研制高性能的微型电子源对于提高真空电子器件的性能、研发微纳真空电子器件具有重要的意义。本文利用石墨烯作为热发射材料并采用微加工技术实现了热发射电子源的微型化和阵列化,研制出工作电压和真空度低、发射性能可控、开关速度快、发射电流可调制的微型电子源和电子源阵列（图1）。^[1]研究发现,石墨烯微型热电子源只需几伏特电压即可开启,且其开启电压与石墨烯的尺寸具有确定的依赖关系,从而可以通过微加工技术控制石墨烯的尺寸实现其开启电压的控制。由于石墨烯具有较好的热稳定性,石墨烯微型热电子源能够在10^-3Pa的真空下稳定工作。相比于传统热发射电子源具有预热延迟的问题,石墨烯微型热电子源的开关时间被证实小于1μs,比传统热发射电子源的开关时间小5⁶个数量级。更重要的是,石墨烯微型热电子源的发射电流可通过栅电极实现高达6个数量级的调制,有望实现电子源阵列的栅控选址开关。由于兼具宏观热发射电子源和微型场发射电子源的优点,石墨烯微型热电子源为解决当前微型场发射电子源所遇到的瓶颈,实现大面积可选址微型电子源阵列提供了一种新的途径,未来有望应用于X射线管、平板显示器、微波放大器等真空电子器件。基于石墨烯微型热电子源,本文还实现了一种新结构的微型真空三级管,其开关比达到6个量级,亚阈值斜率为120 mV/dec,工作电压小于10 V。^[2]