为了延续甚至超越“摩尔定律”,三维集成技术开始兴起。硅通孔作为三维集成电路中的关键技术,可以实现高纵横比的垂直互连,从而缩小整体的互连长度并提高系统的集成度。随着系统集成度的提高,电源完整性问题进一步凸显出来。为了准确快速地评估硅通孔对信号传输的影响以及配电网络的电学性能,并进一步发挥硅通孔的性能优势,本文针对硅通孔和三维集成电路配电网络进行建模研究,并考虑利用硅通孔进行无源器件设计,相关工作分为以下三个部分:在第一部分中,研究了硅通孔的寄生参数的提取,其中考虑了铜硅通孔的趋肤效应和耗尽层宽度变化带来的影响。针对三维集成电路中工作频率越来越高时带来的噪声问题,研究了硅通孔差分对之间的串扰问题,分析了硅通孔差分对在时域和频域中的电学特性。第二部分研究了配电网络中片上电源/接地网络和硅通孔的宽带建模方法,给出了片上电源/接地网络的单元结构模型,并能在直流至100GHz范围内适用的等效电路模型。同时还研究了结构参数的变化对配电网络阻抗的影响,相关结论对三维集成电路中的优化设计有所帮助。第三部分致力于设计基于硅通孔的超紧凑型低通滤波器,基于垂直螺旋硅通孔电感和片上MIM电容,在竖直方向上将电容和电感组合在一起,形成超紧凑型滤波器。并对设计的滤波器进行建模分析,和全波仿真结果相互验证。总之,本论文对三维集成电路中的差分对和配电网络开展了电路建模和电学特性分析等研究工作,并探索在三维集成电路中利用冗余硅通孔设计无源器件。