互补式金属氧化物半导体(英语:Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,缩写作 CMOS;简称互补式金氧半),是一种集成电路的设计工艺,可以在硅质晶圆模板上制出NMOS(n-type MOSFET)和PMOS(p-type MOSFET)的基本元件,由于NMOS与PMOS在物理特性上为互补性,因此被称为CMOS。此一般的工艺上,可用来制作电脑电器的静态随机存取内存、微控制器、微处理器与其他数字逻辑电路系统、以及除此之外比较特别的技术特性,使它可以用于光学仪器上,例如互补式金氧半图像传感装置在一些高级数码相机中变得很常见。
互补式金属氧化物半导体具有只有在晶体管需要切换启动与关闭时才需消耗能量的优点,因此非常节省电力且发热量少,且工艺上也是最基础而最常用的半导体元件。早期的只读存储器主要就是以这种电路制作的,由于当时电脑系统的BIOS程序和参数信息都保存在ROM和SRAM中,以致在很多情况下,当人们提到“CMOS”时,实际上指的是电脑系统之中的BIOS单元,而一般的“CMOS设置”就是意指在设定BIOS的内容。
Complementary metal-oxide-semiconductor (engl.; ‚sich ergänzender Metall-Oxid-Halbleiter‘), Abk. CMOS, ist eine Bezeichnung für Halbleiterbauelemente, bei denen sowohl p-Kanal- als auch n-Kanal-MOSFETs auf einem gemeinsamen Substrat verwendet werden.
Unter CMOS-Technik bzw. CMOS-Technologie versteht man
- sowohl den verwendeten Halbleiterprozess, der zur Realisierung von integrierten digitalen wie analogen Schaltungen verwendet wird,
- als auch eine Logikfamilie. Die CMOS-Technologie stellt heutzutage die meistgenutzte Logikfamilie dar und wird hauptsächlich für integrierte Schaltkreise (ICs) verwendet.
Die Technik wurde 1963 von Frank Wanlass beim Halbleiterhersteller Fairchild Semiconductor entwickelt und auch patentiert.[1][2]
Complementary metal–oxide–semiconductor, abbreviated as CMOS /ˈsiːmɒs/, is a technology for constructing integrated circuits. CMOS technology is used in microprocessors, microcontrollers, static RAM, and other digital logic circuits. CMOS technology is also used for several analog circuits such as image sensors (CMOS sensor), data converters, and highly integrated transceivers for many types of communication. In 1963, while working for Fairchild Semiconductor, Frank Wanlass patented CMOS (US patent 3,356,858).
CMOS is also sometimes referred to as complementary-symmetry metal–oxide–semiconductor (or COS-MOS).[1] The words "complementary-symmetry" refer to the typical design style with CMOS using complementary and symmetrical pairs of p-type and n-type metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) for logic functions.[2]
Two important characteristics of CMOS devices are high noise immunity and low static power consumption.[3] Since one transistor of the pair is always off, the series combination draws significant power only momentarily during switching between on and off states. Consequently, CMOS devices do not produce as much waste heat as other forms of logic, for example transistor–transistor logic (TTL) or N-type metal-oxide-semiconductor logic (NMOS) logic, which normally have some standing current even when not changing state. CMOS also allows a high density of logic functions on a chip. It was primarily for this reason that CMOS became the most used technology to be implemented in very-large-scale integration (VLSI) chips.
The phrase "metal–oxide–semiconductor" is a reference to the physical structure of certain field-effect transistors, having a metal gate electrode placed on top of an oxide insulator, which in turn is on top of a semiconductor material. Aluminium was once used but now the material is polysilicon. Other metal gates have made a comeback with the advent of high-κ dielectric materials in the CMOS process, as announced by IBM and Intel for the 45 nanometer node and smaller sizes.[4]
On appelle CMOS, ou Complementary Metal Oxide Semiconductor, une technologie de fabrication de composants électroniques et, par extension, les composants fabriqués selon cette technologie. Ce sont pour la plupart des circuits logiques (NAND, NOR, etc.) comme ceux de la famille Transistor-Transistor logic (TTL) mais, à la différence de ces derniers, ils peuvent être aussi utilisés comme résistance variable.
Dans ces circuits, un étage de sortie est composé d'un couple de transistors MOSFET N et P placés de manière symétrique et réalisant chacun la même fonction. Du fait de leur caractéristique de fonctionnement inversée, un transistor est passant alors que l'autre est bloquant1 (ils sont donc complémentaires, d'où l'appellation complementary).
Il CMOS (acronimo di complementary metal-oxide semiconductor), è un tipo di tecnologia utilizzata in elettronica digitale per la progettazione di circuiti integrati, alla cui base sta l'uso dell'invertitore a transistor MOSFET.
Si tratta di una struttura circuitale costituita dalla serie di una rete di "Pull-Up" ed una di "Pull-Down": la prima s'incarica di replicare correttamente il livello logico alto LL1 mentre alla seconda è destinata la gestione del livello logico basso LL0. Tale topologia circuitale fu inventata da Frank Wanlass nel 1967.
La rete di Pull-Up è costituita da MOSFET a canale P, che si "accendono" solo se la tensione presente sul gate (misurata rispetto al source) è minore della tensione di soglia. Inversamente la rete di Pull-Down è costituita da MOSFET a canale N che si accendono solo se la tensione presente sul gate (misurata rispetto al source) è maggiore della tensione di soglia.
Per comprendere come sia strutturata la tecnologia CMOS può risultare utile osservare una porta logica NOT realizzata con tecnologia CMOS. Si può notare come, nell'eventualità che il segnale d'ingresso sia a LL1, sia il solo N-MOS ad attivarsi portando l'uscita a LL0. Inversamente, con l'ingresso a LL0, è il solo P-MOS ad attivarsi portando l'uscita a LL1. Particolarità di questa porta logica è di avere una dinamica logica d'uscita piena, cioè pari alla massima tensione applicata, Vcc; inoltre né la rete di pull-up né la rete di pull-down soffre di effetto body. La componentistica realizzata in questa tecnologia è caratterizzata da un consumo di corrente estremamente basso.
El semiconductor complementario de óxido metálico o complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) es una de las familias lógicas empleadas en la fabricación de circuitos integrados. Su principal característica consiste en la utilización conjunta de transistores de tipo pMOS y tipo nMOS configurados de forma tal que, en estado de reposo, el consumo de energía es únicamente el debido a las corrientes parásitas, colocado en la placa base.
En la actualidad, la mayoría de los circuitos integrados que se fabrican usan la tecnología CMOS. Esto incluye microprocesadores, memorias, procesadores digitales de señales y muchos otros tipos de circuitos integrados digitales de consumo considerablemente bajo.
Drenador (D) conectada a tierra (Vss), con valor 0; el valor 0 no se propaga al surtidor (S) y por lo tanto a la salida de la puerta lógica. El transistor pMOS, por el contrario, está en estado de conducción y es el que propaga valor 1 (Vdd) a la salida.
Otra característica importante de los circuitos CMOS es que son “regenerativos”: una señal degradada que acometa una puerta lógica CMOS se verá restaurada a su valor lógico inicial 0 ó 2, siempre que aún esté dentro de los márgenes de ruido que el circuito pueda tolerar.