آشنایی با تكنولوژی CMOS

خلاصه مطلب : فــناوری اکـسید فــلز نیمه هادی مکـمل یا CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor ) یک فناوری بـرجـسته در صنـعـت جهانی مـدارهای مـجـتـمع ( IC ) است و به عـنـوان مـحـصولاتـی با اتـلاف تـــوان کم و چگالی زیاد و وسیله سوییچ کـنندگی نسبتا ایـده آل شناخـته شـده است.
تاریخ ثبت: شنبه 23 آذر سال 1392
بازدید ها : 2621
آشنایی با تكنولوژی CMOS

 این ویژگیها سبب شـده که این مـدارهـا دارای محاســن مـتمایزی نسبت به دیگـر فـناوری ها هـمـچون nMOS و GaAs ( گا لیم آرسناید ) باشند. ا فـزون بر ایــن با اضا فه کردن ترانزیـسـتـورهای دو قــطبی (Bipolar) می توا نیــم مـدارها را به سوی فــرآیـنـد BiCMOS سوق دهیم. فناوری CMOS نخستین بار توسط لیلنـفـیـلد (J. Lilienfeld) در اوایـل سال 1925 به کار گـرفـته شـد که بعدها با نام MOS اثرمیدان( Field effect ) شناخته شد. سپس نسخه بهبود یافته ای– شـبیه به فـنا وری CMOS موجود – در سال 1935 توسـط اسکار هیل Oscar Heil)) پیشنهاد شد. به سبب کمبـود مــواد خـام در طی جنگ جهانی اول، پیشرفت صنعت CMOS تا تـوجه دوبـاره به آن در سال 1965 ، به حـالـت تــعـلـیق در آمد. حتی از آن پس ، عـمومی شدن CMOS چندان مـورد تـوجه قـرار نگـرفـت. تـا اینکه درسال 1970 تــنها دو اختراع به کمک فـناوری CMOS تـوسط ویـمر( Weimer ) و ونـتس ( (Wantes بـرای کاربــــردهای تـجاری مورد استفاده قـرار گـرفـت. پـیـش از ایـن ، پـیـاده سازی ها ی ممکن به شکـل فـناوری تـرانـزیستـوری با لایه نـازک ( thin-film ) بودند ، درحالی که فناوری اخیر بر پایه مفهوم CMOS استوار بود.


در 15 سال گذشته ، پیشرفتهای سریعی در حوزه میکروالکترونیک پدید آمده است . تـعداد ترانـزیستورهای مدار ریز تراشه ای به اندازه ، از 10 به بیش از چند صد میلیون رسیده و بدین ترتیب تـوان تراشه رقابـتی را با تصور بشر آغارکـرده است. هرتـراشه متشکل از چندین لایه گـوناگـون است که هـر یک طی فرآیند خاصی روی لایه های دیگر و روی یک ویفر سیلسکونی تشکیل می شود . این ویفرها تـقـریبا0.5 میلی متر ضخامت دارند و کاملا مسطح وصیقلی اند . تـعـداد تراشه های پـردازش شده در هر ویـفـر، هـم به اندازه ویفر و هم به پیچیدگی مدار بـستگی دارد و در مـواردی بالغ بر 500 تراشه در ویـفـر می گـردد . ویـفـرها در دسـته های 50 تا 300 تایی در یــک زمان پـردازش می شوند لـیکـن ممکن است چندیـن هـفته برای تکمیل هر دسته ، بسته به پیچیدگی و ریزه کاری های طراحی ، به طول انجامد . گام مشخص بعدی ، اعمال فناوری CMOS به مدارهای آنالوگ و دیجیتال بود. هزینه کم ساخت و قـرار دادن توام مدارهای آنالوگ و دیجیتال در هر تراشه ، هزینه های بسته بندی فـناوری CMOS را کاهـش داده است . سیلیکون یک ماده نیمه هادی 4 ظرفیتی است که با مقادیر انـدکی ناخالصی از دیگـر عـناصر 5 یا 3 ظرفیتی در فرآیندی به نام آلایش ( Doping ) تغلیظ می شود. به طور مثال ، بـور یک ناخالصی از نوع مثبت p و یا فـسفر یک ناخالصی از نوع منفی n می باشند.


در تعدادی دیگر از دوربین های دیجیتال از تکنولوژی CMOS استفاده می شود.تکنولوژی مورد استفاده در ساخت CMOS همان تکنولوژی است که در سراسر جهان برای ساخت میلیونها ریزپردازنده مورد استفاده قرار می گیرد.تراشه ی مذکور در هر پیکسل شامل ترانزیستورهایی است که بارالکتریکی راتقویت می کند وبه طور مجزا به پردازنده ارسال می کنند.

