16、基于碳纳米管的AMS/RF IC互连性能分析

基于碳纳米管的AMS/RF IC互连性能分析

1. 引言

在模拟混合信号与射频（AMS/RF）集成电路（IC）设计中，互连对于传输电流和施加电压至关重要。随着碳纳米管在电子应用中的引入，高效高速的互连得以实现，优化了集成电路的电气性能，同时避免了传统铜互连存在的电迁移、寄生元件值大、延迟长和热耗散高等问题。

2. 背景

2.1 互连的作用与挑战

互连的主要目的是在集成电路中分配电源、接地、时钟和其他信号。然而，随着半导体器件尺寸的不断缩小，互连技术面临着诸多挑战。例如，全局互连的延迟未能随技术发展而按比例缩小，互连单位长度的RC延迟因导体高度和宽度的同时减小而呈二次方增加。此外，铜互连在达到最大电流密度时会发生电迁移失效，在高频下操作存在长延迟，且难以满足新型AMS/RF电路所需的纵横比。

2.2 碳纳米管的优势

碳纳米管具有独特的电学性能，如弹道传输（即除接触点外无电阻的电传输），使其在纳米电子学中具有很大的应用潜力。国际半导体技术路线图（ITRS）预测，互连将使用超过10⁶ A/cm²的电流密度，而金属碳纳米管或石墨烯等材料能够实现这一要求。

2.3 面临的问题

使用碳纳米管互连时，需要解决其与不同材料（如基板、顶层涂层金属化和焊盘）的相互作用问题。目前提出的连接技术（如湿化学自组装、有机反应、隧道效应和压力变化等）可能存在毒性、损坏表面或改变材料物理化学性质等问题。

3. VLSI设计中的互连缩放

3.1 争议与问题

在现代高速集成电路技术中，互连导线的优化至关重要。随着电子设备的不断小型化，