石墨烯是一种由单层六角原胞碳原子组成的蜂窝状二维晶体，由于其具有高电子迁移率、室温弹道传输等突出的物理性能，已经引起了人们巨大的研究兴趣。这些优异的性能使石墨烯成为最有希望取代硅延续摩尔定律和制备纳电子器件的材料。然而要发展石墨烯基电子器件，就必须要在石墨烯上沉积高k栅介质作为顶栅。原子层沉积工艺（ALD）依靠化学源在衬底表面的自限制反应沉积薄膜，能够控制薄膜的厚度，是沉积高质量、保形的超薄栅介质薄膜的首选方法。但由于石墨烯表面缺乏薄膜生长所需的悬挂键，薄膜很难在石墨烯上成核生长。之前的研究者通过积极地探索，已经提出了好几种解决思路，但尚没有一种可控的、重复性好、能满足工业应用需求的工艺或方法。本文提出利用较低的工艺温度下物理吸附在石墨烯表面的化学源实现薄膜沉积，解决化学源无法化学吸附在石墨烯表面的问题。主要内容有：（1）采用微机械剥离法制备了石墨烯并介绍了石墨烯的常见表征手段；（2）采用AFM研究了工艺温度对采用水基ALD工艺在石墨烯上制备Al₂O₃薄膜的影响，发现在低于常规ALD工艺温度的温度窗口（100℃¹30℃）内Al₂O₃可以均匀沉积在石墨烯表面。利用Raman光谱表征了水基ALD工艺对石墨烯晶格的影响，发现薄膜沉积前后拉曼谱图未显示出明显差异，证明水基ALD工艺不会破坏石墨烯晶格；（3）实验证实在100℃¹30℃的低温区间内采用TMA/H₂O工艺在石墨烯表面沉积Al₂O₃薄膜是很好的成核层，可以在其上沉积其他高k栅介质，从而达到提高和调制薄膜的介电常数的目的；（4）为研究薄膜的生长机理，实验观察了在不同衬底温度、不同循环数下沉积的HfO₂薄膜的形貌，发现:石墨烯上物理吸附的水分子的数量和分布会决定沉积的氧化物的形貌，此外实验所采用的依靠物理吸附的水分子实现薄膜沉积的ALD工艺与PVD工艺有很多相似之处。