單晶硅

單晶硅是單質硅的一種形態。熔融的單質硅在凝固時硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結合起來便結晶成單晶硅。

單晶硅是非金屬元素硅的單一結晶，是半導體晶體材料的重要成員，處於新材料發展的前沿。其主要用途是用作半導體微電子工業和太陽能光伏發電、供熱等。由於太陽能具有清潔、環保、方便等諸多優勢，近三十年來，太陽能利用技術在研究開發、商業化生產、市場開拓方面都獲得了長足發展，成為世界快速、穩定發展的新興產業之一。

單晶硅可以用於二極體級、整流器件級、電路級以及太陽能電池級單晶產品的生產和深加工製造，其後續產品集成電路和半導體分離器件已廣泛應用於各個領域，在軍事電子設備中也佔有重要地位。

在光伏技術和微小型半導體逆變器技術飛速發展的今天，利用硅單晶所生產​的太陽能電池可以直接把太陽能轉化為光能，實現了邁向綠色能源革命的開始。北京2008年奧運會將把"綠色奧運"做為重要展示面向全世界展現，單晶硅的利用在其中將是非常重要的一環。現在，國外的太陽能光伏電站已經到了理論成熟階段，正在向實際應用階段過渡，太陽能硅單晶的利用將是普及到全世界範圍，市場需求量不言而喻。

非晶硅是一種直接能帶半導體，它的結構內部有許多所謂的“懸鍵”，也就是沒有和周圍的硅原子成鍵的電子，這些電子在電場作用下就可以產生電流，並不需要聲子的幫助，因而非晶硅可以做得很薄，還有製作成本低的優點。

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

能帶理論用單電子近似方法研究固體中電子能譜的理論。它是在用量子力學研究物質的電導理論的過程中發展起來的。關於固體中電子能量狀態的最早的理論是金屬自由電子論。

實際上，晶體是由大量的原子組成，每個原子又包含原子核及許多電子，它們之間存在著相互作用，每一個電子的運動都受到原子核及其他電子的影響。要研究一個電子的運動，嚴格說來，必須寫出這個包含大量原子核及電子的多體系統的薛定諤方程，並求出此方程的解。但是要求出其嚴格解是很困難的，通常採用單電子近似方法，把多體問題簡化為單電子問題進行研究。這種近似方法包括兩個步驟：第一步，假設晶體中的原子核固定不動，好象靜止在各自的平衡位置上，把一個多體問題簡化成一個多電子問題；第二步，假設每個電子是在固定的原子核的勢場及其他電子的平均勢場中運動，把多電子問題簡化為單電子問題。用這種方法研究晶體中的電子運動，表明晶體中電子許可的能量狀態，將不再是分立的能級，而是由在一定範圍內准連續分佈的能級組成的能帶(稱為允帶)。兩個相鄰允帶之間的區域稱為禁帶。能級被電子佔滿的能帶稱為滿帶。能級全空著，沒有電子佔據的能帶稱為空帶。被價電子佔有的允帶稱為價帶。由一個禁帶隔開的兩個鄰近允帶之間的最小能量差稱為能隙。通常用價電子佔據的滿帶及其上面的空帶討論物質導電情況。由於外界條件的作用，價帶中的電子可躍遷到上面的空帶中去，價帶由滿帶變為不滿帶，空帶中有了電子稱為導帶。一種晶體的各個允許能帶有一定的寬度，能量高的能帶較寬，能量低的能帶較窄，每一個能帶里包含的能級數目等於晶體所包含的原胞數目。能帶理論成功地解釋了金屬、半導體和絕緣體之間的差別。

沒有摻雜雜質的半導體稱為本徵半導體，其中電子和空穴的濃度是相等的。而為了控制半導體的性質需要人為的在半導體中或多或少的摻入某種特定雜質的半導體，稱為雜質半導體。當雜質為施主型雜質（起施放電子作用）稱為N型半導體，當雜質為受主型雜質（接受電子而產生空穴）稱為P型半導體。

單晶硅建設項目具有巨大的市場和廣闊的發展空間。在地殼中含量達25.8%的硅元素，為單晶硅的生產提供了取之不盡的源泉。

各種晶體材料，特別是以單晶硅為代表的高科技附加值材料及其相關高技術產業的發展，成為當代信息技術產業的支柱，並使信息產業成為全球經濟發展中增長最快的先導產業。單晶硅作為一種極具潛能，亟待開發利用的高科技資源，正引起越來越多的關注和重視。

與此同時，鑒於常規能源供給的有限性和環保壓力的增加，世界上許多國家正掀起開發利用太陽能的熱潮並成為各國制定可持續發展戰略的重要內容。

在跨入21世紀門檻后，世界大多數國家踴躍參與以至在全球範圍掀起了太陽能開發利用的“綠色能源熱”，一個廣泛的大規模的利用太陽能的時代正在來臨，太陽能級單晶硅產品也將因此受世人矚目。

