单晶硅作为半导体行业最重要的基础材料之一，其原子排列呈现完整有序的晶体结构（晶格常数0.543nm），这种独特的分子排列方式使其具有卓越的电学特性。与多晶硅相比，单晶硅的载流子迁移率（电子1500cm²/V·s）显著提高，特别适合制造高性能集成电路和太阳能电池。
生产单晶硅主要采用直拉法（CZ法）或区熔法（FZ法），其中CZ法可生长直径达300mm的晶棒，通过精确控制温度梯度（1420℃左右）和旋转速度（10-30rpm）来保证晶体质量。需要重点关注晶体的氧含量（10¹⁷ atoms/cm³）和碳浓度，这些微量杂质会显著影响最终产品的电阻率（0.001-100Ω·cm）。
在光伏领域，单晶硅太阳能电池的转换效率（24%左右）明显优于其他类型，这主要得益于其完美的晶体结构减少了载流子复合。随着PERC（钝化发射极背面接触）等新技术的应用，单晶硅组件功率已突破600W，特别是N型单晶硅电池的效率潜力更为突出。
半导体级单晶硅对纯度要求极高（11个9以上），任何微缺陷都会影响芯片良率。现代晶圆厂使用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）来检测晶格缺陷，确保满足45nm乃至更先进制程的严苛要求。随着300mm晶圆成为主流，晶体生长的控制精度要求已达原子级别。
