Оли и Олин объяснили сильные стороны CMOS, но позвольте мне сделать шаг назад.
TL: DR: дополнительная логика допускает колебание выходного напряжения от шины к шине, а транзисторы MOSFET являются очень масштабируемой технологией (миллиарды транзисторов могут быть получены на небольшой поверхности) с некоторыми очень полезными свойствами (по сравнению с BJT).
Почему CMOS?
Потребность в дополнительных воротах обусловлена тем фактом, что простейшая концепция ворот основана на идее подтягивания и опускания; это означает, что есть устройство (транзистор или набор транзисторов), которое повышает выходной сигнал (до «1»), и другое устройство, которое понижает его (до «0»).
ВG S> VT> 0,7 В
Так дополняют («C» в CMOS), потому что вы используете два устройства, которые ведут себя противоположным образом и, таким образом, дополняют друг друга. Затем логика инвертируется, потому что nMOS (который понижается) требует высокого входного напряжения ('1') для включения, а pMOS требует низкого напряжения ('0').
Но почему MOS хорош?
И некоторые дополнительные сведения: как сказал Олин, главная причина распространения технологии MOSFET заключается в том, что это плоское устройство, что означает, что его можно изготовить на поверхности полупроводника.
Это потому, что, как вы можете видеть на рисунке, построение MOSFET (это n-канал, p-канал в той же подложке требует дополнительной легированной области, называемой n-ямой) в основном состоит в легировании двух n + областей и сдача ворот и контактов (очень очень упрощенно).
BJT-транзисторы сегодня также изготавливаются по технологии, подобной MOS, что означает «травление» на поверхности, но в основном они состоят из трех слоев полупроводника, по-разному легированных, поэтому они в первую очередь предназначены для дискретных технологий. Фактически, способ, которым они теперь построены, создает эти три слоя на разных глубинах в кремнии, и (просто чтобы дать представление), в недавней технологии они занимают площадь в квадрате порядка микрометра или около того, в то время как МОП-транзисторы могут быть встроенная технология <20 нм (регулярно обновляйте это значение), с общей площадью, которая может быть порядка менее 100 нм². (картинка справа)
Таким образом, вы можете видеть, что, в дополнение к другим свойствам, MOSFET-транзистор намного лучше подходит (в современной технологии) для достижения интеграции очень большого масштаба, или VLSI.
В любом случае, биполярные транзисторы по-прежнему широко используются в аналоговой электронике из-за их лучших свойств линейности. Кроме того, BJT быстрее, чем полевой МОП-транзистор, построенный по той же технологии (подразумевается как размеры транзистора).
CMOS против MOS
Обратите внимание, что CMOS не эквивалентен MOS: поскольку C предназначен для «дополняющего», это особая (даже если широко используемая) конфигурация для затворов MOS, в то время как высокоскоростные схемы часто используют динамическую логику, которая направлена на снижение входной емкости ворота. Фактически, попытка довести технологию до предела, наличие двух входных емкостей (как у CMOS) на входе является причиной потери производительности. Можно сказать, что достаточно увеличить ток, подаваемый на предыдущем этапе, но, например, для 2-кратной скорости зарядки требуется 2-кратный зарядный ток, что означает 2-кратную проводимость, которая достигается при 2-кратной ширине канала, и, что удивительно, удваивает входная емкость.
Другие топологии, такие как логика пассивного транзистора, могут упростить структуру определенных затворов и иногда достичь более высокой скорости.
Об интерфейсах
При изменении темы, когда речь идет о микроконтроллерах и интерфейсах, важно помнить, что высокий входной импеданс вентилей CMOS делает очень важным, чтобы контакты ввода / вывода никогда не оставались плавающими (если они имеют защиту, это обеспечивается внутри), так как их Ворота могут подвергаться внешнему шуму и принимать непредсказуемые значения (с возможной фиксацией и повреждением). Заявление о том, что устройство имеет характеристики CMOS, также должно сообщить вам об этом.