सबसे लोकप्रिय MOSFET तकनीक (अर्धचालक प्रौद्योगिकी) आज उपलब्ध सीएमओएस प्रौद्योगिकी या पूरक एमओएस प्रौद्योगिकी है। CMOS तकनीक ASICs, मेमोरी, माइक्रोप्रोसेसर के लिए अग्रणी अर्धचालक तकनीक है। BIPOLAR और NMOS तकनीक पर CMOS प्रौद्योगिकी का मुख्य लाभ बिजली अपव्यय है - जब सर्किट को स्विच किया जाता है तो केवल बिजली ही विघटित होती है। यह द्विध्रुवी और एनएमओएस प्रौद्योगिकी की तुलना में एक एकीकृत सर्किट पर कई सीएमओएस फाटकों को फिट करने की अनुमति देता है। यह लेख CMOS और NMOS तकनीक के बीच अंतर पर चर्चा करता है।
आईसी प्रौद्योगिकी का परिचय
सिलिकॉन आईसी तकनीक प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: द्विध्रुवीय, एक धातु ऑक्साइड अर्धचालक और BiCMOS।
आईसी प्रौद्योगिकी
द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर की संरचना में पीएनपी या एनपीएन है। इन मे ट्रांजिस्टर के प्रकार मोटी बेस लेयर में करंट की छोटी मात्रा एमिटर और कलेक्टर के बीच बड़ी धाराओं को नियंत्रित करती है। बेस धाराएं द्विध्रुवी उपकरणों के एकीकरण घनत्व को सीमित करती हैं।
एक धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक को आगे पीएमओएस, एनएमओएस और सीएमओएस के तहत विभिन्न प्रौद्योगिकियों में वर्गीकृत किया गया है। इन उपकरणों में एक अर्धचालक, ऑक्साइड और एक धातु गेट शामिल हैं। वर्तमान में, पॉलीसिलिकॉन को आमतौर पर एक गेट के रूप में उपयोग किया जाता है। जब वोल्टेज गेट पर लगाया जाता है, तो यह स्रोत और नाली के बीच वर्तमान को नियंत्रित करता है। चूंकि वे कम बिजली की खपत करते हैं और MOS उच्च एकीकरण की अनुमति देता है।
BiCMOS प्रौद्योगिकी दोनों CMOS और द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर को रोजगार देता है ये एक ही सेमीकंडक्टर चिप पर एकीकृत होते हैं। CMOS प्रौद्योगिकी उच्च I / P और निम्न O / P प्रतिबाधा, उच्च पैकिंग घनत्व, सममित शोर मार्जिन और कम बिजली अपव्यय प्रदान करता है। BiCMOS तकनीक ने MOS लॉजिक के उच्च-घनत्व एकीकरण को प्राप्त करने के लिए उचित प्रक्रिया पर द्विध्रुवी उपकरणों और CMOS ट्रांजिस्टर को एक ही प्रक्रिया में संयोजित करना संभव बना दिया है।
CMOS और NMOS तकनीक के बीच अंतर
सीएमओएस प्रौद्योगिकी और एनएमओएस तकनीक के बीच अंतर को उनके काम के सिद्धांतों, फायदे और नुकसान के रूप में आसानी से विभेदित किया जा सकता है।
CMOS प्रौद्योगिकी
पूरक धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर (सीएमओएस तकनीक) का उपयोग आईसी के निर्माण के लिए किया जाता है और इस तकनीक का उपयोग डिजिटल लॉजिक सर्किट, माइक्रोप्रोसेसर, माइक्रोकंट्रोलर और स्टैटिक रैम में किया जाता है। सीएमओएस तकनीक का उपयोग कई एनालॉग सर्किट जैसे डेटा कन्वर्टर्स, इमेज सेंसर, और अत्यधिक एकीकृत ट्रांससीवर्स में भी किया जाता है। सीएमओएस तकनीक की मुख्य विशेषताएं कम स्थिर बिजली की खपत और उच्च शोर प्रतिरक्षा हैं।
पूरक धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर
सीएमओएस (पूरक धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर) एक बैटरी-संचालित ऑनबोर्ड सेमीकंडक्टर चिप है जिसका उपयोग कंप्यूटर के भीतर डेटा को संग्रहीत करने के लिए किया जाता है। यह डेटा आपके कंप्यूटर के लिए सिस्टम की हार्डवेयर सेटिंग्स के लिए सिस्टम के समय और तारीख के समय तक होता है। इस CMOS का सबसे अच्छा उदाहरण एक सिक्का सेल बैटरी है जिसका उपयोग CMOS की मेमोरी को पावर देने के लिए किया जाता है।
