自2004年第一个薄层石墨场效应晶体管(FET)的制备以来，石墨烯的相关研究蓬勃发展。在电子学领域，石墨烯FET一直是人们关注的焦点。本文通过石墨烯FET的电学测量，展开了石墨烯物理和石墨烯FET性能的研究。　　 我们通过制备具有超薄氧化钇(Y2O3)栅介质的石墨烯FETs，测量了石墨烯的量子电容。其中，Y2O3厚度被不断减薄至实际物理厚度3.9 nm，等效栅氧厚度1.5 nm，以增大器件的栅氧化层电容，从而凸显与其串联的量子电容的贡献。1.5 nm的等效栅氧厚度是目前石墨烯FET中已报道的最小等效栅氧厚度。该厚度下，Y2O3仍然保持很好的绝缘性能，其栅漏电流密度只有1.5 nm热氧化SiO2的千分之一。在此基础上，我们通过制备和测量具有两种不同Y2O3厚度的石墨烯顶栅FETs，准确地从栅电容中提取出石墨烯的量子电容和Y2O3的相对介电常数(κ～10)，提取过程不需要借助任何拟合手段。所得量子电容和理论值吻合很好。与此同时，我们研究并比较了直流和交流两种截然不同的方法下获取的Y2O3电容，发现两种不同方法下得到的电容值吻合很好。这进一步保证了我们测量结果的可靠性，同时也意味着我们所生长的Y2O3栅介质有较高的质量。　　 通过比较不同Y2O3厚度石墨烯FETs的栅电容，我们研究了石墨烯FETs的纵向缩减行为，发现利用减薄氧化层厚度来提高栅电容的办法将随着氧化层厚度减小而逐渐失效，量子电容在其中的限制作用逐渐增强，当Y2O3厚度小于4 nm时，量子电容将起主导作用。得益于石墨烯的单原子层导电特性，4 nm Y2O3能有效控制沟道长～1 nm的石墨烯FET而不出现短沟道效应，因而对于实际可能的器件，尽管量子电容有显著作用，但器件的横向缩减并不受影响。　　 在上述研究过程中，我们发现在石墨烯FET狄拉克点电压附近，石墨烯量子电容的实验值和理论值有显著差别，为此我们结合实际石墨烯样品中存在的电子.空穴浓度涨落现象建立了首个石墨烯量子电容的微观模型。在此基础上，我们用单一参数--石墨烯面内的电势涨落δV完美拟合了实验曲线，并同时给出了和电势涨落相对应的载流子浓度涨落。　　 和文献中报道的石墨烯顶栅FET相比，我们制备的器件虽然在栅电容上有很大优势，但载流子迁移率明显偏低，这将显著影响器件性能。在上述研究的基础上，我们发现简单地提高Y2O3生长温度即可显著增大器件迁移率，由此我们制备了同时具有高迁移率(5400 cm2/V·s)和高栅效率(285nm热氧化SiO2底栅栅效率的120倍)的顶栅器件。这样就使得器件跨导对尺寸和偏置电压归一化后达到了7900μF/cm2。在所制备的310 nm栅长器件中，器件跨导达到了0.69mS/μm，这是同样栅长硅基nMOSFET的两倍。通过缩减沟道长度进一步提高器件跨导的方法将受到器件串联电阻的严重影响。利用栅电极对沟道极强的控制能力，我们还实现了不同栅金属材料对石墨烯FET狄拉克点电压的调控。通过把栅金属由Ti改为Pd，器件狄拉克点电压可以从负值变为正值。