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文檔簡介
1、在三維集成電路芯片的硅通孔中使用碳納米管的方法在三維集成電路芯片的硅通孔中使用碳納米管的方法近年來集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)得到了不斷發(fā)展,可以在單個(gè)芯片內(nèi)集成的晶體管數(shù)目越來越多,芯片的功能也越來越強(qiáng)。但隨著對集成度要求的不斷提高,通常所使用的二維電路在面積、線長、功耗等方面的性能仍需提升,在這種背景下,三維集成電路芯片得到了人們的重視和研究,它將多個(gè)器件層進(jìn)行三維堆疊與集成,采用硅通孔(ThroughSiliconVia,TSV)實(shí)現(xiàn)垂直互連
2、,進(jìn)行器件層之間的信號傳遞與通信。三維芯片具有走線短、布線密度大、信號延遲小等特點(diǎn),從而使得芯片的時(shí)鐘頻率和處理速度得到了提高,同時(shí)在互連線上產(chǎn)生的功耗也得到了降低。與二維電路芯片相比,三維芯片可以減少整個(gè)芯片的總面積。由于三維芯片的器件集成度高,它的功率密度不斷增大,使得芯片內(nèi)部器件的結(jié)溫升高,從而導(dǎo)致所產(chǎn)生的熱量不易從芯片的內(nèi)部散發(fā)出去,因此在三維芯片的設(shè)計(jì)過程中更需要考慮對散熱的處理。2硅通孔互連硅通孔是在硅片上制作垂直方向(z軸
3、方向)的通孔,在通孔的內(nèi)部填充導(dǎo)電物質(zhì),來實(shí)現(xiàn)不同硅層(器件層)之間的互連。使用硅通孔來制作三維芯片,可以在芯片的垂直方向上堆疊較多的硅層,且芯片總的外形尺寸較小,從而能夠獲得較短的互連線長度,因此可以較大地提高整個(gè)芯片的速度并降低功耗。TSV,圖2(b)含有一個(gè)整根TSV,圖2(c)只有粘合層中含有一段TSV。設(shè)四周為絕熱邊界,硅層的上平面均勻加載熱量;設(shè)粘合層底面為等溫平面,溫度設(shè)為22℃。模型參數(shù)如下:硅層厚度hsi=50μm,粘
4、合層的厚度he=10μm,TSV的直徑d=2μm;硅層,粘合層和TSV的熱導(dǎo)率分別為Ksi=150W(mK),Ke=0.1W(mK),Ktsv=400W(mK);模型的橫截面為30μm30μm,加載的熱量Q=1104W。圖3是三維芯片的上表面溫度的分布情況,其中圖3(a),圖3(b)和3(c)分別是圖2(a)不含TSV,圖2(b)含有一個(gè)整根TSV和圖2(c)只有粘合層中含有一段TSV等所對應(yīng)的芯片的上表面的溫度分布,它們的峰值溫度分別
5、是33.148℃,22.869℃和22.909℃。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明:采用整根TSV時(shí)可以使芯片的溫度得到較大降低,峰值溫度從33.148℃降低到了22.869℃,此時(shí)降低的幅度為10.279℃。若只使用粘合層中的那一段TSV,也能降低峰值溫度,從33.148℃降低到了22.909℃,此時(shí)降低的幅度為10.239℃。對只使用粘合層中的那一段TSV的這種情況,由于只在粘合層中制作一段TSV,比在整個(gè)芯片中制作整根TSV時(shí)的制造成本低很多,但
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