Complementary metaloxidesemiconductor(CMOS) atau semikonduktoroksidalogam komplementer, adalah sebuah jenis utama dari rangkaian terintegrasi. Teknologi CMOS digunakan di mikroprosesor, pengontrol mikro, RAM statis, dan sirkuit logika digital lainnya. Teknologi CMOS juga digunakan dalam banyak sirkuit analog, seperti sensor gambar, pengubah data, dan trimancar terintegrasi untuk berbagai jenis komunikasi.Frank Wanlassberhasil mematenkan CMOS pada tahun 1967 (US Patent 3,356,858).CMOS juga sering disebutcomplementary-symmetry metaloxidesemiconductor or COSMOS(semikonduktorlogamoksida komplementer-simetris). Kata komplementer-simetris merujuk pada kenyataan bahwa biasanya desain digital berbasis CMOS menggunakan pasangan komplementer dan simetris dari MOSFET semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n untuk fungsi logika.Dua karakter penting dari CMOS adalah kekebalan desahnya yang tinggi dan penggunaan daya statis yang rendah. Daya hanya diambil saat transistor dalam CMOS berpindah diantara kondisi hidup dan mati. Akibatnya, peranti CMOS tidak menimbulkan bahang sebanyak sirkuit logika lainnya, seperti logika transistor-transistor (TTL) atau logika NMOS, yang hanya menggunakan peranti tipe-n tanpa tipe-p. CMOS juga memungkinkan chip logika dengan kepadatan tinggi dibuat.Kalimat "metaloxidesemiconductor" atau semikonduktorlogamoksida adalah sebuah sebutan pada struktur fisik beberapa transistor efek medan, memiliki gerbang elektroda logam yang terletak diatas isolator oksida logam, yang juga berada diatas bahan semikonduktor. Aluminium digunakan pertama kali, tetapi sekarang digunakan bahan polisilikon. Gerbang logam lain dibuat seiring kedatangan material dielektrik permitivitas tinggi didalam proses pembuatan CMOS, seperti yang diumumkan oleh IBM dan Intel untuk node45 nanometerdan lebih kecilDetail teknis"CMOS" merujuk pada desain sirkuit digital tertentu, dan proses-proses yang digunakan untuk mengimplementasikan sirkuit tersebut dalam rangkaian terintegrasi. Sirkuit CMOS memboroskan lebih sedikit daya saat statis, dan memungkinkan penempatan sirkuit yang lebih padat daripada teknologi lain yang mempunyai fungsi sama. Saat keuntungan ini menjadi lebih diinginkan, proses CMOS dan variannya mendominasi sirkuit digital terintegrasi modern.Sirkuit CMOS menggunakan kombinasi MOSFET tipe-n dan tipe-p untuk mengkonstruksi gerbang logika dan sirkuit digital yang ditemui di komputer, peralatan komunikasi, dan peralatan pemroses sinyal. Walaupun logika CMOS dapat dibangun dari komponen terpisah (seperti pada proyek pemula), biasanya produk CMOS adalah rangkaian terintegrasi yang terdiri dari jutaan transistor pada sepotong silikon seluas antara 0,1 hingga 4 sentimeter persegi. Peranti tersebut biasanya disebut dengan chip, sedangkan untuk perindustrian juga disebut dengan die (tunggal) atau dice (jamak).

a. CMOS gerbang NAND

Perhatikan bagaimana transistor Q1dan Q3menyerupai terhubung pelengkap pasangan-seri dari sirkuit inverter.Keduanya dikendalikan oleh sinyal input yang sama (input A), transistor atas mematikan dan menyalakan transistor yang lebih rendah saat input adalah "tinggi" (1), dan sebaliknya.Perhatikan juga bagaimana transistor Q2dan Q4sama-sama dikendalikan oleh sinyal input yang sama (input B), dan bagaimana mereka juga akan menunjukkan hal yang sama pada / perilaku off untuk tingkat logika masukan yang sama.Transistor atas kedua pasangan (Q1dan Q2)memiliki sumber dan terminal drain disejajarkan, sedangkan transistor yang lebih rendah (Q3dan Q4)adalah seri-terhubung.Apakah ini berarti bahwa output akan pergi "tinggi" (1) jikasalah satutransistor jenuh atas, dan akan pergi "rendah" (0) hanya jikakeduatransistor jenuh lebih rendah.Urutan berikut ilustrasi menunjukkan perilaku ini gerbang NAND untuk semua empat kemungkinan tingkat logika masukan (00, 01, 10, dan 11):

