近年来,石墨烯材料在电子元器件领域的应用研究逐渐受到广泛关注,包括晶体管、柔性电子器件、气体传感器、电容器、存储器等方面。由于单层石墨烯薄膜在很多学科都具有极其优异的性质,在催化载体、机械应力、光电子学、生物医学、环境保护、能源存储等方面已取得了许多研究突破。尽管在量产方面还有难点,诸多学者仍在从各个角度尝试不同方法以求制备高质量、大面积的石墨烯薄膜,制造方也试图升级改进石墨烯制备工艺来降低制备成本,为石墨烯的大规模商用和产业化而努力。在石墨烯逻辑器件应用领域,其主要阻碍是因其零带隙导致的低电流开关比,尽管已经有电掺杂、化学掺杂、纳米带和双层石墨等打开带隙的方法,但都在技术实现或者操作难度方面有很大的限制。本文首先研究了基于氧化铪和氧化铝材料介电材料的两种晶体管性能,从微观的化学原理角度说明了Al薄膜夺取石墨烯中氧原子的作用。经优化选择后,采用氧化铝介质材料来设计了两种不同结构的石墨烯反相器,根据石墨烯载流子电导率理论分析和计算了两者性能差异,测试结果与理论计算非常吻合,为今后石墨烯逻辑电路的设计制作拓宽了方向。文章主要论述了:（1）介绍了石墨烯的晶格结构与相应的独特性质,即高度对称的六角晶格引起的狄拉克锥形能带结构,以及其电学、机械、光学、热学和化学特性在各个对应领域的应用和面临的挑战。（2）设计了氧化铪石墨烯晶体管反相器,采用光刻工艺完成了器件的制作,测试并分析了器件的性能,探索了石墨烯器件设计制作的一般方法。（3）改进方案重新设计了氧化铝石墨烯电子器件的结构,完成器件制作,测试比较了氧化铝和氧化铪晶体管的性能,并分析了造成差异的原因。根据理论模型计算推导了互补反相器和固定电阻反相器的输出摆幅与增益,测试结果印证了计算结果的正确性。