जब ट्रांजिस्टर के कुछ जोड़े ऑफ स्थिति में होते हैं, तो श्रृंखला का संयोजन केवल ON & OFF राज्यों के बीच स्विच करने के दौरान महत्वपूर्ण शक्ति खींचता है। इसलिए, MOS डिवाइस उतने बेकार अपशिष्ट उत्पन्न नहीं करते जितने अन्य प्रकार के तर्क। उदाहरण के लिए, टीटीएल ( ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर लॉजिक ) या एमओएस लॉजिक, जो आम तौर पर राज्य नहीं बदलने पर भी कुछ स्थायी होते हैं। यह एक चिप पर तर्क कार्यों के उच्च घनत्व की अनुमति देता है। इस कारण के कारण, इस तकनीक का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है और इसे वीएलएसआई चिप्स में लागू किया जाता है।
CMOS बैटरी की लाइफटाइम
एक CMOS बैटरी का विशिष्ट जीवन काल लगभग 10 वर्ष है। लेकिन, यह जहां कंप्यूटर मौजूद है, वहां उपयोग के साथ-साथ पर्यावरण के आधार पर बदल सकता है। यदि CMOS बैटरी खराब हो जाती है, तो कंप्यूटर बंद होने के बाद कंप्यूटर सही समय अन्यथा तिथि को बनाए नहीं रख सकता है। उदाहरण के लिए, कंप्यूटर चालू होने के बाद, दिनांक और समय को 12:00 P.M & 1 जनवरी, 1990 की तरह देखा जा सकता है। इसलिए, यह त्रुटि मुख्य रूप से निर्दिष्ट करती है कि CMOS की बैटरी विफल हो गई थी।
CMOS इन्वर्टर
डिजिटल सर्किट के डिजाइन में किसी भी आईसी तकनीक के लिए, मूल तत्व लॉजिक इन्वर्टर है। एक बार एक इन्वर्टर सर्किट के संचालन को ध्यान से समझा जाता है, परिणाम लॉजिक गेट्स और कॉम्प्लेक्स सर्किट के डिजाइन तक बढ़ाया जा सकता है।
CMOS इनवर्टर सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले MOSFET इनवर्टर हैं, जो चिप डिजाइन में उपयोग किए जाते हैं। ये इनवर्टर उच्च गति पर और कम बिजली नुकसान के साथ काम कर सकते हैं। इसके अलावा, CMOS इन्वर्टर में अच्छे लॉजिक बफर गुण होते हैं। इनवर्टर का संक्षिप्त विवरण इन्वर्टर के काम करने की एक बुनियादी समझ देता है। MOSFET में अलग-अलग i / p वोल्टेज होते हैं, और विद्युत प्रवाह के कारण बिजली की हानि होती है।
CMOS इन्वर्टर
CMOS इन्वर्टर में एक PMOS और एक NMOS ट्रांजिस्टर होता है जो गेट और ड्रेन टर्मिनलों, PMOS स्रोत टर्मिनल पर एक वोल्टेज आपूर्ति VDD और NMOS स्रोत टर्मिनल से जुड़ा एक GND से जुड़ा होता है, जहाँ Vin गेट टर्मिनलों और Vout से जुड़ा होता है। नाली टर्मिनलों से जुड़ा है।
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि सीएमओएस में कोई प्रतिरोधक नहीं है, जो इसे एक नियमित अवरोधक-मॉसफेट इन्वर्टर की तुलना में अधिक शक्ति-कुशल बनाता है। जैसा कि CMOS डिवाइस के इनपुट में वोल्टेज 0 और 5 वोल्ट के बीच भिन्न होता है, NMOS और PMOS की स्थिति तदनुसार बदलती रहती है। यदि हम प्रत्येक ट्रांजिस्टर को विन द्वारा सक्रिय किए गए सरल स्विच के रूप में मॉडल करते हैं, तो इन्वर्टर के संचालन को बहुत आसानी से देखा जा सकता है।
CMOS के फायदे
CMOS ट्रांजिस्टर विद्युत शक्ति का कुशलता से उपयोग करते हैं।
- इन उपकरणों का उपयोग एनालॉग सर्किट जैसे छवि सेंसर, डेटा कन्वर्टर्स आदि के साथ अनुप्रयोगों की एक श्रेणी में किया जाता है। NMOS पर CMOS प्रौद्योगिकी के लाभ इस प्रकार हैं।
