三维集成电路满足小型化、高性能的需求,因此近年来越来越受到人们的青睐,其原理是使用互连技术堆叠芯片以提升系统的集成性能。其中,硅通孔(Through Silicon Via,TSV)是一种受到广泛应用的互连技术,它具有信号传输速度快,功耗低,且与CMOS兼容程度高的优点,已经取代原有焊接线技术来完成相邻芯片层间的数据传输和通信。TSV的金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor,MOS)结构将会导致MOS电容的产生,对TSV互连网络的信号传输完整性造成一定的影响。因此,精确计算MOS电容是TSV电气建模的关键。针对此现状,本文首先通过建立高斯方程获取了锥形封闭曲面的电场强度,进一步推导得出了锥形硅通孔(Tapered Through Silicon Via,T-TSV)的MOS电容解析模型,比常规圆柱形TSV更加具有普遍性。其次,通过求解锥形环面电势满足的微分方程,获取不同边界值下T-TSV中氧化层外表面处的电场强度与电势分布,推导出低频及高频两种交流小信号下T-TSV的MOS电容表达式,该模型可正确合理地反映耗尽层宽度变化时电荷的精确分布情况,实验结果说明解析模型电容参数计算值和Ansoft Q3D参数提取结果具有很好的一致性,与已有文献相比其MOS电容的均方根误差显著减小。论文最后借助锥形硅通孔电路等效参数提取的理论基础,对锥形硅通孔对互连通道传输特性进行研究。首先,建立了双根锥形硅通孔对的RLGC模型,并进一步给出了RLGC参数提取公式;然后根据T-TSV对互连通道传输模型S参数的转换公式,将解析模型参数提取结果转换为相应的S参数,并与Ansoft HFSS电路仿真效果比较,同时将RLGC解析模型信号传输参数计算结果与Ansoft HFSS电路仿真结果进行比较,验证了解析模型的正确性;最后通过改变TSV互连网络部分参数对信号完整性进行了更深一步研究,对实际的工程设计作出了重要的指导意义。