一，原子：原子由原子核和绕核运动的电子组成。

电子云：质子和质子通过交换介子传递强相互作用遗漏的力而使得质子中子紧密的组合在一起成为原子核，由于原子核有大量的质子，因此带正电的质子吸引着核外电子绕着原子核运动，形成的轨迹称之为电子云。

电子云的细分：

1，能层：原子核外的电子围绕着原子核运动，离原子核越近的能量越低，离原子核越远的能量越高，这些电子由近到远构成了一层一层围绕原子核运动的结构组成了能层，能层由近到远分为K,L,M,N,O,P，能层越高，所容纳的电子数越多，每一层容纳的电子数为2乘以层数的平方。

2，能级：每一能层根据电子能量的由低到高进一步可以细分为不同能级。可以由s，p，d，f，g代表不同能级。也就是说每一能层的电子也处在相同能层的不同能级，能量大小也不相等。每一层所能容纳最大电子数也是根据距离原子核从近到远递增的。

那么不同能层的能级是如何划分的呢？原理如下，离原子核越近的能层，所能容纳的能级越少。

能层越高的电子就一定能量越高么?答案不是的，能量高低可以用上图的斜角线来表示。但是总体来说能层越高的电子，所持有的能量越高。

原子的几种状态

1，基态:是指在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动的这种定态。基态的概念是基于能层原理、能级概念、能量最低原理而来的。

2，激发态：当原子从外界获得能量（如灼热、放电、辐射能等），它的电子可以跃迁到离核较远的电子层上，此时的电子所处的状态称为“激发态”。导致激发态大概有两种方式，第一种是吸收光子，第二种是另外一个电子将其撞飞。但是出于激发态的电子会马上释放出光子回到基态，这种释放光子的过程就是我们常见的可见光，由于可以从高能层返回一层释放一个光子，也可以返回两层释放2个光子，不同的光子产生不同的颜色，也就是我们看到的五颜六色。

注意:在电场的作用下，当原子处于激发态，原子内的电子并没有从高能级跃迁到低能级，反而在电场的作用下，最外层的激发态的电子有足够的能量逃离原子核，形成了自由电子的时候，称之为电离，此时形成了一个带正电的离子，离子的状态是稳定的因此不是激发态，相同原理也可以形负离子。这正是电子在半导体内的流通的原理。这也是二极管的基本原理为后续的数字电路铺垫物理基础。

这些电子形成的电流能做什么？

1，声音：通过电子的流动形成的电流的大小经过模拟信号或者数字信号处理可变成我们听到的声音。

2，图像：这些电子在跃迁到高能层然后又回到基态（返回到低能层）的时候会释放出光子，根据氢原子光谱释就可以构成我们看到的五颜六色的界面。我们看到的可见光基本都是这样产生的。

3，晶体管的底层原理，PN结的导通和截止对应电流的流动和阻塞分别代表整个计算机体系的最底层的1和0，并且衍生出所有的数字运算，以及数字电路系统。

二、能带是怎样形成的

以上我们仅仅讨论了在一个孤立原子中的电子状态。在通常情况下，物质都是由大量原子组成的。在半导体中，大量的原子按一定的规律和周期排列成晶体。由于原子与原子靠得非常近，所以价电子不仅受原来所属的原子核的影响还要受到相邻原子的原子核的影响。这样，价电子就不再属于个别原子所“私有”，即仅围绕某个原子核运动，而成了整个晶体所“共有”它能在整个晶体中运动。价电子的这种运动称为共有化运动。这里就提出了一个问题：当价电子在整个晶体中运动时，它所具有的能量是否和围绕一个原子核运动时所具有的能量一样呢？或者说，它们的能级有没有变化呢？实际上，它们的能级是有变化的。这些共有化”的价电子不像围绕一个原子核运动时那样只能有一个固定的能量，即有一个固定的能级，而是具有若干个分布在一定范围内的能级。这些能级相互之间靠得非常近，基本上连成一片。我们把这些连成一片的能级叫做能带。除了价电子会产生共有化运动外，内层电子也会产生共有化运动。

三、价带、满带、禁带和导带

外层电子所对应的能带比较宽越靠近原子核的内层电子所对应的能带越窄。这是因为外层电子的共有化运动比较强，电子在晶体中共有化运动的速度比较快；内层电子的共有化运动比较弱，运动速度也较慢。因此，能带的宽度主要由晶体的性质来决定，与晶体中原子的多少无关。在能带与能带之间的区域我们称它为禁带，那是因为在这个能量范围内不允许电子存在。在晶体中，电子只能存在于能带的能级上。

如果把一盆水倒在坑洼不平的地上，水总是先流向凹洼处同样，电子在填充能带时也是先占据能量最小的能级，也就是最下面的能级。因此，在正常情况下，内层电子所对应的能带都被电子填满了，而最外层价电子所对应的能带有的已被电子填满，有的则还没有被电子所填满。还有的能带根本没有电子，而是空的。这些不同情况的能带具有不同的特性。为了以示区别，我们分别给它们不同的名称：价电子能级所对应的能带称为价带；凡是被电子填满的能带称为满带；没有被电子填满的能带（包括没有电子占据的空带）称为导带。

半导体和绝缘体中的价带都是填满电子的满带。电子在满带中是不能导电的，只有在导带中的电子才能导电。下面来讲讲为什么电子在满带中不能导电，而在导带中能导电的问题。我们知道，电流是电子在电场的作用下沿着某一方向移动的结果。我们可以想象能带中有许多“位置”，每个“位置”只能容纳一个电子，由于在满带中所有的“位置都被电子占满了，电子不能在电场作用下从一个“位置”跑到另一个“位置”，就象在满座的剧场里你不可能去占坐别人的座位一样，所以满带中的电子是不自由的，即不能导电。但在导带中有许多空的“位置”电子在电场的作用下就能改变能量，从一个位置”跑到另一个“位置”。大量电子的这种运动，从宏观上来看，表现为电子作定向运动，因而就形成了电流。所以说只有导带中的电子才能导电