在本教程中，我们将学习CMOS技术，CMOS技术的优点是什么，基本工作简单的CMOS逆变器和一些逻辑门，如NAND和NOR实现使用CMOS。
大纲
介绍
CMOS是互补金属氧化物半导体的缩写，是制造集成电路的主导技术。这种CMOS技术在集成电路或集成电路制造中的主导地位将持续几十年。
一般来说，CMOS技术与超大规模集成电路(VLSI)或非常大规模集成电路(Very大规模集成电路)相关，其中数百万或甚至数十亿晶体管(mosfet具体来说)被集成到单个芯片或芯片中。
CMOS技术在VLSI芯片制造中占主导地位的原因是可靠性、低功耗、相当低的成本和最重要的可扩展性。
你可能听说过著名的摩尔定律(Gordan Moore)，根据他的理论，芯片上的设备数量每18到24个月就会翻一番。尽管Gordan Moore没有向CMOS暗示，但由于CMOS技术，摩尔定律得以成功实现。
今天，我们正在处理的通道长度只有7nm(在发布本教程时)，这都是因为CMOS的缩放能力。
逻辑的家庭
在深入了解CMOS的更多细节之前，让我们简要地了解一下什么是逻辑族。集成电路或芯片是一种将多个电路集成为一个实体的设备。由于集成电路是一种简化复杂性的方法，在集成电路的生产中有许多类型的电路配置。
所有这些电路配置方法被称为逻辑族。逻辑家族背后的想法是，一个电路的不同逻辑功能，当制作成一个IC，使用单一的方法放在一起，将具有相同的电气特性。
其中一些特性是功耗，电源，速度，噪声等。
由于大多数集成电路是使用双极器件或MOS器件制造的，逻辑家族也分为两个家族:双极器件家族和MOS家族。
双相情感逻辑的家庭
下面是双极逻辑家族的列表。
- 二极管逻辑(DL)
- 电阻晶体管逻辑(RTL)
- 二极管晶体管逻辑(DTL)
- 晶体管晶体管逻辑(TTL)
- 发射极耦合逻辑(ECL)
- 集成注入逻辑(I2L)
金属氧化物半导体逻辑家庭
下面是MOS逻辑系列的列表。
- PMOS系列(使用p-通道MOSFET)
- NMOS系列(使用n通道MOSFET)
- CMOS家族(同时使用p通道MOSFET和n通道MOSFET)
有另一个逻辑家族称为双cmos家族，它使用双极器件和MOS器件。
PMOS和NMOS技术
在CMOS技术广泛应用于实现逻辑门和集成电路制造之前，PMOS和NMOS逻辑被广泛应用。事实上，英特尔4004和英特尔8008的初始版本是使用PMOS技术制造的。
后来，PMOS被NMOS技术所取代，这是广泛使用的IC制造技术之一(在CMOS之前)。最初，即使是CMOS也比NMOS慢，而且昂贵。
NMOS成为集成电路的“标准工艺”。NMOS技术的主要优点是物理过程简单，功能密度高，速度好(最初比CMOS快)，易于制造。
NMOS技术的主要缺点是电不对称和静电功耗。所有这些缺点都被CMOS技术最小化。
互补金属氧化物半导体技术
CMOS技术同时使用NMOS和PMOS来实现各种逻辑功能。n沟道MOSFET和p沟道MOSFET的设计方式是这样的，他们有匹配的特性(在ON和OFF状态)。
与双极或之前流行的NMOS技术相比，CMOS技术的主要优势在于其在静态条件下极低的功耗，因为它们只在开关操作期间消耗电源。
与双极或NMOS技术相比，这允许在VLSI集成更大数量的逻辑门。
目前，CMOS技术是超大规模集成电路(VLSI)行业中占主导地位的集成电路制造技术，主要用于制造高端微处理器、微控制器、内存模块、传感器和专用集成电路(asic)。
在CMOS逻辑中结合NMOS和PMOS器件使得设计不同的逻辑功能更加容易。随着CMOS集成电路制造技术的改进，晶体管的尺寸可以缩小。
缩小晶体管的尺寸意味着在不降低速度和功率的情况下，可以将更多的逻辑功能集成到同一个IC中。
最初，CMOS集成电路技术被用于数字逻辑集成电路的制造。低成本和增加功能的发展已经导致CMOS技术被用于模拟ic和混合信号设计。
CMOS逻辑
静态CMOS电路由一个或多个输入和一个输出的组合逻辑门组成。让我们看看几个重要的CMOS逻辑门。
逆变器
最简单的逻辑门是逆变器。它是数字化设计的重要组成部分，理解逆变器的操作和特性将使研究与非门、加法器、多路复用器甚至微处理器变得更加容易。
下面是电路的CMOS逆变器门及其符号。
CMOS逆变器也被称为非门。从上面的电路，你可以看到一个CMOS逆变器由一个n通道MOSFET (NMOS)和一个p通道MOSFET (PMOS)组成。
当输入A为LOW即逻辑0时，NMOS晶体管为OFF, PMOS晶体管为ON。p通道MOSFET为V提供了一条路径DD出现在输出中。因此，输出是HIGH，即逻辑1。
同样，当输入为HIGH时，NMOS为ON, PMOS为OFF。输出接GND，输出为LOW。
与非
下面的电路显示了一个2输入CMOS与非门。如图所示，2输入NAND门由两个n通道mosfet串联在输出和GND之间，两个p通道mosfet并联在V之间DD和输出。
当任一输入A或B为LOW时，至少有一个NMOS晶体管处于OFF状态。对于输出为LOW，两个输入都应该是HIGH。对于所有其他的输入组合，输出将是高。
基于与2输入与地门相同的原理，设计了3输入CMOS与地门凸轮，其中输出与地之间有3个NMOS晶体管串联，V与地之间有3个PMOS晶体管并联DD和输出。
也不
一个2输入CMOS NOR Gate电路如下所示。它由两个p通道mosfet串联在V之间DD和输出和两个n通道mosfet连接在输出和GND之间并联。
当输入A或B的任何一个是高，输出是低，因为至少一个NMOS晶体管是ON。对于输出为高，两个输入必须是低。
与3输入与非门相似，3输入与非门也可以设计如下电路所示。
CMOS逻辑原理
CMOS中的名称互补是指NMOS晶体管和PMOS晶体管在同一设计中被使用。CMOS逻辑门背后的主要原理是，NMOS晶体管作为下拉网络连接输出到GND, PMOS晶体管作为上拉网络连接VDD输出。
CMOS逻辑是这样安排的，在单输入的帮助下，只有一个上拉或下拉网络是ON而另一个是OFF。
互补金属氧化物半导体制造技术
基本上，有四种不同的过程，其中一个典型的CMOS VLSI IC是制造的。它们是:
- p阱过程
- n阱过程
- 双桶过程
- 绝缘体上硅工艺