- बहुत कम स्थैतिक बिजली की खपत
- सर्किट की जटिलता को कम करें
- तर्क का उच्च घनत्व एक चिप पर कार्य करता है
- कम स्थैतिक बिजली की खपत
- उच्च शोर उन्मुक्ति
- जब CMOS ट्रांजिस्टर एक स्थिति से दूसरी स्थिति में बदलते हैं, तो वे विद्युत प्रवाह का उपयोग करते हैं।
- इसके अलावा, मानार्थ अर्धचालक पारस्परिक रूप से काम करके ओ / पी वोल्टेज को सीमित करते हैं। परिणाम एक कम-शक्ति डिजाइन है जो कम गर्मी प्रदान करता है।
- इस कारण से, इन ट्रांजिस्टर ने पहले के अन्य डिजाइनों को बदल दिया है जैसे सीसीडी में कैमरा सेंसर और साथ ही साथ अधिकांश वर्तमान प्रोसेसर में उपयोग किया जाता है।
CMOS एप्लीकेशन
सीएमओएस एक प्रकार की चिप है, जो एक बैटरी के माध्यम से संचालित होती है जिसका उपयोग हार्ड ड्राइव के कॉन्फ़िगरेशन के साथ-साथ अन्य डेटा को संग्रहीत करने के लिए किया जाता है।
आमतौर पर, CMOS चिप्स RTC (वास्तविक समय की घड़ी) के साथ-साथ CMOS मेमोरी को एक माइक्रोकंट्रोलर के साथ-साथ एक माइक्रोप्रोसेसर के रूप में भी प्रदान करते हैं।
NMOS प्रौद्योगिकी
NMOS तर्क एन-प्रकार MOSFETs का उपयोग पी-टाइप ट्रांजिस्टर के भीतर एक व्युत्क्रम परत बनाने के माध्यम से करता है। इस परत को n- चैनल परत के रूप में जाना जाता है जो n- प्रकार जैसे कि स्रोत और नाली टर्मिनलों के बीच इलेक्ट्रॉनों का संचालन करती है। गेट टर्मिनल यानी तीसरे टर्मिनल की ओर वोल्टेज लगाकर इस चैनल को बनाया जा सकता है। अन्य धातु ऑक्साइड अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के समान, nMOS ट्रांजिस्टर में कट-ऑफ, ट्रायोड, संतृप्ति और वेग संतृप्ति जैसे विभिन्न ऑपरेशन मोड शामिल हैं।
NMOS का तर्क परिवार N- चैनल MOSFETS का उपयोग करता है। एनएमओएस डिवाइस (एन-चैनल एमओएस) को प्रत्येक ट्रांजिस्टर के लिए पी-चैनल उपकरणों की तुलना में एक छोटे चिप क्षेत्र की आवश्यकता होती है, जहां एनएमओएस उच्च घनत्व देता है। एनएमओएस लॉजिक परिवार एन-चैनल उपकरणों के भीतर चार्ज वाहक की उच्च गतिशीलता के कारण उच्च गति देता है।
इसलिए, अधिकांश माइक्रोप्रोसेसर और MOS डिवाइस NMOS लॉजिक का उपयोग करते हैं अन्यथा प्रसार देरी को कम करने के लिए DMOS, HMOS, VMOS और DMOS जैसे कुछ संरचनात्मक बदलाव।
NMOS एक नकारात्मक चैनल धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर के अलावा कुछ भी नहीं है, इसे एन-मॉस के रूप में उच्चारित किया जाता है। यह एक प्रकार का अर्धचालक है जो नकारात्मक रूप से चार्ज होता है। ताकि ट्रांजिस्टर इलेक्ट्रॉनों की चाल से चालू / बंद हों। इसके विपरीत, पॉजिटिव चैनल MOS -PMOS इलेक्ट्रॉन रिक्तियों को स्थानांतरित करके काम करता है। PMOS की तुलना में NMOS तेज है।
नकारात्मक चैनल धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर
NMOS की डिजाइनिंग दो सबस्ट्रेट्स जैसे n-type के साथ-साथ p-type से भी की जा सकती है। इस ट्रांजिस्टर में, अधिकांश आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं। हम जानते हैं कि PMPS और NMOS के संयोजन को CMOS तकनीक कहा जाता है। यह तकनीक मुख्य रूप से एक समान आउटपुट पर संचालन के लिए कम ऊर्जा का उपयोग करती है और पूरे ऑपरेशन के दौरान कम शोर उत्पन्न करती है।
