Istilah CMOS adalah singkatan dari 'Complementary Metal Oxide Semiconductor'. Ini adalah salah satu teknologi paling populer dalam industri desain chip komputer dan sekarang digunakan secara luas untuk bentuk sirkuit terintegrasi dalam berbagai aplikasi. Memori komputer, CPU, dan ponsel saat ini menggunakan teknologi ini karena beberapa keunggulan utama. Teknologi ini memanfaatkan perangkat semikonduktor saluran P dan saluran N. Salah satu teknologi MOSFET paling populer yang tersedia saat ini adalah teknologi MOS atau CMOS Pelengkap. Ini adalah teknologi semikonduktor dominan untuk mikroprosesor, chip mikrokontroler, memori seperti RAM, ROM, EEPROM dan sirkuit terintegrasi khusus aplikasi (ASIC).
Pengantar Teknologi MOS
Dalam desain IC, komponen dasar dan terpenting adalah transistor. Jadi MOSFET adalah salah satu jenis transistor yang digunakan dalam banyak aplikasi. Pembentukan transistor ini dapat dilakukan seperti sandwich dengan memasukkan lapisan semikonduktor, umumnya wafer, potongan dari kristal tunggal silikon, lapisan silikon dioksida & lapisan logam. Lapisan ini memungkinkan transistor terbentuk di dalam bahan semikonduktor. Isolator yang baik seperti Sio2 memiliki lapisan tipis dengan ketebalan ratusan molekul.
Transistor yang kami gunakan silikon polikristalin (poli) bukan logam untuk bagian gerbangnya. Gerbang Polysilicon FET dapat diganti hampir menggunakan gerbang logam di IC skala besar. Terkadang, baik polysilicon & metal FET's disebut sebagai IGFET yang berarti FET gerbang berinsulasi, karena Sio2 di bawah gerbang adalah isolator.
CMOS (Semikonduktor Oksida Logam Pelengkap)
Utama keuntungan dari CMOS dibandingkan NMOS dan teknologi BIPOLAR adalah disipasi daya yang jauh lebih kecil. Tidak seperti sirkuit NMOS atau BIPOLAR, sirkuit MOS Pelengkap hampir tidak memiliki disipasi daya statis. Daya hanya akan hilang jika rangkaian benar-benar beralih. Hal ini memungkinkan integrasi lebih banyak gerbang CMOS pada IC daripada di NMOS atau teknologi bipolar , menghasilkan kinerja yang jauh lebih baik. Transistor Semikonduktor Oksida Logam Pelengkap terdiri dari P-channel MOS (PMOS) dan N-channel MOS (NMOS). Silakan merujuk ke tautan untuk mengetahui lebih lanjut proses fabrikasi transistor CMOS .
CMOS (Semikonduktor Oksida Logam Pelengkap)
NMOS
NMOS dibangun di atas substrat tipe-p dengan sumber tipe-n dan drain disebarkan di atasnya. Dalam NMOS, mayoritas pembawa adalah elektron. Ketika tegangan tinggi diterapkan ke gerbang, NMOS akan bekerja. Demikian pula, ketika tegangan rendah diterapkan ke gerbang, NMOS tidak akan berjalan. NMOS dianggap lebih cepat daripada PMOS, karena pembawa dalam NMOS, yang merupakan elektron, bergerak dua kali lebih cepat dari lubang.
Transistor NMOS
PMOS
MOSFET saluran-P terdiri dari Sumber tipe-P dan Pengurasan yang tersebar pada media tipe-N. Mayoritas pembawa berlubang. Ketika tegangan tinggi diterapkan ke gerbang, PMOS tidak akan bekerja. Ketika tegangan rendah diterapkan ke gerbang, PMOS akan berjalan. Perangkat PMOS lebih kebal terhadap derau daripada perangkat NMOS.
Transistor PMOS
Prinsip Kerja CMOS
Dalam teknologi CMOS, transistor tipe-N dan tipe-P digunakan untuk mendesain fungsi logika. Sinyal yang sama yang menyalakan transistor dari satu jenis digunakan untuk mematikan transistor jenis lainnya. Karakteristik ini memungkinkan perancangan perangkat logika hanya menggunakan sakelar sederhana, tanpa perlu resistor pull-up.