Seperti gerbang NAND TTL, CMOS gerbang NAND sirkuit dapat digunakan sebagai titik awal bagi penciptaan sebuah gerbang AND.Semua yang perlu ditambahkan adalah tahap lain dari transistor untuk membalikkan sinyal output:

b. CMOS gerbang AND

Sebuah rangkaian gerbang NOR CMOS menggunakan empat MOSFET seperti gerbang NAND, kecuali bahwa transistor yang berbeda diatur.Daripada dua paralelsumber(atas) transistor terhubung ke Vdddan dua-terhubung seritenggelam(lebih rendah) transistor terhubung ke tanah, gerbang NOR terhubung menggunakan dua sumber transistor seri dan dua terhubung tenggelam transistor-paralel seperti ini:

c. CMOS gerbang NOR

Seperti gerbang NAND, transistor Q1dan Q3bekerja sebagai pasangan yang saling melengkapi, seperti melakukan2transistor Q dan Q4.Setiap pasangan dikontrol oleh sinyal input tunggal.Jikasalah satumasukan AatauB input adalah "tinggi" (1), setidaknya salah satu dari transistor yang lebih rendah (Q Q3atau4)akan jenuh, sehingga output "rendah" (0).Hanya dalam halkeduainput adalah "rendah" (0) akan kedua transistor yang lebih rendah berada dalam mode cutoff dan kedua transistor atas menjadi jenuh, kondisi yang diperlukan untuk output ke pergi "tinggi" (1).Perilaku ini, tentu saja, mendefinisikan fungsi logika NOR.Fungsi OR akan dibangun dari gerbang NOR dasar dengan penambahan tahap inverter pada output:

