单晶硅制备，需要实现从多晶到单晶的转变，即原子由液相的随机排列直接转变为有序阵列，由不对称结构转变为对称结构。这种转变不是整体效应，而是通过固液界面的移动逐渐完成的，为实现上述转化过程，多晶硅就要经过固态硅到熔融态硅，再到固态晶体硅的转变，这就是从熔融硅中生长单晶硅所要遵循的途径。目前应用最广泛的有两种，坩埚直拉法和无坩埚悬浮区熔法，这两种方法得到的单晶硅分别称为CZ硅和FZ硅。[1]
单晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。[3]
晶体性质
单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加；有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。在超纯单晶硅中掺入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成P型硅半导体；如掺入微量的ⅤA族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成N型硅半导体。[3]
半导体
能带理论
能带理论用单电子近似方法研究固体中电子能谱的理论。它是在用量子力学研究物质的电导理论的过程中发展起来的。关于固体中电子能量状态的最早的理论是金属自由电子论。[4]
实际上，晶体是由大量的原子组成，每个原子又包含原子核及许多电子，它们之间存在着相互作用，每一个电子的运动都受到原子核及其他电子的影响。要研究一个电子的运动，严格说来，必须写出这个包含大量原子核及电子的多体系统的薛定谔方程，并求出此方程的解。但是要求出其严格解是很困难的，通常采用单电子近似方法，把多体问题简化为单电子问题进行研究。这种近似方法包括两个步骤：第一步，假设晶体中的原子核固定不动，好象静止在各自的平衡位置上，把一个多体问题简化成一个多电子问题;第二步，假设每个电子是在固定的原子核的势场及其他电子的平均势场中运动，把多电子问题简化为单电子问题。用这种方法研究晶体中的电子运动，表明晶体中电子许可的能量状态，将不再是分立的能级，而是由在一定范围内准连续分布的能级组成的能带（称为允带）。两个相邻允带之间的区域称为禁带。能级被电子占满的能带称为满带。能级全空着，没有电子占据的能带称为空带。被价电子占有的允带称为价带。由一个禁带隔开的两个邻近允带之间的最小能量差称为能隙。通常用价电子占据的满带及其上面的空带讨论物质导电情况。由于外界条件的作用，价带中的电子可跃迁到上面的空带中去，价带由满带变为不满带，空带中有了电子称为导带。一种晶体的各个允许能带有一定的宽度，能量高的能带较宽，能量低的能带较窄，每一个能带里包含的能级数目等于晶体所包含的原胞数目。能带理论成功地解释了金属、半导体和绝缘体之间的差别。[4]