Di CMOS gerbang logika kumpulan MOSFET tipe-n disusun dalam jaringan pull-down antara output dan rel catu daya tegangan rendah (Vss atau cukup sering diarde). Alih-alih resistor beban gerbang logika NMOS, gerbang logika CMOS memiliki kumpulan MOSFET tipe-p dalam jaringan pull-up antara output dan rel tegangan tinggi (sering disebut Vdd).
CMOS menggunakan Pull Up & Pull Down
Jadi, jika transistor tipe-p dan tipe-n memiliki gerbang yang terhubung ke input yang sama, MOSFET tipe-p akan ON ketika MOSFET tipe-n OFF, dan sebaliknya. Jaringan diatur sedemikian rupa sehingga yang satu ON dan yang lainnya OFF untuk pola input apa pun seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
CMOS menawarkan kecepatan yang relatif tinggi, disipasi daya rendah, margin noise tinggi di kedua status, dan akan beroperasi pada berbagai sumber dan tegangan input (asalkan tegangan sumber ditetapkan). Selanjutnya untuk pemahaman yang lebih baik tentang prinsip kerja Complementary Metal Oxide Semiconductor, kita perlu membahas secara singkat gerbang logika CMOS seperti yang dijelaskan di bawah ini.
Perangkat mana yang menggunakan CMOS?
Teknologi seperti CMOS digunakan dalam chip yang berbeda seperti mikrokontroler, mikroprosesor, SRAM (RAM statis) & sirkuit logika digital lainnya. Teknologi ini digunakan di berbagai sirkuit analog yang mencakup konverter data, sensor gambar & transceiver yang sangat terintegrasi untuk beberapa jenis komunikasi.
Inverter CMOS
Rangkaian inverter seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Terdiri dari PMOS dan NMOS FET . Input A berfungsi sebagai tegangan gerbang untuk kedua transistor.
Transistor NMOS memiliki input dari Vss (ground) dan transistor PMOS memiliki input dari Vdd. Terminal Y adalah keluaran. Ketika tegangan tinggi (~ Vdd) diberikan pada terminal input (A) inverter, PMOS menjadi sirkuit terbuka, dan NMOS dimatikan sehingga output akan ditarik ke bawah ke Vss.
Inverter CMOS
Ketika tegangan level rendah ( Gambar di bawah ini menunjukkan gerbang NAND MOS Pelengkap 2 input. Ini terdiri dari dua transistor seri NMOS antara Y dan Ground dan dua transistor PMOS paralel antara Y dan VDD. Jika input A atau B berlogika 0, setidaknya salah satu transistor NMOS akan OFF, memutus jalur dari Y ke Ground. Tetapi setidaknya satu dari transistor pMOS akan ON, membuat jalur dari Y ke VDD. Dua Gerbang NAND Input Oleh karena itu, output Y akan tinggi. Jika kedua input tinggi, kedua transistor nMOS akan ON dan kedua transistor pMOS akan OFF. Oleh karena itu, output akan menjadi logika rendah. Tabel kebenaran dari gerbang logika NAND diberikan pada tabel di bawah ini. Gerbang NOR 2 input ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Transistor NMOS sejajar untuk menarik output rendah ketika salah satu input tinggi. Transistor PMOS dibuat seri untuk menarik output tinggi ketika kedua input rendah, seperti yang diberikan pada tabel di bawah ini. Outputnya tidak pernah dibiarkan mengambang. Dua Gerbang NOR Input Tabel kebenaran dari gerbang logika NOR diberikan pada tabel di bawah ini. Pembuatan transistor CMOS dapat dilakukan pada wafer silikon. Diameter wafer berkisar dari 20mm hingga 300mm. Dalam hal ini, proses Litografi sama dengan mesin cetak. Pada setiap langkah, bahan yang berbeda dapat disimpan, digores dengan pola lain. Proses ini sangat sederhana untuk dipahami dengan melihat bagian atas wafer serta penampang dalam metode perakitan yang disederhanakan. Fabrikasi CMOS dapat dilakukan dengan menggunakan tiga teknologi yaitu N-well pt P-well, Twin well, SOI (Silicon on Insulator). Silakan merujuk ke tautan ini untuk mengetahui lebih lanjut Fabrikasi CMOS . Masa pakai baterai CMOS biasanya sekitar 10 tahun. Tapi, ini bisa berubah berdasarkan pemanfaatan dan lingkungan di mana pun PC berada. Ketika