阴极作为真空微电子器件的电子源，其发射能力直接影响器件性能指标。热阴极拥有发射电流大、工作寿命长等显著优点，被广泛运用于各种真空电子系统与装备中。为了探究利用热-光综合发射改善阴极的发射性能、稳定性的方法，并完善相应的真空器件的仿真和设计能力，本文在课题组前期研究的基础上，进一步研究石墨烯覆膜钡钨阴极二极管以提升阴极发射性能、研究具有更高稳定性和精度的热-光发射性能检测方法、及相应电子枪的快速时域仿真技术，内容包括：
　　首先对热-光发射相关理论与相关研究进展、石墨烯真空电子器件及相关技术、及电子枪时域仿真技术相关研究进行了总结。
　　提出了石墨烯覆膜钡钨阴极结构，探索了钨基底表面的石墨烯覆膜工艺，在此基础上制备了石墨烯覆膜钡钨阴极二极管样管；提出并设计了一种石墨烯覆膜钡钨阴极三极管结构，使用MATLAB建模分析了其发射调节特性。仿真结果显示，该石墨烯覆膜钡钨阴极三极管通过施加栅压可提升或调节阴极发射性能。
　　针对现有热-光发射性能检测系统和时域测试方法测得热-光发射电流噪声较大的问题，对测试系统进行了改进，并设计了基于谱域测试的新方案用来检测光致热发射增强分量；研究了不同实验因素（阳极电压、温度、光照波长）对M型阴极二极管热-光发射的影响，并和两种理论计算结果做了对照。结果表明，阳极电压越大，光致热发射增强电流越大且随温度增加越快；随着温度上升，光致热发射增强电流先增大后减小，在900K处达到最大值；入射光波长为380nm时热-光发射电流增量最大。阳极电压与温度的实验结果与理论计算具有一致的变化趋势。对制得的石墨烯覆膜阴极二极管进行了初步性能测试，温度在800℃下的发射电流密度可达0.235A/cm2以上，保守估计阴极的功函数小于2eV。
　　在课题组原有的电子枪时域仿真程序 EGunSim 的基础上进行了功能完善和加速，包括：增加了热-光发射电流计算及调节模块；通过将软件程序整体移植至C语言平台，并使用CUDA并行算法对电子注仿真模块进行了加速处理；完善了用户界面。加速前后的仿真时长显示，相比原有的串行计算程序，CUDA并行计算在低精度和高精度仿真条件下分别获得了最大3.3倍和14.2倍的加速效果，验证了该加速方案的可行性。
　　本文工作对高效可调型石墨烯覆膜钡钨阴极热-光发射器件制备、性能测试、仿真分析与设计技术的发展起到了推动作用。