Analysis of Crosstalk Noise Using Graphene Nanoribbon Interconnects by Changing Wire Spacing and Electron Mean Free Path

Abstract

Ми вивчаємо вплив ємності зв'язку (CC) на шум перехресних перешкод у високопродуктивних вбудованих наноінтегральних схемах наступного покоління шляхом зміни відстані між дротами та середнього вільного пробігу (MFP) електронів між двома сусідніми мережами за допомогою міжз'єднань графенової нанострічки (GNR). Для аналізу ємності зв'язку розглядаються міжз'єднання трьох багатошарових графенових нанострічок (MLGNR) з різною відстанню між дротами (від 10 до 300 нм) і різною довжиною міжз'єднання (100, 200 і 300 мкм). Помічено, що менший зазор між двома сусідніми мережами демонструє в 4-6 разів більшу ємність зв'язку порівняно з більшою відстанню між дротами. З точки зору MFP електронів, більша величина MFP показує на 20-34 % меншу ємність зв'язку порівняно з меншою величиною MFP. При аналізі шуму перехресних перешкод модель із трьома з'єднаннями зі схемою навантаження драйвера (тобто схемою CMOS-інвертора з мережею агресора та жертви) використовується для вивчення продуктивності з'єднань GNR з точки зору пікового шуму з різними можливими комбінаціями входів. Також помічено, що більша величина MFP міжз'єднання MLGNR демонструє менший пік шуму (1,11 мВ з MFP = 1200 нм), тоді як менша величина MFP демонструє вищий пік шуму (3,65 мВ з MFP = 300 нм). Наведений аналіз корисний для проектування високошвидкісних інтегральних схем нового покоління, які є ефективними за площею та стійкими до шуму, з використанням з'єднань GNR.

In this article, we study the coupling capacitance (CC) and its effects on crosstalk noise in next generation high performance on-chip nano-integrated circuits by changing wire spacing and electron mean free path (MFP) between two neighboring nets using graphene nanoribbon (GNR) interconnects. For coupling capacitance analysis, three multilayer graphene nanoribbon (MLGNR) interconnects with different wire spacing (variation between 10 to 300 nm) and different interconnect length (100, 200 and 300 µm) are considered. It is observed that a smaller separation gap between two neighboring nets shows 4-6x higher coupling capacitance compared to a larger wire spacing. In terms of mean free path (MFP), a higher MFP shows 20-34 % less coupling capacitance compared to a lower MFP. In crosstalk noise analysis, a triinterconnect model with a driver load circuit (i.e., a CMOS inverter circuit with aggressor and victim net) is used to study the performance of GNR interconnects in terms of noise peak with different possible input combinations. It is also observed that the higher MFP of the MLGNR interconnect shows less noise peak (1.11 mV with 1200 nm MFP), whereas the lower MFP shows higher noise peak (3.65 mV with 300 nm MFP). This analysis is useful for area-efficient and noise-immune next generation high-speed integrated circuit design using GNR interconnects.