基于碳纳米管的硅通孔电气建模与信号完整性研究-电子与通信工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 西安电子科技大学 学位论文独创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切法律责任。 本人签名： 日 期： 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生 在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留 送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容， 可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 （保密的论文在解密后遵守此规定） 本学位论文属于保密，在 年解密后适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日 期： 日 期： 摘要 硅通孔技术是三维集成电路中的关键技术，能够提高封装效率并降低功耗， 但随着集成电路特征尺寸持续缩小和信号频率持续增高，传统的硅通孔互连会出 现可靠性和信号完整性问题。碳纳米管具有低电阻率和可承载电流密度大的特点， 被认为极有可能在将来取代铜，成为新一代芯片互连线材料。本文主要从等效电 路建模与信号完整性分析两个方面对基于碳纳米管束填充的硅通孔互连进行深入 研究。 本文首先结合量子电子学理论与碳纳米管基本特性，对碳纳米管互连线的等 效电路模型进行分析。然后，分析基于地-信号-地硅通孔对结构的传统硅通孔集总 等效电路模型，并与三维全波仿真的建模方法进行对比，验证等效电路模型的准 确性。最后，着重对碳纳米管束填充的硅通孔进行分析，分别对单壁碳纳米管束 填充的硅通孔与双壁碳纳米管束填充的硅通孔进行 RLGC 等效电路建模，并提出 一种新型的基于同轴型混合碳纳米管束填充的硅通孔结构。在考虑硅通孔间寄生 效应与 MOS 效应的基础上，提出该新型硅通孔结构的高频等效电路模型，并基于 不同尺寸参数，通过 SPICE 软件仿真研究其在 0 GHz 到 40 GHz 范围内的损耗特 性与时延特性。仿真结果表明相比于单一类型碳纳米管束填充硅通孔，新型硅通 孔结构的传输损耗与上升边时延均有明显改善，在高频时具有更好的信号传输性 能。另外对新型硅通孔结构进行时域眼图仿真，仿真结果表明该硅通孔结构在高 速集成电路中可以满足对信号完整性的要求。 关键词：碳纳米管 硅通孔 等效电路模型 传输性能 信号完整性 Abstract In three-dimensional integrated circuits (3D-ICs), through silicon via (TSV) is the core technology that can improve packaging efficiency and redu ce power consumption. However, with the scaling down of feature size and the rising of signal frequency, the traditional TSV is going to encounter reliability and signal integrity problems. Carbon nanotube (CNT) has been viewed as the reliable material for the next generation interconnects to replace on-chip copper interconnects, due to its low resistivity and high carried current density. The main objective of this dissertation is to do intensive studies of CNT-based TSV from the aspects of equivalent circuit modeling and signal integrity analysis. Firstly, this dissertation analyzes the equivalent circuit model of CNT interconnects based on quantum theory and