CMOS

CMOS (ראשי תיבות של Complementary Metal Oxide Semiconductor) היא הטכנולוגיה העיקרית כיום לייצור של מעגל משולב. בסיס הטכנולוגיה מורכב משני טרנזיסטורים, NMOS ו-PMOS שהם טרנזיסטורי MOSFET עם תעלה מסוג P ומסוג N המיוצרים גב אל גב ויחדיו יוצרים שער לוגי. רכיבי ה-CMOS נפוצים היום למעשה בכל המעגלים המשולבים הנמצאים כיום בכל התקן אלקטרוני בהם מיקרו-מעבדים, מיקרו-בקרים ומעגלים דיגיטליים ואנלוגיים אחרים, FPGA,‏ VLSI,‏ ASIC,‏ SRAM ועוד.

מימוש מהפך, שער NOT, בטכנולוגיית CMOS

ה-CMOS היא הטכנולוגיה העיקרית מבין כמה טכנולוגיות שימושיות אחרות, כגון טרנזיסטורים ביפולריים עליה מבוססת טכנולוגיית ה-Bi-CMOS וטכנולוגיית הגליום ארסניד (GaAs), המשמשת בעיקר ליישומים בהם נדרשים קצבי שעון מהירים במיוחד – עשרות גיגה-הרץ ומעלה.

CMOS הוא לעיתים הכינוי לחיישן האור במצלמות דיגיטליות, וכן אמצעי לזיהוי וכימות תגובות (ביולוגיות, כימיות וכיוצא בזה) עם אור.

תכונות בסיסיות

• צריכת זרם סטטית מזערית – אין צורך בזרימה במערכת CMOS כדי לשמור על ערך לוגי קבוע.
• צריכת זרם דינמית – צריכת הזרם הדינמית תלויה בריבוע מתח העבודה, בקיבול השער (גאומטריה) ובתדר. לכן בתכנון מעבדים בהם מנסים להעלות את תדר העבודה מעדיפים מתח הפעלה נמוך ככל הניתן. ניתן להשיג מתח זה בהתאמה בגאומטריה עדינה יותר, ובה גם הקיבול יותר קטן.
• התנגדות יציאה נמוכה (על פי הגאומטריה של הרכיב), מה שיקרב את מתח היצירה למתחי האספקה או יגדיל את זרם היציאה האפשרי.
• רגישות גבוהה למתחי יתר – רגישות זו נמנעת ברוב הרכיבים המודרניים על ידי מנגנוני הגנה פנימיים.
• רגישות נמוכה לרעש – על ידי דרישה שאותות הכניסה יעברו סִפים מסוימים (כולל היסטרזיס בהרבה מקרים) ועל ידי מרווח אותות היציאה הגדול.
• החיסרון העיקרי הוא מהירות העבודה נמוכה יחסית לטכנולוגיות המתחרות כגון טרנזיסטור ביפולרי המשמשות ליישומים מהירים במיוחד, אף על פי שתודות להקטנת ממדי השער לתחום הננו, ניתן להגיע לקצבים גבוהים, במיוחד במעבדים של מחשבים אישיים, של כמה גיגה הרְצים.

שער לוגי מסוג NAND ממבט על

מבנה

העיקרון מאחורי CMOS המאפשר מימוש שערים לוגיים הוא השימוש בשני טרנזיסטורים מסוג MOSFET, האחד עם תעלה מסוג P והשני עם תעלה מסוג N, היוצרים יחדיו נתיבים לזרימת הזרם לכיוון המוצא מספק המתח או מהאדמה. כאשר הנתיב למוצא נובע מספק המתח, המעגל נקרא מושך למעלה ונמצא במצב דלוק (ON) וכאשר המוצא מחובר לאדמה הוא נקרא מושך למטה או במצב כבוי (OFF).

קישורים חיצוניים

• המחשת פעולת ה-CMOS (פועל על Java)