石墨烯作为首次被发现的二维材料，由于特殊的线性能带结构使得其具有很多优异的性能，尤其是突出的高电导率等。基于这些性能，石墨烯被认为是有希望代替硅的新一代半导体材料。其产业化也成为了该领域研究的终极目标。为实现这一目标，大面积高质量石墨烯的可控制备成为研究的重点之一。　　从2004年发现的微机械剥离法开始，陆续发展了很多石墨烯的制备方法，例如还原-氧化石墨烯法，液相剥离法，化学气相沉积法，碳化硅热分解法。其中只有化学气相沉积法和碳化硅热分解法可以制备大面积的石墨烯，并广泛应用于高频微电子器件领域。但是，化学气相沉积法制备的石墨烯生长在金属衬底上，必须转移到其它绝缘衬底上才能进行电子器件的制备。虽然转移方法已经得到了一定程度的发展，但在转移过程中不可避免地会引入缺陷、残留物等，导致石墨烯质量的降低。而碳化硅上外延生长的石墨烯无需转移过程，就可以直接利用半导体器件加工工艺制备器件，科研工作者们普遍认为该方法是最有希望应用于未来半导体器件领域的。因此，本论文针对碳化硅上大面积、高质量石墨烯的制备进行了研究，特别对生长工艺条件及不同取向晶面的碳化硅衬底对石墨烯形貌和质量的影响进行了深入研究。众所周知，石墨烯是零带隙半导体，不能应用于逻辑器件。幸运的是当石墨烯被裁剪成纳米条带时，就可以打开带隙。目前，石墨烯条带作为电子器件的基本组成单元，主要是通过刻蚀工艺来获得的。如果可以在碳化硅衬底上直接外延生长具有单一取向的石墨烯条带，就可以避免刻蚀工艺在石墨烯条带上引入缺陷，从而得到更高性能的石墨烯器件。如果条带宽度可以控制到10纳米，那么就可以实现石墨烯逻辑器件的应用。为此，我们还探索了碳化硅上石墨烯条带的制备工艺，并对石墨烯条带的载流子类型和费米能级进行了表征。另外，在实验中发现，石墨烯中的缺陷是影响石墨烯性能的关键因素。所以对石墨烯中缺陷进行客观、快速的表征，将为优化石墨烯生长工艺、提高石墨烯的质量提供依据。为此，我们发展了一种对石墨烯缺陷的无损探测方法——偏压原子力显微技术。在此方法的辅助下，发现和掌握了在碳化硅(11-20)晶面上生长高质量石墨烯的关键工艺。　　本论文基于以上三个方面的研究，得到了如下的研究结果:　　首先，(i)在2英寸碳化硅(0001)晶面上外延得到了晶圆尺寸范围(wafer-size)内形貌、层数以及电学性能都表现出较好均匀性的高质量石墨烯。整个晶圆范围内电阻的不均匀性只有7.2％，接近商用半导体均匀性的要求5％。此外，通过在样品上方添加碳化硅晶片盖片，很好地控制碳化硅表面生长的石墨烯形貌及质量。(ii)在碳化硅(11-20)晶面上发现了衬底形貌的变化规律，观察到了两种主要形貌特征，并且发现这两种形貌区域内的石墨烯表面电势存在较大差别，最大可以达到140meV。(iii)在碳化硅(10-10)晶面得到的石墨烯呈现针状的表面形貌，这种源于衬底原子结构的针状形貌可以利用碳化硅盖片系统对其宽度和形核密度进行有效地调控。以上有关碳化硅外延高质量石墨烯的探索为后续碳化硅外延石墨烯高频电子器件制备奠定了良好的材料基础。　　其次，实验结果表明受到衬底原子结构各向异性的影响，在碳化硅(11-20)和(10-10)晶面都可以得到单一取向的石墨烯纳米条带。并且在碳化硅(11-20)晶面外延得到的石墨烯条带具有特殊的梭形。我们对这种特殊形貌的条带进行了详细研究，确定了石墨烯条带与碳化硅衬底的外延取向关系。并且探究了石墨烯条带的费米能级，其随着条带的宽度增加而降低。在同一条带的内部，由于其宽度的变化导致了类似NPN的内建电场。因此这种梭形石墨烯条带在石墨烯三极管器件领域有着潜在的应用前景，值得进一步深入研究。　　最后，我们发展了一种对石墨烯载流子类型和存在的缺陷进行无损检测的新方法——偏压原子力显微镜技术(electrically biased tapping mode(eb-TM))，用来检测石墨烯中纳米尺寸缺陷的空间分布情况。同时可以识别晶圆尺寸的石墨烯以及其缺陷的带电类型。相较于传统的静电力显微技术，该方法具有更高的灵敏度，更高的空间分辨率和更短的表征时间。