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铝镓氮(AlGaN)是一种重要的宽带隙半导体氮化物材料，具有低的甚至负的电子亲和势和良好的化学稳定性，被认为是极具发展潜力的场发射冷阴极材料。近年来，纳米薄膜场发射材料制备及性能完善成为人们的研究热点。本文首先对AlGaN纳米薄膜场发射冷阴极材料的制备进行研究，在此基础上探讨如何提高AlGaN纳米薄膜场发射电流密度、降低场发射开启电压，分别研究单一取向、等离子体表面处理以及混合相结构对AlGaN纳米薄膜场发射性能改善并探讨其物理机制。本论文的研究结果将对新型纳米场发射器件应用提供新的设计思路与技术途径。一些有意义的研究进展如下： (1)采用激光脉冲沉积(PLD)系统在n型Si(100)衬底上制备系列工作气压下的GaN纳米薄膜，研究表明沉积气压对薄膜结晶性影响十分显著。场发射实验结果表明：在较低气压下，由于纳米取向薄膜的极化效应和较大的场增强因子导致其具有良好的场发射性能。研究也探明了工作气压对其场发射性能影响机制。 (2)在上述的实验基础上，选用PLD系统制备多组Si基沿(002)晶面高择优取向的六方纤锌矿GaN纳米薄膜，分别使用等离子体(H，O)处理其薄膜表面。场发射测试结果表明：等离子表面处理对其场发射性能产生显著影响，氢等离子体处理的GaN纳米薄膜的场发射性能增强，而经过氧等离子体处理后其场发射性能降低。结果表明表面等离子处理影响其场发射性能的物理根源在于： 1)等离子体表面处理导致薄膜表面终止于H/O，使其表面真空势垒和有效发射面积改变； 2)经过等离子体处理后纳米薄膜表面的自由电子浓度和电导率发生显著变化。 (3)采用PLD系统在Si衬底上成功地制备了不同相结构的AlGaN纳米取向薄膜。研究发现，相对六方或立方单相结构的纳米薄膜来说，混合相结构纳米薄膜场发射开启电压大大降低，其场发射电流密度数量级增强。其原因是由于混合相纳米薄膜内部电子阶梯性高效输运，极大地提高了场发射电子供给。本文阐述了混合相纳米薄膜场发射性能增强的机理。另外，完全不同于文献报道的混合相纳米线电阻率增大的实验结果，混合相纳米AlGaN取向薄膜的电阻率显著地降低，这也进一步证明了纳米混合相薄膜有利于电子输运。通过纳米相结构调控提升其电学性能，为AlGaN微纳电子器件应用提供了一种新的思路。