硅有晶態(tài)和無(wú)定形兩種同素異形體。晶態(tài)硅又分為單晶硅和多晶硅，它們均具有金剛石晶格，晶體硬而脆，具有金屬光澤，能導(dǎo)電，但導(dǎo)電率不及金屬，且隨溫度升高而增加，具有半導(dǎo)體性質(zhì)。

單晶硅在日常生活中是電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中不可缺少的基本材料。電視、電腦、冰箱、電話、手表、汽車，處處都離不開單晶硅材料，單晶硅作為科技應(yīng)用普及材料之一，已經(jīng)滲透到人們生活中的各個(gè)角落。

單晶硅在火星上是火星探測(cè)器中太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換器的制成材料?；鹦翘綔y(cè)器在火星上的能量全部來(lái)自太陽(yáng)光，探測(cè)器白天休息---利用太陽(yáng)能電池板把光能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)起來(lái)，晚上則進(jìn)行科學(xué)研究活動(dòng)。也就是說(shuō)，只要有了單晶硅，在太陽(yáng)光照到的地方，就有了能量來(lái)源。

單晶硅在太空中是航天飛機(jī)、宇宙飛船、人造衛(wèi)星必不可少的原材料。人類在征服宇宙的征途上，所取得的每一步進(jìn)步，都有著單晶硅的身影。航天器材大部分的零部件都要以單晶硅為基礎(chǔ)。離開單晶硅，衛(wèi)星會(huì)沒有能源，沒有單晶硅，航天飛機(jī)和宇航員不會(huì)和地球取得聯(lián)系，單晶硅作為人類科技進(jìn)步的基石，為人類征服太空作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

單晶硅在太陽(yáng)能電池中得到廣泛的應(yīng)用。高純的單晶硅是重要的半導(dǎo)體材料，在光伏技術(shù)和微小型半導(dǎo)體逆變器技術(shù)飛速發(fā)展的今天，利用硅單晶所生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池可以直接把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為光能，實(shí)現(xiàn)了邁向綠色能源革命的開始。單晶硅太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)：1.光電轉(zhuǎn)換效率高，可靠性高； 2.先進(jìn)的擴(kuò)散技術(shù)，保證片內(nèi)各處轉(zhuǎn)換效率的均勻性； 3.運(yùn)用先進(jìn)的PECVD成膜技術(shù)，在電池表面鍍上深藍(lán)色的氮化硅減反射膜，顏色均勻美觀； 4.應(yīng)用高品質(zhì)的金屬漿料制作背場(chǎng)和電極，確保良好的導(dǎo)電性。

單晶硅廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和良好的發(fā)展前景北京2008年奧運(yùn)會(huì)將把“綠色奧運(yùn)”做為重要展示面向全世界展現(xiàn)，單晶硅的利用在其中將是非常重要的一環(huán)。現(xiàn)在，國(guó)外的太陽(yáng)能光伏電站已經(jīng)到了理論成熟階段，正在向?qū)嶋H應(yīng)用階段過(guò)渡，太陽(yáng)能硅單晶的利用將是普及到全世界范圍，市場(chǎng)需求量不言而喻。

單晶硅圓片按其直徑分為6英寸、8英寸、12英寸（300毫米）及18英寸（450毫米）等。直徑越大的圓片，所能刻制的集成電路越多，芯片的成本也就越低。但大尺寸晶片對(duì)材料和技術(shù)的要求也越高。單晶硅按晶體伸長(zhǎng)方法的不同，分為直拉法（CZ）、區(qū)熔法（FZ）和外延法。直拉法、區(qū)熔法伸長(zhǎng)單晶硅棒材，外延法伸長(zhǎng)單晶硅薄膜。直拉法伸長(zhǎng)的單晶硅主要用于半導(dǎo)體集成電路、二極管、外延片襯底、太陽(yáng)能電池。晶體直徑可控制在Φ3~8英寸。區(qū)熔法單晶主要用于高壓大功率可控整流器件領(lǐng)域，廣泛用于大功率輸變電、電力機(jī)車、整流、變頻、機(jī)電一體化、節(jié)能燈、電視機(jī)等系列產(chǎn)品。晶體直徑可控制在Φ3~6英寸。外延片主要用于集成電路領(lǐng)域。

由于成本和性能的原因，直拉法（CZ）單晶硅材料應(yīng)用廣。在IC工業(yè)中所用的材料主要是CZ拋光片和外延片。存儲(chǔ)器電路通常使用CZ拋光片，因成本較低。邏輯電路一般使用價(jià)格較高的外延片，因其在IC制造中有更好的適用性并具有消除Latch－up的能力。

硅片直徑越大，技術(shù)要求越高，越有市場(chǎng)前景，價(jià)值也就越高。

單晶硅和多晶硅的區(qū)別是，當(dāng)熔融的單質(zhì)硅凝固時(shí),硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅回收。如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅回收。多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。例如在力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等方面，多晶硅均不如單晶硅。多晶硅可作為拉制單晶硅的原料。單晶硅可算得上是世界上純凈的物質(zhì)了，一般的半導(dǎo)體器件要求硅的純度六個(gè)9以上。大規(guī)模集成電路的要求更高，硅的純度必須達(dá)到九個(gè)9。目前，人們已經(jīng)能制造出純度為十二個(gè)9 的單晶硅。單晶硅是電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中不可缺少的基本材料。 高純度硅在石英中提取，以單晶硅為例，提煉要經(jīng)過(guò)以下過(guò)程:石英砂一冶金級(jí)硅一提純和精煉一沉積多晶硅錠一單晶硅一硅片切割。 冶金級(jí)硅的提煉并不難。它的制備主要是在電弧爐中用碳還原石英砂而成。這樣被還原出來(lái)的硅的純度約98-99%，但半導(dǎo)體工業(yè)用硅還必須進(jìn)行高度提純(電子級(jí)多晶硅純度要求11個(gè)9，太陽(yáng)能電池級(jí)只要求6個(gè)9)。而在提純過(guò)程中，有一項(xiàng)“三氯氫硅還原法(西門子法)”的關(guān)鍵技術(shù)我國(guó)還沒有掌握，由于沒有這項(xiàng)技術(shù)，我國(guó)在提煉過(guò)程中70%以上的多晶硅都通過(guò)氯氣排放了，不僅提煉成本高，而且環(huán)境污染非常嚴(yán)重。