《矽通孔三維集成的高頻電磁分析與最佳化設計》是依託浙江大學，由魏興昌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：矽通孔三維集成的高頻電磁分析與最佳化設計
- 外文名：High frequency electromagnetic analysis and optimization design of silicon via 3D integration
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：魏興昌
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對先進矽通孔三維集成中元器件排布高密度、體積小型化、功能多元化的發展趨勢，發展電磁-微電子多尺度、一體化建模技術，研究微觀載流子效應在巨觀電磁模擬中的準確表征方法；研發高效的散射矩陣仿真方法求解所建立的多尺度模型，突破任意分布和任意數量矽通孔陣列快速仿真的技術難題；對矽通孔三維集成結構進行準確建模和仿真。利用所建模型研究掌握矽通孔陣列的電磁自諧振特性、矽通孔與有源器件的耦合機理和耦合通道、三維集成封裝的輻射干擾和輻射抗擾特性，全面分析矽通孔三維集成的電磁兼容問題。最終，設計新型的基於矽通孔陣列的微納電磁帶隙結構提高片內天線的性能，利用垂直矽通孔陣列構造水平射頻傳輸通道。本項目的研究成果將為複雜三維集成的電磁設計提供有力的建模和仿真工具，並推動新型矽基射頻器件的研究。
結題摘要
為了解決金屬互連的時延和功耗制約積體電路速度提升的難題，人們提出了基於矽通孔的三維集成技術。對於這一新技術，國際半導體技術發展路線組織指出其實用化的一個挑戰是電子設計自動化工具的缺乏，其中就包括電磁建模和仿真工具的不足。本項目圍繞三維集成的電磁理論建模、電磁特性分析以及電磁結構設計三個方面開展研究。 （1）針對三維集成中用於信號傳輸的垂直通孔和用於供電的水平電源配送網路，分別研發了半解析-半數值的電磁散射矩陣方法和電磁場¬-電路混合仿真方法，與現有電磁軟體HFSS、CST相比，這兩種仿真方法極大地減少了仿真時間（約為其十分之一）；同時，我們研發解析公式提取矽通孔的MOS電容，完成了微觀載流子運動與巨觀電磁波之間的相互耦合仿真。這三個電磁理論建模研究為三維集成中信號分布網路和電源分配網路的電磁寄生參數提取提供了有力的工具。 （2）本項目分別從新結構和新材料兩個方面，探索了三維集成的電磁設計。設計了雙面禁止的矽襯底結構，有效地減小了矽襯底的損耗對信號傳輸的影響；研究矽通孔-矽襯底直接接觸禁止結構，減小不同信號矽通孔之間的串擾；設計加工新型共模濾波器，提高高速差分信號的信號完整性；針對三維集成空間受限的問題，設計了基於石墨烯的緊湊型吸波材料。 本項目共發表SCI國際期刊論文17篇（8篇IEEE Trans 長文，3篇IEEE 短文，3篇 Carbon論文），3篇 IEEE Trans 長文正在評審中，國際會議論文23篇（分別獲得Outstanding Paper Award和Student Paper Competition Second Place），英文專著1部；申請了4項矽通孔和信號傳輸方面的專利；項目執行期間，負責人擔任多個國際主要封裝和電磁兼容會議的TPC Member並組織多個三維集成和電磁兼容Special Session，介紹本項目的研究成果；2015年作為國家訪問學者訪問美國伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）、2013年訪問韓國高等科技大學（KAIST）並做矽通孔三維集成和電磁兼容方面的報告，2015年邀請新加坡高性能計算研究院（ASTAR-IHPC）三維集成和電磁兼容專家兩次來本校工作。
