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石墨烯完美的二维晶体结构和优异的电输运性能，给进入后摩尔时代的微电子领域注入了新的生机和活力，也带来了许多技术领域的突破和挑战。在持续升温的石墨烯热潮中，随着人们对其特殊能带结构及新奇物性的深入理解，大家的研究逐渐专注于开发石墨烯在微纳米电子学领域的应用价值。要实现大规模集成石墨烯纳米结构器件的应用，如何利用现有的微纳加工技术获得边缘可控的石墨烯纳米结构是目前亟待解决的难题。虽然利用以电子束光刻和氧等离子体刻蚀技术为代表的传统的自上而下的加工技术可以实现对石墨烯纳米结构的加工，但由于受电子束曝光极限分辨和各向同性刻蚀技术的制约，还是无法得到边缘可控的极限尺寸石墨烯纳米结构。如何实现石墨烯面内的可控各向异性刻蚀是最关键的解决办法。本论文所开展的主要研究工作便着眼如此，开发了一项石墨烯的各向异性刻蚀技术，并结合传统的微加工技术实现边缘可控，尺寸可控的石墨烯纳米结构的加工。主要内容归纳如下：
1.实现了一种具有高度可控性的石墨烯的各向异性刻蚀技术。这种基于氢等离子体的干法刻蚀技术受等离子体强度和样品温度的调控，刻蚀速率可以精确控制在几个nm/min；只在边缘和缺陷处反应，石墨烯的晶体质量得到了保障；高度的各向异性，刻蚀后得到了近原子级规则的Zigzag边缘结构。这种可以沿固定晶向，得到固定的边缘结构的各向异性刻蚀技术与传统半导体工艺兼容，为未来大规模精确控制、加工具有确定晶向和边缘结构的石墨烯纳米结构奠定了技术基础。
2.实现了石墨烯纳米结构的可控剪裁加工。结合电子束曝光技术和高度可控的各向异性刻蚀技术，沿确定的晶向对石墨烯进行剪裁，可以不受电子束曝光分辨率的限制，从而得到尺寸可控(～<10nm)、边缘结构可控(H-钝化-近原子级平整zigzag边缘)的石墨烯纳米带。结合场效应晶体管的输运性质测量，证实了尺寸在10nm以下的近似armchair-GNR表现为半导体特性；而zigzag-GNR因其独特的zigzag边缘结构中存在局域的电子态，边缘规则散射极小，故而呈现为金属性，即使当尺寸缩减到10nm以下时，仍具有良好的导电性和较高的载流子迁移率。
3.研究了zigzag-GNR的拉曼散射特性。Zigzag-GNR的特征拉曼峰G劈裂为两个：G-1583和G+-1594，其中G+-1594为石墨烯本征的TO振动模式，而G则属于zigzag边缘结构的特征峰，是由于边缘局域的金属电子态屏蔽声子振动从而导致TO模式软化而产生的。这两个峰的相对强度Ⅰ(G-/G+)与石墨烯纳米带的尺寸存在着依赖关系，当纳米带宽度缩减到临界尺寸(6-8nm)时，G+峰完全消失仅能看到G-峰，这个临界尺寸即为zigzag-边缘态能影响的有效范围。进一步的偏振拉曼光谱分析表明，这两个劈裂的TO模式均具有四重对称性，这也从实验上验证了前人理论计算的结果。