随着半导体工艺技术的不断发展,传统铜互连技术中的传输延迟过大等问题已经成为集成芯片设计中的主要性能限制。碳纳米材料由于其电子平均自由程大、热导率高等特性在互连线应用中有着广阔的前景,能有效缓解传统铜互连所面临着的挑战。此外,在长互连线中,通常插入缓冲器以降低互连线延迟,提升电路性能。本论文主要研究不同技术节点工艺下,对集成电路中铜互连、碳纳米互连中缓冲器的数量和尺寸问题进行优化分析。相关的内容可以分为以下几个部分:在第一部分中,对纳米互连材料的等效电阻、电容、电感等相关公式的推导,建立了分布式等效电路模型,介绍了传统电阻-电容和电阻-电感-电容电路模型下,缓冲器最优数目和尺寸的公式推导,并分析了电感对集成电路缓冲器设计影响。在第二部分中,研究碳纳米材料和金属电极间的接触电阻以及动电感的影响,基于多变量拟合方法,针对多壁碳纳米互连材料提出互连中缓冲器的最佳数量和尺寸的封闭表达式,研究了插入缓冲器后的多壁碳纳米互连传播延迟以及最佳缓冲器设计与接触电阻、动电感的关系。在第三部分中,针对电压模信号和电流模信号纳米互连进行了最佳缓冲器设计。详细研究了金属-碳纳米接触电阻和动电感对最佳缓冲器设计的影响,其次,讨论了机器学习神经网在铜互连和碳纳米互连中最佳缓冲器设计的可行性,最后对比了两种了缓冲器设计方案。第四部分中,对垂直石墨烯纳米带和水平石墨烯纳米带互连中的最佳缓冲器设计进行了比较分析。进一步揭示了在垂直石墨烯纳米带的生长中所需的催化剂层增加了缓冲器的最佳数量。因此在先进技术节点上,应该致力于减少催化剂层的厚度。总而言之,本文在电压信号和电流信号模式下针对纳米管互连、以及石墨烯互连开展了相应的电路建模和特性分析工作以及缓冲器插入研究工作。