CMOS (komplementär metall-oxid-halvledarstruktur; engelska CMOS, komplementär metall-oxid-semiconductor ) är en uppsättning halvledarteknologier för att bygga integrerade kretsar och motsvarande kretsar av mikrokretsar. De allra flesta moderna digitala kretsar är CMOS.
I ett mer allmänt fall är namnet CMDS (metall-dielektrisk-halvledarstruktur). CMOS-teknik använder isolerade gate -fälteffekttransistorer med kanaler med olika konduktiviteter. En utmärkande egenskap hos CMOS-kretsar jämfört med bipolära teknologier ( TTL , ECL , etc.) är mycket låg strömförbrukning i statiskt läge (i de flesta fall kan det anses att energi förbrukas endast under växling av logiska tillstånd). En utmärkande egenskap hos CMOS-strukturen jämfört med andra MOS-strukturer ( N-MOS , P-MOS ) är närvaron av både n- och p-kanals fälteffekttransistorer lokaliserade på ett ställe på kristallen. På grund av det mindre avståndet mellan elementen har CMOS-kretsar högre hastighet och lägre strömförbrukning, men samtidigt kännetecknas de av en mer komplex tillverkningsprocess och en lägre packningsdensitet på kristallytan.
Diskreta isolerade gate-fälteffekttransistorer (MOSFET, metalloxid-halvledarfälteffekttransistorer) tillverkas med en liknande teknik.
CMOS-kretsar uppfanns av Frank Wonlas från Fairchild Semiconductor 1963 , de första CMOS-chipsen skapades 1968 . Länge sågs CMOS som ett energibesparande men långsamt alternativ till TTL , så CMOS-chips letade sig in i elektroniska klockor, miniräknare och andra batteridrivna enheter där strömförbrukningen var avgörande.
År 1990, med ökningen av graden av integration av mikrokretsar, uppstod problemet med energiförlust på elementen. Som ett resultat har CMOS-tekniken varit i en vinnande position. Med tiden uppnåddes omkopplingshastigheter och ledningstäthet som inte var möjliga i teknologier baserade på bipolära transistorer .
Tidiga CMOS-kretsar var mycket känsliga för elektrostatisk urladdning . Nu är detta problem till stor del löst, men vid montering av CMOS-chips rekommenderas det att vidta åtgärder för att ta bort elektriska laddningar.
Aluminium användes för att göra grindar i CMOS-celler i de tidiga stadierna . Senare, i samband med tillkomsten av den så kallade självinriktade tekniken, som tillhandahöll användningen av grinden inte bara som ett strukturellt element, utan samtidigt som en mask vid erhållande av avloppskällor, började polykristallint kisel att användas som grind .
Tänk till exempel på en 2I-NOT-grindkrets byggd med CMOS-teknik.
Det finns inga belastningsmotstånd i kretsen , så i det statiska tillståndet strömmar endast läckströmmar genom de slutna transistorerna genom CMOS-kretsen, och strömförbrukningen är mycket låg. Under växling spenderas elektrisk energi huvudsakligen på att ladda kapacitanserna för grindarna och ledarna, så den förbrukade (och förbrukade) effekten är proportionell mot frekvensen av dessa växlingar (till exempel processorns klockfrekvens ).
Konfigurationsfiguren för 2I-NOT-chippet visar att det använder två dubbelgrindar fälteffekttransistorer med olika typer av kanalkonduktivitet. Den övre dubbelgrindens FET driver grinden högt om någon av grindarna är låg, och den nedre dubbelgrinds FET:en driver grinden högt om båda grindarna är höga.
Det bör noteras att eftersom omkopplingen av n-kanals- och p-kanalstransistorer har en ändlig tid, kan båda typerna av transistorer vara öppna under en kort tid, och en genompulsad ström uppstår mellan effektkretsarna. Detta leder till en ökning av energiförbrukningen.
Eftersom grindarna på MIS-transistorer har en stor ingångsresistans, kan en elektrostatisk urladdning leda till ett sammanbrott av grinden och fel på mikrokretsen. För att skydda mot statisk elektricitet är varje stift på CMOS-chippet utrustad med en skyddskrets, som inkluderar dioder med låg genombrottsspänning, som ansluter varje ingång till strömskenorna.
För mer flexibel användning har ett antal tillverkare även speciella familjer där varje IC endast innehåller 1 logikelement i ett 5..6-stifts paket, vilket är användbart för konstruktioner med ett litet antal olika element och en minsta kortstorlek ( till exempel: 74LVC1G00GW från NXP ; SOT353 -1 Single 2-Input Positive-AND Gate )
| Logiska chips | |
|---|---|