baterai CMOS rusak, maka komputer tidak dapat mempertahankan waktu & tanggal yang tepat di komputer setelah dimatikan. Misalnya, setelah komputer ON, Anda mungkin melihat waktu dan tanggal seperti 12:00 & 1 Januari 1990. Masalah ini menunjukkan bahwa baterai CMOS rusak. Karakteristik paling penting dari CMOS adalah pemanfaatan daya statis yang rendah, kekebalan kebisingan yang besar. Ketika transistor tunggal dari pasangan transistor MOSFET dimatikan maka kombinasi seri menggunakan daya yang signifikan selama switching di antara keduanya yang dinyatakan seperti ON & OFF. Akibatnya, perangkat ini tidak menghasilkan panas terbuang dibandingkan dengan jenis rangkaian logika lain seperti logika TTL atau NMOS, yang biasanya menggunakan arus berdiri meskipun tidak mengubah statusnya. Karakteristik CMOS ini akan memungkinkan untuk mengintegrasikan fungsi logika dengan kepadatan tinggi pada sirkuit terintegrasi. Karena itu, CMOS telah menjadi teknologi yang paling sering digunakan untuk dieksekusi dalam chip VLSI. Frasa MOS adalah referensi ke struktur fisik MOSFET yang mencakup elektroda dengan gerbang logam yang terletak di bagian atas isolator oksida dari bahan semikonduktor. Bahan seperti Alumunium hanya digunakan sekali namun bahan tersebut sekarang menjadi polisilikon. Perancangan gerbang logam lainnya dapat dilakukan dengan menggunakan comeback melalui kedatangan material dielektrik κ tinggi dalam proses proses CMOS. Sensor gambar seperti perangkat gabungan muatan (CCD) & semikonduktor logam oksida komplementer (CMOS) adalah dua jenis teknologi yang berbeda. Ini digunakan untuk menangkap gambar secara digital. Setiap sensor gambar memiliki kelebihan, kekurangan & aplikasinya. Perbedaan utama antara CCD & CMOS adalah cara menangkap bingkai. Perangkat yang dipasangkan dengan biaya seperti CCD menggunakan rana global sedangkan CMOS menggunakan rana bergulir. Kedua sensor gambar ini mengubah muatan dari cahaya menjadi listrik & memprosesnya menjadi sinyal elektronik. Proses manufaktur yang digunakan dalam CCD adalah khusus untuk membentuk kapasitas untuk memindahkan muatan melintasi IC tanpa perubahan. Jadi, proses manufaktur ini dapat menghasilkan sensor berkualitas sangat tinggi tentang sensitivitas & ketepatan cahaya. Sebaliknya, chip CMOS menggunakan prosedur manufaktur tetap untuk mendesain chip dan proses serupa juga dapat digunakan dalam pembuatan mikroprosesor. Karena perbedaan dalam pembuatannya, ada beberapa perbedaan yang jelas di antara sensor seperti CCD 7 CMOS. Sensor CCD akan menangkap gambar dengan lebih sedikit noise dan kualitas tinggi sedangkan sensor CMOS biasanya lebih rentan terhadap noise. Biasanya CMOS menggunakan lebih sedikit daya sedangkan CCD menggunakan banyak daya seperti lebih dari 100 kali untuk sensor CMOS. Pembuatan chip CMOS dapat dilakukan pada semua lini produksi Si karena cenderung sangat murah dibandingkan dengan CCD. Sensor CCD lebih matang karena diproduksi secara massal untuk waktu yang lama. Baik pencitra CMOS & CCD bergantung pada efek fotolistrik untuk menghasilkan sinyal listrik dari cahaya Berdasarkan perbedaan di atas, CCD digunakan dalam kamera untuk menargetkan gambar berkualitas tinggi melalui banyak piksel & sensitivitas cahaya yang luar biasa. Biasanya sensor CMOS memiliki resolusi, kualitas & sensitivitas yang lebih rendah. Latch-up dapat diartikan sebagai saat terjadi korsleting antara dua terminal seperti power dan ground sehingga arus tinggi dapat dihasilkan & IC dapat rusak. Di CMOS, latch-up adalah terjadinya jejak impedansi rendah antara rel daya & rel tanah karena komunikasi antara dua transistor seperti parasit PNP & NPN transistor . Di sirkuit CMOS, dua transistor seperti PNP & NPN terhubung ke dua rel suplai seperti VDD & GND. Perlindungan transistor ini dapat