为了降低直立碳纳米管阵列阴极的电场屏蔽效应，本研究通过普通紫外曝光技术结合侧向沉积收口工艺,研制了发射单元的底部直径分别为1微米、0.6微米、0.4微米和0.2微米的无栅型直立碳纳米管阵列阴极。阴极的制造工艺如下：首先在单晶硅上溅射氮化钛缓冲层,然后通过曝光工艺制作直径1微米的胶孔阵列,侧向沉积牺牲层对胶孔收口,沉积催化剂铁并去胶,最后采用直流等离子体增强化学气相沉积法生长直立的碳纳米管。测试结果表明,随着收口孔径的减小,每个发射单元内碳纳米管的根数随之减少,同时碳纳米管的生长速率减慢,阵列阴极的电流密度明显提高；当收口孔径为0.2微米时,发射体己经接近理想的单根碳纳米管的形式,电流密度在电场30V/μm时达到0.26A/cm<2>,阵列阴极具有较好的发射稳定性,波动小于5.6％,并可以在10<-6>Torr的真空环境下运行。