CMOS工艺技术的概念、发展历程、优点以及应用场景介绍

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor， 互补金属氧化物半导体）工艺技术是当今集成电路制造的主流技术，99% 的 IC 芯片，包括大多数数字、模拟和混合信号IC，都是使用 CMOS 技术制造的。

什么是P型半导体与N型半导体？

P型半导体是将三价元素（如硼或镓）掺杂到硅中产生的。三价原子的外层有3个电子，与相邻的硅原子共享时，会形成一个空穴，当其他电子填补这个空穴时，空穴就会移动到新的位置，并形成电流。

N型半导体是将五价元素（如磷、砷）掺杂到硅中产生的。五价原子的外层有5个电子，其中4个与相邻的硅原子共享，形成共价键，而第5个电子由于与核的结合力较弱，容易变为自由电子，自由电子移动则形成电流。

CMOS的发展历程？

先由PMOS发展到NMOS，又发展为CMOS，目前CMOS技术渐渐不能胜任需求，又发展出BiCOMS、BCD 和HV-CMOS 等多个变种工艺技术。

在PMOS晶体管中，源极（Source）和漏极（Drain）是由p型半导体制成，衬底（Substrate）是n型半导体。当在栅极（Gate）和源极之间施加负电压时，空穴被吸引到栅极下方形成导电通道，使电流能够通过。

NMOS（N型金属氧化物半导体）NMOS 晶体管采用相反的方法。源极和漏极采用n型半导体，衬底采用p型半导体。当栅极相对于源极呈正电压时，会在N型硅基底和氧化层之间形成负电荷载流子导电的“沟道”，实现电流的导通。

CMOS技术是将NMOS和PMOS晶体管集成在同一个IC上的技术。在CMOS电路中，NMOS和PMOS晶体管是互相补充的关系，即当一个导通时，另一个关闭。

CMOS的优点

1，功耗极低：在没有信号变化时，一个CMOS逻辑门中要么是NMOS导通要么是PMOS导通。因此，静态功耗很低，只有在信号切换时才有显著功耗。较低的功耗意味着与单独基于 PMOS 或 NMOS 的 IC 相比，基于CMOS 技术的 IC 产生的热量更少。

2，高抗噪性

3，集成度更高：随着工艺技术的发展，晶体管的尺寸不断缩小。在同样的芯片面积内集成更多的晶体管，从而提高了集成度。且CMOS技术支持模拟和数字电路的集成，这使得在单一芯片上实现复杂的系统级功能，例如系统级芯片（SoC）就是将处理器、内存、mems等多种功能集成在单一芯片上的技术。

CMOS的应用场景

CMOS技术用于构建集成电路（IC）芯片，包括微处理器、微控制器、存储芯片和其他数字逻辑电路。CMOS 技术还用于模拟电路，例如图像传感器、数据转换器、射频电路( RF CMOS ) 等。

审核编辑：刘清