Qu’est-ce qu’un semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire?

Un semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire, ou CMOS, est le contrôleur logique de base utilisé dans un circuit intégré. La technologie de conception de semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire se trouve traditionnellement dans les microprocesseurs utilisés dans les ordinateurs, les mémoires d’ordinateur et les technologies de cartes de surface imprimées mobiles, telles que les téléphones mobiles et les appareils informatiques portables. Le principal argument de vente d’un dispositif CMOS est son très faible taux de consommation d’énergie, par rapport à l’autre technologie logique disponible, la logique transistor-transistor (TTL).

Le CMOS utilise deux combinaisons métalliques différentes pour établir la passerelle logique qui entre dans le semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire. En tant que tel, la résistance entre ces deux métaux est très élevée. Par conséquent, en suivant la loi d’Ohm selon laquelle la tension est égale au courant multiplié par la résistance, plus la résistance est élevée, moins il faut de courant pour maintenir une tension donnée.

Une autre caractéristique de conception importante du CMOS est son contrôleur logique ET/OU. Ce que ce contrôleur permet, c’est que l’unité ne soit opérationnelle que pendant une phase dynamique. En termes réels, cela signifie que le contrôleur logique est similaire à un robinet qui ne permet à l’eau de s’écouler que lorsque cela est demandé par un utilisateur et n’a pas toujours besoin d’avoir de l’eau pour fonctionner.

Le contrôleur CMOS consommera la moitié de la puissance d’un contrôleur logique qui nécessite de l’énergie pour fonctionner à la fois dans les positions dynamique et statique. Cette utilisation efficace de l’alimentation pour exécuter diverses fonctions logiques rend ce type de contrôleur logique idéal pour les applications où l’alimentation est très limitée. Un exemple est un téléphone portable qui doit être opérationnel pendant plusieurs heures voire plusieurs jours sans être rebranché pour recharger la batterie.

Le premier semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire a été breveté en 1967 par Frank Wanless, ingénieur chez Fairchild Semiconductor. La première utilisation commerciale réussie du CMOS a été établie par la société RCA en 1968. Initialement, le plus gros inconvénient de l’utilisation d’une unité logique CMOS était la vitesse à laquelle les fonctions logiques pouvaient être exécutées. Le contrôleur TTL, bien que similaire, était capable d’exécuter des fonctions à une vitesse plus rapide, même en consommant plus d’énergie. Grâce à la caractéristique de conception inhérente à une faible consommation d’énergie, les ingénieurs ont rapidement pu augmenter la vitesse de performance du CMOS à un niveau beaucoup plus rapide que les contrôleurs TTL traditionnels.

Les semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire étaient à l’origine construits en aluminium. Cependant, les améliorations dans l’industrie des semi-conducteurs ont introduit de nouveaux métaux, tels que le tantale et le polysilicium. Ces métaux et autres composés génèrent beaucoup moins de chaleur et sont beaucoup moins sujets aux défaillances que les composants traditionnels en aluminium. Moins un élément produit de chaleur, plus il utilise efficacement la puissance requise pour diverses fonctions, en utilisant moins d’énergie de la batterie.