Miss zahra
متخصص بخش تکنولوژی
فــناوري اكـسيد فــلز نيمه هادي مكـمل يا( CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor یك فناوري بـرجـسته در صنـعـت جهاني مـدارهاي مـجـتـمع ( IC ) است و به عـنـوان مـحـصولاتـي با اتـلاف تـــوان كم و چگالي زياد و وسيله سوييچ كـنندگي نسبتا ايـده آل شناخـته شـده است.
اين ويژگيها سبب شـده كه اين مـدارهـا داراي محاســن مـتمايزي نسبت به ديگـر فـناوري ها هـمـچون nMOS و GaAs ( گا ليم آرسنايد ) باشند. ا فـزون بر ايــن با اضا فه كردن ترانزيـسـتـورهاي دو قــطبي (Bipolar) مي توا نيــم مـدارها را به سوي فــرآيـنـد BiCMOS سوق دهيم. فناوري CMOS نخستين بار توسط ليلنـفـيـلد (J. Lilienfeld) در اوايـل سال 1925 به كار گـرفـته شـد كه بعدها با نام MOS اثرميدان( Field effect ) شناخته شد. سپس نسخه بهبود يافته اي– شـبيه به فـنا وري CMOS موجود – در سال 1935 توسـط اسكار هيل Oscar Heil)) پيشنهاد شد. به سبب كمبـود مــواد خـام در طي جنگ جهاني اول، پيشرفت صنعت CMOS تا تـوجه دوبـاره به آن در سال 1965 ، به حـالـت تــعـلـيق در آمد. حتي از آن پس ، عـمومي شدن CMOS چندان مـورد تـوجه قـرار نگـرفـت. تـا اينكه درسال 1970 تــنها دو اختراع به كمك فـناوري CMOS تـوسط ويـمر( Weimer ) و ونـتس ( (Wantes بـراي كاربــــردهاي تـجاري مورد استفاده قـرار گـرفـت. پـيـش از ايـن ، پـيـاده سازي ها ي ممكن به شكـل فـناوري تـرانـزيستـوري با لايه نـازك ( thin-film ) بودند ، درحالي كه فناوري اخير بر پايه مفهوم CMOS استوار بود.
در 15 سال گذشته ، پيشرفتهاي سريعي در حوزه ميكروالكترونيك پديد آمده است . تـعداد ترانـزيستورهاي مدار ريز تراشه اي به اندازه ، از 10 به بيش از چند صد ميليون رسيده و بدين ترتيب تـوان تراشه رقابـتي را با تصور بشر آغاركـرده است. هرتـراشه متشكل از چندين لايه گـوناگـون است كه هـر يك طي فرآيند خاصي روي لايه هاي ديگر و روي يك ويفر سيلسكوني تشكيل مي شود . اين ويفرها تـقـريبا0.5 ميلي متر ضخامت دارند و كاملا مسطح وصيقلي اند . تـعـداد تراشه هاي پـردازش شده در هر ويـفـر، هـم به اندازه ويفر و هم به پيچيدگي مدار بـستگي دارد و در مـواردي بالغ بر 500 تراشه در ويـفـر مي گـردد . ويـفـرها در دسـته هاي 50 تا 300 تايي در يــك زمان پـردازش مي شوند لـيكـن ممكن است چنديـن هـفته براي تكميل هر دسته ، بسته به پيچيدگي و ريزه كاري هاي طراحي ، به طول انجامد . گام مشخص بعدي ، اعمال فناوري CMOS به مدارهاي آنالوگ و ديجيتال بود. هزينه كم ساخت و قـرار دادن توام مدارهاي آنالوگ و ديجيتال در هر تراشه ، هزينه هاي بسته بندي فـناوري CMOS را كاهـش داده است . سيليكون يك ماده نيمه هادي 4 ظرفيتي است كه با مقادير انـدكي ناخالصي از ديگـر عـناصر 5 يا 3 ظرفيتي در فرآيندي به نام آلايش ( Doping ) تغليظ مي شود. به طور مثال ، بـور يك ناخالصي از نوع مثبت p و يا فـسفر يك ناخالصي از نوع منفي n مي باشند.
