全波段TSV等效电路及电学特性研究

发布时间：2024-04-01 18:51

　　随着工艺尺寸缩小,互连线长度以及密度增大,增加了全局互连中的阻容(RC)延迟,功耗以及噪声干扰不可被忽略,这对全局互连延迟产生了逆向影响。硅通孔(Through Silicon Via,TSV)能够提供更短的传输路径和更高的带宽,基于TSV的三维集成电路已成为未来发展的趋势。由于TSV本身存在寄生电阻、寄生电容和寄生电感,所以当TSV作为互连线传输信号时,这些寄生效应会对信号完整性产生影响,从而在三维集成电路的电路级仿真时会影响整个电路的性能。因此十分有必要对TSV建立精确的等效电路模型并对其电学特性进行深入的研究,以便用于整个三维集成电路的设计和仿真。由于普通柱形TSV结构和硅衬底一起构成了金属-绝缘层-半导体结构,根据电磁理论,TSV会根据工作频率的不同,表现为慢波模式、准TEM模式以及趋肤效应模式三种工作模式。本课题针对最常用的柱形TSV结构,基于准TEM模式下的等效电路方法,提取了寄生参数模型,建立了慢波模式和趋肤效应模式的等效电路,并采用有限元分析软件HFSS进行了验证,采用ADS软件仿真并分析了 TSV结构参数变化对TSV电学参数的影响,通过S参数的仿真分析了TSV的传输特...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 发展现状与趋势
        1.2.1 TSV模型及寄生参数提取
        1.2.2 TSV耦合噪声分析
        1.2.3 TSV传输信号分析
    1.3 研究内容
    1.4 论文的主要结构
2 TSV基本理论
    2.1 TSV分类
    2.2 传输线简介
        2.2.1 传输线理论
        2.2.2 传输线场分析
        2.2.3 三种模式的划分
    2.3 本章小结
3 TSV等效电路模型及电学特性研究
    3.1 引言
    3.2 TSV寄生参数的提取
        3.2.1 寄生电阻
        3.2.2 寄生电感
        3.2.3 寄生电容
        3.2.4 衬底寄生参数
    3.3 准TEM模式等效电路模型及电学特性
        3.3.1 等效电路模型的验证
        3.3.2 半径r变化对各个电学参数的影响
        3.3.3 高度h变化对各个电学参数的影响
        3.3.4 间距p变化对各个电学参数的影响
    3.4 准 TEM 模式等效电路模型及电学特性
        3.4.1 准TEM模式等效电路验证
        3.4.2 半径r对插入损耗S21的影响
        3.4.3 高度h对插入损耗S21的影响
        3.4.4 间距p对插入损耗S21的影响
    3.5 趋肤效应模式等效电路模型及电学特性
        3.5.1 等效电路模型的验证
        3.5.2 半径r变化对各个电学参数的影响
        3.5.3 高度h变化对各个电学参数的影响
    3.6 本章小结
4 同轴-环形TSV电学特性研究
    4.1 同轴-环形TSV电学参数提取
    4.2 仿真结果验证
    4.3 结构参数变化对电学特性的影响
        4.3.1 结构参数变化对CA-TSV的电阻的影响
        4.3.2 结构参数变化对CA-TSV的电导的影响
        4.3.3 结构参数变化对CA-TSV的电容的影响
        4.3.4 结构参数变化对CA-TSV功率的影响
        4.3.5 结构参数变化对时间常数的影响
        4.3.6 结构参数变化同轴TSV特征阻抗的影响
    4.4 CA-TSV的插入损耗
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 研究展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文



本文编号：3945148