एक बार जब एक वोल्टेज गेट टर्मिनल को दिया जाता है, तो चार्ज वाहक शरीर के भीतर छेद जैसे गेट टर्मिनल से दूर प्रेरित होते हैं। यह स्रोत और नाली जैसे दो टर्मिनलों के बीच एक एन-प्रकार चैनल के विन्यास की अनुमति देता है और प्रवाह का प्रवाह एक प्रेरित एन-प्रकार चैनल का उपयोग करके स्रोत से नाली तक दो टर्मिनलों से इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करके किया जा सकता है।
NMOS ट्रांजिस्टर निर्माण के साथ-साथ डिजाइन करना बहुत आसान है। NMOS लॉजिक गेट्स का उपयोग करने वाला सर्किट निष्क्रिय होने के बाद स्थैतिक शक्ति का उपभोग करता है। जैसा कि आउटपुट कम होने के बाद डीसी पूरे लॉजिक गेट पर सप्लाई करता है।
NMOS इन्वर्टर
इन्वर्टर सर्किट ओ / पीएस एक वोल्टेज है जो इसके आई / पी के विपरीत तर्क-स्तर का प्रतिनिधित्व करता है। NMOS इन्वर्टर आरेख नीचे दिखाया गया है जो एक ट्रांजिस्टर के साथ युग्मित एक सिंगल NMOS ट्रांजिस्टर का उपयोग करके बनाया गया है।
NMOS इन्वर्टर
NMOS और CMOS के बीच अंतर
NMOS और CMOS के बीच के अंतर को सारणीबद्ध रूप में चर्चा की गई है।
सीएमओएस | NMOS |
| CMOS पूरक धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक के लिए खड़ा है | NMOS N- प्रकार के धातु ऑक्साइड अर्धचालक के लिए खड़ा है |
| इस तकनीक का उपयोग आईसीएस बनाने के लिए किया जाता है जो विभिन्न अनुप्रयोगों जैसे बैटरी, इलेक्ट्रॉनिक घटक, छवि सेंसर, डिजिटल कैमरा में उपयोग किए जाते हैं। | NMOS तकनीक का उपयोग लॉजिक गेट के साथ-साथ डिजिटल सर्किट बनाने के लिए किया जाता है |
| CMOS तर्क कार्यों के संचालन के लिए सममित और साथ ही MOSFETs के पूरक जोड़े जैसे p-type & n-MOSFETs को नियोजित करता है। | NMOS ट्रांजिस्टर का संचालन एक पी-टाइप ट्रांजिस्टर बॉडी के भीतर एक व्युत्क्रम परत बनाकर किया जा सकता है |
| सीएमओएस के संचालन के तरीके घटाव और व्युत्क्रम की तरह संचय हैं | NMOS के संचालन के चार तरीके हैं जो अन्य प्रकार के MOSFETs का अनुकरण करते हैं जैसे कि कट-ऑफ, ट्रायोड, संतृप्ति और वेग संतृप्ति। |
| सीएमओएस विशेषताएँ कम स्थैतिक बिजली की खपत के साथ-साथ उच्च शोर प्रतिरक्षा हैं और। | NMOS ट्रांजिस्टर विशेषताएँ हैं, जब वोल्टेज शीर्ष इलेक्ट्रोड पर बढ़ता है, तो इलेक्ट्रॉनों का आकर्षण सतह की ओर होगा। एक विशिष्ट वोल्टेज रेंज में, जिसे हम जल्द ही थ्रेसहोल्ड वोल्टेज की तरह वर्णित करेंगे, जहां बाहर की तरफ इलेक्ट्रॉन का घनत्व छेदों के घनत्व को पार कर जाएगा। |
| CMOS का उपयोग डिजिटल लॉजिक सर्किट, माइक्रोप्रोसेसर, SRAM (स्टेटिक रैम) और माइक्रोकंट्रोलर्स में किया जाता है | NMOS का उपयोग डिजिटल सर्किट के साथ-साथ लॉजिक गेट को लागू करने के लिए किया जाता है। |
| CMOS तर्क स्तर 0 / 5V है | NMOS तर्क स्तर मुख्य रूप से बीटा अनुपात के साथ-साथ खराब शोर मार्जिन पर निर्भर करता है |
| CMOS का प्रसारण समय t हैमैं= टीच | CMOS का प्रसारण समय t हैमैं> टीच |
| CMOS का लेआउट अधिक नियमित है | NMOS का लेआउट अनियमित है |
| CMOS का लोड या ड्राइव अनुपात 1: 1/2: 1 है | NMOS का लोड या ड्राइव अनुपात 4: 1 है |
| पैकिंग घनत्व कम है, एन-इनपुट के लिए 2N डिवाइस | पैकिंग घनत्व घना है, एन + 1 उपकरण एन-इनपुट के लिए |
| बिजली की आपूर्ति VDD के एक निश्चित अंश से 1.5 से 15V VIH / VIL तक बदल सकती है | बिजली की आपूर्ति VDD के आधार पर तय की गई है |
