早期時(shí)候的工藝僅僅支持NMOS來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯功能。如今采用NMOS+PMOS，是因?yàn)镸OS管的占據(jù)面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電阻的面積，并且具有更高的放大倍數(shù)。
1.
例如下面這個(gè)比較典型的非門(mén)電路：
當(dāng)輸入高電平時(shí)，流過(guò)導(dǎo)通NMOS管的電流會(huì)很大，這時(shí)就需要串入電阻，即Rd進(jìn)行限流，不過(guò)此時(shí)消耗的功率已經(jīng)很大了。
對(duì)于那些需要絕對(duì)低的漏電流以及一些低功耗電源的應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)際是使用MOSFET來(lái)實(shí)現(xiàn)基本邏輯門(mén)會(huì)更好。
因此上述電路，我們選擇用一個(gè)PMOS管來(lái)替代電阻，就構(gòu)成了一個(gè)互補(bǔ)MOS非門(mén)，即CMOS反相器。
當(dāng)輸入高電平時(shí)，下管的NMOS導(dǎo)通，導(dǎo)通電阻為mΩ級(jí)別，上管PMOS截止，等效mΩ級(jí)別，非門(mén)輸出為低電平，輸出電壓Vout≈0，而通過(guò)兩端的電流接近于0，電路的功耗大大降低。
當(dāng)輸入低電平時(shí)，下管NMOS截止，上管PMOS導(dǎo)通，非門(mén)輸出為高電平，輸出電壓Vout≈VDD，消耗電流取決于out的接收端。CMOS反向器接近于一個(gè)理想的邏輯單元，其輸出電壓接近0或者VDD。
2.
反相器在處理高頻信號(hào)時(shí)一般有幾個(gè)重要的指標(biāo)，如果反相器在實(shí)現(xiàn)過(guò)渡時(shí)不夠迅速，那么就會(huì)導(dǎo)致在處理高頻信號(hào)時(shí)出現(xiàn)失真。
靜態(tài)電流;電流會(huì)直接決定功耗，在單用NMOS/PMOS時(shí)，其中一個(gè)邏輯態(tài)電流一直是通的，而CMOS只有在過(guò)渡時(shí)會(huì)有短暫的大電流，在穩(wěn)態(tài)時(shí)沒(méi)有 顯著電流；
VTC性能：即放大倍速、閾值電壓，抗噪音能力、過(guò)渡區(qū)域坡度等等；
元件大小：在集成電路中，電阻相比之下會(huì)更占據(jù)空間，因此在考慮各方面性能時(shí)，CMOS反相器會(huì)是不二之選。
總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)只用一個(gè)MOS管時(shí)，就需要上拉電阻，但這樣會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)較大，靜態(tài)功耗也大。而當(dāng)把NMOS和PMOS放在一個(gè)基板成對(duì)，用CMOS規(guī)定PMOS上拉，NMOS下拉，反相器靜態(tài)工作時(shí)總能輸出高質(zhì)量的高低電平，且不依賴(lài)于上拉/下拉電阻，并且獲得了很低的靜態(tài)功耗。
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