场致发射在场发射显示器方面具有极大的应用前景，但是目前场发射阴极阵列的制备仍然存在一些技术问题和成本问题没有解决，比如工作电压高、制备成本高、工艺复杂难以大面积、大批量制备。本论文根据氯化铯自组装技术和其他微纳加工方法提出了一种新的带栅极结构的硅基场发射阴极阵列的制备方法，该方法提出主要基于以下两点:首先氯化铯自组装技术中氯化铯薄膜在一定湿度环境下可以在硅材料表面自发形成半球状的纳米岛阵列，并且这种氯化铯纳米岛对硅材料具有很高的抗刻蚀比，可用作硅的干法刻蚀掩膜，经过刻蚀可以得到硅针尖结构，同时氯化铯易溶于水，整个过程具有简捷方便、低成本、适于大面积制备的特点;其次氯化铯自组装技术与其他微纳加工方法具有很好的兼容性，可用于制备带栅极结构的场发射阴极阵列，带栅极结构的场发射阴极的特点是能够减小阴极与阳极之间的距离，从而降低场发射工作电压。因此结合氯化铯自组装技术和其他常用微纳加工方法制备带栅极结构的场发射阴极阵列能够为降低场发射阵列工作电压，降低制造成本、实现大面积制备提供一种新的解决途径。制备好带栅极的硅基场发射阴极阵列后，我们又对其场发射性能进行了研究。本论文的主要内容如下:　　第一，对氯化铯自组装技术的工艺进行了深入研究，并且对传统的工艺方法进行了改进，使获得的氯化铯纳米岛的尺寸比传统工艺获得的纳米岛具有更广的范围，通过调节工艺参数，氯化铯纳米岛的平均直径可以从几十纳米到2微米。　　第二，将氯化铯自组装技术和光刻技术结合，通过优化氯化铯薄膜厚度、显影相对湿度、第一次显影时间、间隔时间、第二次显影时间、光刻胶图形尺寸等工艺环节，掌握了氯化铯纳米岛可控性生长的工艺参数和生长原理，实现氯化铯纳米岛的可控性生长，实现从随机分布的氯化铯纳米岛阵列到规则排列的氯化铯纳米岛阵列的突破，这也是本论文的一个创新点所在。　　第三，利用氯化铯纳米岛作为掩膜，研究了用ICP刻蚀技术刻蚀大高宽比硅纳米针尖的工艺，掌握了纳米岛尺寸、ICP源功率、偏压功率、刻蚀气体种类及流量、压强、刻蚀时间等工艺参数在ICP刻蚀工艺中对硅针尖形貌的影响，通过优化各个参数，最终制备出高宽比为15的大高宽比硅纳米针尖阵列，其中针尖尖端直径可以达到5纳米。以氯化铯纳米岛可控性生长中得到的规则的氯化铯纳米岛阵列为掩膜，刻蚀出了规则排列的硅纳米针尖阵列。　　第四，以SiO2作为绝缘层，利用氧化、光刻、镀膜、干法刻蚀、湿法腐蚀、剥离、电镀等工艺技术制备出了带有栅极结构的硅基场发射阴极阵列，制备出的场发射阴极阵列阴极与栅极之间的SiO2厚度仅为1μm，栅极孔直径2μm，栅极孔间距为4μm，并且制备工艺过程具有简捷方便、可靠性高、成本低廉、适合大面积大批量制备的特点。　　第五，通过测试用氯化铯纳米岛刻蚀出大高宽比硅针尖阵列的场发射性能，得到了与理论符合的I-E曲线和F-N曲线，开启电场为7 V/μm，测试带有栅极结构的硅基场发射阴极阵列的场发射性能，也得到与理论符合良好的I-E曲线和F-N曲线，器件的开启电压低至10 V，具有低工作电压的特点。