电子源是微波电真空器件的核心部件之一。随着信息技术的进步,电子器件不断往高频率、小型化和集成化方向发展。受尺寸共渡效应的影响,微波真空器件的频率不断提高,所需的电流密度不断增加,而尺寸却越来越小,传统的热阴极已难以满足高频率太赫兹器件的需求。冷阴极具有无需加热、体积小、电流密度大等特点,是毫米波和太赫兹器件的理想电子源。然而冷阴极由于发射不均匀,引起局域发射尖端热量聚集严重。在极端条件下,冷阴极的局部热流密度可超过10 k W/cm~2,远超过阴极材料的导热能力。目前冷阴极的发射稳定性和可靠性不高,这成为冷阴极应用的关键技术瓶颈。微流体散热是在电子器件的基底内部制备微米级的流道,使器件获得极大的散热能力。研究表明,其峰值散热能力可达到30 k W/cm~2,是提高大功率电子器件散热的有效方法。本文通过仿真与实验结合的方式,对场发射冷阴极基底进行微流体散热的多物理场耦合仿真协同设计研究,并进行场发射试验,研究散热对阴极发射性能的影响,主要研究内容包括:微流体散热衬底多物理场耦合仿真协同设计研究。用COMSOL Multiphysics仿真软件,对散热模型进行仿真,模拟不同结构和参数对微流体散热影响,包括:流体的流动特性、换热面积、流速等流体仿真;通道的深宽、换热面积和流体的流速等结构仿真;以及流体层流性、扰流结构、通道压降、通道入口结构等综合仿真设计。微流体散热衬底制备和分析测试研究。根据仿真结果加工散热衬底、采用磁控溅射沉积金属薄膜电阻作为热源。在搭建散热测试平台时由于需要与真空腔结合,故设计特定的进出水口结构并完成散热衬底装配。最后进行散热能力测试,分析造成误差的原因。微流体散热冷阴极制备与性能测试研究。探索阴极的制作工艺,包括发射材料选择、浆料配制、退火温度等。本文设计了两种结构的片上电子源,在制备完成后对形貌进行表征。最后测试不同条件下的发射性能,结果表明平面型纳米真空电子源由于加工过程不完善,发射性能差;垂直型纳米真空电子源发射性能好。散热测试结果表明,微流体散热衬底对电子源的发射性能有一定提升。