早期真空电子器件的广泛应用,得益于其可以实现在高频段、大功率条件下工作的显著特性,但器件集成化的困难阻碍了它的进一步发展。新型真空器件的发展不仅因为发射极材料的特殊性,纳米沟道在整个器件结构中也具有显著地位,纳米沟道的在一定尺度下使得电子在沟道中不受晶格散射干扰而直接进行弹道式运输,电子可以在非严格真空环境下从发射极传输至收集级,再加上器件在工艺上可以做到集成和小型化,将真空电子器件与固态器件的优点相结合,从而拓展器件的应用范围。本文主要的研究内容是基于横向型纳米沟道结构,利用磁控溅射薄膜沉积、紫外光刻以及FIB等工艺制备得到平面型纳米沟道二极管、背栅纳米沟道三极管和双侧栅纳米沟道结构三种不同的结构器件,通过模拟仿真和实验测试两个方面对器件的场发射性能进行研究和分析,具体的工作包括:（1）对国内外关于纳米沟道结构器件研究的资料进行收集整理,对比横向型纳米沟道结构与纵向型纳米沟道结构的特点,介绍几个关于纳米沟道结构器件的应用。（2）简要介绍场致电子发射原理,概述几个影响场发射性能的关键参数,通过模拟仿真分析发射极的形貌尺寸与局部场强及发射电流的关系。以背栅纳米沟道结构为例研究栅极对发射电流的影响,最后分析了太赫兹波辐射对结构中电场分布、谐振频率以及场增强的影响。（3）介绍了几种关于纳米沟道结构器件的制备及其表征测试系统,对石墨烯的转移以及表征分析做了简要概述。（4）本文基于纳米沟道这一特殊结构提出了平面型纳米沟道二极管、背栅纳米沟道三极管和双侧栅纳米沟道结构三种不同的器件结构。分别介绍三种器件结构的制备工艺方法,对磁控溅射沉积薄膜和紫外光刻这两个工艺进行了具体的工艺试验总结。对刻蚀的不同尺寸形貌的结构器件进行场发射性能测试,研究发现,发射极尖端的引入和纳米沟道宽度的减少,都会改善器件的电子发射性能,对带90°尖端的结构进行了重复性试验,并且对比不同真空环境下的测试,发现该结构的重复性较好,而且在不同气压环境下有着很好的稳定性。最后通过对背栅纳米沟道结构和双侧栅纳米沟道结构的场发射测试,研究发现栅极的加入会很好的改善器件的电子发射性能,有效降低器件的开启电场。