场致发射显示器件（FED）是真空微纳电子器件及纳米材料应用研究的热点之一。由于大面积平板显示成为当前市场的发展主流，从制备工艺和成本考虑，丝网印刷技术为制备大面积场致发射显示器件提供一种高效、廉价的途径。与碳纳米管相比，纳米氧化锌（ZnO）的制备合成工艺简单，合成的结构单一，热稳定性和化学稳定性好，易于应用到低成本的丝网印刷型场致发射阴极。　　 表面传导电子发射是一种新颖的场致电子发射形式，它是场致发射的研究中一次技术上的突破。与普通的场致发射相比较，表面传导电子发射所需要的驱动电压更低，电子发射更加稳定。表面传导电子发射显示器成功地解决了场致发射驱动电压和电子能量的矛盾，实现了大屏幕显示，已引起学术界和产业界的广泛关注。　　 本论文主要研究了以低成本的丝网印刷方法制备大尺寸的基于纳米ZnO的二极结构FED和表面传导型三极结构FED。由于驱动电路与器件结构和发射材料性能紧密相关，所以论文将相应的FED驱动电路设计作为另一个研究内容，以验证我们所设计的器件的光电性能。在此过程中，论文在基于纳米氧化锌的丝网印刷型三极结构的设计，三极结构场致发射显示器的子场驱动方式，纳米氧化锌的表面传导电子发射机理，以及高效率表面传导电子发射等四个方面进行了创新性的研究。　　 本论文的主要工作及成果可概括如下：　　 1.研究了丝网印刷型四针状纳米氧化锌（ZnO Tetrapods）阴极的场致发射，获得了与直接生长在硅片上相当的场致发射性能。该研究结果提出了一种以低工艺成本实现大尺寸、稳定的场致发射阴极的方法。　　 2.发现了基于ZnO Tetrapods的表面传导电子发射现象，提出了孔状和平面型两种表面传导电子发射结构，并建立了相应的工作模型。通过结构参数的改进，将电子发射效率（发射电流与阴极电流的比值）提升至60％。相比于佳能东芝公司基于氧化钯的表面传导技术（需要工艺上难以制备的纳米间隙、电子发射效率只有3％），由于无需纳米间隙的存在，且采用低成本的丝网印刷技术，本研究成果使得SED大规模走向市场成为了可能。　　 3.三极结构是FED制备过程中的难点，论文综述了现有的几种成功的三极结构的优缺点后，结合实验室的制备工艺，采用丝网印刷方法制备了10英寸QVGA分辨率的平面三极结构表面传导型FED，将栅极驱动电压降至可以芯片驱动的范围。在对其进行视频驱动时，成功地将子场驱动方式应用于三极结构场致发射显示器，实现了16级灰度的视频显示。　　 4.在研究ZnO Tetrapods的表面传导电子发射机理的过程中建立了电子在晶体内散射的理论模型。该模型的建立为后续机理研究奠定了理论基础。　　 5.通过在SCE发射体中掺杂具有高二次电子系数的氧化镁，显著地降低了栅极电流，增大了阳极电流，提升了电子发射效率。与佳能东芝公司基于氧化钯的表面传导技术相比，他们在3666V/μm的栅极电场下得到了3mA/c㎡的发射电流密度和3％的电子发射效率；而我们在1V/μm的栅极电场下得到了4.7mA/c㎡的发射电流密度和接近于100％的电子发射效率。通过掺杂，实现了大电流密度、高效率的表面传导电子发射。