تکنولوژی CCDنیز دردوربین ها وجوددارد.ایده ی اصلی CCDاین است که با برخورد نور به آن از خود اثرفوتو الکتریک نشان می دهد.بار اکتریکی که توسط ماتریس بزرگی از خازن ها جمع آوری می شود به یک تقویت کننده بار الکتریکی ارسال می شود .تقویت کننده ،بار مورد نظر را به ولتاژ تبدیل می کند.با تکراراین عمل کل تصویر برای مرحله بعدی پردازش ساخته می شود.

CCD های امروزی آن قدر تکامل یافته اند که می توانند تصویر کامل و بدون نویزی را ارائه کنند. معمولاً چیپ CCD به طور مجزا استفاده شده و در کنار آن از چیپ دیگری برای پردازش تصویر و تفکیک رنگها استفاده میشود.

دوربین های CMOS از نقطه نظر دریافت و تبدیل تصویر کاملا شبیه مبدل های CCD هستند ولی پس از تبدیل کاملا متفاوت از آنها هستند، در چیپ های CMOS شارژ هر کدام از پیکسل های تصویر مستقیما به تقویت کننده هایی که از نوع ترانزیستور های CMOS هستند، داده می شود

به همین دلیل دوربین های CCD دارای چندین چیپ مجزا در کنار هم خواهند بود. علاوه بر آن چیپ CCD نیاز به پالس ساعت دقیقی دارد و این مدار نیز به صورت چیپ مجزا ساخته می شود. استفاده از چیپ های مجزا امکان تداخل نویز و کاهش کیفیت را به همراه خواهد داشت. ضمن آنکه حجم دوربین های بزرگ و مصرف توان بیشتر خواهد شد. به علت اختلاف در ولتاژ تغذیه چیپ های جدید به نام CMOS ساخته شدند این چیپ ها ساده، کوچک و ارزان تر هستند ولی تمام مزایای چیپ CCD را دارا هستند در چیپ های CMOS تمام مدارات الکترونیکی فقط در داخل یک چیپ قرار می گیرند.

در اینجا کلیه مدارات الکترونیکی مثل مبدل های آنالوگ به دیجیتال و مولد پالس ساعت در کنار مبدل تصویر به صورت یک چیپ کامل ساخته می شوند. دوربین های CMOS از نقطه نظر دریافت و تبدیل تصویر کاملا شبیه مبدل های CCD هستند ولی پس از تبدیل کاملا متفاوت از آنها هستند، در چیپ های CMOS شارژ هر کدام از پیکسل های تصویر مستقیما به تقویت کننده هایی که از نوع ترانزیستور های CMOS هستند، داده می شود. در برخی از چیپ ها، تقویت کننده ها درست در زیر پیکسل ها قرار گرفته اند، به همین دلیل به آنها پیکسلهای فعال (active pixel) گفته می شود. یکی از مشکلات چیپهای CMOS هماهنگی و تنظیم اطلاعات خروجی از تقویت کننده ها است که باعث نویز پذیری و اختلال در تصویر می شود.


از آنجاییکه سطح سنسوری که نور و تصویر را دریافت می کند کوچکتر از دوربین های CCD است، حساسیت آنها کمتر از دوربین های CCD ولی حجم و قیمت آنها باعث کاربرد روز افزون آنها شده است.

اگر چه هنوز سنسور های CCD در صنعت فیلمبرداری و پردازش تصویر رایج بوده و حرف اول را می زنند ولی تکنولوژی CMOS به خاطر مزایی که دارند می توانند به عنوان یک جایگزین خوب و برتر مطرح شوند.

 از جمله مزایای CMOS موارد زیر را می توان عنوان کرد :

*نسبت سیگنال به نویز در دوربین های CMOS به مراتب بالاتر و در نتیجه کیفیت تصویر بهتر است.

*سرعت پاسخ دهی پیکسل های CMOS به مراتب بالاتر از CCD است

*اجزا و قطعات دوربین CMOS ساده و کوچکتر از CCD در نتیجه ارزان تر از آنها نیز می باشد.

 

رقابت اصلی در دهه گذشته برای نو سازی سنسور های تصویر CMOS به عنوان یک رقیب تکنولوژی CCD به طور کلی بر اساس دلایل مختلفی بود :

*کنترل فرایند در تولید CMOS به مراحلی رسید که خیلی زود می توانست از نظر کیفی با CCDها رقابت کند.

*از جمع شدن و کنار هم قرار گرفتن در یک قطعه ی نازک سیلیکونی سنسور تصویر تولید می شود و قابلیت ساخت دوربین و سیستم را روی تراشه(chip ) دارد.

*کاهش توان مصرفی

*کاهش سایز سیستم تصویری که منجر به کاهش توان و یکپارچگی می شود.

*ساخت چیپ های CMOS نسبت به CCD ارزانتر در می آید.

منبع: barsa-cmos-elecdl-mhdtanha -didegostaran

پر بازدید ترین ها