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在近几十年的集成电路发展当中，电子器件的特征尺寸一直在遵循着摩尔定律而不断地缩小。随着器件关键尺寸的缩小，虽然给IC产业带来了成本下降，集成度提高等优势，可是同时也使IC产业面临着各种各样的挑战。为了应对这些挑战，我们尝试新的材料，使用新的技术，采取各种办法，以解决集成电路面对的问题，提高集成电路的性能和可靠性。例如在存储器的发展中，特别是近年来发展迅速的TANOS器件中，就采用了氧化铝材料。而铜互连线的电阻随着集成电路特征尺寸缩小而不断增大，这种趋势使得互连线对芯片性能起到越来越关键的作用。本文探讨了不同材料的电子输运特性，在选择合适的散射机制的基础上建立了电子散射物理模型并进行了相应的蒙特卡罗模拟。主要研究内容包括：
⑴理论上分析了大多数材料中都有的电离杂质散射，声学波形变势散射，光学波形变势散射，极性光学波散射，库仑散射和谷间散射机制，金属材料中的电子对电子散射和等离子激元散射机制，以及小尺寸材料中占明显优势的表面粗糙散射和晶粒间界散射机制。搞清了每种散射机制的起因，散射势以及散射率，并通过对散射势和散射率的分析，初步判断每种散射起主要作用的条件。
⑵在CTM器件中使用的氧化铝薄层作为阻挡氧化层，我们通过针对该氧化铝薄层进行分析研究，模拟了其中的电子输运行为，得到了电子在氧化铝材料中的能量弛豫和动量弛豫等一系列性质，搞清氧化铝材料的电子输运特性，为CTM器件的特性研究提供了依据。
⑶对金属材料的电子输运特性进行模拟，针对金属材料电子浓度很高的特点，选择了高电子浓度条件下，描述电子之间相互作用的电子对电子散射和等离子激元散射机制，用蒙特卡罗方法对金属体材料进行了模拟。并且以铜的体材料为例，将我们的模拟结果与实验数据相比较，验证了金属散射物理模型和模拟的正确性。
⑷随着集成电路特性尺寸依据摩尔定律不断的下降，尺寸效应变得越来越严重了，近年来，针对小尺寸材料的研究越来越多，但基本还保持在100纳米以上。本文针对百纳米下的小尺寸金属材料进行了分析研究，将宏观表现出来的尺寸效应进行微观原因探索，通过与材料尺寸有关的品粒间界散射和表面粗糙散射，搞清了小尺寸金属材料的电子输运特性。
⑸基于小尺寸金属材料的模拟结果，对于现今铜互连线面临的电阻率随尺寸缩小不断升高的巨大挑战，提出了一种铜互连线的优化设计。通过铜互连线不同的宽长比设计，达到现行尺寸线宽下最大的电导率，以提高小尺寸铜互连线的电传输能力。