در تعدادي ديگر از دوربين هاي ديجيتال از تكنولوژي CMOS استفاده مي شود.تكنولوژي مورد استفاده در ساخت CMOS همان تكنولوژي است كه در سراسر جهان براي ساخت ميليونها ريزپردازنده مورد استفاده قرار مي گيرد.تراشه ي مذكور در هر پيكسل شامل ترانزيستورهايي است كه بارالكتريكي راتقويت مي كند وبه طور مجزا به پردازنده ارسال مي كنند.
تكنولوژي CCDنيز دردوربين ها وجوددارد.ايده ي اصلي CCDاين است كه با برخورد نور به آن از خود اثرفوتو الكتريك نشان مي دهد.بار اكتريكي كه توسط ماتريس بزرگي از خازن ها جمع آوري مي شود به يك تقويت كننده بار الكتريكي ارسال مي شود .تقويت كننده ،بار مورد نظر را به ولتاژ تبديل مي كند.با تكراراين عمل كل تصوير براي مرحله بعدي پردازش ساخته مي شود.
CCD هاي امروزي آن قدر تكامل يافته اند كه مي توانند تصوير كامل و بدون نويزي را ارائه كنند. معمولاً چيپ CCD به طور مجزا استفاده شده و در كنار آن از چيپ ديگري براي پردازش تصوير و تفكيك رنگها استفاده ميشود.
دوربين هاي CMOS از نقطه نظر دريافت و تبديل تصوير كاملا شبيه مبدل هاي CCD هستند ولي پس از تبديل كاملا متفاوت از آنها هستند، در چيپ هاي CMOS شارژ هر كدام از پيكسل هاي تصوير مستقيما به تقويت كننده هايي كه از نوع ترانزيستور هاي CMOS هستند، داده مي شود
به همين دليل دوربين هاي CCD داراي چندين چيپ مجزا در كنار هم خواهند بود. علاوه بر آن چيپ CCD نياز به پالس ساعت دقيقي دارد و اين مدار نيز به صورت چيپ مجزا ساخته مي شود. استفاده از چيپ هاي مجزا امكان تداخل نويز و كاهش كيفيت را به همراه خواهد داشت. ضمن آنكه حجم دوربين هاي بزرگ و مصرف توان بيشتر خواهد شد. به علت اختلاف در ولتاژ تغذيه چيپ هاي جديد به نام CMOS ساخته شدند اين چيپ ها ساده، كوچك و ارزان تر هستند ولي تمام مزاياي چيپ CCD را دارا هستند در چيپ هاي CMOS تمام مدارات الكترونيكي فقط در داخل يك چيپ قرار مي گيرند.
در اينجا كليه مدارات الكترونيكي مثل مبدل هاي آنالوگ به ديجيتال و مولد پالس ساعت در كنار مبدل تصوير به صورت يك چيپ كامل ساخته مي شوند. دوربين هاي CMOS از نقطه نظر دريافت و تبديل تصوير كاملا شبيه مبدل هاي CCD هستند ولي پس از تبديل كاملا متفاوت از آنها هستند، در چيپ هاي CMOS شارژ هر كدام از پيكسل هاي تصوير مستقيما به تقويت كننده هايي كه از نوع ترانزيستور هاي CMOS هستند، داده مي شود. در برخي از چيپ ها، تقويت كننده ها درست در زير پيكسل ها قرار گرفته اند، به همين دليل به آنها پيكسلهاي فعال (active pixel) گفته مي شود. يكي از مشكلات چيپهاي CMOS هماهنگي و تنظيم اطلاعات خروجي از تقويت كننده ها است كه باعث نويز پذيري و اختلال در تصوير مي شود.
از آنجاييكه سطح سنسوري كه نور و تصوير را دريافت مي كند كوچكتر از دوربين هاي CCD است، حساسيت آنها كمتر از دوربين هاي CCD ولي حجم و قيمت آنها باعث كاربرد روز افزون آنها شده است.
اگر چه هنوز سنسور هاي CCD در صنعت فيلمبرداري و پردازش تصوير رايج بوده و حرف اول را مي زنند ولي تكنولوژي CMOS به خاطر مزايي كه دارند مي توانند به عنوان يك جايگزين خوب و برتر مطرح شوند.
