随着半导体技术的发展,遇到的瓶颈越来越难以克服,短沟道效应、载流子速度饱和等效应所带来的问题越来越明显。三维集成电路（Three-Dimension Integrated Circuit,3D IC）技术可以将多个不同功能的芯片堆叠在一起,并利用硅通孔（Through-Silicon Via,TSV）将多个器件连接起来,有效减小了互连线长度,实现芯片异质集成。TSV是半导体三维集成技术的关键因素,其工作频率呈现多样化趋势,因此对TSV的宽频带研究具有重要意义。本文针对空气隙同轴TSV进行了深入研究,在考虑了金属-绝缘体-半导体（Metal-Insulator-Semiconductor,MIS）结构、衬底涡流损耗、电流趋肤效应的影响后,求得了此结构的寄生参数,并建立了等效电路。将此模型和HFSS软件仿真曲线进行对比,结果显示回波损耗S₁₁和插入损耗S₂₁误差在5%以内,验证了模型在宽频带的正确性。模型可以模拟100MHz到100GHz的传输情况,适用范围较广。研究了非耗尽层近似下的精确TSV电容,对比发现实际TSV电容与耗尽层近似下的值相差达10%,将此结果应用到模型中可以进一步提升模型的准确性。在此基础上,采用控制变量法对模型的结构参数和掺杂浓度进行了研究,对比分析不同模型下的传输参数,结果表明TSV高度和空气隙数量对传输特性的影响最大。优化了原有TSV结构,在100GHz时,回波损耗S₁₁优化前后分别为-15dB和-30dB,插入损耗S₂₁优化前后分别为-0.26dB和-0.03dB,优化后的TSV具有更小的反射系数和更高的传输系数,传输特性提升了一倍以上。针对工艺方面的特点,对锥形空气隙同轴TSV结构和传输特性进行了研究。仿真显示同等尺寸下,垂直结构TSV传输特性比锥形结构好,二者在低频段差值较大,在中高频差值变小。研究了TSV高度、侧壁倾角、温度、衬底介质材料对传输特性的影响,结果表明衬底介质种类对传输特性的影响最大。在100GHz时,回波损耗S₁₁优化前后分别为-14dB和-22dB,插入损耗S₂₁优化前后分别为-0.31dB和-0.1dB,传输特性变好。