作为半导体材料，使用最多的是硅(Si)，其在地球表面的元素中储量仅次于氧，排行第二。在路边随手捡起一块石头，里面就含有相当量的硅。可惜的是，这种硅并不是硅单质，而是与氧结合在一起而存在的。
要想用于半导体，首先应使二者分离，制成单质硅。所谓单晶，是指原子在三维空间中呈规则有序排列的结构，其中体积最小且对称性高的最小重复单元称为晶胞。换句话说，单晶是由晶胞在三维空间中周期性堆砌而成的。
单晶硅与金刚石(C)、锗(Ge)都具有 “金刚石结构”，每个晶胞中含有8个原子。硅单晶中，每个硅原子与其周围的4个硅原子构成4个共价键，因此晶体结构十分稳定。
硅原子会形成4个共价键，这是由硅的化学本性，或说在周期表中的位置决定的。硅的原子序数是14，在元素周期表中位于第Ⅳ族，硅原子有14个电子，最外壳层有4个电子。因此，硅在与其他元素形成共价键时，表现为4价，这便是硅稳定性的原因。硅通过掺杂3价的B可以形成p型半导体，通过掺杂5价的P可以形成n型半导体。
特别是硅可以通过简单的方法进行氧化得到的氧化硅膜具有良好的绝缘性。地壳中含硅量约为27.72%。这种“不稀罕的元素”在集成电路中却大有用武之地，真可谓“天赐之物”！自半导体集成电路发明以来，硅作为不可替代材料的基础地位一直未发生动摇，今后也不会发生动摇。近年来光伏发电产业的兴起，进一步凸显了硅材料的重要性。
即使在规则排列的单晶硅中，源于石英坩埚的氧及碳等杂质，在实际的单晶中，仍然存在着这样或那样的不规则性，称其为晶格缺陷。晶格缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷。
点缺陷结构简单，其中包括由外部进入晶格的金属杂质原子，由规则格点失去原子而形成的空位，由于离位原子进入晶格间隙而形成的晶格间隙原子等。在CZ法拉制的单晶中，由于溶入来源于高温状态石英坩埚中的氧，在单晶拉制后的冷却过程中成为过饱和状态而残存于晶体内，并变为点缺陷。
对器件特性产生重大影响的晶格缺陷是位错和堆垛层错。位错是一种线缺陷，是由外加应力作用下，某些晶面上下的两部分晶体发生局部相对滑移而产生的。根据局部滑移方向与位错线之间的关系，位错有刃型、螺型及混合型位错之分。
面缺陷中有孪晶界面和堆垛层错等。特别是堆垛层错，属于在氧化和热处理等过程中发生的缺陷，表现为最密排的（111）面堆垛中插入或抽出一层，由于密排面的堆垛次序发生变化，从而产生不连续性。即使是高品质的晶圆，在初期阶段或器件制造过程中也都会发生各种各样的缺陷。
