OComplementary Metal–Oxide–Semiconductor, conhecido pelaabreviaturaCMOS, ou Complementary-Symmetry Metal–Oxide–Semiconductor (abreviado COS-MOS); em português metal-óxido-semicondutor complementar e metal-óxido-semicondutor de simetria complementar, é um tipo deprocesso de fabricação que utiliza silício para a criação dechip de circuito integrado comMOSFET (transistor de efeito de campo de metal-óxido-semicondutor) que foi criado porFrank Wanlass eChih-Tang Sah em 1963, processo este que utiliza complementos e pares simétricos deMOSFETs do tipo p e do tipo n parafunções lógicas.[1] Os chips de circuito integrado (CI), incluindomicroprocessadores,microcontroladores, chips de memória (incluindoBIOS CMOS) e outros circuitoslógicos digitais, onde os estes são associados a umabateria, pois sua memória é volátil (memória temporária), tal característica permite que se necessário o seu reset pode ser feito com facilidade, eliminando alterações via software que poderiam ser prejudiciais ao sistema e o não fazendo ligar. A tecnologia CMOS também é usada paracircuitos analógicos, comosensores de imagem etransceptores altamente integrados para muitos tipos de comunicação. O CMOS é empregado em portas lógicas comoinversores,portas NOR eportas NAND.
Em 1959Mohamed M. Atalla eDawon Kahng inventaram oMOSFET noBell Labs, em 1960 demonstraram os processos de fabricação doPMOS ("MOS tipo P". Nesta tecnologia, os problemas com impurezas são menos graves) eNMOS (MOS tipo N, que permitem maiores velocidades e níveis de integração). Esses processos foram posteriormente combinados e adaptados aos complementares.Chih-Tang Sah eFrank Wanlass naFairchild Semiconductor eRCA, em 1963, comercializaram a tecnologia MOS, porém, no final da década de 1960, encontraram problemas como estados de interface e impurezas, a tecnologia CMOS foi desenvolvida com o intuito de complementar (por isso o C) ostransistores MOS. Nesta tecnologia, ambos oscanais P e N são possíveis, densidades, resolvendo os problemas de dimensões, velocidades dos circuitos, consumo de potência e desta forma o CMOS finalmente ultrapassou oNMOS como o processo dominante de fabricação deMOSFET para chips de integração em grande escala (VLSI) na década de 1980 e, desde então, permaneceu o processo de fabricação padrão paradispositivos semicondutoresMOSFET emchips VLS . A partir de 2011, 99% dos chipsCI, incluindo a maioria dos CIsdigitais, analógicos e desinal misto, são fabricados com a tecnologia CMOS e isso não deve se alterar nos próximos 10 ou 20 anos.[2]
O CMOS é uma tecnologia muito usada emmicroprocessadores,microcontroladores, memórias RAM, entre outroscircuitos digitais, emcircuitos analógicos são usados comosensores de imagem,conversores de dados etransceptores para muitos tipos de comunicação, a única desvantagem dos componentes CMOS são pelo fato de possuírem memória de armazenamento volátil, desta forma sendo necessária a existência de uma bateria no sistema para não ter perda de dados quando o equipamento não está conectado a energia elétrica. Ele tem alto nível de integração, simplicidade de projeto e operação confiável em ampla faixa de valores de tensão, altaimunidade a ruídos, possui fragilidade à eletricidade estática e trabalha com menor velocidade de operação. Como umtransistor do parMOSFET está sempre desligado, a combinação de séries consome energia significativa apenas momentaneamente durante a alternância entre os estados ligado e desligado. Consequentemente, os dispositivos CMOS não produzem tanto calor residual quanto outras formas de lógica, comológica NMOS oulógica transistor-transistor (TTL), que normalmente têm alguma corrente estacionária mesmo quando não estão mudando de estado. Essas características permitem que o CMOS integre uma alta densidade de funções lógicas em um chip. Foi principalmente por esse motivo que o CMOS se tornou a tecnologia mais amplamente usada para ser implementada noschips VLSI. Da mesma maneira que elaboramos funções lógicas com transistores bipolares comuns, podemos elaborar com ostransistores de efeito de campo MOS, pois esta tecnologia permite que os dispositivos sejam excelentes em aplicações digitais.[3]
| SÉRIES | ALIMENTAÇÃO |
|---|---|
| 4000/74C | 3V A 15V |
| 74HC | 2V A 6V |
| 74HCT | 4,5V A 5,5V |
| 74LV | 1V A 3,6V |
| 74LVC | 1,2V A 3,6V |
A frase "metal-óxido-semicondutor" é uma referência à estrutura física dostransistores de efeito de campo MOS, com um eletrodo de porta de metal colocado em cima de um isolador de óxido, que por sua vez fica em cima de ummaterial semicondutor. Oalumínio já foi usado, mas agora o material épolissilício. Outros portões de metal voltaram com o advento de materiais dielétricos de alto κ no processo CMOS, conforme anunciado pela IBM eIntel para o nó de45 nanômetros e tamanhos menores.[4]
A produção dos componentes CMOS só foi possível pelamicroeletrônica, após o desenvolvimento de componente a base desilício, onde este elemento deve-se ser utilizado em sua forma mais pura, sem possuir impurezas provindas do seu processo de purificação ou se não o material a ser utilizado para a criação dos componentes é considerado inviável e descartado. O processo se inicia pelo corte de ummonocristal de silício em forma de bastão que possui normalmente de 20 a 30 cm de diâmetro e de um a dois metros de comprimento, esse cristal é cortado de modo que seja retiradodiscos de silício com 0,3 a 1 mm de espessura. Durante o processo de fabricação, são colocadosdopantes, que são impurezas propositalmente depositadas com o propósito de agregarem ou removerem elétrons ao silício, tal controle é feito através de máscaras feitas depolímero que definem onde as impurezas ficarão alocadas e dando a característica necessária para o componente final, tais máscaras são moldadas para que durante o processo de fabricação para que sofram influência dedopantes para que posteriormente se tenha a deposição do metal condutor. Feito esta preparação, o disco é levado a um forno a temperaturas em torno de 800 a 1000 °C, no qual é preenchido gás defósforo (P),arsênio (As), ou deboro (B). Os átomos desses elementos se alojam na estrutura cristalina do elemento, e a repetição desses passos se dá a fabricação detransistores CMOS, muitas vezes os passos chegam a ser de 100 a 400 vezes necessários para se ter o produto final.[5]
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