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Metallo-ossido-semiconduttore complementare (CMOS)

1963
  • Frank Wanlass
  • Chih-Tang Sah
Moderna struttura di produzione di semiconduttori incentrata sulla tecnologia e sui processi CMOS.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Il CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) è la tecnologia dominante per la costruzione di circuiti integrati. Utilizza coppie complementari di MOSFET di tipo p e di tipo n per costruire porte logiche. Il suo vantaggio principale è il consumo di potenza statica molto basso, poiché uno transistor nella coppia è sempre spento durante lo stato stazionario, con conseguente flusso di corrente minimo tranne durante le transizioni di commutazione.

A CMOS logic gate, such as an inverter, is constructed with both a PMOS (p-type) and an NMOS (n-type) transistor. The PMOS transistor is connected to the positive voltage supply (Vdd), and the NMOS transistor is connected to ground (GND). Their gates are tied together as the input, and their drains are tied together as the output. When the input is low (logic 0), the PMOS transistor turns on, and the NMOS turns off, pulling the output high to Vdd (logic 1). Conversely, when the input is high (logic 1), the PMOS turns off, and the NMOS turns on, pulling the output low to GND (logic 0).

In entrambi gli stati stabili (uscita alta o bassa), uno dei transistor è spento, creando un percorso ad altissima resistenza tra l'alimentazione e la massa. Ciò significa che non scorre praticamente corrente, con conseguente dissipazione di potenza statica estremamente bassa. L'energia viene consumata principalmente solo quando i transistor commutano di stato. Questa caratteristica ha reso la tecnologia CMOS ideale per i dispositivi alimentati a batteria e per la creazione di circuiti integrati ad alta densità, dove la gestione della dissipazione del calore è una sfida critica. La scalabilità del CMOS, che consente di realizzare transistor più piccoli e veloci ad ogni generazione, è stata il motore della Legge di Moore e della rivoluzione digitale.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Elettronica

Tipo

Dispositivo fisico

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Invenzione del MOSFET
  • Sviluppo del drogaggio di semiconduttori di tipo p e di tipo n
  • Processo planare per la produzione di transistor
  • Invenzione del circuito integrato

Applicazioni

  • microprocessori
  • microcontrollori
  • RAM statica (SRAM)
  • sensori di immagine
  • la maggior parte dei circuiti logici digitali moderni

Brevetti:

  • US3356858

Idee e potenziali innovazioni

  • circuiti CMOS sotto-soglia per dispositivi IoT a bassissimo consumo
  • sensori di immagine CMOS per fotocamere digitali e smartphone
  • CMOS silicio su isolante (SOI) per prestazioni migliorate e resistenza alle radiazioni
  • Integrazione CMOS 3D per l'impilamento verticale di più strati di circuiti
  • criogenico cmos for quantum computer control interfaces
  • cmos-compatible memorie (micro-electro-mechanical systems)
  • transistor finfet e gate-all-around (gaa) come evoluzioni del cmos
  • biosensori basati su CMOS per la diagnostica medica
Argomenti correlati: CMOS, MOSFET, circuito integrato, basso consumo energetico, semiconduttore, logica digitale, microprocessore, transistor.

Contesto storico

Metallo-ossido-semiconduttore complementare (CMOS)

1960
1960-05-16
1962
1963
1964
1968
1970
1960
1960
1961
1962
1963
1965
1970
1970

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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