CMOS (komplementær metal-oxid-halvlederstruktur; engelsk CMOS, komplementær metal-oxid-semiconductor ) er et sæt af halvlederteknologier til opbygning af integrerede kredsløb og det tilsvarende kredsløb af mikrokredsløb. Langt de fleste moderne digitale kredsløb er CMOS.
I et mere generelt tilfælde er navnet CMDS (metal-dielektrisk-halvlederstruktur). CMOS-teknologi bruger isolerede gate -felteffekttransistorer med kanaler med forskellige ledningsevner. Et karakteristisk træk ved CMOS-kredsløb sammenlignet med bipolære teknologier ( TTL , ECL , etc.) er meget lavt strømforbrug i statisk tilstand (i de fleste tilfælde kan det anses for, at energi kun forbruges under skift af logiske tilstande). Et karakteristisk træk ved CMOS-strukturen sammenlignet med andre MOS-strukturer ( N-MOS , P-MOS ) er tilstedeværelsen af både n- og p-kanals felteffekttransistorer lokaliseret ét sted på krystallen. På grund af den mindre afstand mellem elementerne har CMOS-kredsløb højere hastighed og lavere strømforbrug, men de er samtidig karakteriseret ved en mere kompleks fremstillingsproces og en lavere pakningstæthed på krystaloverfladen.
Diskrete isolerede gate-felteffekttransistorer (MOSFET, metaloxid-halvleder-felteffekttransistorer) fremstilles ved hjælp af en lignende teknologi.
CMOS-kredsløb blev opfundet af Frank Wonlas fra Fairchild Semiconductor i 1963 , de første CMOS-chips blev skabt i 1968 . I lang tid blev CMOS set som et strømbesparende, men langsomt alternativ til TTL , så CMOS-chips fandt vej til elektroniske ure, lommeregnere og andre batteridrevne enheder, hvor strømforbruget var kritisk.
I 1990, med stigningen i graden af integration af mikrokredsløb, opstod problemet med energispredning på elementerne. Som et resultat har CMOS-teknologien været i en vindende position. Over tid blev der opnået omskiftningshastigheder og ledningstæthed, som ikke var opnåelige i teknologier baseret på bipolære transistorer .
Tidlige CMOS-kredsløb var meget sårbare over for elektrostatisk udladning . Nu er dette problem stort set løst, men ved montering af CMOS-chips anbefales det at træffe foranstaltninger til at fjerne elektriske ladninger.
Aluminium blev brugt til at lave porte i CMOS-celler i de tidlige stadier . Senere, i forbindelse med fremkomsten af den såkaldte selvjusterede teknologi, som sørgede for brugen af porten ikke kun som et strukturelt element, men samtidig som en maske ved opnåelse af drænkildeområder, begyndte polykrystallinsk silicium skal bruges som port .
Overvej for eksempel et 2I-NOT-gatekredsløb bygget ved hjælp af CMOS-teknologi.
Der er ingen belastningsmodstande i kredsløbet , så i statisk tilstand strømmer kun lækstrømme gennem de lukkede transistorer gennem CMOS-kredsløbet, og strømforbruget er meget lavt. Under omskiftning bruges elektrisk energi hovedsageligt på at genoplade kapacitanserne af portene og lederne, så den forbrugte (og afsatte) strøm er proportional med frekvensen af disse omskiftninger (for eksempel processorens clockfrekvens ).
Konfigurationsfiguren for 2I-NOT-chippen viser, at den bruger to dobbeltgate-felteffekttransistorer med forskellige typer kanalledningsevne. Den øverste dobbeltgate-FET driver porten højt, hvis en af portene er lav, og den nederste dobbeltgate-FET driver porten højt, hvis begge porte er høje.
Det skal bemærkes, at da omskiftningen af n-kanal og p-kanal transistorer har en begrænset tid, kan begge typer transistorer være åbne i kort tid, og der opstår en pulserende strøm mellem strømkredsene. Dette fører til et øget energiforbrug.
Da portene til MIS-transistorer har en stor indgangsmodstand, kan en elektrostatisk udladning føre til nedbrydning af porten og svigt af mikrokredsløbet. For at beskytte mod statisk elektricitet er hver pin på CMOS-chippen udstyret med et beskyttende kredsløb, som inkluderer dioder med lav gennembrudsspænding, der forbinder hver indgang til strømskinnerne.
For mere fleksibel brug har en række producenter også specielle familier, hvor hver IC kun indeholder 1 logikelement i en 5..6-bens pakke, hvilket er nyttigt til designs med et lille antal forskellige elementer og en minimumskortstørrelse ( for eksempel: 74LVC1G00GW fra NXP ; SOT353 -1 Single 2-Input Positive-AND Gate )
| Logiske chips | |
|---|---|