Estado del arte, optimización del modelo RLC y retos de fabricación de interconectores para alta frecuencia con base en nanotubos de carbono
DOI:
https://doi.org/10.46842/ipn.cien.v24n2a03Palabras clave:
ecuación de impedancia, modelo compacto, parámetros S, parámetros ABCD, estado del arteResumen
En el siguiente documento se hace una revisión bibliográfica sobre las propiedades eléctricas de los nanotubos de carbono (CNT) en altas frecuencias y como han sido implementados como interconectores en diferentes dispositivos. Se muestran los resultados de dichas implementaciones y se analizan para su interpretación. De la bibliografía revisada, se selecciona un modelo RLC de interconectores con base en CNT y se hace un estudio del mismo. Se obtiene una función para la impedancia del dispositivo y utilizando los valores teóricos sugeridos para el modelo RLC, se extiende su análisis en altas frecuencias (mayores a 100 GHz). A partir de la representación matricial tipo ABCD de los componentes del circuito equivalente, se calculan las ecuaciones de los parámetros de dispersión (S) para este dispositivo. A partir de esta ecuación característica se realiza una optimización de los componentes del circuito RLC hacia una correcta descripción de los datos experimentales del dispositivo. Por último, se discuten los retos en la fabricación de interconectores con base en CNT.
Referencias
A. Todri-Sanial, A. Maffucci, Carbon Nanotube for Interconnects. Process, Design and Applications, Suiza: Springer, 2017.
S. Im, N. Srivastava, K. Banerjee, K. E. Goodson, "Scaling Analysis of Multilevel Interconnect Temperatures for High-Performance ICs," IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 52, núm. 12, pp. 2710-2719, 2005.
B. Li, T. D. Sullivan, T. C. Lee, D. Badami, "Reliability challenges for copper interconnects," Microelectronics Reliability, vol. 44, núm. 3, pp. 365-380, 2004.
H. Macedo-Zamudio, A. Pacheco-Sanchéz, L. M. Rodríguez-Méndez, E. Ramírez-García, D. Valdéz-Pérez, "Estudio en régimen DC y AC de diodos de nanotubos de carbono para aplicaciones de alta frecuencia," Científica, vol. 23, núm. 2, pp. 91 - 98, julio-diciembre , 2019.
K. Koo, H. Cho, P. Kapur, K. C. Saraswat, "Performance Comparisons Between Carbon Nanotubes, Optical, and Cu for Future High-Performance On-Chip Interconnect Applications," IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 54, no. 12, pp. 3206 - 3215, November , 2007.
G. F. Close, S. Yasuda, B. Paul, S. Fujita, H. S. P. Wong, "A 1 GHz Integrated Circuit with Carbon Nanotube Interconnects and Silicon Transistors," Nano Letters, vol 8, núm. 2,pp. 706-709, 2008.
X. Chen, D. Akinwande, K-J. Lee, G. F. Close, S. Yasuda, B. C. Paul, S. Fujita, J. Kong, H. S. P. Wong, "Fully integrated graphene and carbon nanotube interconnects for gigahertz high-speed CMOS electronics," IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 57, núm. 11, pp. 3137-3143, 2010.
A. Todri-Sanial, R. Ramos, H. Okuno, J. Dijon, A. Dhavamani, M. Wislicenus, K. Lilienthal, B. Uhlig, T. Sadi, V. P. Georigev, A. Asenov, S. M. Amoroso, A. R. Brown, A. Pender, C. Millar, F. Motzfeld, B. Gotsmann, J. Liang, G. Gonçalves, N. Rupesinghe y K. Teo, "A Survey of Carbon Nanotube Interconnects for Energy Efficient Integrated Circuits," IEEE Circuits and Systems Magazine, pp. 47-62, 2017.
V. Kravchenko, R. Resendíz-Vázquez, "Estimación del ancho de banda para comunicaciones satelitales tomando en cuenta la dispersión en la ionosfera," Científica, vol. 13, núm. 1, pp. 9-16, enero-marzo , 2009.
J. J. Plombon, K. P. O'Brien, F. Gstrein, V. M. Dubin, "High-frequency electrical properties of individual and bundled carbon nanotubes," Applied Physics Letters, vol. 90, pp. 063-106, 2007.
A. Raychowdhury, K. Roy, "Modeling of Metallic Carbon-Nanotube Interconnects for Circuit Simulations and a Comparison with Cu Interconnects for Scaled Technologies," IEEE Transactions on Computer- Aided Design of Integrated Circuits and Systems, vol. 25, núm. 1, pp. 58-65, 2006.
Z. Yu, P. J. Burke, "Microwave Transport in Metallic Single-Walled Carbon Nanotubes," Nano Letters, vol. 5, núm. 7, pp. 1403-1406 , junio, 2005.
M. Sun, Z. Xiao, Y. Chai, Y. Li y P. C. H. Chan, "Inductance Properties of In Situ-Grown Horizontally Aligned Carbon Nanotubes," IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 58, núm. 1, pp. 229-235, enero, 2011.
I. I. Nefedova, D. V. Lioubtchenko, I. S. Nefedov y A. V. Räisänen, "Conductivity of Carbon Nanotube Layers at Low-Terahertz Frequencies," IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, vol. 6, núm. 6, pp. 840-845, noviembre, 2016.
P. Xu, M. C. Hamilton, "Solution-Deposited Carbon Nanotube Flip Chip Interconnect for High-Frequency Applications," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 25, núm. 4, pp. 229-231, abril, 2015.
H. Li, K. Banerjee, "High-Frequency Analysis of Carbon Nanotube Interconnects and Implications for On-Chip Inductor Design," IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 56, núm. 10, pp. 2202-2214, octubre, 2009.
W-S. Zhao, J. Zheng, Y. Hu, S. Sun, G. Wang, L. Dong, L. Yu, L. Sun, W-Y. Yin, "High-Frequency Analysis of Cu-Carbon Nanotube Composite Through-Silicon Vias," IEEE Transactions on Nanotechnology, vol. 15, núm. 3, pp. 506-511, mayo, 2016.
D.A. Frickey, " Conversions Between S, 2, Y, h, ABCD, and T Parameters which are Valid for Complex Source and Load Impedances", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 42, núm. 2, pp. 205-211, febrero, 1994.
A. A. Vyas, C. Zhou, C. Y. Yang, "On-Chip Interconnect Conductor Materials for End-of-Roadmap Technology Nodes," IEEE Transactions on Nanotechnology, vol. 17, núm. 1, pp. 4-10, 2018.
X. Wei, L. Pengfei, Carbon Nanotubes - Synthesis, Characterization, Applications, Siva Yellampalli (Ed.), 2011. [en línea]. Disponible en: https://www.intechopen.com/books/carbon-nanotubes-synthesis-characterization-applications/dielectrophoretic-deposition-and-alignment-of-carbon-nanotubes. Consultado: 2 junio, 2019.
L. Jia, Y. Zhang, J. Li, C. You, E. Xie, "Aligned single-walled carbon nanotubes by Langmuir-Blodgett technique," Journal of Applied Physics, vol. 104, núm. 17, pp. 074318.1-074318.6, agosto, 2008.
A. Pacheco-Sánchez, I. Larruz-Castillo, D. Sangani, D. Valdez-Perez, "Comprehensive review on high-frequency CNT-based interconnects", IEEE International Conference on Applied Science and Advanced Technology (iCASAT), Querétaro, Mexico, noviembre 2019. doi: https://dor.org.10.1109/iCASAT48251.2019.9069515
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