tìm hiểu về cmos để biết cmos là gì trước hết ta cần tìm hiểu về công nghệ mos

TÌM HIỂU VỀ CMOS

Để biết CMOS là gì trước hết ta cần tìm hiểu về “Công nghệ MOS” ?

Công nghệ MOS ?

• Công nghệ MOS (Metal Oxide Semiconductor-kim loại oxit bán dẫn) có tên gọi xuất xứ từ cấu trúc MOS cơ bản của một điện cực nằm trên lớp oxit cách nhiệt, dưới lớp oxit là để bán dẫn.• Transistor trong công nghệ MOS là transistor hiệu ứng trường,

gọi là MOSFET (metal oxide silicon field effect transistor) Có nghĩa điện trường ở phía điện cực kim loại của lớp oxit cách nhiệt có ảnh hưởng đến điện trở của để

• Phần nhiều IC số MOS được thiết kế hết bằng MOSFET, không cần đến lĩnh kiện nào khác.

Ưu điểm của MOSFET ?

 Dễ chế tạo, phí tốn thấp, cỡ nhỏ, tiêu hao rất ít điện năng

 Kĩ thuật làm IC MOS chỉ rắc rồi bằng 1/3 kĩ thuật làm IC lưỡng cực (TTL, ECL, ).

 Thiết bị MOS chiếm ít chỗ trên chip hơn so với BJT, thông thường, mỗi MOSFET chỉ cần 1 mi li vuông diện tích chip, trong khi BJT đòi hỏi

khoảng 50 mi li vuông.

 Quan trọng hơn, IC số MOS thường không dùng các thành phần điện trở trong IC, vốn chiếm quá nhiều diện tích chip trong IC lưỡng cực Vì vậy, IC MOS có thể dung nạp nhiêu phần tử mạch trên 1 chip đơn hơn so với IC lưỡng cực

Phân loại

Mạch số dùng MOSFET được chia làm 3 nhóm :

• PMOS dùng MOSFET kênh P

• NMOS dùng MOSFET kênh N tăng cường

• CMOS (MOS bù) dùng cả 2 thiết bị kênh P và kênh N

CMOS là gì ?

• CMOS (Complementary Metal Oxide

Semiconductor) là thuật ngữ chỉ một loại công nghệ dùng để chế tạo mạch tích hợp.

• Công nghệ CMOS được dùng để chế tạo vi xử lý, vi

điều khiển, RAM tĩnh và các cổng logic khác.

• Công nghệ CMOS cũng được dùng rất nhiều trong

các mạch tương tự như cảm biến ảnh, chuyển đổi kiểu dữ liệu, và các vi mạch thu phát có mật độ tích hợp cao trong lĩnh vực thông tin.

Lịch sử hình thành

• CMOS được phát minh vào năm 1963 do nhà nghiên cứu Frank

Wanlass tại hãng Fairchild Semiconductor Năm 1968, mạch tích hợp CMOS đầu tiên đã được sản xuất bởi một nhóm nghiên cứu tại RCA do Albert Medwin lãnh đạo.

• Ban đầu, CMOS được xem như là một giải pháp thay thế cho TTL (Transistor-transistor logic) để có được các vi mạch tuy tốc độ hoạt động chậm hơn TTL nhưng lại tiêu hao năng lượng ít hơn.

=> CMOS đã trở thành kỹ thuật chiếm ưu thế trong vi mạch tích hợp số.

Đặc điểm của CMOS ?

• CMOS có cấu tạo kết hợp cả PMOS và NMOS trong cùng 1 mạch nhờ đó tận dụng được các thế mạnh của cả 2 loại, nói chung là nhanh hơn đồng thời mất mát năng lượng còn thấp hơn so với khi dùng rời từng loại một

• Cấu tạo cơ bản nhất của CMOS cũng là một cổng NOT gồm một transistor NMOS và một transistor PMOS.

• Mạch logic CMOS dùng một tổ hợp hai loại transistor hiệu ứng trường kim loại oxide bán dẫn (MOSFET) kiểu p và kiểu n để thực hiện các cổng logic và các mạch số khác mà chúng ta thấy trong máy vi tính, thiết bị viễn thông và xử lý tín hiệu

• Điển hình ta hay thấy là mạch tích hợp bao gồm hàng triệu (hàng trăm triệu) transistor của cả hai kiểu được chế tạo trên một miếng silicon hình chữ nhật có diện tích trong khoảng 0,1 đến 4 cm vuông.=> Những miếng silicon như vậy thường được gọi là chip

Cấu trúc của CMOS ?

 Mạch logic CMOS tạo ra từ quy trình CMOS sẽ tiêu tán ít năng lượng hơn và cho phép tích hợp với mật độ cao hơn so với các quy trình khác với cùng một chức năng.

=> Cho đến năm 2006, hầu hết các sản xuất vi mạch tích hợp đều dùng quy trình CMOS.

Cổng logic CMOS

• Trong cổng logic CMOS, một số MOSFET kiểu n được sắp thành dạng mạch kéo xuống nằm giữa đầu ra của cổng với đường cung cấp nguồn điện áp thấp.

• Cổng logic CMOS dùng tải là một số MOSFET kiểu p sắp thành dạng mạch kéo lên nằm giữa đầu ra của cổng với đường cung cấp nguồn điện áp cao.=> Mạch kéo lên, gồm các transistor kiểu p, mang tính bổ túc cho mạch kéo xuống, gồm các transistor kiểu n, sao cho khi các transistor kiểu n tắt thì các transistor kiểu p sẽ dẫn và ngược lại.

• Nếu cả hai transistor kiểu p và kiểu n có cực cổng nối chung với nhau để trở thành một đầu vào chung thì MOSFET kiểu p sẽ dẫn khi MOSFET kiểu n tắt và ngược lại.

Hoạt động của cổng CMOS ?

Hoạt động của mạch cũng tương tự như ở NMOS.

• Khi ngõ vào (nối chung cực cổng 2 transistor) ở cao thì chỉ có Q1 dẫn mạnh do đó áp ra lấy từ điểm chung của 2 cực máng của 2 transistor sẽ xấp xi 0 Volt nên ngõ ra ở thấp.

• Khi ngõ vào ở thấp Q1 sẽ ngắt còn Q2 dẫn mạnh, áp ra xấp xi nguồn, tức ngõ ra ở mức cao.

Hoạt động của cổng CMOS ?

• Ở đây 2 transistor không dẫn cùng một lúc nên không có dòng điện từ nguồn đổ qua 2 transistor xuống mass, nhờ đó công suất tiêu tán gần như bằng 0 • Tuy nhiên khi 2 transistor đang chuyển

mạch và khi có tải thì sẽ có dòng điện chảy qua một hay cả 2 transistor nên khi này công suất tiêu tán lại tăng lên.• Trên nguyên tắc cống đào, cũng giống

như trước bằng cách mắc song song hay nối tiếp thêm transistor ta có thể thực hiện được các cổng logic khác (hình 1.66)

• Chẳng hạn mắc chồng 2 NMOS và mắc song song 2 PMOS ta được cống NAND

Còn khi mắc chồng 2 PMOS và mắc song song 2 NMOS ta được cống NOR.

Em xin chân thành cám ơn cô đã xem phần trình bày của em !