场致发射是当金属或半导体材料表面受到强电场作用时，电子通过量子隧穿效应突破表面势垒进入绝缘介质的物理现象，又称冷电子发射。该现象的理论基础由福勒（R.H. Fowler）和诺德罕（L. Nordheim）于1928年建立的Fowler-Nordheim理论阐明，其核心机理为：强电场使阴极表面势垒高度降低且宽度变窄，当势垒宽度与电子波长处于同一量级时，电子穿透概率显著提升。实验研究表明，典型场致发射需在电场强度达到107 V/m量级时触发，且发射性能受材料逸出功、表面形貌及真空环境影响。该现象在真空微电子器件领域具有重要应用价值，包括场发射显微镜、强脉冲电子束装置以及场致发射显示器（FED）等。

当金属或半导体表面施加的外电场强度超过临界值（通常＞3×107 V/m），表面势垒的宽度被压缩至纳米量级，此时电子可通过量子隧穿效应穿透势垒形成发射电流

场致发射性能与材料功函数密切关联:

1936年场发射显微镜的发明实现了原子级表面形貌观测（分辨率20Å），其核心组件为曲率半径0.1-1μm的金属尖端。实验验证显示：

场发射阴极在真空电子器件中展现出独特优势:

场电子显微镜与场离子显微镜联用，可观察晶格缺陷和表面吸附原子：

场致发射器件的核心指标包括:

当前场致发射技术的工程化难点包括:

研究显示，2023年一维钨纳米材料的可控制备技术使开启电场降低至3.2 V/μm，电流密度提升至8.7 mA/cm2，展现出解决上述难题的潜力。

2025年7月，西安交通大学电气工程学院、电工材料电气绝缘全国重点实验室孟国栋教授团队联合新加坡科技设计大学Lay Kee Ang教授团队在《自然·通讯》发表研究成果，研究团队创新性地提出了基于透射电子显微镜的原位击穿与表征技术，系统实验研究了纳米钨电极结构（尖端半径2-190nm）在真空纳米间隙（5-100nm）的本征场致电子发射特性。首次结合原位实验和理论分析揭示了场致电子发射的纳米尺度几何形状效应，填补了经典场发射理论在纳米尺度范围的空白，为推动高性能电气装备、微纳电子器件的绝缘设计与性能优化提供了重要的理论支撑。