在近几十年的集成电路发展中,器件的特征尺寸一直在遵循着摩尔定律而不断地减小,随着器件关键尺寸的缩小,使得集成电路技术产业面临着很多的挑战。为了应对这种挑战,我们尝试新的材料,使用新的技术,采用各种方法,以解决集成电路遇到的问题,从而提高集成电路的性能和可靠性。随着集成电路特征尺寸的缩小,铜互连工艺已经成为主流连线工艺,而当进入100纳米尺寸小,铜互连线的电阻开始不断地增大,从而使得互连线造成的延迟极大影响了集成电路的速度。本文主要讨论金属材料的电子输运特性,选择合适的散射机制的基础上建立电子散射物理模型,并且详细地分析了包括声学波形变势散射,极性光学波散射,电子对电子散射,等离子激元散射,表面粗糙散射,晶粒间界散射六种散射机制,并通过小尺寸铜互连线等具体材料的模拟,搞清了每种散射机制对材料特性所产生的影响;并且主要研究了在小尺寸小金属材料的尺寸效应,并针对晶粒大小与铜线线宽的关系,并详细分析了影响晶粒间界散射率的因素,并研究晶粒间界散射和表面粗糙散射对金属互连线的影响。运用蒙特卡罗方法对其中的电子输运现象进行模拟研究,再将模拟结果与ITRS2007数据进行比较,从而证明我们的物理散射模型和模拟方法是可行的。同样我们也对于碳基材料作为互连材料用在集成电路技术上进行了讨论研究,并对碳纳米管和石墨烯的电学特性和热学特性进行了研究。