在地壳中，硅的含量仅次于氧，居第二位，占地壳总重量的265％。它主要以二氧化硅的形式存在，岩石和砂土中都含有大量二氧化硅。元素硅的原子结构和化学性质与元素碳相似，单质硅是重要的合金和半导体原料。
20世纪50年代，半导体应用的发展，带动了单晶硅的生产。单晶硅是由许多硅原子以金刚石晶格结构排列成晶核长成晶面取向相同的晶粒并平行结合变成单晶硅。超纯单晶硅是最早使用的半导体材料，其纯可高达999999999999％，在这样纯的单晶硅中，每一万亿个原子中有一个杂质原子。
单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从溶体中生长出棒状单晶硅。单晶的生长方法很多，主要有四种：区熔法。1952年，由美国科学家蒲凡所发明。在一个长棒形固体非单晶原料中，有一段短的区域被加热融熔，并且缓慢地从一端移向另一端，使原料内物质在结晶过程中重新分布，达到提纯物质重新结晶的目的。区熔法目前仍在广泛使用。
水热法。单晶体在高温高压条件下从溶液中生长，所使用的容器是高压釜。通常把原料放在温度比较高的底部，籽晶放在温度较低的上部，容器内充满溶剂。在高压釜底部的高温部分，原料溶解在溶剂中，由于温差对流，溶解的原料被溶液带到釜上部，在籽晶附近达到饱和状态，并在籽晶上结晶。溶液的循环，使底部的原料不断溶解；而上面的籽晶不断生长。目前水热法主要用于生长水晶以及其他氧化物单晶。
此外，还有外延生长法和升华法。现在的半导体材料锗和砷化镓等，其制造方法在技术上已经相当成熟。一块0．4平方厘米的集成电路，可以把2万个固态器件的功能完全表现出来，这几乎与人脑的神经细胞密度一样高。
