CMOS (structură complementară metal-oxid-semiconductor; în engleză CMOS, complementary metal-oxide-semiconductor ) este un set de tehnologii semiconductoare pentru construirea de circuite integrate și a circuitelor corespunzătoare de microcircuite. Marea majoritate a circuitelor digitale moderne sunt CMOS.
Într-un caz mai general, numele este CMDS (structură metal-dielectric-semiconductor). Tehnologia CMOS utilizează tranzistoare cu efect de câmp cu poartă izolată cu canale de diferite conductivitati. O caracteristică distinctivă a circuitelor CMOS în comparație cu tehnologiile bipolare ( TTL , ECL , etc.) este consumul de energie foarte scăzut în modul static (în majoritatea cazurilor, se poate considera că energia este consumată doar în timpul comutării stărilor logice). O trăsătură distinctivă a structurii CMOS în comparație cu alte structuri MOS ( N-MOS , P-MOS ) este prezența atât a tranzistorilor cu efect de câmp cu canal n, cât și pe canal, localizați într-un singur loc pe cristal. Datorită distanței mai mici dintre elemente, circuitele CMOS au viteză mai mare și consum mai mic de energie, dar în același timp se caracterizează printr-un proces de fabricație mai complex și o densitate mai mică de împachetare pe suprafața cristalului.
Tranzistoarele cu efect de câmp cu poartă izolată discretă (MOSFET, tranzistor cu efect de câmp cu semiconductor metal-oxid) sunt produse folosind o tehnologie similară.
Circuitele CMOS au fost inventate de Frank Wonlas de la Fairchild Semiconductor în 1963 , primele cipuri CMOS au fost create în 1968 . Multă vreme, CMOS a fost văzut ca o alternativă care economisește energie, dar lentă la TTL , așa că cipurile CMOS și-au găsit drum în ceasuri electronice, calculatoare și alte dispozitive alimentate cu baterii, unde consumul de energie era critic.
Până în 1990, odată cu creșterea gradului de integrare a microcircuitelor, a apărut problema disipării energiei pe elemente. Drept urmare, tehnologia CMOS a fost într-o poziție câștigătoare. De-a lungul timpului, s-au atins viteze de comutare și densitate de cablare care nu au fost realizabile în tehnologiile bazate pe tranzistoare bipolare .
Primele circuite CMOS erau foarte vulnerabile la descărcările electrostatice . Acum această problemă a fost rezolvată în mare măsură, dar la montarea cipurilor CMOS, se recomandă să luați măsuri pentru îndepărtarea sarcinilor electrice.
Aluminiul a fost folosit pentru a face porți în celulele CMOS în stadiile incipiente . Mai târziu, în legătură cu apariția așa-numitei tehnologii auto-aliniate, care prevedea utilizarea porții nu numai ca element structural, ci în același timp ca mască la obținerea regiunilor sursei de scurgere, a început siliciul policristalin . pentru a fi folosit ca poarta .
De exemplu, luați în considerare un circuit de poartă 2I-NOT construit folosind tehnologia CMOS.
Nu există rezistențe de sarcină în circuit , așa că în starea statică, numai curenții de scurgere prin tranzistoarele închise curg prin circuitul CMOS, iar consumul de energie este foarte scăzut. În timpul comutării, energia electrică este cheltuită în principal pentru reîncărcarea capacităților porților și conductoarelor, astfel încât puterea consumată (și disipată) este proporțională cu frecvența acestor comutări (de exemplu, frecvența tacului procesorului ).
Figura de configurare pentru cipul 2I-NOT arată că acesta utilizează două tranzistoare cu efect de câmp cu poartă dublă cu diferite tipuri de conductivitate a canalului. FET-ul cu poartă dublă de sus conduce poarta înaltă dacă oricare dintre porți este joasă, iar FET-ul cu poartă dublă de jos conduce poarta înalt dacă ambele porți sunt înalte.
Trebuie remarcat faptul că, deoarece comutarea tranzistoarelor cu canal n și canal p are un timp finit, ambele tipuri de tranzistoare pot fi deschise pentru o perioadă scurtă de timp, iar între circuitele de putere are loc un curent prin impulsuri. Acest lucru duce la o creștere a consumului de energie.
Deoarece porțile tranzistoarelor MIS au o rezistență mare de intrare, o descărcare electrostatică poate duce la o defecțiune a porții și la defecțiunea microcircuitului. Pentru a proteja împotriva electricității statice, fiecare pin al cipului CMOS este echipat cu un circuit de protecție, care include diode cu tensiune scăzută de avarie, conectând fiecare intrare la șinele de alimentare.
Pentru o utilizare mai flexibilă, un număr de producători au, de asemenea, familii speciale în care fiecare IC include doar 1 element logic într-un pachet cu 5..6 pini, care este util pentru proiecte cu un număr mic de elemente diferite și o dimensiune minimă a plăcii ( de exemplu: 74LVC1G00GW de la NXP ; SOT353 -1 Poartă SI pozitivă cu 2 intrări unice )
| Chip-uri logice | |
|---|---|