《全碳三維互連新結構中電磁-熱耦合效應和傳輸特性研究》是依託浙江大學，由尹文言擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：全碳三維互連新結構中電磁-熱耦合效應和傳輸特性研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：尹文言
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對先進矽CMOS工藝中互連結構的低損耗和高物理可靠性迫切需求，突破傳統銅互連的設計理念，利用碳基金屬性石墨烯（GNR）和碳納米管(CNT) 獨有的電磁、熱和力學性能, 構建由水平層狀GNR和垂直CNT管束組成的晶片內/晶片間全碳三維互連新結構，對其電磁-熱耦合效應和傳輸特性進行研究。發展基於量子和經典物理的等效電路建模方法,藉助非平衡格林函式等數值方法分析和認識全碳互連結構中GNR邊緣粗糙度、費米能級、插層摻雜、層間耦合以及層狀GNR與CNT管束接頭的散射效應；進一步研究典型全碳互連結構中極高頻信號傳輸特性隨其幾何和物理參數的變化規律；同時發展半解析等效熱阻網路和非線性時域電磁-熱耦合併行有限元數值方法，研究多尺度全碳互連結構中的電磁-熱場分布特性，掌握晶片內/晶片間全碳互連結構中極高頻傳輸信號延遲和串擾的實驗測量方法，為全碳納米電子器件和電路的集成實現提供理論指導。
結題摘要
本項目針對先進矽CMOS 工藝中互連結構低損耗和高可靠性迫切需求，突破傳統銅互連設計理念，充分利用金屬性石墨烯（GNR）和碳納米管(CNT) 獨有的電磁、熱和力學性能, 分別構建了水平層狀GNR互連、垂直CNT(SWCNT&MWCNT)束組成的矽通孔（CNTB-TSV）和它們共同組成的晶片內/晶片間全碳三維互連新結構，對它們的電磁-熱耦合效應和傳輸特性進行了深入、系統的研究。主要研究內容和重要結果包括： (1)發展了晶片內水平層狀GNR和垂直CNTB-TSV互連結構的量子-經典物理相結合等效電路建模方法，掌握了結構分布參數的半解析和數值提取技術；並且分析了GNR粗糙邊緣、費米能級、GNR與CNT管束接頭處散射和互連輸入/輸出端接觸電阻效應對高頻、極高頻信號傳輸的影響。 (2)發展了晶片間水平層狀GNR和垂直CNTB-TSV相結合的互連結構建模方法，比較研究了GNR層間容性、感性耦合和非碳/全碳TSV及周圍絕緣層MOS電容效應；並且分析了GNR幾何參數和插層摻雜、CNTB幾何參數以及它們接頭處散射對極高頻信號傳輸的影響。 (3)發展了等效熱阻網路、非線性時域有限元（TD-FEM）和改進時域有限差分(FDTD)方法，比較研究了多重不連續耦合非碳/全碳互連結構的穩態和瞬態電磁-熱回響、 共模和差模傳輸特性以及電-熱串擾效應。 (4)探索了大尺寸、高質量石墨烯製備和向高阻矽襯底轉移工藝以及部分碳互連（銅、石墨烯和CNT）集成製備工藝，初步掌握了基於GNR的無源結構製備流程;並且研究了部分碳/全碳集成互連結構的在片測試校準和信號傳輸特性參數（衰減、延時、串擾）提取技術； (5)提出的全碳（石墨烯/碳納米管）三維互連結構中電磁-熱耦合過程建模分析方法已推廣套用到太赫茲波段石墨烯天線和碳納米管相變存儲器等新型碳基三維納米電子學器件結構的設計套用中，得到了部分實驗驗證。 本項目研究成果已發表著名國際刊物論文25篇(章)（IEEE論文13篇，3篇為受邀在國際著名學術專著中出版，出版商分別是John Wiley & Sons 和 Springer）；發表的學術論文最高影響因子IF達10.3；另外，在IEEE等國際學術會議中發表論文18篇,榮獲了2015 IEEE EDAPS 學生最佳論文獎；研究成果能為全碳納米電子器件和電路的集成實現提供理論指導。
