單晶硅具有準(zhǔn)金屬的物理性質(zhì)，有較弱的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加；有顯著的半導(dǎo)電性。超純的單晶硅是本征半導(dǎo)體。在超純單晶硅中摻入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其導(dǎo)電的程度，而形成P型硅半導(dǎo)體；如摻入微量的ⅤA族元素，如磷或砷也可提高導(dǎo)電程度，形成N型硅半導(dǎo)體。

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(xué)研究物質(zhì)的電導(dǎo)理論的過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的。關(guān)于固體中電子能量狀態(tài)的早的理論是金屬自由電子論。 [4]

實(shí)際上，晶體是由大量的原子組成，每個(gè)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(gè)電子的運(yùn)動(dòng)都受到原子核及其他電子的影響。

要研究一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，必須寫出這個(gè)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(yán)格解是很困難的，通常采用單電子近似方法，把多體問(wèn)題簡(jiǎn)化為單電子問(wèn)題進(jìn)行研究。這種近似方法包括兩個(gè)步驟：步，假設(shè)晶體中的原子核固定不動(dòng)，好象靜止在各自的平衡位置上，把一個(gè)多體問(wèn)題簡(jiǎn)化成一個(gè)多電子問(wèn)題;第二步，假設(shè)每個(gè)電子是在固定的原子核的勢(shì)場(chǎng)及其他電子的平均勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，把多電子問(wèn)題簡(jiǎn)化為單電子問(wèn)題。用這種方法研究晶體中的電子運(yùn)動(dòng)，表明晶體中電子許可的能量狀態(tài)，將不再是分立的能級(jí)，而是由在一定范圍內(nèi)準(zhǔn)連續(xù)分布的能級(jí)組成的能帶（稱為允帶）。

硅單晶制備，需要實(shí)現(xiàn)從多晶到單晶的轉(zhuǎn)變，即原子由液相的隨機(jī)排列直接轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜿嚵?，由不?duì)稱結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)稱結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)變不是整體效應(yīng)，而是通過(guò)固液界面的移動(dòng)逐漸完成的，為實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化過(guò)程，多晶硅就要經(jīng)過(guò)固態(tài)硅到熔融態(tài)硅，再到固態(tài)晶體硅的轉(zhuǎn)變，這就是從熔融硅中生長(zhǎng)單晶硅所要遵循的途徑。目前應(yīng)用廣泛的有兩種，坩堝直拉法和無(wú)坩堝懸浮區(qū)熔法，這兩種方法得到的單晶硅分別稱為CZ硅和FZ硅。