今天,95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺。自CMOS技术首次提出到现在,已经有四十多个年头了,CMOS技术对今日集成电路的发展发挥着如此重大的作用,但是当年首次提出CMOS技术的Frank M. Wanlass.和C.T.Sah,却随着时间的流逝,而渐渐被人遗忘。
虽然, CMOS技术是由Frank M. Wanlass和C.T.Sah共同提出的,但是对其贡献最大的还属Wanlass。
Wanlass曾获得美国盐湖城犹他大学的博士学位,毕业后于1962年加入了仙童半导体公司,他被安排在由C. T. Sah领导的固态物理组,当时Wanlass对FET场效应晶体管非常感兴趣,这也是缘于他在读博士期间曾在RCA工作的缘故。
当时,Wanlass的研究工作是仙童142号项目“平面控制设备”(Surface Controlled Devices)的一部分。在不到六个月的时间里,Wanlass就设计了许多分立的N-MOS和P-MOS设备,以及用P-MOS设备制成的简单的MOS集成电路。但是所有的N-MOS都无法正常工作,只有少量的P-MOS能够工作。Wanlass发明额度设备的主要问题和RCA的设备的问题是一样的,即:不稳定性,同时还需依赖铝合金流程上的阀电压和夹止电压。
在1963年的固态电路大会上,Wanlass提交了一份与Sah合著的关于CMOS的构想报告,同时还用了一些实验数据对CMOS技术进行了大概的解释,同时,关于CMOS的主要特征也基本确定:“静态电源功率密度低;工作电源功率密度高,能够形成高密度的场效应真空三极管逻辑电路。”简而言之,CMOS的最大特征就是低功耗。
在1963年的6月18日,Wanlass为CMOS申请了专利,但是几天之后,他就离开了仙童,因为仙童宣布在他还没有确切的实验数据之前,公司没有计划采用新技术,所以他没有机会去完成这一项目。
Wanlass当初提出CMOS,只是指一种技术、一种工艺,而不是具体的某一种产品,这一制造工艺的最大特点就是低功耗,利用CMOS工艺可以制造出多种产品。
1966年,美国RCA公司研制出CMOS集成电路,并研制出第一块门阵列(50门);1974年,RCA公司推出第一个CMOS微处理器1802;1981年, 64kb CMOS SRAM问世,之后,人们利用CMOS工艺制造出越来越多的产品。
所谓CMOS,就是指互补金属氧化物,由PMOS管和NMOS管共同构成,它的最大特点是低功耗。由于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间要么PMOS导通、要么NMOS导通、要么都截止,比线性的三极管(BJT)效率要高得多,因此功耗很低。除了功耗低,CMOS还具有速度快、抗干扰能力强、集成密度高、封装成本逐渐降低等优点。
基于CMOS的这些优点。被广泛运用于各个领域,除了计算机领域,现在CMOS制造工艺也被应用于制作数码影像器材的感光元件,尤其是片幅规格较大的单反数码相机。
根据摩尔定律,每18个月集成电路芯片上所集成的电路的数目就会翻一番,相应的功耗也会翻一番,因此功耗现在已经成为集成电路发展的一大障碍,而CMOS的最大特点就是低功耗,因此CMOS技术的提出与发展,解决了集成电路发展的这一障碍,推动集成电路不断向前发展。