A CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor structure; angolul CMOS, komplementary metal-oxide-semiconductor ) félvezető technológiák összessége integrált áramkörök és a megfelelő mikroáramkörök építésére . A modern digitális áramkörök túlnyomó többsége CMOS.
Általánosabb esetben a név CMDS (fém-dielektrikum-félvezető szerkezet). A CMOS technológia szigetelt térhatású tranzisztorokat használ különböző vezetőképességű csatornákkal. A CMOS áramkörök megkülönböztető jellemzője a bipoláris technológiákhoz ( TTL , ECL , stb.) képest, hogy statikus üzemmódban nagyon alacsony az energiafogyasztás (a legtöbb esetben úgy tekinthetjük, hogy az energia csak a logikai állapotok váltása során fogy). A CMOS szerkezet megkülönböztető jellemzője a többi MOS struktúrához ( N-MOS , P-MOS ) képest, hogy mind az n-, mind a p-csatornás térhatású tranzisztorok egy helyen vannak elhelyezve a kristályon. Az elemek közötti kisebb távolságnak köszönhetően a CMOS áramkörök nagyobb sebességgel és kisebb fogyasztásúak, ugyanakkor összetettebb gyártási folyamat és kisebb pakolási sűrűség jellemzi őket a kristály felületén.
Hasonló technológiával készülnek a diszkrét szigetelt kapus térhatású tranzisztorok (MOSFET, fém-oxid-félvezető térhatású tranzisztorok).
A CMOS áramköröket Frank Wonlas a Fairchild Semiconductortól találta fel 1963 -ban , az első CMOS chipeket 1968 -ban hozták létre . A CMOS-t sokáig a TTL energiatakarékos, de lassú alternatívájának tekintették , így a CMOS chipek utat találtak az elektronikus órákban, számológépekben és más akkumulátoros eszközökben, ahol az energiafogyasztás kritikus volt.
1990 -re, a mikroáramkörök integráltságának növekedésével, felmerült az energiaeloszlás problémája az elemeken. Ennek eredményeként a CMOS technológia nyerő pozícióba került. Idővel olyan kapcsolási sebességeket és vezetéksűrűséget értek el, amely a bipoláris tranzisztorokon alapuló technológiákban nem volt elérhető .
A korai CMOS áramkörök nagyon érzékenyek voltak az elektrosztatikus kisülésre . Most ez a probléma nagyrészt megoldódott, de a CMOS chipek felszerelésekor ajánlatos intézkedéseket tenni az elektromos töltések eltávolítására.
A korai szakaszban alumíniumot használtak kapuk készítésére a CMOS cellákban . Később, az úgynevezett self-aligned technológia megjelenése kapcsán, amely a kaput nemcsak szerkezeti elemként, hanem egyben maszkként is használta a drénforrás régiók megszerzéséhez, elkezdődött a polikristályos szilícium . kapunak használni .
Vegyünk például egy 2I-NOT kapuáramkört, amely CMOS technológiával készült.
Az áramkörben nincsenek terhelési ellenállások , így statikus állapotban csak a zárt tranzisztorokon áthaladó szivárgási áram folyik át a CMOS áramkörön, és az energiafogyasztás nagyon alacsony. A kapcsolás során az elektromos energiát főként a kapuk és vezetők kapacitásának újratöltésére fordítják , így az elfogyasztott (és disszipált) teljesítmény arányos ezen átkapcsolások gyakoriságával (például a processzor órajelével ).
A 2I-NOT chip konfigurációs ábrája azt mutatja, hogy két kettős kapus térhatású tranzisztort használ, különböző típusú csatornavezetőképességgel. A felső kettős kapus FET magasra állítja a kaput, ha valamelyik kapu alacsony, az alsó kettős kapus FET pedig magasra hajtja a kaput, ha mindkét kapu magas.
Figyelembe kell venni, hogy mivel az n-csatornás és p-csatornás tranzisztorok kapcsolási ideje véges, mindkét típusú tranzisztor rövid ideig nyitva lehet, és a tápáramkörök között impulzusos átmenő áram lép fel. Ez az energiafogyasztás növekedéséhez vezet.
Mivel az MIS tranzisztorok kapui nagy bemeneti ellenállással rendelkeznek, az elektrosztatikus kisülés a kapu meghibásodásához és a mikroáramkör meghibásodásához vezethet. A statikus elektromosság elleni védelem érdekében a CMOS chip minden érintkezője védőáramkörrel van felszerelve, amely alacsony áttörési feszültségű diódákat tartalmaz, amelyek minden bemenetet a tápsínekhez kötnek.
A rugalmasabb felhasználás érdekében számos gyártó rendelkezik speciális családokkal is, amelyekben minden IC csak 1 logikai elemet tartalmaz egy 5..6 tűs csomagban, ami kis számú különböző elemet tartalmazó és minimális kártyamérettel rendelkező kiviteleknél hasznos ( például: 74LVC1G00GW az NXP -től ; SOT353 -1 egy 2 bemenetes pozitív és kapu )
| Logikai chipek | |
|---|---|