CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互補金屬氧化物半導體）是一種半導體技術，廣泛應用于集成電路（IC）的設計和制造中。以下是關于CMOS的詳細說明：
1. 基本概念
- 技術原理：CMOS結合了NMOS（N型MOSFET）和PMOS（P型MOSFET）兩種晶體管，利用兩者的互補特性實現低功耗和高效率。
- NMOS：負責導通邏輯“1”（高電平）。
- PMOS：負責導通邏輯“0”（低電平）。
- 關鍵特性：靜態功耗極低（僅在切換狀態時消耗能量），抗噪聲能力強，集成密度高。
2. 主要應用領域
- 數字邏輯電路：如微處理器、內存芯片（如SRAM）、FPGA等。
- 模擬電路：如傳感器接口、數據轉換器（ADC/DAC）。
- 圖像傳感器：CMOS圖像傳感器（CIS）廣泛應用于手機攝像頭、數碼相機（與CCD競爭）。
- 嵌入式系統：如微控制器（MCU）、IoT設備。
3. CMOS與TTL的區別
| 特性 | CMOS | TTL（晶體管-晶體管邏輯） |
|---|---|---|
| 功耗 | 靜態功耗極低 | 靜態功耗較高 |
| 電壓范圍 | 寬（如3V至15V） | 窄（通常5V） |
| 速度 | 較慢（現代工藝已優化） | 較快 |
| 抗噪性 | 強 | 較弱 |
4. CMOS圖像傳感器（CIS）
- 工作原理：每個像素點包含光電二極管和CMOS放大器，直接將光信號轉換為電信號。
- 優勢：低成本、低功耗、集成度高（可整合處理電路）。
- 應用：智能手機攝像頭、安防監控、醫療影像。
5. BIOS中的CMOS
- 功能：在計算機主板上，CMOS指一塊低功耗的RAM芯片（通常由電池供電），用于存儲BIOS設置（如日期、硬件配置）。
- 與BIOS的關系：
- BIOS：固件，負責開機自檢和系統啟動。
- CMOS RAM：存儲BIOS的配置參數。
6. 制造工藝
- 特征尺寸：現代CMOS工藝已進入納米級（如7nm、5nm），通過FinFET或GAA晶體管技術提升性能。
- 挑戰：漏電流、發熱量、量子效應（隨著尺寸縮小）。
7. 優缺點
- 優點：
- 低功耗（適合便攜設備）。
- 高噪聲容限。
- 易于高密度集成。
- 缺點：
- 靜電敏感（需防ESD保護）。
- 早期速度較慢（現已被工藝改進克服）。
8. 未來發展趨勢
- 先進工藝：3D堆疊、碳納米管晶體管。
- 新興領域：人工智能加速器、量子計算接口電路。
通過CMOS技術，現代電子設備得以實現高性能與低功耗的平衡，成為半導體行業的基石技術之一。
