真空微纳电子器件是以场致电子发射理论为基础，而场致发射器件的核心是冷阴极。阴极结构的优化设计与特性分析是真空微电子学的重要内容之一，也是器件制造、场致发射应用以及可靠性分析的基础。本论文建立三种不同带栅极纳米线(或纳米管)阴极模型(即带栅极平顶纳米线、栅极调制的圆顶纳米线和带栅极开口纳米管等)，利用静电场法分别计算出纳米线表面附近电势、电场和场增强因子的解析表达式，分析了器件结构变化对发射体表面电场、场增强因子和电流密度等重要特性参数的影响。得到的结果如下：　　 1.在外场中，纳米线(或纳米管)顶端表面产生巨大的局域电场，且器件几何参数对表面电场的影响极大。　　 2.对于平顶纳米线(或纳米管)，其顶端边缘电场最大，在边缘附近侧表面电场远大于顶端上表面电场，随着离纳米线顶端边缘距离的增大电场迅速下降。对于此类阴极器件，电子主要从发射体顶端边缘及边缘附近的侧表面处发射。而对于圆顶纳米线，其顶端电场为最强，电子主要从纳米线顶端表面发射。　　 3.场增强因子β随纳米线(或纳米管)突出栅孔的部分(L-d1)在或纳米线高度L的增加而近似于线性增大，而且当(L-d1)取值较大时，β基本满足与长径比(L/r0)成正比关系。　　 4.当栅极电压等于零时，栅孔半径R越大，场增强因子β就越大，而R越小，β就越小。而器件加一定正栅压时，所得的结论与上述相反。　　 5.栅极高度d1和阳极与栅极间距d2对场增强因子β也有一定的影响，随d1的减小，β增大；当d2不太大时，场增强因子随d2的增加而减小，而d2较大时，可忽略d2对β的影响。