Is é CMOS (Miotal Comhlántach-Ocsaíd-Leathsheoltóra) an phríomhtheicneolaíocht a úsáidtear i sceallóga nua-aimseartha toisc go n-úsáideann sé trasraitheoirí NMOS agus PMOS le chéile chun cumhacht amú a laghdú. Tacaíonn sé le ciorcaid chomhartha digiteacha, analógacha agus measctha i bpróiseálaithe, cuimhne, braiteoirí, agus feistí gan sreang. Soláthraíonn an t-alt seo faisnéis faoi oibriú CMOS, céimeanna déantúsaíochta, scálú, úsáid cumhachta, iontaofacht, agus feidhmchláir.
Bunúsacha Teicneolaíochta CMOS
Is é Miotal-Ocsaíd-Leathsheoltóir Comhlántach (CMOS) an phríomhtheicneolaíocht a úsáidtear chun ciorcaid chomhtháite nua-aimseartha a thógáil. Úsáideann sé dhá chineál trasraitheoirí NMOS (n-chainéal MOSFET) agus PMOS (p-chainéal MOSFET), eagraithe ionas go mbeidh an ceann eile as. Cuidíonn an gníomh comhlántach seo le cumhacht a chur amú le linn gnáthoibríochta a laghdú.
Is féidir le CMOS líon an-mhór trasraitheoirí a chur ar phíosa beag sileacain agus úsáid cumhachta agus teas a choinneáil ag leibhéil soláimhsithe. Mar gheall air seo, úsáidtear teicneolaíocht CMOS i gciorcaid dhigiteacha, analógacha agus comhartha measctha i go leor córais leictreonacha nua-aimseartha, ó phróiseálaithe agus cuimhne go braiteoirí agus sliseanna gan sreang.
Feistí MOSFET mar chroílár na teicneolaíochta CMOS
I dteicneolaíocht CMOS, is é an MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) an lasc leictreonach bunúsach. Tá sé tógtha ar wafer sileacain agus tá ceithre phríomhchuid aige: an fhoinse, an draein, an geata, agus an cainéal idir foinse agus draein. Tá an geata suite ar bharr ciseal inslithe an-tanaí ar a dtugtar ocsaíd an gheata, a scarann é ón gcainéal.
Nuair a chuirtear voltas i bhfeidhm ar an ngeata, athraíonn sé an muirear sa chainéal. Ligeann sé seo don sruth sreabhadh idir an fhoinse agus an draein nó stopann sé é. I trasraitheoir NMOS, iompraíonn leictreoin an sruth. I trasraitheoir PMOS, iompraítear an sruth ag poill. Trí thrasraitheoirí NMOS agus PMOS a fhoirmiú i réigiúin éagsúla ar a dtugtar toibreacha, is féidir le teicneolaíocht CMOS an dá chineál trasraitheoirí a chur ar an sliseanna céanna.
Oibriú Loighic CMOS i gCiorcaid Dhigiteacha
• Úsáideann loighic CMOS péirí trasraitheoirí NMOS agus PMOS chun geataí loighic bhunúsacha a thógáil.
• Is é an geata CMOS is simplí an t-inverter, a smeach an comhartha: nuair a bhíonn an t-ionchur 0, is é an t-aschur 1; Nuair a bhíonn an t-ionchur 1, is é 0 an t-aschur.
• I inverter CMOS, nascann an trasraitheoir PMOS an t-aschur leis an soláthar dearfach nuair a bhíonn an t-ionchur íseal.
• Ceanglaíonn an trasraitheoir NMOS an t-aschur leis an talamh nuair a bhíonn an t-ionchur ard.
• I ngnáthoibriú, níl ach cosán amháin (chuig an soláthar nó chuig an talamh) ar siúl ag an am, mar sin fanann úsáid cumhachta statach an-íseal.
• Cruthaítear geataí CMOS níos casta, mar shampla NAND agus NOR, trí thrasraitheoirí NMOS agus PMOS iolracha a nascadh i sraith agus go comhthreomhar.
CMOS vs NMOS vs TTL: Comparáid Teaghlaigh Loighic
| Gné | CMOS | NMOS | TTL (Bipolar) |
|---|---|---|---|
| Cumhacht statach (díomhaoin) | An-íseal | Measartha | Ard |
| Cumhacht dinimiciúil | Íseal don fheidhm chéanna | Níos airde | Ard ag luas ard |
| Raon voltais soláthair | Oibríonn sé go maith ag voltais íseal | Níos teoranta | Is minic a shocraítear timpeall 5 V |
| Dlús comhtháthaithe | An-ard | Íochtarach | Íseal i gcomparáid le CMOS |
| Úsáid tipiciúil inniu | Príomhrogha i sceallóga nua-aimseartha | Ciorcaid níos sine nó speisialta den chuid is mó | Ciorcaid níos sine nó speisialta den chuid is mó |
Próiseas Déantúsaíochta Sliseanna CMOS
• Tosaigh le wafer sileacain glan, ardchaighdeáin mar bhonn don sliseanna CMOS.
