Co to jest uzupełniający półprzewodnik z tlenku metalu?

Uzupełniający półprzewodnik z tlenku metalu lub CMOS jest podstawowym kontrolerem logicznym stosowanym w układzie scalonym. Uzupełniająca technologia projektowania półprzewodników z tlenku metalu jest tradycyjnie stosowana w mikroprocesorach stosowanych w komputerach, pamięciach komputerowych i technologiach mobilnych z płytkami drukowanymi, takich jak telefony komórkowe i podręczne urządzenia komputerowe. Kluczową zaletą urządzenia CMOS jest bardzo niski wskaźnik zużycia energii w porównaniu z innymi dostępnymi technologiami logicznymi, czyli układami tranzystorowo-tranzystorowymi (TTL).

CMOS wykorzystuje dwie różne kombinacje metali do ustanowienia bramki logicznej, która wchodzi w uzupełniający półprzewodnik z tlenku metalu. Jako taki rezystancja między tymi dwoma metalami jest bardzo wysoka. W konsekwencji, przestrzegając prawa Ohma, że ​​napięcie jest równe prądowi razy rezystancja, im wyższa rezystancja, tym mniej prądu jest wymagane do utrzymania danego napięcia.

Inną ważną cechą projektową CMOS jest kontroler logiczny AND / OR. Sterownik pozwala na to, aby urządzenie działało tylko w fazie dynamicznej. W rzeczywistości oznacza to, że sterownik logiczny jest podobny do kranu, który pozwala na przepływ wody tylko wtedy, gdy jest to wymagane przez użytkownika i nie zawsze musi mieć przepływ wody w celu działania.

Kontroler CMOS zużywa połowę mocy kontrolera logicznego, który wymaga zasilania do działania zarówno w pozycji dynamicznej, jak i statycznej. To efektywne wykorzystanie energii do realizacji różnych funkcji logicznych czyni ten typ sterownika logicznego idealnym do zastosowań, w których zasilanie jest bardzo ograniczone. Jednym z przykładów jest telefon komórkowy, który musi działać przez kilka godzin, a nawet dni, bez ponownego podłączania go w celu naładowania baterii.

Pierwszy uzupełniający półprzewodnik z tlenku metalu został opatentowany w 1967 r. Przez Franka Wanlessa, inżyniera z Fairchild Semiconductor. Pierwsze udane komercyjne wykorzystanie CMOS zostało wprowadzone przez firmę RCA w 1968 roku. Początkowo największą wadą korzystania z jednostki logicznej CMOS była szybkość, z jaką funkcje logiczne mogły być wykonywane. Kontroler TTL, chociaż podobny, był w stanie wykonywać funkcje z większą prędkością, nawet przy większym zużyciu energii. Dzięki nieodłącznej funkcji projektowej polegającej na niższym zużyciu energii, inżynierowie wkrótce mogli zwiększyć szybkość działania CMOS do poziomu znacznie szybszego niż tradycyjne kontrolery TTL.

Uzupełniające półprzewodniki z tlenku metalu zostały pierwotnie zbudowane z aluminium. Ulepszenia w branży półprzewodników wprowadziły jednak nowe metale, takie jak tantal i polikrzem. Te metale i inne związki wytwarzają znacznie mniej ciepła i są znacznie mniej podatne na uszkodzenia niż tradycyjne elementy aluminiowe. Im mniej ciepła wytwarza element, tym wydajniej wykorzystuje energię potrzebną do różnych funkcji, zużywając mniej energii baterii.