碳纳米管互连线串扰问题的研究

论文摘要

ITRS预测，随着集成电路特征尺寸的不断减小，由于铜互连线的电子表面和晶界的散射，其电阻率将迅速增加，从而会引起延时及串扰等严重问题，碳纳米管将会是取代铜作为互连线的理想材料之一。到目前为止，虽然对碳纳米管的制备取得了很大的进展，但是碳纳米管互连集成技术还未成功突破，许多研究者正致力于碳纳米管建模方面的研究，其中对碳纳米管互连线中信号的串扰问题的研究仍是当前热点之一。为了实现碳纳米管将来用于集成电路互连，通过对碳纳米管互连线进行建模，研究其信号完整性中的串扰问题十分重要。本文基于分布参数传输线模型，首先对单壁碳纳米管互连线和双壁碳纳米管互连线的电阻、电容和电感等主要参数进行了提取，为了更准确的预测高频下碳纳米管互连线的串扰特性，采用电磁分析软件提取碳纳米管束中的磁性电感，完善了已有的碳纳米管互连线模型。在准确提取碳纳米管束磁性电感的基础上，以串扰电压为主要评价指标，分别从长度变化、间距变化、频率变化等方面对单壁碳纳米管互连线和双壁碳纳米管互连线进行了讨论,首次分析了互连线相对位置的变化对串扰电压的影响，从模拟的结果可以看出，通过减小碳纳米管的长度、增加线间距、选择合适的相对位置或合适的信号频率可以减小互连线中串扰的影响；并对碳纳米管互连线与铜互连线的性能进行了相应的对比，得出了单壁碳纳米管束互连线和双壁碳纳米管束互连线在中间互连层和全局互连层的电路性能远远优于铜互连线的结论。本文探讨了碳纳米管在未来作为互连线的电路特性，尤其是串扰特性，所得到的分析结果对将来碳纳米管互连线的理论分析有一定的指导意义，并且对制备碳纳米管互连线和碳纳米管的应用也提供了一定的指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 碳纳米管的结构、性能与制备
• 1.2.1 碳纳米管的结构
• 1.2.2 碳纳米管的性能
• 1.2.3 碳纳米管的制备
• 1.3 碳纳米管互连模拟的国内外研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 信号完整性和串扰机理分析
• 2.1 信号完整性问题
• 2.2 串扰产生的原因及其分类
• 2.2.1 近端串扰和远端串扰
• 2.2.2 容性串扰和感性串扰
• 2.3 传输模式对串扰信号的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 单壁碳纳米管互连线串扰的分析
• 3.1 单壁碳纳米管电参数
• 3.1.1 电阻
• 3.1.2 电容
• 3.1.3 电感
• 3.2 单壁碳纳米管束电参数
• 3.2.1 等效电路模型及其参数
• 3.2.2 磁性电感的提取
• 3.3 铜互连线模型
• 3.4 单壁碳纳米管束互连线串扰仿真分析
• 3.5 单壁碳纳米管束与铜互连线串扰的比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 双壁碳纳米管互连线串扰的分析
• 4.1 双壁碳纳米管电参数
• 4.1.1 电阻
• 4.1.2 电容
• 4.1.3 电感
• 4.2 双壁碳纳米管束电参数
• 4.2.1 等效电路模型
• 4.2.2 串扰模型
• 4.3 双壁碳纳米管束互连线串扰仿真分析
• 4.4 双壁碳纳米管束与铜互连线串扰的比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