此外，包括我國在內的各國政府也出台了一系列“陽光產業”的優惠政策，給予相關行業重點扶持，單晶硅產業呈現出美好的發展前景。

單晶硅主要應用於太陽能電池。應用最早的是硅太陽能電池，其轉換效率高，技術最為成熟，多用於光照時間少，光照強度小、勞動力成本高的區域，如航空航天領域等。通過採用不同的矽片加工及電池處理技術，國內外各科研機構和電池廠家都生產製備出了較高效率的單晶硅電池。

單晶硅主要用於製作半導體元件。

用途：是製造半導體硅器件的原料，用於制大功率整流器、大功率晶體管、二極體、開關器件等

熔融的硅在凝固時，以單晶硅晶種為核，在其表面外延生長，形成尺寸更大的單晶硅。

單晶硅的製法通常是先製得多晶硅或無定形硅，然後用直拉法或懸浮區熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。

單晶硅棒是生產單晶矽片的原材料，隨著國內和國際市場對單晶矽片需求量的快速增加，單晶硅棒的市場需求也呈快速增長的趨勢。

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，晶元的成本也就越低。但大尺寸晶片對材料和技術的要求也越高。單晶硅按晶體伸長方法的不同，分為直拉法（CZ）、區熔法（FZ）和外延法。直拉法、區熔法伸長單晶硅棒材，外延法伸長單晶硅薄膜。直拉法伸長的單晶硅主要用於半導體集成電路、二極體、外延片襯底、太陽能電池。晶體直徑可控制在Φ3~8英寸。區熔法單晶主要用於高壓大功率可控整流器件領域，廣泛用於大功率輸變電、電力機車、整流、變頻、機電一體化、節能燈、電視機等系列產品。晶體直徑可控制在Φ3~6英寸。外延片主要用於集成電路領域。

由於成本和性能的原因，直拉法（CZ）單晶硅材料應用最廣。在IC工業中所用的材料主要是CZ拋光片和外延片。存儲器電路通常使用CZ拋光片，因成本較低。邏輯電路一般使用價格較高的外延片，因其在IC製造中有更好的適用性並具有消除Latch－up的能力。

矽片直徑越大，技術要求越高，越有市場前景，價值也就越高。

硅單晶製備，需要實現從多晶到單晶的轉變，即原子由液相的隨機排列直接轉變為有序陣列，由不對稱結構轉變為對稱結構。這種轉變不是整體效應，而是通過固液界面的移動逐漸完成的，為實現上述轉化過程，多晶硅就要經過固態硅到熔融態硅，再到固態晶體硅的轉變，這就是從熔融硅中生長單晶硅所要遵循的途徑。目前應用最廣泛的有兩種，坩堝直拉法和無坩堝懸浮區熔法，這兩種方法得到的單晶硅分別稱為CZ硅和FZ硅。

概述

日本、美國和德國是主要的硅材料生產國。中國硅材料工業與日本同時起步，但總體而言，生產技術水平仍然相對較低，而且大部分為2.5．3．4．5英寸硅錠和小直徑矽片。中國消耗的大部分集成電路及其矽片仍然依賴進口。但我國科技人員正迎頭趕上，於1998年成功地製造出了12英寸單晶硅，標誌著我國單晶硅生產進入了新的發展時期。全世界單晶硅的產能為1萬噸/年，年消耗量約為6000噸～7000噸。未來幾年中，世界單晶硅材料發展將呈現以下發展趨勢：

微型化

隨著半導體材料技術的發展，對矽片的規格和質量也提出更高的要求，適合微細加工的大直徑矽片在市場中的需求比例將日益加大。矽片主流產品是200mm，逐漸向300mm過渡，研製水平達到400mm～450mm。據統計，200mm矽片的全球用量佔60%左右，150mm佔20%左右，其餘佔20%左右。Gartner發布的對矽片需求的5年預測表明，全球300mm矽片將從2000年的1.3%增加到2006年的21.1%。日、美、韓等國家都已經在1999年開始逐步擴大300mm矽片產量。據不完全統計，全球已建、在建和計劃建的300mm硅器件生產線約有40餘條，主要分佈在美國、中國台灣等國家和地區，僅我國台灣就有20多條生產線，其次是日、韓、新及歐洲。%P

世界半導體設備及材料協會（SEMI）的調查顯示，2004年和2005年，在所有的矽片生產設備中，投資在300mm生產線上的比例將分別為55%和62%，投資額也分別達到130.3億美元和184.1億美元，發展十分迅猛。而在1996年時，這一比重還僅僅是零。

