通过建立纳米半导体薄膜场发射模型，分别研究了c-BN半导体薄膜场发射纳米增强效应及纳米AlxGa1-xN复合膜的热场发射特性。研究结果表明：小纳米晶粒半导体薄膜具有更为优异的场发射特性；在不考虑纳米几何场增强情况下，半导体纳米场发射增强效应可能源于NEA增强及带隙宽化后导致的强带弯曲；纳米AlxGa1-xN复合膜同样具有纳米场增强效应；纳米场增强效应大小也与场发射体温度与合金成分指数密切相关。 选用c-BN/真空/金属结构，系统地研究了半导体薄膜的场发射能量分布(FEED)多峰特征。研究表明：FEED多峰特征主要出现在具有低电子亲和势的宽带半导体薄膜中，只要所加电场足够高，多峰出现将是不可避免的。而且，随着场强的增加，单峰的FEED将逐渐演变为两个峰，甚至多个峰。研究也发现，FEED峰的强度、数目及位置与场强、亲和势及掺杂能级紧密相关。对于这种规律，提出了一种共振隧穿场发射模型进行合理的解释。 发展自洽量子模型研究了多层结构半导体超薄膜的场发射特性。与以前两步法解释超薄膜场发射机制相比，此模型对于场发射过程的理解更加明晰。研究结果表明：结构上的微小调整，将可能导致场发射电流数量级的改变，这为场发射应用研究提供了一种全新思路。结构调制对于场发射特性的极大改善可能来源于两个方面：其一，结构调制导致势阱中能级移动，改变电子积累状态影响场发射电子源状态；其二，势阱中电子积累影响有效表面势垒，导致电子发射隧穿过程改变。 选用不同相结构BN薄膜，实验地研究了相结构对场发射性能影响，发现高立方相含量BN薄膜具有更为优异的场发射性能。除了不同相结构BN薄膜表面形貌引起的场增强外，场发射增强更主要的原因可能在于不同相结构薄膜键合方式不同而导致的电子积累及表面势垒差异，一般而言，sp3键合材料的场发射性能可能要优于sp2键合方式。