氮化铝材料作为一种全新并且优良的场致电子发射冷阴极材料，具有负的电子亲和势、良好的化学与热稳定性、高的熔点和热导率、大的载流子迁移率、高的击穿电压和宽禁带半导体材料所特有的优秀的抗辐照能力等优点。但是，仍存在着如何降低阴极的开启电压，提高阴极发射电流，提升薄膜阴极发射均匀性等诸多问题。本文采用MOCVD的方法进行AlN冷阴极薄膜的外延生长，研究其发射和击穿特性。生长了100nm厚的硅掺杂和未掺杂AlN薄膜样品，对其发射性能用我们特有的二极测试样品结构进行场致电子发射测试，并对测试过程中发现的击穿现象进行分析，最终确定，硅掺杂样品具有更优良的场致电子发射性能，同时也有更大的发生极间击穿的概率。本论文所取得的研究成果如下:　　1.我们通过参考国内外其他小组所采用的测试系统，并考虑本组的现有条件，提出了本文第三章所提到二极测试结构，不仅使得阴阳极之间的距离做到了通过半导体工艺精确可控，同时发射面积也可以通过光刻区域的定义而得到控制。　　2.我们观察并研究了未掺杂和硅掺杂氮化铝薄膜冷阴极样品的场发射特性。对于硅掺杂和未掺杂的样品分别获得了6.7V/μm和14.9V/μm的开启电场强度。我们认为我们能获得这么小的开启电场强度与我们所采取的样品表面处理有关。我们所选的二极测试样品结构也提供了必要的测试条件。对于硅掺杂的氮化铝薄膜样品，在外加偏压为69.3V条件下得到最大场致发射电流为1.21mA，相应的电流密度为154mA/cm2。从Ⅰ-Ⅴ测试结果和Fowler-Nordheim(F-N)图分析的结果可以看出，硅掺杂的氮化铝薄膜具有优良的场发射特性。我们对上述两种不同的样品进行了详尽的理论分析和对比，认为:1.硅掺杂的样品在场发射的过程中会有更多的电子输运到阴极表面并发射到真空中。2.表面形貌与场增强因子密切相关，继而和发射特性密切相关，较粗糙表面的硅掺杂样品具有更大的场增强因子，即更优良的场致电子发射特性。同时，我们观察到了连续4次Ⅰ-Ⅴ测试得到的Ⅰ-Ⅴ曲线左移的现象，这与测试过程中正离子轰击阴极表面和阴极表面的吸附气体的解吸附有关。　　3.我们观察了我们所采用的AlN冷阴极二极测试样品结构的击穿特性，通过观察到异于正常场致电子发射的Ⅰ-Ⅴ测试曲线，和测试后样品的SEM表面形貌图的变化，知道了样品在测试中已发生了击穿。我们在未掺杂和硅掺杂的样品中都发现了击穿的现象。同时，根据AlN薄膜的表面形貌和SiC衬底的表面形貌，给出了最易发生击穿的区域即为场增强因子较大的区域。为了研究击穿机理，我们对击穿孔的不同区域进行了EDS测试分析，找出了击穿的引发机制。　　我们的结论如下:1.击穿现象是否发生与是否硅掺杂无关，但难易程度可能和掺杂有关;2.击穿主要发生在某些场增强因子较大的区域，所以，击穿都是在某点发生的，并且一次扫描范围内可能出现多次击穿;3.我们的二极测试样品结构的击穿与阳极的金属蒸发有关。