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以純鍺晶體爲例說明半導體的神奇屬性。每個鍺原子的最外層有4個電子，而在晶體內整齊排列的原子中，4個電子的每一個都與鄰近原子所含的4個電子中的某一個成對地結合在一起，當外圍電子爲8個的時候，根據泡利不相容原理計算出來的電子能級，以及實際世界中惰性元素的實證，所有的電子都是很穩定地聯結成對的。由於這種排列方式與鑽石的排列方式相似，所以鍺、硅和其他類似這種結構的物質統稱爲“金剛結構”。
如果在這種體系完整的金剛結構內摻入一點砷原子，情況會變得複雜。砷的最外層有5個電子，其中4個電子將與其原子核整個取代鍺原子的位置，與鄰近的鍺原子依照前述排列方式緊挨在一起，電子也成對結合，但第五個電子因沒有配對而自由流動。
這時，如果往此晶體上加一個電壓，這個自由電子將向正極移動。但它無法像金屬導體中的自由電子那樣快速地移動，它們的導電性只是比硫磺、玻璃等絕緣體要好。所以這種加入了微量雜質的金剛結構叫“半導體”。
光是這樣的屬性還不足以使半導體奇特，當我們不是向鍺晶體加砷而加硼的話，由於硼原子的最外層只有3個電子，它們分別與3個鄰近鍺原子所屬的電子配對，但餘下1個鍺電子怎麼辦呢？它只好與“空穴”配對。
如果向摻硼的晶體加一個電壓，鄰近的電子受正電極的吸引向前遞補，而在原來的位置留下一個空穴，於是下一個電子又來遞補。表面上看來雖是電子向正電極方向移動，但究其本質，我們也可以說是空穴向負極移動。也就是“空穴”成了電流的載體。
摻砷的鍺具有1個遊離電子，可稱爲負型，而摻硼的鍺有一個遊離的空穴，如同帶正電，可稱爲正型。兩者結合起來討論，當我們把一個鍺晶體的一半做成負型，另一半做成正型就形成了一個全新的整流器。因爲負型接至負極時它的電子會被推向正極，同時正極的正型空穴會被推向負極，於是晶體中有電流流通。
把正負極對調的結果卻是兩種晶體的電荷不協同，電流無法通過，電路中斷。
半導體整流器不需要抽真空，因此體積可以做得很小；不易破裂或漏電，在常溫工作只需要很小的電流，你想想剛纔老是提到“一個電子怎麼怎麼着”。它更不需要像真空管那樣有一定的預熱時間。在技術上它是絕對秒殺掉真空管的存在。
對於致力於科技霸權的唐寧來說，半導體還有一個好處，它的原理複雜，成品微小，幾乎不可能在電子學、晶體學發展到非常成熟之前被破解。唐寧不僅要用半導體來代替真空管，更是決定將產品當成絕對機密。工廠將設在“與世隔絕”的加州三藩市附近的聖克拉拉谷，紅杉資本則會投資一個叫“仙童工廠”的廠子，整個機構連“半導體”三個字都不會出現，所有的原材料只以數字代號表示，絕大部分的工程師都不知道這工廠是幹麼的。計算機科學家與生產的工程分開，芯片的設計在倫敦，而生產則在設計師們所不知的聖克拉拉谷。
