阴极是电子源的核心部件。随着电子源在各领域的广泛应用,对电子源的要求越来越高,相应地,对阴极的要求也越来越苛刻。如要求发射电流密度大、束流品质好的电子源,以获得很高亮度的电子束。目前阴极的实现方案很多,其中在材料基底上敷膜的薄膜阴极的方法既可利用基底本身的物理、结构特性,又可利用膜材料的物理化学性能,是一种有效的提高阴极性能的方法。薄膜阴极就是在阴极表面上沉积其他材料的薄膜,以进一步的降低阴极表面功函数。因此薄膜材料的选择至关重要,主要考虑材料的功函数、电导率、密度、热稳定性、化学稳定性等各种因素,而六硼化镧作为一种高熔点、耐离子轰击、抗氧化、导热、导电、化学和物理稳定性极好的优质阴极电子发射材料,使之成为薄膜阴极实现方案中理想的薄膜材料。本文通过电泳法和电子束蒸发法分别在金属铼和硅尖锥阵列上实现六硼化镧薄膜的制备,研究适合于热阴极和冷阴极不同要求的LaB6薄膜阴极制备工艺。论文围绕这两个部分,分别对六硼化镧薄膜的电泳制备工艺、电子束蒸发制备工艺、硅尖锥阵列的制备工艺进行了重点研究,获得了比较理想的工艺参数。最终成功制备了多晶六硼化镧薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对薄膜的表面形貌和结构进行了分析,结果表明:电泳沉积薄膜的退火后,薄膜表面相对平整,结晶程度明显提高;而电子束蒸发沉积薄膜的晶粒均匀、致密,膜表面非常平整,<100>面有择优生长现象,晶粒尺寸随着基底温度的升高而增大,结晶度逐步升高。论文对铼基底的六硼化镧薄膜阴极及硅阵列薄膜阴极分别进行了热发射特性和场发射特性测试,并对测试结果进行了详细的分析和讨论。铼基底的薄膜阴极热电子发射特性及电流发射稳定性的测试表明:薄膜阴极在2×10-4Pa的真空度下,薄膜阴极温度为1200℃时,可以得到0.44A/cm2的电流密度,发射寿命达到40小时。热发射稳定性测试中发现:真空度对LaB6薄膜的热电子发射能力有一定的影响,随着真空度的降低,阴极发射电流逐渐减小,而且,发射电流波动幅度增大。根据Richardson直线法,得到六硼化镧薄膜的功函数为2.56eV,在六硼化镧功函数理论范围内。而硅尖锥及不同的真空度下阵列薄膜的场致发射I-V特性及电流发射稳定性的测试结果表明:真空度为8×10-5Pa,阳极电压为1650V时,沉积LaB6的薄膜阴极阵列的发射电流总发射电流达到125μA,是相同条件下纯硅尖锥阵列125倍,可以得到电流密度为3.1mA/cm2的场发射电流。测试中硅阵列六硼化镧薄膜具有良好的场发射稳定性:30分钟测试时间段内除了开始阶段波动较大,发射电流基本稳定在18～24μA,并最终稳定在20μA左右。通过对六硼化镧薄膜阵列场发射的分析,结果表明,硅尖阵列硼化镧薄膜冷阴极具有高发射电流、高稳定性的特点,是一种较为理想的冷阴极实现方案。