原子组合

任何有重量的东西都是物质。根据原子理论，所有物质，无论是固体、液体还是气体，都是由原子组成的。原子包含一个称为原子核的中心部分，其中包含中子和质子。通常，质子是带正电的粒子，中子是带中性的粒子。电子是带负电的粒子，它们排列在原子核周围的轨道上，类似于行星围绕太阳的排列。下图显示了原子的组成。

不同元素的原子被发现具有不同数量的质子、中子和电子。为了区分一个原子与另一个原子或对各种原子进行分类，会为每种已识别元素的原子分配一个数字，该数字表示给定原子核中的质子数。这个数字称为元素的原子序数。下表列出了与半导体研究相关的一些元素的原子序数。

通常，原子具有相同数量的质子和行星电子，以保持其净电荷为零。原子经常通过其可用的价电子结合形成稳定的分子或化合物。

自由价电子的结合过程通常称为键合。以下是原子组合中发生的不同类型的键合。

现在让我们详细讨论这些原子键合。

离子键合

当原子结合在一起形成分子时，每个原子都在寻求稳定性。当价带包含 8 个电子时，这被称为稳定状态。当一个原子的价电子与另一个原子的价电子结合而变得稳定时，这被称为离子键合。

在离子键合中，供体和受体原子经常结合在一起，并且这种结合变得稳定。普通盐是离子键合的常见例子。

下图说明了独立原子和离子键合的一个例子。

从上图可以看出，钠原子（Na）将其 1 个价电子捐献给具有 7 个价电子的氯原子（Cl）。氯原子在获得额外电子后立即失去负平衡，这导致该原子变成负离子。另一方面，钠原子失去其价电子，然后钠原子变成正离子。众所周知，与电荷吸引不同，钠原子和氯原子通过静电力结合在一起。

当相邻原子的价电子与其他原子共享时，就会发生共价键。在共价键中，不会形成离子。这是共价键和离子键的独特差异。

当一个原子的外壳层包含四个价电子时，它可以与四个相邻的原子共享一个电子。两个连接电子之间建立了共价力。这些电子在原子之间交替移动轨道。这种共价力将各个原子结合在一起。下图显示了共价键的图示。

在这种排列中，只显示每个原子的原子核和价电子。由于各个原子结合在一起，产生了电子对。在这种情况下，需要五个原子来完成键合作用。键合过程向各个方向扩展。现在，每个原子都以晶格网络的形式连接在一起，并由该晶格网络形成晶体结构。

第三种键合通常发生在良好的电导体中，称为金属键合。在金属键合中，正离子和电子之间存在静电力。例如，铜的价带在其外壳中有一个电子。该电子倾向于在不同原子之间的材料中漫游。

当这个电子离开一个原子时，它会立即进入另一个原子的轨道。该过程不断重复。当电子离开原子时，原子就变成正离子。这是一个随机过程。这意味着一个电子总是与一个原子相连。这并不意味着电子与一个特定的轨道相关联。它总是在不同的轨道上漫游。因此，所有原子都可能共享所有价电子。

电子在覆盖正离子的云中徘徊。这团悬停的云将电子随机地与离子结合。下图显示了铜的金属键合示例。