砷化镓(GaAs)光阴极由于能产生高极化度、低能散和高亮度的电子束，已经被广泛应用于电子加速器和微光夜视等领域。随着这些领域的不断拓展，对束流的品质要求也在日益提高，在获得高极化度、高亮度电子束的同时，还需要更长的阴极工作寿命。而GaAs基电注入阴极具备与GaAs光阴极相同的优点，同时由于不需要昂贵且复杂的激光系统照射阴极表面，从而有效地延长了阴极的工作寿命。作为一种新型阴极，电注入阴极以电驱动方式实现电子发射，因此发射电流密度和电子束脉冲结构可由电信号灵活控制，其有望满足目前研究领域对阴极的性能要求以及进一步推动真空电子器件领域的发展。
　　本文详细讲述了电注入阴极的工作机理，建立了电注入阴极的理论模型。结合理论模型对电注入阴极的性能进行仿真分析，得到了AlGaAs/GaAs外延层参数和发射阵列参数的最佳范围。在仿真的基础上，进行电注入阴极的制备工艺研究和相关性能测试。仿真结果表明电注入阴极中变带隙P-AlGaAs层中Al组分线性递减分布可形成有利于电子输运的内建电场，提高了电注入阴极的发射电流效率；P-AlGaAs层中Al组分小于N-AlGaAs层中Al组分的设计可以抑制空穴电流，发射电流效率最高可达25.9%；随发射面宽度增加，发射电流效率和单位面积发射电流先增加后减小，正偏驱动电压为3V时，单位面积发射电流可达50.4μA?μm2。在制备工艺研究中，实验发现经过高温热清洗后Ag薄膜电极样品的突变PN异质结的特性被破坏，而Ti/Pt/Au薄膜电极具有高的热稳定性，适合于制作电注入阴极的基极电极。对Ti/Pt/Au薄膜电极样品进行模拟电注入电子发射的测试，测试结果与仿真结果较为吻合，预测Ti/Pt/Au薄膜电极样品的电注入电子发射测试将达到理想的效果。分析Ag薄膜电极样品电注入电子发射测试不理想的主要原因有三个：一是高温热清洗后Ag扩散，二是P-AlGaAs层和变带隙P-AlGaAs层太厚，三是发射面面积小。