國際化，集團化

研發及建廠成本的日漸增高，加上現有行銷與品牌的優勢，使得硅材料產業形成“大者恆大”的局面，少數集約化的大型集團公司壟斷材料市場。上世紀90年代末，日本、德國和韓國（主要是日、德兩國）資本控制的8大矽片公司的銷量佔世界矽片銷量的90%以上。根據SEMI提供的2002年世界硅材料生產商的市場份額顯示，Shinetsu、SUMCO、Wacker、MEMC、Komatsu等5家公司佔市場總額的比重達到89%，壟斷地位已經形成。

硅基材料

隨著光電子和通信產業的發展，硅基材料成為硅材料工業發展的重要方向。硅基材料是在常規硅材料上製作的，是常規硅材料的發展和延續，其器件工藝與硅工藝相容。主要的硅基材料包括SOI（絕緣體上硅）、GeSi和應力硅。SOI技術已開始在世界上被廣泛使用，SOI材料約佔整個半導體材料市場的30%左右，預計到2010年將佔到50%左右的市場。Soitec公司（世界最大的SOI生產商）的2000年～2010年SOI市場預測以及2005年各尺寸SOI矽片比重預測了產業的發展前景。

製造技術升級

半導體，晶元集成電路，設計版圖，晶元製造，工藝世界普遍採用先進的切、磨、拋和潔凈封裝工藝，使製片技術取得明顯進展。在日本，Φ200mm矽片已有50%採用線切割機進行切片，不但能提高矽片質量，而且可使切割損失減少10%。日本大型半導體廠家已經向300mm矽片轉型，並向0.13μm以下的微細化發展。另外，最新尖端技術的導入，SOI等高功能晶片的試製開發也進入批量生產階段。對此，矽片生產廠家也增加了對300mm矽片的設備投資，針對設計規則的進一步微細化，還開發了高平坦度矽片和無缺陷矽片等，並對設備進行了改進。

硅是地殼中賦存最高的固態元素，其含量為地殼的四分之一，但在自然界不存在單體硅，多呈氧化物或硅酸鹽狀態。硅的原子價主要為4價，其次為2價；在常溫下它的化學性質穩定，不溶於單一的強酸，易溶於鹼；在高溫下化學性質活潑，能與許多元素化合。

硅材料資源豐富，又是無毒的單質半導體材料，較易製作大直徑無位錯低微缺陷單晶。晶體力學性能優越，易於實現產業化，仍將成為半導體的主體材料。

多晶硅材料是以工業硅為原料經一系列的物理化學反應提純后達到一定純度的電子材料，是硅產品產業鏈中的一個極為重要的中間產品，是製造硅拋光片、太陽能電池及高純硅製品的主要原料，是信息產業和新能源產業最基礎的原材料。

太陽能電池用單晶矽片，一般有兩種形狀，一種是圓形，另一種是方形。以圓形矽片為例，其加工工藝流程為：單晶爐取出單晶-檢查重量、量直徑和其他表觀特徵-切割分段-測試-清洗-外圓研磨-檢測分檔-切片-倒角-清洗-磨片-清洗-檢驗-測厚分類-化學腐蝕-測厚檢驗-拋光-清洗-再拋光-清洗-電性能測-檢驗-包裝-儲存。

加料—→熔化—→縮頸生長—→放肩生長—→等徑生長—→尾部生長

（1）加料：將多晶硅原料及雜質放入石英坩堝內，雜質的種類依電阻的N或P型而定。雜質種類有硼，磷，銻，砷。

（2）熔化：加完多晶硅原料於石英堝內后，長晶爐必須關閉並抽成真空后充入高純氬氣使之維持一定壓力範圍內，然後打開石墨加熱器電源，加熱至熔化溫度（1420℃）以上，將多晶硅原料熔化。

（3）縮頸生長：當硅熔體的溫度穩定之後，將籽晶慢慢浸入硅熔體中。由於籽晶與硅熔體場接觸時的熱應力，會使籽晶產生位錯，這些位錯必須利用縮頸生長使之消失掉。縮頸生長是將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小到一定大小（4－6mm）由於位錯線與生長軸成一個交角，只要縮頸夠長，位錯便能長出晶體表面，產生零位錯的晶體。

（4）放肩生長：長完細頸之後，須降低溫度與拉速，使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大小。

（5）等徑生長：長完細頸和肩部之後，借著拉速與溫度的不斷調整，可使晶棒直徑維持在正負2mm之間，這段直徑固定的部分即稱為等徑部分。單晶矽片取自於等徑部分。

（6）尾部生長：在長完等徑部分之後，如果立刻將晶棒與液面分開，那麼熱應力將使得晶棒出現位錯與滑移線。於是為了避免此問題的發生，必須將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點而與液面分開。這一過程稱之為尾部生長。長完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時間后取出，即完成一次生長周期。