| CMOS का ट्रांसमिशन गेट दोनों लॉजिक को अच्छे से पास करेगा | केवल पास '0', अच्छी तरह से पास '1' में V होगाटीड्रॉप |
| CMOS की प्री-चार्जिंग योजना है, दोनों के लिए n & p, V से प्री-चार्ज बस के लिए सुलभ हैडीडी/ वीएसएस | बस वी से शुल्कडीडीसे V तकटीसिवाय बूटस्ट्रैपिंग के |
| बिजली अपव्यय स्टैंडबाय में शून्य है | NMOS में, जब आउटपुट ‘0 'होता है, तब पावर विघटित हो जाता है |
क्यों CMOS प्रौद्योगिकी NMOS प्रौद्योगिकी से अधिक पसंद किया जाता है
CMOS पूरक धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर के लिए है। दूसरी ओर, NMOS एक धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर MOS या MOSFET (मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर) है फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर ) का है। ये दो लॉजिक परिवार हैं, जहां CMOS डिज़ाइन के लिए PMOS और MOS ट्रांजिस्टर दोनों का उपयोग करता है और NMOS डिज़ाइन के लिए केवल FET का उपयोग करता है। CMOS को NMOS के लिए चुना जाता है एम्बेडेड सिस्टम डिजाइन । क्योंकि, CMOS तर्क O और 1 दोनों का प्रचार करता है, जबकि NMOS केवल तर्क 1 यानी VDD का प्रचार करता है। O / P एक से गुजरने के बाद, NMOS गेट VDD-Vt होगा। इसलिए, CMOS तकनीक को प्राथमिकता दी जाती है।
सीएमओएस लॉजिक गेट्स में, एन-टाइप एमओएसएफईटी का एक सेट लो-वोल्टेज पावर सप्लाई रेल और आउटपुट के बीच पुल-डाउन नेटवर्क में स्थित है। NMOS लॉजिक गेट्स के लोड रेसिस्टर के बजाय, CMOS लॉजिक गेट्स में हाई-वोल्टेज रेल और आउटपुट के बीच पुल-अप नेटवर्क में P-type MOSFETs का संग्रह होता है। इसलिए, यदि दोनों ट्रांजिस्टर में एक ही इनपुट से जुड़े उनके गेट हैं, तो पी-टाइप MOSFET चालू होगा जब n-टाइप MOSFET बंद होगा, और इसके विपरीत।
CMOS और NMOS दोनों डिजिटल प्रौद्योगिकियों में वृद्धि से प्रेरित हैं, जिनका उपयोग एकीकृत सर्किट के निर्माण के लिए किया जाता है। CMOS और NMOS दोनों का उपयोग कई में किया जाता है डिजिटल लॉजिक सर्किट और फ़ंक्शंस, स्टैटिक रैम और माइक्रोप्रोसेसर। ये एनालॉग सर्किट के लिए डेटा कन्वर्टर्स और इमेज सेंसर के रूप में उपयोग किए जाते हैं और टेलीफोन संचार के कई तरीकों के लिए ट्रांस-रिसेप्टर्स में भी उपयोग किए जाते हैं। जबकि दोनों CMOS और NMOS में एनालॉग और डिजिटल सर्किट दोनों के लिए ट्रांजिस्टर के समान कार्य होता है, लेकिन कई लोग अभी भी अपने कई फायदे के लिए बाद में CMOS प्रौद्योगिकी को चुनते हैं।
NMOS की तुलना में, CMOS तकनीक गुणवत्ता में शीर्ष पर है। विशेष रूप से, जब यह कम-स्थैतिक बिजली के उपयोग और शोर प्रतिरोध जैसी सुविधाओं की बात आती है, तो सीएमओएस तकनीक ऊर्जा का संरक्षण करती है और यह गर्मी पैदा नहीं करती है। हालांकि महंगा, बहुत से लोग इसकी जटिल संरचना के कारण CMOS प्रौद्योगिकी को पसंद करते हैं, जो कि काले बाजार के लिए CMOS द्वारा उपयोग की जाने वाली तकनीक को गढ़ना कठिन बना देता है।
CMOS तकनीक और एनएमओएस प्रौद्योगिकी के साथ-साथ इसके इनवर्टर के साथ, मतभेदों पर इस लेख में संक्षेप में चर्चा की गई है। इसलिए, CMOS तकनीक एम्बेडेड सिस्टम डिज़ाइन के लिए सबसे अच्छा है। इस तकनीक की बेहतर समझ के लिए, कृपया अपने प्रश्नों को नीचे टिप्पणी के रूप में पोस्ट करें।
