Che cos'è un semiconduttore a ossido di metallo complementare?
Un semiconduttore a ossido di metallo complementare, o CMOS, è il controller logico di base utilizzato in un circuito integrato. La tecnologia di progettazione di semiconduttori a ossido di metallo complementare si trova tradizionalmente nei microprocessori utilizzati nei computer, nella memoria del computer e nelle tecnologie di schede di superficie stampate mobili, come telefoni cellulari e dispositivi di elaborazione portatili. Il punto di forza di un dispositivo CMOS è il suo bassissimo tasso di consumo energetico, rispetto all'altra tecnologia logica disponibile, la logica transistor-transistor (TTL).
Il CMOS utilizza due diverse combinazioni di metallo per stabilire il gateway logico che entra nel semiconduttore di ossido di metallo complementare. Come tale, la resistenza tra questi due metalli è molto alta. Di conseguenza, seguendo la legge di Ohm secondo cui la tensione è uguale alla corrente rispetto alla resistenza, maggiore è la resistenza, minore è la corrente necessaria per mantenere una determinata tensione.
Un'altra importante caratteristica di progettazione di CMOS è il suo controller logico AND / OR. Ciò che questo controller consente è che l'unità sia operativa solo durante una fase dinamica. In termini reali, ciò significa che il controller logico è simile a un rubinetto che consente all'acqua di fluire solo quando è richiesto da un utente e non deve sempre avere acqua che scorre per funzionare.
Il controller CMOS consumerà metà della potenza di un controller logico che richiede alimentazione per funzionare sia in posizione dinamica che statica. Questo uso efficiente dell'alimentazione per svolgere varie funzioni logiche rende questo tipo di controller logico ideale per applicazioni in cui l'alimentazione è molto limitata. Un esempio è un telefono cellulare che deve essere operativo per diverse ore o addirittura giorni alla volta senza essere ricollegato per ricaricare la batteria.
Il primo semiconduttore a ossido di metallo complementare è stato brevettato nel 1967 da Frank Wanless, un ingegnere di Fairchild Semiconductor. Il primo uso commerciale di successo del CMOS fu stabilito dalla società RCA nel 1968. Inizialmente, il più grande svantaggio nell'uso di un'unità logica CMOS era la velocità con cui le funzioni logiche potevano essere eseguite. Il controller TTL, sebbene simile, è stato in grado di eseguire funzioni a una velocità maggiore, pur consumando più energia. Con la caratteristica di progettazione intrinseca del minor consumo energetico, gli ingegneri sono stati presto in grado di aumentare la velocità delle prestazioni del CMOS a un livello molto più veloce rispetto ai controller TTL tradizionali.
I semiconduttori complementari all'ossido di metallo erano originariamente costruiti in alluminio. I miglioramenti nell'industria dei semiconduttori hanno introdotto nuovi metalli, come il tantalio e il polisilicio, tuttavia. Questi metalli e altri composti generano molto meno calore e sono molto meno soggetti a guasti rispetto ai tradizionali componenti in alluminio. Meno calore produce un elemento, più efficiente utilizza l'energia richiesta per varie funzioni, consumando meno energia della batteria.