Was ist ein komplementärer Metalloxidhalbleiter?
Ein komplementärer Metalloxidhalbleiter oder CMOS ist die grundlegende Logiksteuerung, die in einer integrierten Schaltung verwendet wird. Komplementäre Metalloxidhalbleiter-Designtechnologie ist traditionell in Mikroprozessoren zu finden, die in Computern, Computerspeichern und mobilen Leiterplattentechnologien wie Mobiltelefonen und Handheld-Computern verwendet werden. Das Hauptverkaufsargument eines CMOS-Bauelements ist der im Vergleich zur anderen verfügbaren Logiktechnologie, der Transistor-Transistor-Logik (TTL), sehr niedrige Stromverbrauch.
Der CMOS verwendet zwei verschiedene Metallkombinationen, um das Logikgateway herzustellen, das in den komplementären Metalloxidhalbleiter eintritt. Daher ist der Widerstand zwischen diesen beiden Metallen sehr hoch. Entsprechend dem Ohmschen Gesetz, dass Spannung gleich Strom mal Widerstand ist, ist umso weniger Strom erforderlich, um eine gegebene Spannung aufrechtzuerhalten, je höher der Widerstand ist.
Ein weiteres wichtiges Konstruktionsmerkmal von CMOS ist die UND / ODER-Steuerung. Diese Steuerung ermöglicht, dass das Gerät nur während einer dynamischen Phase betriebsbereit ist. In der Praxis bedeutet dies, dass die Logiksteuerung einem Wasserhahn ähnelt, der Wasser nur dann fließen lässt, wenn es von einem Benutzer benötigt wird und nicht immer Wasser fließen muss, um zu funktionieren.
Der CMOS-Controller verbraucht die Hälfte der Leistung eines Logik-Controllers, der Leistung benötigt, um sowohl in der dynamischen als auch in der statischen Position zu arbeiten. Diese effiziente Energienutzung zur Ausführung verschiedener Logikfunktionen macht diesen Typ von Logikcontroller ideal für Anwendungen, bei denen die Stromversorgung sehr begrenzt ist. Ein Beispiel ist ein Mobiltelefon, das mehrere Stunden oder sogar Tage in Betrieb sein muss, ohne dass es erneut eingesteckt werden muss, um den Akku aufzuladen.
Der erste komplementäre Metalloxidhalbleiter wurde 1967 von Frank Wanless, einem Ingenieur bei Fairchild Semiconductor, patentiert. Die erste erfolgreiche kommerzielle Verwendung des CMOS wurde 1968 von der Firma RCA eingeführt. Der größte Nachteil bei der Verwendung einer CMOS-Logikeinheit war zunächst die Geschwindigkeit, mit der die Logikfunktionen ausgeführt werden konnten. Der TTL-Controller war zwar ähnlich, konnte jedoch Funktionen mit einer höheren Geschwindigkeit ausführen, auch wenn er mehr Strom verbrauchte. Dank des inhärenten Konstruktionsmerkmals eines geringeren Stromverbrauchs konnten die Ingenieure die Geschwindigkeit der Leistung des CMOS bald auf einen Wert steigern, der viel schneller als bei herkömmlichen TTL-Controllern war.
Komplementäre Metalloxidhalbleiter wurden ursprünglich aus Aluminium hergestellt. Verbesserungen in der Halbleiterindustrie führten jedoch neue Metalle wie Tantal und Polysilicium ein. Diese Metalle und andere Verbindungen erzeugen viel weniger Wärme und sind weniger störanfällig als herkömmliche Aluminiumkomponenten. Je weniger Wärme ein Element erzeugt, desto effizienter nutzt es den für verschiedene Funktionen erforderlichen Strom und verbraucht dabei weniger Batteriestrom.