• 自然状態において珪素は珪酸（酸化珪素、SiO₂）という形で存在しています。

• 主な構成成分（％）

  	SiO2	Al2O3	Mgo	Cao	Na2O	K2O	Fe2O3
  ガラス	73.75	1.43	3.81	7.35	12.62	0.86
  花崗岩	76.45	13.75	0 0.26	0 0.52	2.34	0 4.06	0.49
  粘土	45.21	17.45	0.36	0.08	0.34	1.62	2.44
  藁灰	82.38	5.76	0.99	2.83	0.92	2.65	0.12

シリコンの原子番号は１４で、つまり電子を１４個持っています。
原子核の廻りを回る電子の軌道はいくつかに分かれていて、内側からＫ殻、Ｌ殻、Ｍ殻・・・と呼ばれています。そして、それぞれの軌道に入れる電子の数は決まっていて、Ｋ殻は２個、Ｌ殻は８個、Ｍ殻は１８個となっています。
更にＬ殻は２軌道、Ｍ殻は３軌道と細かい軌道に分かれていて、内側からｓ軌道、ｐ軌道、ｄ軌道と呼ばれ、それぞれに入れる電子の数はｓ軌道２個、ｐ軌道６個、ｄ軌道１０個となっています。
さて、シリコンの場合はどうなっているかと言うと、電子は内側の軌道から埋まっていきますので、Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個と入ってこれで１０個。
残りの４個がＭ殻に入るわけですが、そのうちの２個がｓ軌道に入って、余った２個がｐ軌道に入ります。
Ｍ殻ｓ軌道まではすべて満席となりましたが、Ｍ殻ｐ軌道にはまだ空席が残っている状態です。

• ダイオードが電流を流す様に電流を流すのを順方向、流さないのを逆方向と言います。
• ダイオードの２本の足は、ｐ形より出ているものをアノード（Ａ）、ｎ形より出ているものをカソード（Ｋ）と言います。

トランジスタ
トランジスタはｐ形をｎ形でサンドイッチしたｎｐｎ形とその逆のｐｎｐ形があリ、真中の部分に電流を流す事でトランジスタ全体に電流が流れるというスイッチの役割をします。
トランジスタでは中央の部分をベース（Ｂ）、それぞれの端の部分をエミッタ（Ｅ）、コレクタ（Ｃ）と言います。
トランジスタに電流が流れる仕組みをｎｐｎ形で考えてみます。
エミッタに電池の−、コレクタに＋をつなぐと、電池の−から流れてきた電子はエミッタ→ベースでは、ダイオードの電流が流れる理由と同じで、順方向になるので流れることが出来ます。
しかし、ベース→コレクタでは逆方向になってしまって、電子は流れて行きません。
例えて言うならエミッタ、ベースに電子がいっぱいになってしまって身動きが取れず、ベース、コレクタ間の坂道が登れない様な状態です。
そこでベースに逃げ道を作ってやり、エミッタ→ベースでどんどん電子が流れる様にしてやります。
すると勢いづいた多くの電子が極薄で作られているベースを突き抜けてコレクタへと流れトランジスタ全体に電流が流れるのです。
つまり、ベースから逃げ道を作った事で隙間が出来て電子が動き回れる様になり、勢いづいて坂を登れる様になった、という感じです。

• ｎｐｎ形とｐｎｐ形では電流を流す方向が逆になります。
  
  ｐｎｐ形の場合はホールの移動で考えると動作原理がわかりやすくなります。
  

• ベースに流す電流はコレクタ、エミッタ間の電流の1/100ぐらいの極弱いもので大丈夫なので、トランジスタ全体の容量を大きくすれば弱い電流で強い電流のスイッチオンオフが出来ます。
  例えば�@にスイッチを取り付け、�Aにモーターを付ければ、�@の弱い電圧部分で安全に�Aの高電圧モーターのオンオフができます。
• コレクタ、エミッタ間に流れる電流量はベース電流量に比例します。
  この性質を利用して音声の増幅などにも使われます。

サイリスタ
サイリスタはｐ形とｎ形２個づつを順に並べたもので、ダイオードと同じように整流作用とトランジスタの様なスイッチ作用を持っています。
サイリスタも３本の足を持っていてアノード（Ａ）、カソード（Ｋ）、ゲート（Ｇ）と呼ばれています。
サイリスタはゲートに電流を流す事によって順方向、アノードからカソードへと電流が流れます。しかし、一度電流が流れ始める（ターンオンする）とゲート電流を切っても電流を止める（ターンオフする）ことはできません。
サイリスタが電流を流す仕組みは、
まずアノード側に電池の＋をつなぎます。するとｐ１からｎ１へ、ｐ２からｎ２へは順方向なのでそのままで電流が流れます。よってｎ１からｐ１への逆方向となる部分に電気が流れれば良いわけです。
そこで、ｐ１・ｎ１・ｐ２で作られるｐｎｐトランジスタと、ｎ１・ｐ２・ｎ２で作られるｎｐｎトランジスタの２つに分けて考えます。
するとｎ１までは電流が流れているのですから、下のｎｐｎトランジスタに電気が流れればサイリスタ全体に電流が流れることになります。 このｎｐｎトランジスタに電流を流すにはベースとなるゲートに電流を流せば良い、という訳です。
では、ターンオンしているサイリスタのゲート電流を切るとどうなるでしょう。
サイリスタ全体に電流が流れているという事は、上のｐｎｐトランジスタにも電流が流れていますのでｐ２にも電流が来ているという事で、つまり自力で下のｎｐｎトランジスタのベース電流を流しているということになります。
よって、サイリスタは一度ターンオンするとゲート電流を切ってもターンオフできないのです。
なお、アノード側に−をつなぐと今まで順方向だったｐ１ｎ１とｐ２ｎ２が逆方向になりｎ１ｐ２だけが順方向になるのでゲート電流を流してもサイリスタに電流は流れません。