• Foirm réigiúin n-well agus p-well ina ndéanfar na trasraitheoirí NMOS agus PMOS.
• Fás nó taisc ciseal ocsaíd geata tanaí ar dhromchla an wafer.
• Taisce agus patrún an t-ábhar geata a chruthú na geataí trasraitheach.
• Ionchlannú na réigiúin foinse agus draein leis na dopants cearta le haghaidh trasraitheoirí NMOS agus PMOS.
• Struchtúir leithlisithe a thógáil ionas nach mbeidh tionchar ag trasraitheoirí in aice láimhe ar a chéile.
• Sraitheanna inslithe agus sraitheanna miotail a thaisceadh chun trasraitheoirí a nascadh i gciorcaid oibre.
• Cuir níos mó sraitheanna miotail agus naisc bheaga ingearacha ar a dtugtar vias chun comharthaí a threorú trasna na sliseanna.
• Críochnaigh le sraitheanna passivation cosanta, ansin gearr an wafer i sceallóga ar leithligh, iad a phacáistiú, agus iad a thástáil.
Scálú Teicneolaíochta i CMOS
Le himeacht ama, tá teicneolaíocht CMOS tar éis bogadh ó ghnéithe de mhéid micrometer síos go gnéithe de mhéid nanaiméadair. De réir mar a éiríonn trasraitheoirí níos lú, is féidir le níos mó acu luí ar an limistéar sliseanna céanna. Is féidir le trasraitheoirí níos lú athrú níos tapúla freisin agus is minic gur féidir leo rith ag voltais soláthair níos ísle, rud a fheabhsaíonn feidhmíocht agus fuinneamh a laghdú in aghaidh na hoibríochta. Ach tá dúshláin ag baint le feistí CMOS a laghdú freisin:
• Is féidir le trasraitheoirí an-bheag níos mó reatha a sceitheadh, ag méadú cumhachta fuireachais.
• Déanann éifeachtaí gearr-chainéil trasraitheoirí níos deacra a rialú.
• Is cúis le héagsúlachtaí próisis paraiméadair trasraitheoir a athrú níos mó ó ghléas amháin go gceann eile.
Chun déileáil leis na saincheisteanna seo, úsáidtear struchtúir trasraitheoir níos nuaí mar FinFETs agus feistí geata-uile-timpeall, mar aon le céimeanna próisis níos airde agus rialacha dearaidh níos déine i dteicneolaíocht CMOS nua-aimseartha.
Cineálacha Tomhaltais Cumhachta i gCiorcaid CMOS
| Cineál Cumhachta | Nuair a tharlaíonn sé | Príomhchúis | Éifeacht Simplí |
|---|---|---|---|
| Cumhacht dinimiciúil | Nuair a athraíonn comharthaí idir 0 agus 1 | Toilleoirí beaga bídeacha a mhuirearú agus a urscaoileadh | Méaduithe de réir mar a théann an lascadh agus an clog suas |
| Cumhacht ghearrchiorcad | Ar feadh tamaill ghearr, fad is atá geata ag athrú | Tá NMOS agus PMOS i bpáirt le chéile | Cumhacht bhreise a úsáidtear le linn athruithe |
| Cumhacht sceite | Fiú nuair nach bhfuil comharthaí ag athrú | Sruth beag ag sileadh trí na trasraitheoirí | Éiríonn sé bunúsach ag méideanna an-bheaga |
Meicníochtaí Teip i dTeicneolaíocht CMOS
Is féidir le feistí CMOS teip a dhéanamh trí latch-up, damáiste ESD, dul in aois fadtéarmach, agus caitheamh idirnasctha miotail. Tarlaíonn Latch-up nuair a chasann cosáin PNPN seadánacha taobh istigh den sliseanna air agus cruthaíonn siad nasc íseal-fhriotaíochta idir VCC agus talamh; Cuidíonn teagmhálacha tobar láidre, fáinní garda, agus spásáil leagan amach leordhóthanach é a chur faoi chois. Is féidir le ESD (urscaoileadh leictreastatach) punch trí ocsaídí agus acomhail geata tanaí nuair a bhuaileann spící voltais tapa na bioráin, mar sin is gnách go mbíonn teanntáin tiomnaithe agus líonraí cosanta dé-bhunaithe i gceapacha I / O. Le himeacht ama, is féidir le paraiméadair trasraitheoir BTI agus instealladh te-iompróra a athrú, agus dlús reatha iomarcach leictreimirce a spreagadh a lagaíonn nó a bhriseann línte miotail.
Bloic Thógála Digiteacha i dTeicneolaíocht CMOS
• Tógtar geataí loighic bhunúsacha cosúil le inverters, NAND, NOR, agus XOR ó thrasraitheoirí CMOS.
• Coinníonn agus nuashonraíonn eilimintí seicheamhacha cosúil le latches agus smeach-flops.
