Complementary metal oxide semi-conductor

Vue en coupe d'un transistor CMOS

La technologie CMOS, ou Complementary Metal Oxide Semiconductor, est une technologie de fabrication de composants électroniques et, par extension, l'ensemble des composants fabriqués selon cette technologie. À l'instar de la famille Transistor-Transistor logic (TTL), ces composants sont en majeure partie des portes logiques (NAND, NOR, etc.) mais peuvent être aussi utilisé comme résistance variable.

Dans ces circuits, un étage de sortie est composé d'un couple de transistors MOSFET N et P placés de manière symétrique et réalisant chacun la même fonction. Du fait de leur caractéristique de fonctionnement inversée, un transistor est passant alors que l'autre est bloquant^[1] (ils sont donc complémentaires, d'où l'appellation complementary).

Technologie de fabrication de composant logique

schéma d'un inverseur CMOS

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

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 (la masse), c'est-à-dire à l'état bas. Inversement, quand on met 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) ; la consommation électrique est donc 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 élevée, plus ce circuit consomme d'énergie. De la même manière, à une fréquence donnée, plus un circuit intégré CMOS comporte de transistors, plus il consomme d'énergie.

porte CMOS NAND

On réalise de la même manière toutes les portes : ET avec deux P en parallèle et deux N en série suivis d'un inverseur, OU avec deux P en série et deux N en parallèle suivis d'un inverseur, etc.

Circuit spécialisé

Par extension, le terme CMOS est aussi employé pour désigner un circuit spécialisé présent dans les micro-ordinateurs. Ce dernier contient une petite mémoire ainsi qu'une horloge maintenues en fonctionnement permanent grâce à une pile ou à 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 10 µA), elle permet de longues durées d'interruption de l'alimentation principale. La mémoire contient quelques dizaines d'octets, utilisés pour stocker des informations décrivant la configuration de l'ordinateur (détail des disques durs…), des données nécessaires au fonctionnement de son BIOS et au système d'exploitation, ainsi que l'heure et la date. Ce composant est une cible intéressante pour les virus car il reste allumé même lorsque l'alimentation est coupée.

Historique

En 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^[2]. Aujourd'hui, le transistor MOS constitue, grâce à sa simplicité de fabrication et à ses dimensions réduites, l'élément fondamental des circuits intégrés numériques.

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

• Circuit intégré numérique
• Capteur photographique
• Transistor à effet de champ à grille métal-oxyde
• Fonction logique
• Table de Karnaugh
• Électronique numérique
• Additionneur
• Multiplexeur
• Transistor-Transistor logic (TTL)

Liens externes

• Technologie des fonctions logiques TTL et CMOS
• Circuits intégrés logiques CMOS

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