金刚石具有负电子亲和势（NEA）,可以在冷阴极器件中充当电子发射源,但是金刚石本身接近于绝缘,不利于膜内电子在导带中进行连续的迁移,金属掺杂技术有望提高其场发射性能。本实验采用电泳沉积的方法在钛基体上沉积不同浓度的Ti、Ag和Ni金属掺杂金刚石膜,并在800℃氮气气氛中退火10 min,制备得到了金属纳米粒子掺杂金刚石复合膜。利用扫描电子显微镜、X射线衍射光谱和拉曼光谱观察分析复合膜膜层的形貌和结构,并且采用霍尔效应测试仪和太原理工大学超硬材料实验室自主搭建的场发射性能测试仪对复合膜进行电学和场发射性能的表征,研究金刚石膜场发射性能随金属纳米颗粒的掺杂浓度的变化及增强机理。实验具体结果如下:（1）未进行掺杂和退火处理的金刚石薄膜,由于金刚石材料本身电阻率很高,接近于绝缘,其电学性能和场发射性能并不理想。在掺入2.5 mg、5 mg、7.5 mg、10 mg和12.5 mg的Ti金属纳米粒子后,Ti纳米粒子、纳米金刚石和基体钛之间形成Ti-TiC-diamond-TiC-Ti的网状导电通道,在掺杂含量为5 mg时材料开启电场（E₀）低至3.04 V/μm,且在3.69 V/μm的电场强度下可以得到15.54μA/cm²的场发射电流密度,F-N曲线的斜率的绝对值数值急剧减小,达到18,场发射性能得到了极大增强;但是随着掺杂含量的进一步提升,样品表面生成大量TiC,覆盖了部分金刚石材料,使得样品表面发射点减少,场发射性能反而减弱,在含量为12.5 mg时达到最低。但是材料的电学性能却随着掺杂含量的提升而明显增强,在12.5mg掺杂含量下,材料表面电阻率低至1.041×10-²Ω?cm-²,载流子浓度高达8.254×10¹44 cm-³,霍尔迁移率达到1.125×10³ cm²V-¹s-¹,这表明材料表面的TiC含量随掺杂含量的提升而增加。（2）利用电泳沉积的方法在金刚石膜中掺入2.5 mg、5 mg、7.5 mg、10 mg和12.5 mg的Ag金属纳米粒子后,其电学性能和场发射性能呈现先增加后减弱的趋势,在掺杂含量为7.5 mg时金刚石膜的电学性能和场发射性能达到最佳,材料表面电阻率低至9.851×10-²Ω?cm-²,载流子浓度高达4.598×10¹44 cm^-3,霍尔迁移率达到4.125×10² cm²V^-1s^-1;其开启电场（E₀）低至1.55 V/μm,在1.96 V/μm的电场强度下可以得到22.69μA/cm²的场发射电流密度,且其F-N曲线斜率的绝对值达到最低为14。造成这种现象的原因是金属Ag为电阴性的金属,可以与金刚石材料形成良好的欧姆接触,增加了电子发射源和导电通道;Ag由于功函数比金刚石低且与金刚石材料中sp³C-C介电常数不同,可以在Ag-Diamond界面处出现接触电场和引起场增强效应,从而使电子更加容易从金刚石表面发射出来;Ag纳米颗粒的掺杂导致尖端凸起数量增加,减小材料表面电子发射难度。但是随着金属Ag纳米颗粒继续掺入后,样品表面部分金刚石被覆盖及银纳米颗粒出现团聚现象,导致金刚石与Ag颗粒形成类似于Schottky势垒的异质结合及表面尖端凸起数量减少,这样极大的增加了电子发射难度致使样品的电学和场发射性能进一步降低。（3）在金刚石膜内掺入2.5 mg、5 mg、7.5 mg、10 mg和12.5 mg的Ni金属纳米粒子后,样品的电学性能和场发射性能先增强后降低。在掺杂含量为5 mg时达到最佳,材料表面电阻率低至1.026×10-²Ω?cm-²,载流子浓度高达8.986×10¹55 cm-³,霍尔迁移率达到9.911×10² cm²V-¹s-¹;其开启电场（E₀）低至1.38 V/μm,且在只有2.94 V/μm的电场强度下便可以获得1323.47μA/cm²的稳定的发射电流,F-N曲线斜率的绝对值达到6。适量的掺杂时,金属Ni颗粒会起到导电通道、电子源和增强表面尖端凸起的作用,使得材料电学性能和场发射性能极大增强。除此之外,金属Ni可以催化金刚石中的sp³碳使其形成导电性极佳的sp²碳,并且在经过800℃、N₂气氛中热处理之后,金属镍催化金刚石膜中无序的石墨或非晶碳相向有序化石墨转变,形成具有极佳导电能力的纳米晶粒尺寸的纳米石墨相,极大提升膜内电子传输效率,从而提升样品场发射性能。随着过量的Ni纳米颗粒掺杂,由团聚导致表面尖端凸起减少和催化效果减弱降低了样品的电学性能和场发射性能。