d. CMOS gerbang OR

Sejak itu tampak bahwa gerbang apapun yang mungkin untuk membangun menggunakan teknologi TTL dapat digandakan dalam CMOS, mengapa dua "keluarga" dari desain logika masih hidup berdampingan?Jawabannya adalah bahwa kedua TTL dan CMOS memiliki keunggulan tersendiri.Pertama dan paling utama dalam daftar perbandingan antara TTL dan CMOS adalah masalah konsumsi daya.Dalam mengukur kinerja, CMOS adalah pemenang tertandingi.Karena saling melengkapi dan P-channel MOSFET pasang-N dari sebuah rangkaian gerbang CMOS adalah (idealnya) tidak pernah melakukan pada saat yang sama, ada sedikit atau tidak ada arus yang ditarik oleh dari sirkuit listrikddV kecuali apa yang saat ini perlu sumber arus untuk beban.TTL, di sisi lain, tidak dapat berfungsi tanpa beberapa saat ditarik setiap saat, karena persyaratan biasing dari transistor bipolar dari yang dibuat.Ada peringatan untuk keuntungan ini, meskipun.Sementara disipasi daya dari gerbang TTL tetap agak konstan tanpa negara operasi (s), sebuah gerbang CMOS memboroskan daya lebih sebagai frekuensi sinyal input (s) meningkat.Jika gerbang CMOS dioperasikan dalam statis (tak berubah) kondisi, itu menghilang nol daya (idealnya).Namun, sirkuit CMOS gerbang menarik saat ini sementara dalam setiap kondisi keluaran beralih dari "rendah" ke "tinggi" dan sebaliknya.Jadi, semakin sering sebuah gerbang CMOS switch mode, semakin sering akan menarik arus dari suplaiddV, disipasi daya yang lebih besar maka pada frekuensi yang lebih besar.Sebuah gerbang CMOS juga menarik apalagi saat ini dari output gerbang mengemudi dari gerbang TTL karena tegangan-MOSFET adalah dikendalikan, tidak mutakhir yang dikontrol, perangkat.Ini berarti bahwa satu pintu dapat berkendara CMOS lebih banyak masukan dari input TTL.Ukuran berapa banyak gerbang input output gerbang tunggal dapat disebutfanoutdrive.Keuntungan lain bahwa desain CMOS gerbang menikmati lebih dari TTL adalah rentang yang diizinkan lebih luas dari tegangan listrik.Sedangkan gerbang TTL dibatasi untuk power supply (Vcc)tegangan antara 4,75 dan 5,25 volt, gerbang CMOS biasanya mampu beroperasi pada setiap tegangan antara 3 dan 15 volt!Alasan di balik ini perbedaan dalam tegangan catu daya adalah persyaratan masing-masing bias MOSFET transistor dwikutub versus.MOSFET dikendalikan secara eksklusif oleh tegangan gerbang (terhadap substrat), sedangkanyang dikuasaiBJTs adalah perangkat yangsekarang.resistensi sirkuit gerbang TTL yang tepat dihitung untuk arus bias yang tepat dengan asumsi power supply 5 volt diatur.Setiap variasi yang signifikan dalam tegangan catu daya akan mengakibatkan arus bias transistor tidak benar, yang kemudian menyebabkan tidak bisa diandalkan (tidak terduga) operasi.Satu-satunya efek yang variasi tegangan listrik yang ada pada pintu gerbang CMOS adalah definisi tegangan dari "tinggi" (1) negara.Untuk gerbang CMOS operasi sebesar 15 volt pasokan tegangan listrik (Vdd),sinyal input harus dekat dengan 15 volt agar dapat dianggap "tinggi" (1).Ambang tegangan untuk "rendah" (0) sinyal tetap sama: mendekati 0 volt.Satu memutuskan kerugian dari CMOS adalah kecepatan lambat, dibandingkan dengan TTL.kapasitansi input dari gerbang CMOS jauh, jauh lebih besar dibanding gerbang TTL sebanding - karena penggunaan MOSFET daripada BJTs - dan gerbang CMOS sehingga akan lebih lambat untuk merespon sebuah transisi sinyal (dari rendah ke -tinggi atau sebaliknya) dari TTL gerbang, semua faktor lainnya sama.RC waktu yang konstan yang dibentuk oleh resistensi sirkuit dan kapasitansi masukan gerbang cenderung menghambat peningkatan cepat dan jatuh-kali dari tingkat logika digital, sehingga menurunkan kinerja frekuensi tinggi.Sebuah strategi untuk meminimalkan kerugian ini melekat pada sirkuit gerbang CMOS adalah untuk "buffer" sinyal keluaran dengan tahapan transistor tambahan, untuk meningkatkan keuntungan tegangan keseluruhan perangkat.Ini memberikan tegangan output lebih cepat-transisi (tinggi ke rendah atau rendah ke tinggi) untuk tegangan masukan pelan-pelan berubah dari satu keadaan logika yang lain.Pertimbangkan contoh ini, sebuah unbuffered "NOR gate" versus "buffer," atauB-seri,gerbang NOR:

Pada intinya, peningkatan desain B-seri menambahkan dua inverter dengan output dari sirkuit NOR sederhana.Ini tidak melayani tujuan sejauh logika digital yang bersangkutan, karena dua inverter mengalir hanya membatalkan:

Namun, menambahkan tahap ini inverter untuk sirkuit tidak melayani tujuan meningkatkan keuntungan tegangan secara keseluruhan, sehingga output lebih sensitif terhadap perubahan di negara bagian input, bekerja untuk mengatasi lambatnya melekat disebabkan oleh kapasitansi masukan CMOS gerbang.