Complementary metal oxide semi-conductor

Le terme CMOS est par extension une famille de composants électroniques à faible consommation électrique utilisant la technologie de fabrication Complementary Metal Oxide Semi-conductor. A l'instar de la famille TTL ces composants sont en majeure partie des portes logiques (NAND, OR ...)

L'adjectif Complementary provient du fait qu'un étage de sortie de ces circuits est composé d'un ensemble de transistors à effet de champ N et P (MOSFET) placés de manière symétrique réalisant chacun la même fonction. Du fait de leur caractéristique de fonctionnement inversée, un transistor est passant alors que l'autre est bloquant.

Technologie de fabrication de composant logique

Pour expliquer le fonctionnement, on peut prendre par exemple le circuit le plus simple existant, l'inverseur CMOS (fonction NON), composé de 2 transistors, un N et un P. La table de vérité de l'inverseur est la suivante:

Inverseur
Entrée	Sortie
0	1
1	0

Si on applique à l'entrée un niveau haut, le transistor N est passant et le P est bloqué. On place ainsi la sortie au potentiel Vss, soit à l'état bas. Inversement, en mettant l'entrée à l'état bas, le transistor P est passant et le N est bloqué. La sortie est donc à l'état haut. On a donc bien réalisé une fonction inversion.

En fonctionnement normal, il n'y aucun chemin entre Vdd (l'alimentation positive) et Vss (la masse), de ce fait, la consommation est nulle en régime établi. Cependant, durant les transitions entre états (passage du niveau haut au niveau bas et inversement), les deux transistors sont simultanément conducteurs pendant un court laps de temps, ce qui entraîne une consommation d'énergie. C'est pour cela que plus la fréquence de l'horloge d'un circuit intégré CMOS est élévée, plus ce circuit consomme de l'énergie. De la même manière, à une fréquence donnée, plus un circuit intégré CMOS comporte de transistors, plus il consomme de l'énergie.

On réalise de la même manière toutes les portes (ET avec deux P en parallèle et deux N en série puis un inverseur, OU avec deux P en série et deux N en parallèle puis un inverseur, etc).

Circuit spécialisé

Par extension, CMOS est aussi employé pour désigner un circuit spécialisé présent dans les micro-ordinateurs. Ce dernier contient une petite mémoire informatique ainsi qu'une horloge en fonctionnement permanent grâce à une pile électrique ou un accumulateur (rechargé automatiquement lorsque l'alimentation est en service). La technologie CMOS est ici privilégiée car, grâce à sa consommation extrêmement réduite (de l'ordre de 10µA) elle permet de longues durées d'interruption de l'alimentation principale. Cette mémoire contient quelques dizaines d'octets d'informations de base décrivant l'ordinateur (heure, date, détails des disques durs, etc.), données nécessaires au fonctionnement de son BIOS et au système d'exploitations. Cette particularité de maintien ordinateur arrêté en a fait la cible de certains virus informatique.

Historique

Dès 1930, Julius Edgar Lilienfeld de l'Université de Leipzig déposait un brevet dans lequel il décrivait un élément assez proche du transistor MOS et qui aurait pu constituer le premier transistor de l’histoire. Il fallut cependant attendre le début des années 1960, pour voir apparaître les premiers dispositifs MOS puis CMOS industriels, dont le développement avait été rendu possible par les progrès enregistrés dans le domaine des transistors bipolaires et en particulier la résolution des problèmes d'interface oxyde-semiconducteur. Aujourd'hui le transistor MOS constitue, par sa simplicité de fabrication et ses dimensions, l'élément fondamental des circuits intégrés numériques

Notes et références

Voir aussi

• Circuit intégré numérique
• Capteur d'image
• MOSFET
• : comment synthétiser des portes logiques par assemblage de transistors CMOS ?
• Fonctions logiques
• Table de Karnaugh
• Électronique numérique
• Additionneur
• Multiplexeur
• VHDL
• TTL

Liens externes

• Technologie des fonctions logiques TTL et CMOS [1]
• Circuits intégrés logiques CMOS [1]