半導体

半導体とは、電気の通しやすさが金属などの「導体」と、電気をほとんど通さない「絶縁体」の中間にある物質のことだよ。
シリコンの結晶にごく微量の不純物を混ぜ込んで電気を通しやすくしたうえで、電気を運ぶ担い手がマイナスの電子になる「n型」と、プラスの性質を持つ「正孔」が担い手になる「p型」という2種類の土台をつくり分けているんだ。

ざっくり言うと、この半導体からつくった「トランジスタ」という部品が超小型のスイッチの役割を果たしているよ。
コンピューターで主に使われる「MOSFET」というトランジスタは、n型とp型を組み合わせた構造にゲートという電極を設け、電圧を切り替えることで電気を流すか止めるかを精密に制御できる仕組みなんだ。
このトランジスタを1枚のチップの上に何十億個も組み合わせることで複雑な計算処理ができ、電荷をためておく構造と組み合わせればデータの保存もできるようになるんだ。

パソコンやスマホの頭脳となるCPUは、無数のトランジスタをスイッチとして使って命令を処理しているんだ。
作業中に使うメモリは、トランジスタをスイッチ代わりにしてコンデンサに電荷をため、その有無で情報を保持しているよ。ただし電荷は自然に抜けてしまうため「リフレッシュ」を繰り返しており、電源を切ると中身は消えてしまうんだ。
一方、SSDなどで使われるフラッシュメモリは、内部に電子を閉じ込める構造になっていて、電源を切ってもデータが消えずに残る仕組みだよ。
また、画像センサーは光を受けると電気に変わる性質を利用して景色を電気信号に変換しているよ。

こうして半導体は、身近な家電製品や自動車から大型機械まで幅広い電子機器の中核を支えているんだ。