真空电子器件自上世纪初诞生以来，强有力地推动了工业技术的发展，开创了通信、广播、电视、雷达、导航、自动控制、电子对抗等诸多应用领域。但是，半导体在上世纪五十年代爆发式的发展，逐步占有了电子器件绝大部分市场，基本取代了真空器件在中低频应用领域的地位。在这一时期，真空器件主要服务于军用的高频大功率需求。近几十年来，半导体器件自身的问题越来越明显，向高频领域的扩展一直停滞不前，满足不了消费者对更快处理速度和更高处理强度的预期值。与此同时，精密加工技术如精密EDM技术，DRIE，LIGA和UV-LIGA技术的发展，使得更高频段微波甚至太赫兹真空器件慢波互作用结构的实现成为可能，这样既能实现器件的抗辐射，耐高温，高频率，大功率和瞬时启动，同时又能具有小体积，高效率，集成化和低成本。此外，真空器件和固态器件的集成也成为了一个发展方向，近年来获得多个研究机构的青睐，力图通过研究获得技术上革命性的突破。因此，研究真空器件不仅有强烈的现实意义，而且还具有一定的发展战略上的意义。　　在真空电子器件中，电子束源是关键组件。器件的结构走向微型化，电子注的尺度也由常规器件的毫米量级减小至微米量级，并要求电子源（阴极）提供每平方厘米数十至数百安培(A/cm2)的电流密度。对于频率达到太赫兹的器件来说，与高频电路互作用的电子注不仅需要提供高电流密度，而且其截面尺度为微米量级。本研究致力于微型电子束源的研究，在前期研制的低温、大电流纳米粒子Sc2O3掺杂含钪扩散阴极(Nanosized-Scandia Doped Dispenser Cathode)的基础上，通过镀膜-刻蚀的方法制备了微型电子束源，对电子束的性能进行表征和分析，对其工作机理进行探讨。另外，论文还研究了阴极的直流发射性能和连续支取直流高电流密度下的阴极寿命。研究取得了以下成果:　　将Sc2O3掺杂W粉末压制烧结成阴极多孔基体，基体经过压制和烧结后具有24％-26％的合适孔度，最后经过浸盐和退火获得阴极。所制的阴极具有良好的发射性能，充分激活后阴极在900℃b时，空间电荷区偏离点脉冲电流密度可达70A/cm2以上。对阴极的欠热特性进行了分析，阴极的膝点温度在830℃b左右。　　对上述阴极的直流性能及寿命进行了研究，在950℃b直流电流密度可达到(60-70) A/cm2以上。在初始直流电流密度20A/ cm2条件下连续支取电流，电流密度在初始数百小时内升高到30A/cm2，并保持稳定至2000小时。随后，在40A/cm2的条件下继续稳定工作至3690小时。　　首次通过镀膜-刻蚀的方法制备出直径400μm的微型电子束源，电子束质量良好。发射抑制膜选用W/Zr组合膜，采用溅射镀膜方法获得。研究了镀膜工艺和参数，发现通过控制溅射条件使钨膜层生长速度为0.8μm/h，锆膜生长速度为0.25μm/h时，可获得最佳膜层质量。扫描电镜观察结果表明，膜层表面颗粒均匀，颗粒之间结合良好，为阻挡电子发射创造了条件。随后通过研究聚焦离子束刻蚀(FIB)工艺，在阴极表面刻蚀出合适的发射微区。　　对电子束的性能进行了检测，发现采用上述镀膜刻蚀工艺得到的微型发射区可以提供和常规含钪扩散阴极基本相当的高发射特性，但激活时间要相对加长。经过1150℃b十余小时的激活，在950℃b的工作温度下，微型发射区可以提供50 A/cm2以上的空间电荷区电流密度，并稳定工作1000 h以上。在950℃b长达3300 h的工作后，镀W/Zr双层膜部分的发射仍保持在很低的水平。通过表面分析发现，W膜的隔离和在Zr膜上形成的Zr-O反向偶极子，起到了抑制电子发射的作用。　　用镀膜-刻蚀技术制备的微型电子束源，其发射电子束的电流密度比较理想，形成所需形状、尺寸的发射区，产生相应的电子束，为真空电子THz器件所需电子束源的研制开启了新途径。