Apa itu complementary metal-oxide semiconductor (CMOS)?
Complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) adalah teknologi semikonduktor yang digunakan dalam sebagian besar sirkuit terintegrasi (IC) saat ini, yang juga dikenal sebagai chip atau mikrochip. Transistor CMOS didasarkan pada teknologi metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET). MOSFET berfungsi sebagai sakelar atau penguat yang mengontrol jumlah listrik yang mengalir antara terminal sumber dan drain berdasarkan jumlah tegangan yang diterapkan.
MOSFET menggunakan bahan semikonduktor untuk menghantarkan listrik dalam kondisi tertentu tetapi tidak dalam kondisi lainnya. Semikonduktor berada di antara konduktor dan isolator dalam hal konduktivitas. Biasanya terdiri dari silikon dan campuran ketidakmurnian yang menciptakan keseimbangan konduktivitas yang tepat. Silikon dalam bentuk murninya tidak bersifat konduktif.
Proses penambahan ketidakmurnian ke dalam bahan seperti silikon disebut doping. Doping semikonduktor dapat diterapkan dalam berbagai derajat untuk mengontrol konduktivitas. Namun, faktor lain seperti jenis ketidakmurnian yang digunakan juga dapat mempengaruhi konduktivitas.
Dalam MOSFET, ketidakmurnian yang digunakan untuk bahan semikonduktor bergantung pada jenis semikonduktor. Semikonduktor MOSFET dikategorikan menjadi dua jenis: p-type dan n-type. Boron, galium, dan indium sering digunakan untuk semikonduktor p-type. Fosfor, arsenik, dan bismut sering digunakan untuk semikonduktor n-type.
Semikonduktor p-type, yang bermuatan positif, membawa arus dalam bentuk kekurangan elektron yang disebut hole. Hole memiliki muatan positif yang setara dan berlawanan dengan muatan elektron. Elektron mengalir dalam arah yang berlawanan dengan hole. Semikonduktor n-type bermuatan negatif. Dalam hal ini, semikonduktor membawa arus dalam bentuk elektron bermuatan negatif.
Mengapa CMOS bersifat komplementer?
Ada dua jenis utama MOSFET: p-channel MOS (PMOS) dan n-channel MOS (NMOS). Baik PMOS maupun NMOS menggunakan semikonduktor p-type dan n-type. Dalam transistor PMOS, sumber dan drain menggunakan semikonduktor p-type, sementara substrat menggunakan semikonduktor n-type. Transistor NMOS mengambil pendekatan sebaliknya: sumber dan drain menggunakan semikonduktor n-type, sementara substrat menggunakan semikonduktor p-type.
Sebelum diperkenalkannya CMOS, PMOS dan NMOS banyak digunakan dalam perangkat elektronik. NMOS akhirnya menjadi pendekatan yang lebih disukai dalam sirkuit terintegrasi karena lebih cepat dan lebih murah untuk diproduksi, meskipun memiliki keterbatasan, seperti konsumsi daya statis.
CMOS mengatasi masalah yang ada dalam PMOS dan NMOS dengan menggabungkan kedua jenis ini dalam satu IC yang mengandung pasangan PMOS-NMOS simetris (komplementer). Ketika digunakan bersama, kedua jenis transistor ini memberikan fleksibilitas yang lebih besar dalam desain sirkuit, sambil mengurangi kompleksitas dan kerentanan terhadap gangguan elektronik.
Keuntungan lain dari pasangan PMOS-NMOS komplementer adalah bahwa mereka membutuhkan lebih sedikit daya. Hal ini karena arus hanya diterapkan secara singkat saat beralih antara kondisi hidup dan mati. Faktanya, IC berbasis CMOS hampir tidak menggunakan daya selama kondisi statis. Secara tidak langsung, konsumsi daya yang lebih rendah juga berarti bahwa IC berbasis CMOS menghasilkan lebih sedikit panas, dibandingkan dengan IC yang hanya berbasis PMOS atau NMOS.
Karena konsumsi daya dan generasi panas merupakan dua perhatian utama dalam desain IC, logika CMOS kini banyak digunakan dalam mikroprosesor, mikrokontroler, SRAM, sensor gambar, dan IC lainnya. Penggunaannya diperkirakan akan terus mendominasi industri.
Simak juga: CMOS sensor, floating gate transistor, charge-coupled device dan BIOS password.