碳纳米管互连线电特性的研究

论文摘要

集成电路互连线的特征尺寸进入纳米时代以后,铜互连面临了严峻的挑战,必须寻找一种新的互连材料;人们发现碳纳米管有许多互连方面的优点,是最有可能替代铜线的互连材料;在这样的背景下,为了实现碳纳米管的互连应用,就必须研究其在互连方面的电特性。在分布参数等效电路的基础上,采用电磁场分析软件来提取管束中每根碳纳米管与地线之间的静电电容,与已有的近似公式进行比较,得出近似公式法计算的管束的总静电电容值偏大,影响分析的精度,并且近似公式不能计算每根碳纳米管的电容;随着工艺节点的减小,静电电容占总电容的比例增大,对电性能的影响变大,所以必须准确提取碳纳米管束互连线的静电电容,在此基础上,进行了如下电特性的研究:分析了单壁碳纳米管互连线的电特性。提出反映互连材料电特性的主要参数,通过这些参数来评估碳纳米管互连线的电性能;讨论了单根碳纳米管的直径,长度和接触电阻对单壁碳纳米管互连线的稳定性、串扰性和时延性的影响。重点探讨了稳定性,指出并比较了互连线稳定性的分析方法,最后采用波特图的方法来分析稳定性,该方法的优点是可以直观地给出稳定裕量,定量地表征碳纳米管互连线的稳定性大小,并且可以反映频率特性,这对于高频环境下的碳纳米管互连线电性能的分析是十分有利的。对于实际应用来说,直径,长度、接触电阻和管束密度决定了碳纳米管互连线的电性能,得出了这些参数对碳纳米管电性能的影响规律。在单壁碳纳米管的基础上,分析了多壁碳纳米管互连线的电特性。建立了多壁碳纳米管的等效电路模型,分析了与单壁碳纳米管的不同之处;讨论了直径,长度、接触电阻和管束密度与多壁碳纳米管互连线电特性的关系,并且与单壁碳纳米管的电性能进行了比较,指出多壁碳纳米管的互连性能要优于单壁碳纳米管。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 碳纳米管的制备及应用
• 1.2.1 碳纳米管的结构
• 1.2.2 碳纳米管的制备
• 1.2.3 碳纳米管的应用
• 1.3 碳纳米管互连应用研究现状及存在的问题
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 单壁碳纳米管互连线电特性的分析
• 2.1 单根单壁碳纳米管的等效电路模型
• 2.1.1 单壁碳纳米管的等效电阻
• 2.1.2 单壁碳纳米管的等效电容
• 2.1.3 单壁碳纳米管的等效电感
• 2.2 单壁碳纳米管束的等效电路模型
• 2.2.1 单壁碳纳米管束互连线的几何结构
• 2.2.2 单壁碳纳米管束互连线的等效电路
• 2.3 单壁碳纳米管互连线的电特性分析
• 2.3.1 单壁碳纳米管互连线的稳定性
• 2.3.2 单壁碳纳米管互连线的串扰性
• 2.3.3 单壁碳纳米管互连线的时延性
• 2.4 本章小结
• 第三章 多壁碳纳米管互连线电特性的分析
• 3.1 多壁碳纳米管的导电通道
• 3.2 单根多壁碳纳米管的等效电路模型
• 3.2.1 多壁碳纳米管的等效电阻
• 3.2.2 多壁碳纳米管的等效电容
• 3.2.3 多壁碳纳米管的等效电感
• 3.2.4 各层管壁之间的相互作用
• 3.3 多壁碳纳米管互连线的电特性分析与比较
• 3.3.1 多壁碳纳米管互连线的串扰性
• 3.3.2 多壁碳纳米管互连线的时延性
• 3.4 本章小结
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