碳质薄膜材料具有良好的力学、电学、光学、电化学等性能,在各个领域内有着广阔的应用前景。其作为一种场致电子发射冷阴极材料,具有低功耗、高响应速率、高亮度等优势。然而这一性能很大程度上由其表面微结构的特征所影响。因此,本文在化学气相沉积技术的基础上,从两方面探究了碳质薄膜辅助生长的工艺,实现了其表面微结构构建的调控,制备了场发射性能良好的碳质场发射冷阴极。一方面,本文引入了外场的辅助增强沉积的作用,通过调控外加电场、磁场,在不同甲烷含量的气氛中,实现了具有不同微结构碳膜的可控性制备。外场作用下,薄膜表面会出现特殊的刻蚀形貌。随气氛中甲烷含量的提升,表面微结构发生了由纳米点,纳米柱到纳米锥的转化,且在外场作用高甲烷含量条件下所得纳米锥场发射性能优异,开启场强为5.65 V/μm。另一方面,通过热催化刻蚀/生长工艺,实现金刚石/石墨类复合碳膜的制备。实验结果表面,薄膜表面的纳米镍膜会先发生团聚,在催化刻蚀过程中可将金刚石转化成微晶石墨,且随温度提升,石墨相含量提升,开启场强约9.6V/μm;而在催化生长过程中,随气氛内甲烷含量的提升,薄膜表面形成碳纳米管/金刚石复合薄膜,大大提升了薄膜的电子发射能力(开启场强降低到6.2V/μm)的同时增强了其在大电流下电子发射的稳定性。