三維集成電路中新型互連結(jié)構(gòu)的建模方法與特性研究.pdf

1、過(guò)去二十年來(lái)，集成電路的發(fā)展一直遵循著摩爾定律，器件尺寸不斷地縮小，且未來(lái)若干年內(nèi)這種趨勢(shì)仍將持續(xù)下去。隨著器件特征尺寸的縮小，門(mén)延遲不斷減小，而互連線(xiàn)引起的時(shí)間延遲卻相應(yīng)增加。在90 nm節(jié)點(diǎn)，互連線(xiàn)延遲已經(jīng)超過(guò)了微處理器的門(mén)延遲，這表明集成電路已經(jīng)從“晶體管時(shí)代”進(jìn)入到“互連線(xiàn)時(shí)代”。因此，如何設(shè)計(jì)應(yīng)用于下一代集成電路中的高性能互連線(xiàn)保證其優(yōu)秀性能和可靠性，是目前該領(lǐng)域中研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。論文重點(diǎn)研究了碳納米和硅通孔互連線(xiàn)，主要研究

2、工作和創(chuàng)新點(diǎn)可歸納為:
　　 1)從石墨烯結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)單層石墨烯納米帶的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，提取了有效溝道數(shù)和平均自由程。進(jìn)一步地，給出了不同類(lèi)型石墨烯納米帶有效溝道數(shù)的等效公式，從而得到了量子接觸電阻和散射電阻值的解析表達(dá)式。
　　 2)對(duì)多層石墨烯納米帶建立了等效單導(dǎo)體模型，給出了量子電容和動(dòng)電感的解析公式，并與多壁碳納米管進(jìn)行了比較和分析。基于其等效單導(dǎo)體模型，對(duì)多層石墨烯納米帶的等效電阻率、時(shí)延特性及串?dāng)_特性進(jìn)行系

3、統(tǒng)分析。
　　 3)針對(duì)硅通孔的物理結(jié)構(gòu)，建立其等效電路模型，并考慮了MOS效應(yīng)、頻率、溫度以及物理和幾何參數(shù)的變化對(duì)其傳輸性能的影響。
　　 4)針對(duì)高密度硅通孔陣列中的電磁耦合問(wèn)題，以典型的三根硅通孔單元為例，考慮彼此間的感性耦合、容性耦合以及屏蔽效應(yīng)，利用解析方法得到有效電導(dǎo)和電容。進(jìn)一步地，利用多物理場(chǎng)數(shù)值方法研究了高密度硅通孔陣列的熱串?dāng)_問(wèn)題。
　　 5)為解決硅通孔陣列中的電磁干擾問(wèn)題，研究了具有自屏

4、蔽功能的同軸硅通孔結(jié)構(gòu)。考慮到其內(nèi)部對(duì)應(yīng)MOS電容的影響，建立了相應(yīng)的等效電路模型。同時(shí)，研究了不同介質(zhì)填充時(shí)的傳輸特性，結(jié)果表明用BCB材料填充時(shí)其傳輸性能可以得到較大提升，但其功率容量會(huì)受到很大影響。
　　 6)利用碳納米管束填充硅通孔，可以發(fā)現(xiàn)其傳輸性能及熱性能均得到較大提升。繼而利用傳輸線(xiàn)方法對(duì)其進(jìn)行數(shù)值分析，并對(duì)其進(jìn)行電路建模，從而得到了時(shí)域的噪聲電壓響應(yīng)。
　　 此外，論文研究了多壁碳納米管構(gòu)造的片上電容模型