dilakukan melalui resistor. Pada transmisi latch up, arus akan mengalir dari VDD ke GND langsung melalui kedua transistor tersebut sehingga dapat terjadi korsleting, sehingga arus ekstrim akan mengalir dari VDD ke ground terminal. Ada beberapa metode berbeda untuk pencegahan latch-up Dalam pencegahan latch-up, resistansi tinggi dapat ditempatkan di jalur untuk menghentikan aliran arus melalui suplai & untuk membuat β1 * β2 di bawah 1 dengan menggunakan metode berikut. Struktur SCR parasit akan berada di sekitar transistor seperti PMOS & NMOS melalui lapisan oksida isolasi. Teknologi untuk perlindungan latch-up akan mematikan perangkat setelah latch-up diketahui. Layanan pengujian latch-up dapat dilakukan oleh banyak vendor di pasar. Tes ini dapat dilakukan dengan serangkaian upaya untuk mengaktifkan struktur SCR di IC CMOS sedangkan pin terkait diperiksa ketika arus lebih mengalir melaluinya. Disarankan untuk mendapatkan sampel pertama dari lot percobaan & mengirimkannya ke lab pengujian Latch-up. Lab ini akan menerapkan catu daya maksimal yang dapat dicapai & kemudian memberikan pasokan arus ke input & output chip setiap kali terjadi penguncian melalui pemantauan pasokan saat ini. Keuntungan CMOS meliputi berikut ini. Manfaat utama CMOS dibandingkan TTL adalah margin kebisingan yang baik serta konsumsi daya yang lebih sedikit. Hal ini dikarenakan tidak adanya jalur penghantar lurus dari VDD ke GND, waktu jatuh berdasarkan kondisi input, maka transmisi sinyal digital akan menjadi mudah & berbiaya rendah melalui chip CMOS. CMOS digunakan untuk menjelaskan jumlah memori pada motherboard komputer yang akan disimpan dalam pengaturan BIOS. Pengaturan ini terutama mencakup tanggal, waktu, dan pengaturan perangkat keras Output jika CMOS drive aktif dengan kedua cara Kerugian dari CMOS meliputi yang berikut ini. Proses MOS pelengkap diimplementasikan secara luas dan secara fundamental telah menggantikan NMOS dan proses bipolar untuk hampir semua aplikasi logika digital. Teknologi CMOS telah digunakan untuk desain IC digital berikut. Jadi, Transistor CMOS sangat terkenal karena mereka menggunakan tenaga listrik secara efisien. Mereka tidak menggunakan suplai listrik setiap kali mereka mengubah dari satu kondisi ke kondisi lainnya. Selain itu, semikonduktor gratis bekerja sama untuk menghentikan tegangan output daya. Hasilnya adalah desain berdaya rendah yang menghasilkan lebih sedikit panas, karena alasan ini, transistor ini telah mengubah desain sebelumnya seperti CCD dalam sensor kamera & digunakan di sebagian besar prosesor saat ini. Memori CMOS di dalam komputer adalah sejenis RAM non-volatile yang menyimpan pengaturan BIOS & informasi waktu dan tanggal. Saya yakin Anda telah memahami konsep ini dengan lebih baik. Selanjutnya, setiap pertanyaan tentang konsep ini atau proyek elektronik , tolong berikan saran berharga Anda dengan berkomentar di bagian komentar di bawah. Ini pertanyaan untuk Anda, mengapa CMOS lebih disukai daripada NMOS? MEMASUKKAN MASUKAN LOGIKA KELUARAN OUTPUT LOGIKA 0 v 0 Vdd 1 Vdd 1 0 v 0 Gerbang CMOS NAND
UNTUK B Jaringan Pull-Down Jaringan Pull-up OUTPUT Y 0 0 MATI DI 1 0 1 MATI DI 1 1 0 MATI DI 1 1 1 DI MATI 0 Gerbang CMOS NOR
UNTUK B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Fabrikasi CMOS
Baterai CMOS Seumur Hidup
Gejala Kegagalan Baterai CMOS
Karakteristik CMOS
CCD Vs CMOS
Dalam beberapa aplikasi, sensor CMOS baru-baru ini ditingkatkan ke titik di mana pun sensor tersebut mendekati kesetaraan dengan perangkat CCD. Umumnya, kamera CMOS tidak mahal & memiliki masa pakai baterai yang tinggi.Latch-Up di CMOS
Keuntungan
TTL adalah rangkaian logika digital tempat transistor bipolar bekerja pada pulsa DC. Beberapa gerbang logika transistor biasanya terdiri dari satu IC.Kekurangan
Aplikasi CMOS