ＧＴＯサイリスタ
一度ターンオンしたサイリスタをターンオフする為には、サイリスタに流れる電流をターンオンが維持できうる以下に小さくするか、逆方向に電圧をかけてやらなければなりません。
しかし、その為には複雑で大掛かりな回路が必要となって大変です。
そこで、ゲートの電流でターンオン、ターンオフの操作を可能にした物がゲートターンオフサイリスタ(Gate Turn Off Thyristor )です。
その構造は普通のサイリスタとほぼ変わりませんが、カソード側のＮ形半導体がゲートより送り込まれるＯＦＦの為のホールに引き寄せられら易い様にいくつもの細かい島状に別れていて１枚の電極でそれらが結ばれている、という点が違っています。
ＯＮする時やＯＮ状態を保つ性質は同じですが、ＯＦＦする時にはゲートにＯＮの時とは逆の電流を流してやります。
ただし、ＯＦＦの為に流す電流はサイリスタ全体に流れる主電流の１／３〜１／５と大きな物の上、制御回路が複雑になるという欠点がありました。
その為、インバータ制御の初期の頃には高電圧高電流に耐えられるトランジスタが無かったのでＧＴＯサイリスタが盛んに使われていましたが、より高周波かつ大容量のＩＧＢＴが開発されてからは次第に使われなくなりました。

ＭＯＳＦＥＴ

電子素子にはＭＯＳＦＥＴ［電解効果トランジスタ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）］と呼ばれているものがあります。
トランジスタには電子とホールの２つがキャリアとして働くものと、どちらか1つが働くものがあり、前者をバイポーラ形、後者をユニポーラ形と呼びます。
ＭＯＳＦＥＴはユニポーラ形です。
構造は図の通りでソース（Ｓ）、ゲート（Ｇ）、ドレイン（Ｄ）の３つの端子がありますが、ゲートは直接半導体素子につながっているのではなく、酸化膜（酸化珪素、SiO₂）の上につけられた金属電極につながっています。
この様に上から金属電極（Metal）、酸化膜（Oxide）、半導体（Semiconductor）という構造になっている為ＭＯＳとなります。
ＭＯＳＦＥＴに電気を通すにはゲートに電池の＋をつなぎます。
すると酸化膜の下のＰ形の部分ではホールが反発して下がり、自由電子が集まってきてＮ形の性質を持つ部分が形成されます。この様な現象を電解効果（Field Effect）といい、それによるトランジスタ（Transistor）なのでＭＯＳＦＥＴなのです。
新たに出来たＮ形部分はＮチャンネルと呼ばれ、その厚みはゲートに加えられた電圧に比例します。そしてソースとドレインがＮ形チャンネルで結ばれて１つのＮ形となり、通電するのです。
よって、ＭＯＳＦＥＴに流れる電流の大きさはゲートに加えられる電圧によって変わります。

ＩＧＢＴ
トランジスタのバイポーラ形には、ベース電流で作動するものと、ゲート電圧で作動するものがあります。
前者のベース電流駆動型はいわゆる普通のトランジスタです。そしてゲート電圧駆動型なのがＩＧＢＴです。
ＩＧＢＴの構造はＭＯＳＦＥＴのドレイン部分にｐ形半導体が追加された形となり、それにより半導体のｐｎ結合を持った通電に方向性有るゲート電圧で作動するトランジスタとなりました。接続されている電極の名称はエミッタ、コレクタです。
ゲートがＭＯＳＦＥＴと同じく酸化膜で絶縁されているので、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Inerted Gate Bipolar Transister）と呼ばれます。
ｐ形半導体の追加によりキャリアのやり取り量が増え、ＭＯＳＦＥＴよりも低い電圧で制御でき、また、ＯＮ、ＯＦＦの切り換えもＧＴＯサイリスタの様に制御電流の逆転を必要とせず、ゲート電圧のＯＮ、ＯＦＦだけなのでより高速で行える様になり、より高周波の交流を作れる様になりました。
よって、作られる電流波形がより多くのパルスで構成され、ＧＴＯサイリスタを使った初期の電車の様な独特の発振音は無くなりました。
現在、鉄道車両制御における主流はＩＧＢＴです。