از جمله مزاياي CMOS موارد زير را مي توان عنوان كرد :
*نسبت سيگنال به نويز در دوربين هاي CMOS به مراتب بالاتر و در نتيجه كيفيت تصوير بهتر است.
*سرعت پاسخ دهي پيكسل هاي CMOS به مراتب بالاتر از CCD است
*اجزا و قطعات دوربين CMOS ساده و كوچكتر از CCD در نتيجه ارزان تر از آنها نيز مي باشد.
رقابت اصلي در دهه گذشته براي نو سازي سنسور هاي تصوير CMOS به عنوان يك رقيب تكنولوژي CCD به طور كلي بر اساس دلايل مختلفي بود :
*كنترل فرايند در توليد CMOS به مراحلي رسيد كه خيلي زود مي توانست از نظر كيفي با CCDها رقابت كند.
*از جمع شدن و كنار هم قرار گرفتن در يك قطعه ي نازك سيليكوني سنسور تصوير توليد مي شود و قابليت ساخت دوربين و سيستم را روي تراشه(chip ) دارد.
*كاهش توان مصرفي
*كاهش سايز سيستم تصويري كه منجر به كاهش توان و يكپارچگي مي شود.
*ساخت چيپ هاي CMOS نسبت به CCD ارزانتر در مي آيد.
منبع:تبیان
اين ويژگيها سبب شـده كه اين مـدارهـا داراي محاســن مـتمايزي نسبت به ديگـر فـناوري ها هـمـچون nMOS و GaAs ( گا ليم آرسنايد ) باشند. ا فـزون بر ايــن با اضا فه كردن ترانزيـسـتـورهاي دو قــطبي (Bipolar) مي توا نيــم مـدارها را به سوي فــرآيـنـد BiCMOS سوق دهيم. فناوري CMOS نخستين بار توسط ليلنـفـيـلد (J. Lilienfeld) در اوايـل سال 1925 به كار گـرفـته شـد كه بعدها با نام MOS اثرميدان( Field effect ) شناخته شد. سپس نسخه بهبود يافته اي– شـبيه به فـنا وري CMOS موجود – در سال 1935 توسـط اسكار هيل Oscar Heil)) پيشنهاد شد. به سبب كمبـود مــواد خـام در طي جنگ جهاني اول، پيشرفت صنعت CMOS تا تـوجه دوبـاره به آن در سال 1965 ، به حـالـت تــعـلـيق در آمد. حتي از آن پس ، عـمومي شدن CMOS چندان مـورد تـوجه قـرار نگـرفـت. تـا اينكه درسال 1970 تــنها دو اختراع به كمك فـناوري CMOS تـوسط ويـمر( Weimer ) و ونـتس ( (Wantes بـراي كاربــــردهاي تـجاري مورد استفاده قـرار گـرفـت. پـيـش از ايـن ، پـيـاده سازي ها ي ممكن به شكـل فـناوري تـرانـزيستـوري با لايه نـازك ( thin-film ) بودند ، درحالي كه فناوري اخير بر پايه مفهوم CMOS استوار بود.
در تعدادي ديگر از دوربين هاي ديجيتال از تكنولوژي CMOS استفاده مي شود.تكنولوژي مورد استفاده در ساخت CMOS همان تكنولوژي است كه در سراسر جهان براي ساخت ميليونها ريزپردازنده مورد استفاده قرار مي گيرد.تراشه ي مذكور در هر پيكسل شامل ترانزيستورهايي است كه بارالكتريكي راتقويت مي كند وبه طور مجزا به پردازنده ارسال مي كنند.
تكنولوژي CCDنيز دردوربين ها وجوددارد.ايده ي اصلي CCDاين است كه با برخورد نور به آن از خود اثرفوتو الكتريك نشان مي دهد.بار اكتريكي كه توسط ماتريس بزرگي از خازن ها جمع آوري مي شود به يك تقويت كننده بار الكتريكي ارسال مي شود .تقويت كننده ،بار مورد نظر را به ولتاژ تبديل مي كند.با تكراراين عمل كل تصوير براي مرحله بعدي پردازش ساخته مي شود.
