セミコンダクター (セミコンダクター) とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

作成日: 2025年08月12日更新日: 2025年08月29日

セミコンダクター (セミコンダクター) の読み方

日本語表記

半導体 (ハンドウタイ)

英語表記

semiconductor (セミコンダクター)

セミコンダクター (セミコンダクター) の意味や用語解説

セミコンダクターは、日本語では半導体と呼ばれ、特定の条件下で電気を通す性質を持つ物質、およびその物質を利用して作られた電子部品の総称である。電気を非常によく通す金属などの「導体」と、電気をほとんど通さないゴムやガラスなどの「絶縁体」との、ちょうど中間の電気的性質を持つことがその名の由来である。この中間的な性質を精密に制御できるという特徴が、現代の電子技術において極めて重要な役割を担う理由となっている。我々が日常的に使用するパソコンやスマートフォン、データセンターで稼働するサーバー、さらには自動車や家電製品に至るまで、電子制御を必要とするあらゆる機器の中核にはセミコンダクターが組み込まれている。システムエンジニアが開発するソフトウェアは、最終的にこのセミコンダクターで構成されたハードウェア上で実行される。そのため、セミコンダクターの基本的な概念を理解することは、システム全体の性能や挙動を深く把握し、より高度な設計や問題解決を行うための基礎知識となる。セミコンダクターの最も代表的な材料はシリコン（ケイ素）である。シリコンは地球の地殻に豊富に存在する元素であり、安定した品質で大量に生産できることから広く用いられている。純粋なシリコンは真性半導体と呼ばれ、絶縁体に近く、常温ではほとんど電気を通さない。しかし、この純粋なシリコンにごく微量の特定の元素を不純物として添加する「ドーピング」というプロセスを経ることで、その電気的性質を劇的に変化させることが可能となる。ドーピングによって作られるセミコンダクターは不純物半導体と呼ばれ、添加する不純物の種類によって二つのタイプに大別される。一つは、負（Negative）の電荷を持つ自由電子が余分に生じることで電気伝導の担い手となる「n型半導体」である。もう一つは、電子が一つ不足した状態である正孔（ホール）が形成される「p型半導体」である。この正孔は正（Positive）の電荷を持つ粒子のように振る舞い、周囲の電子がその穴を埋めるように移動することで、結果的に電流が流れる。セミコンダクター技術の真価は、この性質の異なるn型半導体とp型半導体を意図的に組み合わせ、接合させることで発揮される。この組み合わせによって作られる基本的な電子部品が半導体素子であり、代表例としてダイオードやトランジスタが挙げられる。ダイオードは、n型とp型を一つずつ接合した「pn接合」という構造を持ち、電流をp型からn型へという一方向にしか流さない整流作用を持つ。この性質は、交流電源を直流に変換する回路などで利用される。一方、トランジスタは、n-p-nやp-n-pといった三層構造を持ち、ゲートと呼ばれる端子に加える小さな電圧によって、二つの端子間を流れる大きな電流を制御することができる。これにより、電気信号を増幅する「増幅作用」と、電流の流れをオン・オフする「スイッチング作用」という二つの重要な機能を実現する。特にスイッチング作用は、コンピュータが情報を処理する際の基本単位である「0」と「1」のデジタル信号を物理的に作り出すための根幹技術であり、現代のデジタル社会を支える最も重要な発明の一つである。今日のセミコンダクターは、単体の素子として使われるだけでなく、数百万から数百億個ものトランジスタやダイオード、配線などを、一枚のシリコン基板（チップ）上に微細加工技術によって作り込んだ集積回路（IC）として利用されるのが主流である。チップ上に集積される素子の数が増えるにつれて、LSI（大規模集積回路）、VLSI（超大規模集積回路）と進化を遂げてきた。我々がシステム開発で意識するCPU（中央演算処理装置）やメモリ（DRAM、NANDフラッシュメモリなど）、GPU（画像処理装置）といったハードウェアコンポーネントは、すべてこの集積回路技術の結晶である。CPUは膨大な数のトランジスタを組み合わせた論理回路によって複雑な演算処理を行い、メモリはデータを「0」と「1」の状態として保持する素子を無数に並べることで大容量の記憶領域を実現している。システムエンジニアは、システムの性能要件を満たすために、CPUのコア数やクロック周波数、メモリの容量や速度といったスペックを選定するが、これらの性能指標はすべて、根底にあるセミコンダクターの設計や製造技術の進化によって決定される。したがって、セミコンダクターの基本的な仕組みを理解しておくことは、ハードウェアの性能限界や特性を考慮した効率的なシステム設計、あるいはパフォーマンス問題のボトルネックを特定する際の助けとなるのである。