所有的物质都是由原子构成的，而原子又是由电子、质子和中子组成。在这一节，你将会学习到有关原子的结构(atomic structure)，电子轨道和能阶理论，价电子，离子和两种半导体材料——硅和锗。半导体材料是很重要的，因为原子内部某些电子的形态，决定该材料如何传导电流。
    在学完本节内容后，休应该能够：参与讨论原子的基本结构；定义出原子核、质子、中子和电子；说明元素的原子序数；说明电子的能阶；说明何谓价电子；说明离子化现象；说明何谓自由电子。
    原子是能够保持元素特性的最小粒子。已知的109种元素都拥有原子，而且每个元素的原子与别的元素都不相同。这使得每一种
元素都拥有唯一独特的原子结构。依照古典玻尔的模型， R02115原子拥有一种像星体运行的结构，原子中心是原子核而周围是按照轨道并按轨道运行的电子，如图1.1所示。原子核是由带正电荷的粒子（称为质子）和不带电荷的粒子（中子）所组成。带负电的基本粒子称为电子。

                      
    每一种原子都拥有一定数目的电子和质子，而且与其他元素的原子都不相同。例如，最简单的原子就是氢原子，只有一个质子和一个电子，如图1.2(a)所示。另一个例子就是氦原子，如图1.2(b)所示，原子核有两个质子和两个中子，另有两个电子围绕着该原子核运行。

                 
    1.原子序数
    所有元素在周期表上都是按照原子序数排列。原子序数( atomic number)等于原子核申质子的数目，也等于电平衡（电中性）时原子所拥有的电子数目。例如，氢的原子序数是1而氦的原子序数是2。在正常（中性）情况下，元素的所有原子都拥有相同数目的质子与电子；正电荷就会与负电荷互相抵消，于是原子就不带任何净电荷。
    2. 电子能阶层和轨道
    电子绕着与原子核某些特定距离的轨道运行。电子越接近原子核，则它所具有的能量较远离原子核的电子能量越低。我们知道在原子结构中，电子只拥有分散且特定的能量。因此，电子必须绕着几个离原子核特定距离的轨道(orbit)运行。
    每个距原子核特定的距离（轨道）就会对应一个能阶。在原子内，这些轨道会分群归纳为数个能量带，称为能阶层。原子都具有固定数目的能阶层。每个能阶层在允许的能阶上（轨道），都只能容纳一定上限数目的电子。在同一个能阶层内的能阶之间存在的能量差，远小于能阶层之间的能量差。能阶层按照1、2、3…顺序编号，能阶层1最接近原子核。能阶层也有用K、L、M--等字母编号，能阶层K最接近原子核。在图1.3中，说明这种能阶层的观念，图中显示出第一个能阶层含有一个能阶，而第二个能阶层含有两个能阶。依照不同的元素，不同形态的原子就存在着不同数目的能阶层。

                                    
    3. 价电子
    远离原子核轨道的电子具有较高的能量，比较接近屎子核的电子所受到的束缚力较大。这是由于带正电荷的原子核和带负电荷的电子之间的吸引力，随着与原子核之间距离的增加而减小。具有最高能量的电子都位于最外层的能阶层，相对地受到原子的束缚力也较少。这个最外的能量层就是所谓的价能阶层( va-lence shell)，而位于此能量层的电子称为价电子(valence electrons)。这些价电子促成化学反应和材料结构中的键结( bonding)构成，因此决定了材料的电特性。
    4.离子化
    当原子从热源或光源吸收能量后，电子的能量就会提升。价电子受到原子的束缚力较内层电子微弱，当吸收到足够的外界能量后，就很容易地跳到价能阶层中更高的能阶轨道上。
    如果价电子获得充分的能量，它就能够实际脱离最外层的能阶层和原子核的束缚。价电子的离开，会让先前属于电中性的原子变成带正电荷的状态（此时质子的数量多于电子）。失去价电子的过程就是所谓的离子化(ionization)，而形成的带正电荷的原子就称为正离子。例如，代表氢的化学符号是H。当一个中性的氢原子失去它的价电子而成为正离子时，就将它表示为H+。脱离的价电子就称为自由电子。当自由电子失去能量，并且落回到呈电中性氢原子钋层的能阶层时，此氢原子就带有负电（因为，此时电子数量多于质子），称为负离子，表示为H-。
    5. 每个能阶层所拥有的电子数
    原子的每个能阶层所能容纳最多电子的数目，是自然现象，可以按照下述的公式计算出来：
                                       Ne=2n²   (1.1)
其中，n是能阶层的编号。最内层的能阶层编号为K，再外一层编号为L，如此排列下来。最内层的能阶层能够容纳的电子数最多为
                                      Ne=2n²=2(1)²=2
    第二层的能阶层能够容纳的电子数最多为
                                    Ne=2n² =2(2)² =2(4) =8
    第三层的能阶层能够容纳的电子数最多为

                                    Ne=2n²=2(3)²=2(9)=18
    第四层的能阶层能够容纳的电子数最多为
                                    Ne=2n²=2(4)²=2(16)=32
    原子除了最外一层（价）能阶层外，所有内部的能阶层都需要填满电子。