Kas ir komplementārs metāla oksīda pusvadītājs?

Papildu metāla oksīda pusvadītājs jeb CMOS ir pamata loģiskais kontrolleris, ko izmanto integrālajā shēmā. Papildu metāla oksīda pusvadītāju projektēšanas tehnoloģija tradicionāli ir atrodama mikroprocesoros, ko izmanto datoros, datoru atmiņā un mobilo drukāto virsmu paneļu tehnoloģijās, piemēram, mobilajos tālruņos un rokas skaitļošanas ierīcēs. Galvenais CMOS ierīces pārdošanas punkts ir tās ļoti zemais enerģijas patēriņa līmenis, salīdzinot ar citu pieejamo loģikas tehnoloģiju, tranzistora-tranzistora loģiku (TTL).

CMOS izmanto divas dažādas metālu kombinācijas, lai izveidotu loģisko vārteju, kas nonāk komplementārajā metāla oksīda pusvadītājā. Tādējādi pretestība starp šiem diviem metāliem ir ļoti augsta. Līdz ar to, ievērojot Oma likumu, ka spriegums ir vienāds ar strāvu un pretestību, jo lielāka ir pretestība, jo mazāka strāva ir nepieciešama, lai uzturētu noteiktu spriegumu.

Vēl viena svarīga CMOS dizaina iezīme ir tās UN/VAI loģiskais kontrolleris. Šis kontrolieris ļauj ierīcei darboties tikai dinamiskas fāzes laikā. Reālajā pasaulē tas nozīmē, ka loģiskais kontrolleris ir līdzīgs jaucējkrānam, kas ļauj ūdenim plūst tikai tad, kad to pieprasa lietotājs, un ne vienmēr ir jāplūst ūdens, lai tas darbotos.

CMOS kontrolleris patērēs pusi no loģiskā kontrollera jaudas, kam nepieciešama jauda, ​​lai darbotos gan dinamiskā, gan statiskā pozīcijā. Šī efektīva jaudas izmantošana dažādu loģisko funkciju veikšanai padara šāda veida loģisko kontrolieri ideāli piemērotu lietojumiem, kur strāvas padeve ir ļoti ierobežota. Viens piemērs ir mobilais tālrunis, kuram vienlaikus jādarbojas vairākas stundas vai pat dienas, un tas nav atkal pievienots, lai uzlādētu akumulatoru.

Pirmo komplementāro metāla oksīda pusvadītāju 1967. gadā patentēja Frenks Vanless, Fairchild Semiconductor inženieris. Pirmo veiksmīgo CMOS komerciālo izmantošanu izveidoja uzņēmums RCA 1968. gadā. Sākotnēji lielākais CMOS loģiskās vienības izmantošanas trūkums bija ātrums, ar kādu varēja veikt loģiskās funkcijas. TTL kontrolleris, lai arī līdzīgs, spēja veikt funkcijas ar lielāku ātrumu, pat patērējot vairāk enerģijas. Pateicoties zemākam enerģijas patēriņam, inženieri drīz spēja palielināt CMOS veiktspējas ātrumu līdz līmenim, kas bija daudz ātrāks nekā tradicionālie TTL kontrolleri.

Papildu metāla oksīda pusvadītāji sākotnēji tika izgatavoti no alumīnija. Tomēr uzlabojumi pusvadītāju rūpniecībā ieviesa jaunus metālus, piemēram, tantalu un polisilīciju. Šie metāli un citi savienojumi rada daudz mazāk siltuma un ir daudz mazāk pakļauti atteicei nekā tradicionālie alumīnija komponenti. Jo mazāk siltuma elements rada, jo efektīvāk tas izmanto dažādām funkcijām nepieciešamo jaudu, izmantojot mazāku akumulatora jaudu.