CMOS

CMOS, ang. Complementary MOS, komplementarny układ scalony MOS,

monolityczny układ scalony z parami wzbogaconych komplementarnych tranzystorów MOS o przeciwstawnych typach kanału, tj. n i p; wytwarzany technologią zw. również CMOS.

Technologia CMOS, oprac. w połowie lat 60. i stale doskonalona, ma wiele odmian; najważniejszymi z nich są: HCMOS (ang. High performance CMOS), w której użyto tranzystorów MOS z bramką krzemową (z polikrystalicznego krzemu), zamiast bramki aluminiowej, oraz zastosowano tzw. reguły skalowania, tj. proporcjonalnego zmniejszania rozmiarów tranzystorów MOS (1999 osiągnięto wymiar charakterystyczny 0,25 µm); BiCMOS (ang. Bipolar CMOS), która umożliwia wytworzenie w jednym i tym samym procesie układów scalonych zawierających oprócz tranzystorów MOS, także tranzystory bipolarne, przy czym tranzystory MOS zwykle służą w tych układach do budowy części realizującej funkcje log., tranzystory bipolarne stanowią zaś tzw. układy wejścia/wyjścia o dużej obciążalności; CMOS/SOI (CMOS/Silicon-on-Isolator), która służy do wytwarzania układów CMOS w cienkiej monokrystalicznej warstwie krzemu osadzonej na biernym podłożu izolacyjnym, którym jest najczęściej tlenek glinu (szafir) lub tlenek glinowo-magnezowy (spinel); tranzystory w układach CMOS/SOI są bardzo dobrze od siebie izolowane, dzięki czemu układy te mogą pracować z bardzo dużą częstotliwością.

Układy CMOS wytwarza się we wszystkich stopniach scalenia; obecnie wytwarzane układy zawierają wiele mln zintegrowanych ze sobą tranzystorów. Najważniejszą cechą układów CMOS jest wyjątkowo mały pobór mocy w okresie pomiędzy stanami przełączania, tj. w tzw. stanie spoczynkowym (statycznym), wówczas bowiem zawsze jeden z tranzystorów nie przewodzi prądu elektrycznego, a prąd przewodzenia drugiego z nich jest bardzo małym prądem upływnościowym (upływność), zazwyczaj nie przekraczającym kilku nA. Prąd pobierany ze źródła zasilania przepływa przez oba tranzystory tylko w czasie przełączania, pobór mocy i jej straty zwiększają się zatem wraz ze wzrostem częst. przełączania. Układy CMOS odznaczają się też niewrażliwością na zmiany (nawet znaczne) napięcia zasilającego i temperatury, a układy CMOS/SOI wykazują ponadto dużą odporność na wpływ promieniowania jonizującego.

Układy CMOS stosuje się zarówno w technice cyfrowej, jak i analogowej. Podstawowymi elementami cyfrowych układów CMOS są: inwerter, składający się z dwu wzbogacanych tranzystorów: n-MOS i p-MOS, połączonych w sposób przedstawiony na rysunku, oraz bramka transmisyjna, służąca do dwukierunkowego przesyłania sygnałów elektrycznych. Elementy te stanowią części składowe bardziej złożonych układów cyfrowych, np.: funktorów, dekoderów, multiplekserów, przerzutników, liczników, rejestrów przesuwających, pamięci, matryc bramek, układów kalkulatorowych i zegarowych, mikroprocesorów. Do największych zalet cyfrowych układów CMOS zalicza się bardzo mały pobór mocy przy niewielkich częst. przełączania oraz dużą odporność na zakłócenia. Układy CMOS wytwarzane najbardziej zaawansowanymi technologiami mają częst. przełączania nie mniejszą niż scalone układy bipolarne. Analogowe układy CMOS (m.in. wzmacniacze operacyjne, stabilizatory, układy z przełączanymi pojemnościami) odznaczają się dużą rezystancją wejściową (>10¹²Ω), stosunkowo małą rezystancją wyjściową (ok. 500 Ω), szerokim zakresem napięcia zasilania (1–16 V) i małym poborem mocy. Elementy cyfrowe i analogowe CMOS są szeroko wykorzystywane jako części składowe układów z pogranicza techniki analogowej i cyfrowej (komparatorów, przetworników analogowo-cyfrowych i cyfrowo-analogowych). Układy CMOS (cyfrowe i analogowe) są stosowane w aparaturze statków kosm., zegarkach elektronicznych, kalkulatorach, komputerach, a także coraz powszechniej w elektronicznych urządzeniach przem., med., motoryzacyjnych. Technologią CMOS wytwarza się obecnie (prawie wyłącznie) specjalizowane układy scalone ASIC. Technologię CMOS uznaje się za najważniejszą technologię półprzewodnikową końca XX w.

Mirosław Rusek