單晶硅作為一種比較活潑的非金屬元素晶體，是晶體材料的重要組成部分，處于新材料發(fā)展的前沿。單晶硅材料制造要經(jīng)過如下過程：石英砂-冶金級硅-提純和精煉-沉積多晶硅錠-單晶硅-硅片切割。其主要用途是用作半導體材料和利用太陽能光伏發(fā)電、供熱等。
單晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在凝固時硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結合起來便結晶成單晶硅。
單晶硅具有準金屬的物理性質(zhì)，有較弱的導電性，其電導率隨溫度的升高而增加；有顯著的半導電性。超純的單晶硅是本征半導體。在超純單晶硅中摻入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其導電的程度，而形成P型硅半導體；如摻入微量的ⅤA族元素，如磷或砷也可提高導電程度，形成N型硅半導體。
半導體
能帶理論
能帶理論用單電子近似方法研究固體中電子能譜的理論。它是在用量子力學研究物質(zhì)的電導理論的過程中發(fā)展起來的。關于固體中電子能量狀態(tài)的最早的理論是金屬自由電子論。
實際上，晶體是由大量的原子組成，每個原子又包含原子核及許多電子，它們之間存在著相互作用，每一個電子的運動都受到原子核及其他電子的影響。要研究一個電子的運動，嚴格說來，必須寫出這個包含大量原子核及電子的多體系統(tǒng)的薛定諤方程，并求出此方程的解。但是要求出其嚴格解是很困難的，通常采用單電子近似方法，把多體問題簡化為單電子問題進行研究。這種近似方法包括兩個步驟：第一步，假設晶體中的原子核固定不動，好象靜止在各自的平衡位置上，把一個多體問題簡化成一個多電子問題;第二步，假設每個電子是在固定的原子核的勢場及其他電子的平均勢場中運動，把多電子問題簡化為單電子問題。用這種方法研究晶體中的電子運動，表明晶體中電子許可的能量狀態(tài)，將不再是分立的能級，而是由在一定范圍內(nèi)準連續(xù)分布的能級組成的能帶（稱為允帶）。兩個相鄰允帶之間的區(qū)域稱為禁帶。能級被電子占滿的能帶稱為滿帶。能級全空著，沒有電子占據(jù)的能帶稱為空帶。被價電子占有的允帶稱為價帶。由一個禁帶隔開的兩個鄰近允帶之間的最小能量差稱為能隙。通常用價電子占據(jù)的滿帶及其上面的空帶討論物質(zhì)導電情況。由于外界條件的作用，價帶中的電子可躍遷到上面的空帶中去，價帶由滿帶變?yōu)椴粷M帶，空帶中有了電子稱為導帶。一種晶體的各個允許能帶有一定的寬度，能量高的能帶較寬，能量低的能帶較窄，每一個能帶里包含的能級數(shù)目等于晶體所包含的原胞數(shù)目。能帶理論成功地解釋了金屬、半導體和絕緣體之間的差別。
本征半導體和雜質(zhì)半導體
沒有摻雜雜質(zhì)的半導體稱為本征半導體，其中電子和空穴的濃度是相等的。而為了控制半導體的性質(zhì)需要人為的在半導體中或多或少的摻入某種特定雜質(zhì)的半導體，稱為雜質(zhì)半導體。當雜質(zhì)為施主型雜質(zhì)（起施放電子作用）稱為
N型半導體，當雜質(zhì)為受主型雜質(zhì)（接受電子而產(chǎn)生空穴）稱為
P型半導體。
