石墨烯是由碳原子之间的共价键以sp~2杂化的方式成键所形成的单原子层的准二维材料,有独特的能带结构:其价带顶和导带底形成对称的狄拉克锥,具有线性色散关系。因此,完美的石墨烯在室温条件下有极高的载流子迁移率和优异的光、电性能。但由于石墨烯是零带隙材料,限制了其在半导体和逻辑电路等相关领域的应用。幸运的是,石墨烯在狄拉克点附近的态密度有限,很容易实现对其费米能级的调控,或者使其载流子类型反转,甚至打开能隙,这为石墨烯在电子学器件的应用提供了可能。碳化硅（SiC）外延石墨烯是制备石墨烯基器件的优选方案,其不仅可以制备晶圆尺寸的大面积、高质量的石墨烯,又可免去石墨烯的转移过程,还可采用现代半导体器件工艺技术进行石墨烯器件的直接构建,产业应用前景广阔。但是,对于（0001）取向的碳化硅衬底上外延生长的石墨烯来说,由于受到缓冲层的影响,石墨烯一般表现为n型导电特征。如果能通过对碳化硅衬底的掺杂,实现对外延石墨烯费米能级的有效调控,则可能在（0001）取向的碳化硅衬底上外延p型石墨烯。甚至结合一些掩模技术,通过对碳化硅衬底的图案化调控,从而实现外延石墨烯载流子类型的周期调控（如原位外延生长石墨烯P-N结或周期结构）,从而为研制具有奇异光电特性的新型器件提供可能。本文通过采用离子（硼或铝）注入的方法对硅面6H碳化硅衬底的掺杂调控,实现了对其上外延石墨烯载流子类型的分区调控,从而实现在硅面Si C衬底上原位生长石墨烯P-N结,并制备出自供电的高性能石墨烯紫外光探测器。主要研究成果如下:1.发现在1300℃-1400℃的温度下退火处理硼（B）离子注入的碳化硅衬底后,B离子在碳化硅衬底中的侧向扩散长度大于2微米,且小于5微米;而铝（Al）离子的侧向扩散效应不明显。这些结果为通过B离子注入设计具有最小沟道长度的Si C基MOSFET器件提供了有价值的工艺参数。2.较系统性地研究了不同B离子注入条件对碳化硅上外延石墨烯输运特性的影响,发现了在半绝缘6H-Si C（0001）衬底上外延生长p型石墨烯的最佳B离子注入条件,成功在B离子注入的硅面6H-Si C衬底的上可控外延生长出p型石墨烯。揭示了p型外延石墨烯中空穴型载流子的来源可归因于二种效应的协同作用:（1）石墨烯晶格中替位掺杂的硼原子;（2）存在于石墨烯与p型掺杂的Si C之间的内建电场引起石墨烯中的载流子向Si C衬底的转移,使得石墨烯中的多数载流子为空穴。实验发现,我们所开发的这种基于B离子注入碳化硅衬底引起外延石墨烯的费米能级向下调控的方法,可广泛适用于不同晶型及取向的Si C衬底上的石墨烯,甚至能实现将石墨烯的载流子从n型调控到p型。此方法与现代半导体工艺相兼容,为制备石墨烯P-N结或具有周期性结构的p型或n型器件提供了一种有效且便利的新方法。3.基于石墨烯层内P-N结,研制出自供电石墨烯紫外增强型探测器,该探测器同时利用了外延石墨烯、碳化硅和P-N结的优异物性,其中碳化硅衬底充当了增益介质。由于石墨烯与硅面碳化硅衬底之间在注入区及未注入区的近表面层有不同的带边构型,导致石墨烯的P端和N端的最大表面电势差达210 m V。基于这样的石墨烯P-N结所制备的紫外光探测器,当相同的紫外光强局域辐照在器件的P端时,对紫外光所产生的响应度比辐照在N端时大6倍,表明了在p型调控掺杂的碳化硅衬底上外延生长的石墨烯更适于制备自供电的石墨烯基紫外光探测器。这个实验结果也进一步表明了采用周期性掺杂调控的碳化硅衬底来可控生长石墨烯横向P-N结是一种简单、有效且便捷的方法。更为重要的是,本文所提出的制备方案可以与现代半导体行业的制备工艺完全兼容,为制备其他基于石墨烯或石墨烯P-N结的具有新奇物性的器件提供了可能和借鉴意义。