• Déantar bloic chonair sonraí, lena n-áirítear adders, multiplexers, shifters, agus cuntair, a fhoirmiú trí go leor geataí CMOS a chomhcheangal.
• Déantar bloic chuimhne cosúil le cealla SRAM a ghrúpáil i eagair le haghaidh stórála beag ar-sliseanna.
• Is bloic loighic CMOS réamhdheartha iad cealla caighdeánacha a athúsáideann uirlisí digiteacha ar fud sliseanna.
• Cruthaítear córais dhigiteacha móra, lena n-áirítear LAPanna, rialaitheoirí, agus luasairí saincheaptha, trí go leor cealla caighdeánacha agus bloic chuimhne a nascadh le chéile i dteicneolaíocht CMOS.
Ciorcaid Analógach agus RF i dTeicneolaíocht CMOS
Níl teicneolaíocht CMOS teoranta do loighic dhigiteach. Is féidir é a úsáid freisin chun ciorcaid analógacha a thógáil a oibríonn le comharthaí leanúnacha:
• Déantar bloic cosúil le aimplitheoirí, comparáidí, agus tagairtí voltais ó thrasraitheoirí CMOS agus comhpháirteanna éighníomhacha.
• Cuidíonn na ciorcaid seo le comharthaí a bhrath, a mhúnlú agus a rialú roimh phróiseáil dhigiteach nó tar éis.
Is féidir le CMOS tacú le ciorcaid RF (minicíocht raidió) freisin:
• Is féidir aimplitheoirí íseal-torainn, meascthóirí, agus oscillators a chur i bhfeidhm sa phróiseas CMOS céanna a úsáidtear le haghaidh loighic dhigiteach.
• Nuair a chuirtear bloic analógacha, RF agus digiteacha le chéile ar sliseanna amháin, cuireann teicneolaíocht CMOS ar chumas réitigh comhartha measctha nó RF córas-ar-sliseanna a láimhseálann próiseáil comhartha agus cumarsáid ar dhísle amháin.
Feidhmeanna Teicneolaíochta CMOS
| Réimse Iarratais | Príomhról CMOS | Gléasanna Samplacha |
|---|---|---|
| Próiseálaithe | Loighic agus rialú digiteach | Próiseálaithe feidhmchláir, micrea-rialaitheoirí |
| Cuimhne | Stóráil sonraí ag baint úsáide as SRAM, splanc, agus daoine eile | Cuimhne taisce, splanc leabaithe |
| Braiteoirí íomhá | Eagair picteilín gníomhacha agus ciorcaid léitheoireachta | Ceamaraí fóin chliste, ceamaraí gréasáin |
| Comhéadain analógacha | Aimplitheoirí, ADCanna, agus DACanna | Comhéadain braiteora, codecs fuaime |
| RF agus gan sreang | RF tosaigh-foircinn agus oscillators áitiúla | Wi-Fi, Bluetooth, tarchuradóirí ceallacha |
Conclúid
Tacaíonn CMOS le dlús trasraitheoir ard, cumhacht statach íseal, agus aistriú tapa i gciorcaid chomhtháite nua-aimseartha. Tógann sé geataí loighic, bloic chuimhne, agus córais mhóra dhigiteacha, agus tacaíonn sé le ciorcaid analógacha agus RF ar an sliseanna céanna. De réir mar a leanann scálú, méadaíonn sceitheadh, éifeachtaí gearr-chainéil, agus éagsúlacht feiste, mar sin úsáidtear struchtúir níos nuaí cosúil le FinFETs agus geata-uile-timpeall.
Ceisteanna Coitianta [Ceisteanna Coitianta]
Cad é an difríocht idir CMOS n-well, p-well, agus twin-well?
Tógann n-well PMOS i n-toibreacha, tógann p-well NMOS i p-toibreacha, agus úsáideann cúpla-tobar an dá cheann chun iompar trasraitheoirí a rialú níos fearr.
Cén fáth a n-úsáideann sceallóga CMOS sraitheanna miotail iolracha?
Chun níos mó comharthaí a nascadh, brú tráchta ródaithe a laghdú, agus éifeachtúlacht sreangaithe a fheabhsú ar fud na sliseanna.
Cad é éifeacht an choirp i trasraitheoir CMOS?
Is athrú é ar voltas tairsí de bharr difríocht voltais idir an fhoinse agus an corp trasratheora.
Cad iad toilleoirí díchúplála i sceallóga CMOS?
Cobhsaíonn siad an soláthar cumhachta trí titeann voltais agus torann a laghdú le linn lasctha.
Cén fáth a dteastaíonn fáinní sciath agus garda ó CMOS?
Cúpláil torainn a laghdú agus cur isteach a chosc idir limistéir chiorcad íogair agus noisy.
Cén chaoi a bhfuil SRAM difriúil ó DRAM agus splanc i CMOS?
Tá SRAM tapa ach níos mó i méid, tá DRAM níos dlúithe ach ní mór athnuachan a dhéanamh, agus coimeádann flash sonraí fiú gan chumhacht.