CCD هاي امروزي آن قدر تكامل يافته اند كه مي توانند تصوير كامل و بدون نويزي را ارائه كنند. معمولاً چيپ CCD به طور مجزا استفاده شده و در كنار آن از چيپ ديگري براي پردازش تصوير و تفكيك رنگها استفاده ميشود.
دوربين هاي CMOS از نقطه نظر دريافت و تبديل تصوير كاملا شبيه مبدل هاي CCD هستند ولي پس از تبديل كاملا متفاوت از آنها هستند، در چيپ هاي CMOS شارژ هر كدام از پيكسل هاي تصوير مستقيما به تقويت كننده هايي كه از نوع ترانزيستور هاي CMOS هستند، داده مي شود
به همين دليل دوربين هاي CCD داراي چندين چيپ مجزا در كنار هم خواهند بود. علاوه بر آن چيپ CCD نياز به پالس ساعت دقيقي دارد و اين مدار نيز به صورت چيپ مجزا ساخته مي شود. استفاده از چيپ هاي مجزا امكان تداخل نويز و كاهش كيفيت را به همراه خواهد داشت. ضمن آنكه حجم دوربين هاي بزرگ و مصرف توان بيشتر خواهد شد. به علت اختلاف در ولتاژ تغذيه چيپ هاي جديد به نام CMOS ساخته شدند اين چيپ ها ساده، كوچك و ارزان تر هستند ولي تمام مزاياي چيپ CCD را دارا هستند در چيپ هاي CMOS تمام مدارات الكترونيكي فقط در داخل يك چيپ قرار مي گيرند.
در اينجا كليه مدارات الكترونيكي مثل مبدل هاي آنالوگ به ديجيتال و مولد پالس ساعت در كنار مبدل تصوير به صورت يك چيپ كامل ساخته مي شوند. دوربين هاي CMOS از نقطه نظر دريافت و تبديل تصوير كاملا شبيه مبدل هاي CCD هستند ولي پس از تبديل كاملا متفاوت از آنها هستند، در چيپ هاي CMOS شارژ هر كدام از پيكسل هاي تصوير مستقيما به تقويت كننده هايي كه از نوع ترانزيستور هاي CMOS هستند، داده مي شود. در برخي از چيپ ها، تقويت كننده ها درست در زير پيكسل ها قرار گرفته اند، به همين دليل به آنها پيكسلهاي فعال (active pixel) گفته مي شود. يكي از مشكلات چيپهاي CMOS هماهنگي و تنظيم اطلاعات خروجي از تقويت كننده ها است كه باعث نويز پذيري و اختلال در تصوير مي شود.
اگر چه هنوز سنسور هاي CCD در صنعت فيلمبرداري و پردازش تصوير رايج بوده و حرف اول را مي زنند ولي تكنولوژي CMOS به خاطر مزايي كه دارند مي توانند به عنوان يك جايگزين خوب و برتر مطرح شوند.
از جمله مزاياي CMOS موارد زير را مي توان عنوان كرد :
*نسبت سيگنال به نويز در دوربين هاي CMOS به مراتب بالاتر و در نتيجه كيفيت تصوير بهتر است.
*سرعت پاسخ دهي پيكسل هاي CMOS به مراتب بالاتر از CCD است
*اجزا و قطعات دوربين CMOS ساده و كوچكتر از CCD در نتيجه ارزان تر از آنها نيز مي باشد.
رقابت اصلي در دهه گذشته براي نو سازي سنسور هاي تصوير CMOS به عنوان يك رقيب تكنولوژي CCD به طور كلي بر اساس دلايل مختلفي بود :
*كنترل فرايند در توليد CMOS به مراحلي رسيد كه خيلي زود مي توانست از نظر كيفي با CCDها رقابت كند.
*از جمع شدن و كنار هم قرار گرفتن در يك قطعه ي نازك سيليكوني سنسور تصوير توليد مي شود و قابليت ساخت دوربين و سيستم را روي تراشه(chip ) دارد.
*كاهش توان مصرفي
*كاهش سايز سيستم تصويري كه منجر به كاهش توان و يكپارچگي مي شود.
*ساخت چيپ هاي CMOS نسبت به CCD ارزانتر در مي آيد.
منبع:تبیان