Bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS) là công nghệ bán dẫn được sử dụng trong hầu hết các mạch tích hợp ( IC ) ngày nay, còn được gọi là chip hoặc vi mạch . Transistor CMOS dựa trên công nghệ transistor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại ( MOSFET ). Nó được gọi là transistor bổ sung vì mỗi phần tử được tạo thành từ hai transistor hoạt động cùng nhau theo một cặp bổ sung.

Có hai loại bóng bán dẫn nào trong CMOS?

MOSFET sử dụng vật liệu bán dẫn để dẫn điện trong một số điều kiện nhất định nhưng không phải trong những điều kiện khác. Về độ dẫn điện, chất bán dẫn nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Nó thường bao gồm silic và hỗn hợp các tạp chất, tạo nên sự cân bằng hoàn hảo về độ dẫn điện. Silic ở dạng tinh khiết không dẫn điện. MOSFET hoạt động như các công tắc hoặc bộ khuếch đại, điều khiển lượng điện chạy giữa cực nguồn và cực máng, dựa trên điện áp được áp dụng.

Quá trình thêm tạp chất vào vật liệu như silicon đôi khi được gọi là pha tạp . Pha tạp bán dẫn có thể được áp dụng ở nhiều mức độ khác nhau để kiểm soát độ dẫn điện. Tuy nhiên, các yếu tố khác cũng có thể ảnh hưởng đến độ dẫn điện, chẳng hạn như loại tạp chất được sử dụng.

Trong MOSFET, tạp chất được sử dụng cho vật liệu bán dẫn phụ thuộc vào loại bán dẫn. Chất bán dẫn MOSFET được chia thành một trong hai loại: loại p hoặc loại n. Bo, gali và indi thường được sử dụng cho chất bán dẫn loại p. Phốt pho, asen và bismuth thường được sử dụng cho chất bán dẫn loại n.

Chất bán dẫn loại p, mang điện tích dương, dẫn dòng điện dưới dạng các lỗ trống thiếu electron . Lỗ trống mang điện tích dương, bằng và ngược chiều với điện tích của electron. Các electron di chuyển theo hướng ngược với lỗ trống. Chất bán dẫn loại n mang điện tích âm. Trong trường hợp này, chất bán dẫn dẫn dòng điện dưới dạng các electron mang điện tích âm.

Tại sao CMOS lại bổ sung?

Có hai loại transistor MOSFET chính : MOS kênh p và MOS kênh n. Cả transistor PMOS và NMOS đều sử dụng chất bán dẫn loại p và loại n. Trong transistor PMOS, cực nguồn và cực máng sử dụng chất bán dẫn loại p, còn đế sử dụng chất bán dẫn loại n. Transistor NMOS thì ngược lại. Cực nguồn và cực máng sử dụng chất bán dẫn loại n, còn đế sử dụng chất bán dẫn loại p.

Trước khi CMOS ra đời, PMOS và NMOS đã được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử. NMOS cuối cùng đã trở thành phương pháp được ưa chuộng trong mạch tích hợp vì nó nhanh hơn và rẻ hơn khi sản xuất, mặc dù nó cũng có những hạn chế riêng, chẳng hạn như mức tiêu thụ điện năng tĩnh .

CMOS đã giải quyết các vấn đề cố hữu của PMOS và NMOS bằng cách tích hợp cả hai loại vào một IC duy nhất chứa các cặp PMOS-NMOS đối xứng (bổ sung). Khi được sử dụng cùng nhau, hai loại transistor này mang lại tính linh hoạt cao hơn trong thiết kế mạch, đồng thời giảm tiêu thụ điện năng và giảm thiểu nhiễu điện tử.

Một lợi thế khác của cặp PMOS-NMOS bổ sung là chúng tiêu thụ ít điện năng hơn. Điều này là do dòng điện được truyền đi trong thời gian ngắn khi chuyển đổi giữa trạng thái bật và tắt. Trên thực tế, IC CMOS hầu như không tiêu thụ điện năng trong điều kiện tĩnh. Mở rộng ra, mức tiêu thụ điện năng thấp hơn cũng đồng nghĩa với việc IC CMOS tỏa nhiệt ít hơn so với các IC chỉ sử dụng PMOS hoặc NMOS.

Do tiêu thụ điện năng và tỏa nhiệt là hai yếu tố chính trong thiết kế IC hiệu suất cao, logic CMOS hiện được sử dụng rộng rãi trong vi xử lý, vi điều khiển , RAM tĩnh , cảm biến hình ảnh và các IC khác. Theo mọi tính toán, việc sử dụng nó sẽ tiếp tục thống trị ngành công nghiệp.

CMOS trong máy tính là gì?

BIOS máy tính  , hay Giao diện Phần mềm Mở rộng Hợp nhất ( UEFI ), lưu trữ cấu hình cấp thấp của máy tính trong một chip CMOS. Nhiều người gọi BIOS hoặc UEFI của máy tính là CMOS. Vì chip này cần nguồn điện để lưu trữ các thiết lập, bo mạch chủ sẽ có một pin để cung cấp nguồn điện liên tục nhằm duy trì các thiết lập và cấp nguồn cho đồng hồ tích hợp. Pin này thường được gọi là pin CMOS, và việc đặt lại cài đặt trên bo mạch chủ có thể được gọi là "xóa CMOS". Pin CMOS hết điện có thể khiến máy tính báo lỗi khi tự kiểm tra khi bật nguồn hoặc mất giờ hiện tại.

Cảm biến CMOS

Máy ảnh kỹ thuật số sử dụng IC làm cảm biến để thu thập và đo ánh sáng. Có hai loại cảm biến chính đang được sử dụng: cảm biến CMOS và cảm biến ghép nối tích điện ( CCD ).

Cảm biến CMOS rẻ hơn và dễ sản xuất hơn, vì vậy chúng được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng nhiếp ảnh kỹ thuật số. CCD nhạy hơn và ít bị nhiễu hơn, vì vậy được sử dụng cho các ứng dụng khoa học hoặc hiệu suất cao.