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传统集成电路的特征尺寸不断逼近物理极限,其面临的挑战越来越多,微电子技术的发展遇到了颈瓶。三维集成技术的出现为半导体的持续发展提供了新的途径,其实质是将多层芯片在垂直方向进行堆叠互连实现各层之间的电信号连接,使得芯片的面积更小、芯片之间的互连更短、提供更高的传输带宽以及实现异质集成,从而极大的降低了功耗、减小了延时和提高了性能。硅通孔（Through Silicon Via,TSV）作为三维集成互连中的关键部位,对芯片整体的信号传输性能起着决定性作用,深入研究TSV的特性具有重要的意义。本文首先针对考虑键合凸点的GS（Ground-Signal,GS）型TSV构建了宽频带等效电路模型。结合TSV的物理结构模型,综合考虑高频传输中的趋肤效应、TSV金属导体和硅衬底之间形成的金属-氧化物-半导体（Metal Oxide Semiconductor,MOS）效应、键合凸点引入的寄生效应、硅衬底的涡流损耗以及临近效应,提取了等效阻抗和等效导纳参数,构建了π型等效电路模型。由等效电路模型推导计算S矩阵参数,并在频率为100MHz-100GHz范围内,将计算得到的结果与三维电磁仿真软件（High Frequency Structure Simulator,HFSS）仿真结果进行对比,分析回波损耗S11与插入损耗S21,误差低于5%,验证了等效电路模型的正确性。利用考虑键合凸点的GS型TSV的宽频带等效电路分析了TSV的结构参数与传输特性的关系。由仿真结果得出,TSV的间距、TSV的高度以及键合凸点的高度越小TSV的传输特性越好;TSV的半径越大、衬底掺杂浓度越低、键合凸点的半径越大TSV的传输性能越高。根据分析结果得到了各个参数的优化解,构建出了TSV的优化结构,与最初结构的传输特性进行对比,在100GHz时,优化前回波损耗S11为-9dB,优化后为-14dB,插入损耗S21优化前为-1.25dB,优化后为-0.35dB,传输特性得到显著的提升。在GS型TSV结构的基础上建立了GSG（Ground-Signal-Ground,GSG）型TSV结构模型,并对其结构进行分析,构建出了宽频带等效电路模型。通过对比GSG型TSV与GS型TSV传输特性的区别,分析得出相同结构参数下前者高频传输性能较好,后者更加适用于低频传输。改变绝缘层填充材料发现相对介电常数低的材料有利于提升TSV的传输特性。分析了衬底的掺杂浓度对传输特性的影响,得出降低衬底掺杂浓度更有利于提升TSV的传输特性。