为实现石墨烯在电子学领域的应用,首先需要解决的关键问题是在绝缘基底上制备大面积、高质量的石墨烯。随着研究的发展,研究者发现在过渡金属单晶表面外延生长是一种制备高质量、大面积石墨烯的有效方法。然而,石墨烯π带和过渡金属d电子之间的杂化作用会导致其与金属基底间较强的相互作用,从而影响了石墨烯的性能。此外,金属基底的导电性也阻碍了石墨烯的应用。利用插层方法可以使外延高质量石墨烯与过渡金属基底相互作用减弱,然而尚未实现石墨烯与金属基底的完全绝缘。本文研究了过渡金属单晶表面外延单层石墨烯的绝缘插层及物性,其中包括石墨烯/氧化硅/Ru（0001）、石墨烯/氧化镁/Ru（0001）以及石墨烯/氧化锗/Ir（111）三个体系。得到以下创新性成果。1.Ru（0001）表面外延石墨烯的晶态、非晶态氧化硅插层及其物性。利用分步插层法成功构筑了石墨烯/晶态氧化硅和石墨烯/非晶态氧化硅异质结。晶态氧化硅厚度可以达到1.1 nm,无定形氧化硅的厚度可以达到1.8 nm。输运性质研究表明1.8 nm氧化硅插层可以使石墨烯与Ru（0001）基底绝缘。石墨烯的电学输运研究表明插层后石墨烯仍然保持着高质量。此外,对Ru Si插层样品进行氧化可以实现厚度达11 nm的氧化层。该氧化层不是单一的硅氧化物,是Ru-Si-O的混合物。2.Ru（0001）表面外延石墨烯的氧化镁插层及结构特性。同样利用分步插层法,构筑了石墨烯/晶态氧化镁和石墨烯/非晶态氧化镁异质结。Mg原子插入石墨烯和Ru（0001）基底的界面处,形成2×2的有序结构。氧化后,得到的晶态氧化镁插层为岩盐结构。实验结果显示晶态氧化镁有多个畴,且其厚度不均匀,最厚的氧化镁层约2.3 nm。此外,插入的氧化镁层在高温下可以分解,整个插层和脱插过程是可逆的。3.Ir（111）表面外延石墨烯的非晶态氧化锗插层及其物性。插层过程和氧化硅类似,都采用分步插层法。Ge原子插入石墨烯和Ir（111）之间后,会形成有序的2×2结构。锗原子在MBE腔中难以完全氧化,而在管式炉中以更高的氧分压和更低的温度实现了Ge插层的氧化。氧化后,形成了Ge的低价氧化物Ge Ox。Ge Ox的厚度约为1.5 nm。XPS结果表明Ge和Ge Ox插层对石墨烯有p型掺杂。垂直输运测量表明插入的Ge Ox层可以作为该垂直异质结的隧穿势垒。本文的研究结果表明利用分步插层法可以无转移地将过渡金属表面外延高质量、大面积的石墨烯置于多种绝缘层上。这为石墨烯及其异质结在未来电子器件中的应用研究提供了新思路。