在本教程中，我们将学习CMOS技术，什么是CMOS技术的优势，基本工作一个简单的CMOS逆变器和一些逻辑门，如NAND和NOR使用CMOS实现。
大纲
介绍
对于互补金属氧化物半导体而言，CMOS是制造集成电路的主要技术。CMOS技术在制造集成电路或IC中的这种优势将持续几十年来。
通常，CMOS技术与VLSI或非常大的集成电路相关联，其中几百万或甚至数十亿晶体管（用于特定的MOSFET）集成到单个芯片或芯片中。
主导使用CMOS技术在VLSI芯片的制造中的原因是可靠性，低功耗，显着低成本和最重要的可扩展性。
根据谁，您可能已经听说过Gordan Moore的着名Moore的法律，根据谁，芯片上的设备数量每18至24个月加倍。尽管Gordan Moore并不暗示CMOS，但由于CMOS技术，Moore的法律已成功实现。
今天，我们正在处理小于7nm的频道长度（在发布本教程时），所有都是因为CMOS中的缩放能力。
逻辑家庭
在进入CMOS的更多细节之前，让我们简要了解什么是逻辑系列。集成电路或芯片是具有集成为一个实体的电路数的设备。由于IC是一种简化复杂性的方法，因此在生产中的生产中使用了许多类型的电路配置。
所有这些电路配置方法都称为逻辑系列。逻辑系列背后的想法是当使用单个方法组合在一起的电路时，电路的不同逻辑功能将具有相同的电气特性。
这些特性包括功耗、电源、速度、噪音等。
由于大多数IC使用双极设备或MOS设备制造，逻辑系列也分为两个家庭：双极家庭和MOS家庭。
双极逻辑系列
以下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)
- 发射器耦合逻辑（ECL）
- 集成注入逻辑(I2l）
mos逻辑家庭
以下是MOS逻辑系列的列表。
- PMOS系列(使用p-沟道MOSFET)
- NMOS系列(使用n沟道MOSFET)
- CMOS系列(同时使用p通道MOSFET和n通道MOSFET)
还有另一个逻辑家族称为双cmos家族，它既使用双极器件，也使用MOS器件。
PMOS和NMOS技术
在广泛使用CMOS技术之前，用于实现逻辑门和制造IC，PMOS和NMOS逻辑的广泛应用。实际上，英特尔4004和英特尔8008的初始版本使用PMOS技术制造。
PMOS后来被NMOS技术所取代，NMOS技术是一种广泛使用的IC制造技术(在CMOS之前)。最初，即使是CMOS也比NMOS慢，而且价格昂贵。
NMOS成为集成电路的“标准过程”。NMOS技术的主要优点是简单的物理过程，功能密度高，速度良好（最初比CMOS更快），更容易制造。
NMOS技术的主要缺点是电不对称和静态功耗。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技术使用NMOS和PMO来实现各种逻辑功能。N沟道MOSFET和P沟道MOSFET都是这样的，使得它们具有匹配的特性（在on和关闭状态期间）。
CMOS技术在双极或以前流行的NMOS技术的主要优点是其在静态条件下的功耗极低，因为它们仅在开关操作期间汲取功率。
与双极或NMOS技术相比，这允许在VLSI IC上集成更多数量的逻辑门。
如今，CMOS技术是VLSI工业中占主导地位的IC制造技术，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，可以更容易地设计不同的逻辑功能。随着CMOS集成电路制造技术的进步，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，更多的逻辑功能可以集成到同一个集成电路中。
最初，CMOS集成电路技术被用于制造数字逻辑芯片。低成本和增加功能的发展导致CMOS技术被用于模拟集成电路和混合信号设计。
CMOS逻辑
静态CMOS电路由组合逻辑栅极组成，其中一个或多个输入和一个输出。让我们看到一些重要的CMOS逻辑门。
逆变器
最简单的逻辑门是逆变器。它是数字设计的重要组成部分，了解逆变器的操作和性能将使努力研究NAND盖茨，加法器，多路复用器甚至微处理器。
以下是CMOS逆变器门的电路以及其符号。
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为低电平时，即逻辑0，NMOS晶体管关闭，并且PMOS晶体管接通。P沟道MOSFET为V提供了一条路径DD出现在输出。因此，输出高即逻辑1。
同样，当输入为HIGH时，NMOS为ON, PMOS为OFF。输出接GND，输出LOW。
与非
以下电路显示了2输入CMOS NAND门。如在图像中所见，2输入的NAND门由两个N沟道MOSFET组成，该MOSFET串联连接在输出和GND之间，两个P沟道MOSFET在V之间并联连接DD并输出。
当任何一个输入A或B是LOW，至少一个NMOS晶体管将关闭。为了输出为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HIGH。
基于与2输入NAND门相同的原理，设计了一种3输入NAND门凸轮，在输出和GND之间串联3个NMOS晶体管，V与V之间并联3个PMOS晶体管DD并输出。
也不
2输入CMOS NOR门电路如下图所示。它由两个p沟道mosfet串联在VDD输出和两个n通道mosfet并联连接在输出和GND之间。
当其中一个输入A或B是高，输出低至少一个NMOS晶体管是ON。要使输出为HIGH，两个输入必须为LOW。
类似于3输入非门，3输入非门也可以设计如下电路所示。
CMOS逻辑后面的原则
在CMOS中，互补指的是NMOS和PMOS晶体管在相同的设计中使用。CMOS逻辑门的主要原理是NMOS晶体管作为下拉网络连接Output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，只有一个上拉或下拉网络是ON，而另一个是OFF在一个输入的帮助下。
CMOS制造技术
基本上，一个典型的CMOS VLSI IC有四种不同的制造工艺。它们是:
- p阱过程
- n阱过程
- 双桶过程
- 绝缘体上硅(SOI)工艺