2007年，中國市場上有各類硅單晶生產設備1500餘台，分佈在70餘家生產企業。2007年5月24日，國家“863”計劃超大規模集成電路（IC）配套材料重大專項總體組在北京組織專家對西安理工大學和北京有色金屬研究總院承擔的“TDR-150型單晶爐（12英寸MCZ綜合系統）”完成了驗收。這標誌著擁有自主知識產權的大尺寸集成電路與太陽能用硅單晶生長設備，在我國首次研製成功。這項產品使中國能夠開發具有自主知識產權的關鍵製造技術與單晶爐生產設備，填補了國內空白，初步改變了在晶體生長設備領域研發製造受制於人的局面。

單晶硅用於太陽能電池無疑轉換效率是最高的，在大規模應用和工生產中仍佔據主導地位，但是受到單晶硅材料價格及相應繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困難的，為了節省高質量材料，尋找單晶硅電池的替代品具有很大的前景。

硅材料市場前景廣闊，中國硅單晶的產量、銷售收入近幾年遞增較快，以中小尺寸為主的矽片生產已成為國際公認的事實，為世界和中國集成電路、半導體分立器件和光伏太陽能電池產業的發展做出了較大的貢獻。

單晶硅和多晶硅的區別

單晶硅和多晶硅的區別是，當熔融的單質硅凝固時，硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅。多晶硅與單晶硅的差異主要表現在物理性質方面。例如在力學性質、電學性質等方面，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最純凈的物質了，一般的半導體器件要求硅的純度六個9以上。大規模集成電路的要求更高，硅的純度必須達到九個9。人們已經能製造出純度為十二個9的單晶硅。單晶硅是電子計算機、自動控制系統等現代科學技術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，提煉要經過以下過程：石英砂一冶金級硅一提純和精鍊一沉積多晶硅錠一單晶硅一矽片切割。

冶金級硅的提煉並不難。它的製備主要是在電弧爐中用碳還原石英砂而成。這樣被還原出來的硅的純度約98-99%，但半導體工業用硅還必須進行高度提純(電子級多晶硅純度要求11個9，太陽能電池級只要求6個9)。而在提純過程中，有一項“三氯氫硅還原法(西門子法)”的關鍵技術我國還沒有掌握，由於沒有這項技術，我國在提煉過程中70%以上的多晶硅都通過氯氣排放了，不僅提煉成本高，而且環境污染非常嚴重。我國每年都從石英石中提取大量的工業硅，以1美元/公斤的價格出口到德國、美國和日本等國，而這些國家把工業硅加工成高純度的晶體硅材料，以46-80美元/公斤的價格賣給我國的太陽能企業。

得到高純度的多晶硅后，還要在單晶爐中熔煉成單晶硅，以後切片后供集成電路製造等用。單晶硅，多晶硅及非晶硅太陽能電池的區別

單晶硅太陽電池：

單晶硅太陽電池是當前開發得最快的一種太陽電池，它的構成和生產工藝已定型，產品已廣泛用於宇宙空間和地面設施。這種太陽電池以高純的單晶硅棒為原料，純度要求99.999%。為了降低生產成本，現在地面應用的太陽電池等採用太陽能級的單晶硅棒，材料性能指標有所放寬。有的也可使用半導體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經過復拉製成太陽電池專用的單晶硅棒。將單晶硅棒切成片，一般片厚約0.3毫米。矽片經過成形、拋磨、清洗等工序，製成待加工的原料矽片。加工太陽電池片，首先要在矽片上摻雜和擴散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴散是在石英管製成的高溫擴散爐中進行。這樣就在矽片上形成P/FONT>N結。然後採用絲網印刷法，將配好的銀漿印在矽片上做成柵線，經過燒結，同時製成背電極，並在有柵線的面塗復減反射源，以防大量的光子被光滑的矽片表面反射掉，至此，單晶硅太陽電池的單體片就製成了。單體片經過抽查檢驗，即可按所需要的規格組裝成太陽電池組件（太陽電池板），用串聯和並聯的方法構成一定的輸出電壓和電流，最後用框架和封裝材料進行封裝。用戶根據系統設計，可將太陽電池組件組成各種大小不同的太陽電池方陣，亦稱太陽電池陣列。目前單晶硅太陽電池的光電轉換效率為15%左右，實驗室成果也有20%以上的。用於宇宙空間站的還有高達50%以上的太陽能電池板。

多晶硅太陽電池：

單晶硅太陽電池的生產需要消耗大量的高純硅材料，而製造這些材料工藝複雜，電耗很大，在太陽電池生產總成本中己超二分之一，加之拉制的單晶硅棒呈圓柱狀，切片製作太陽電池也是圓片，組成太陽能組件平面利用率低。因此，80年代以來，歐美一些國家投入了多晶硅太陽電池的研製。目前太陽電池使用的多晶硅材料，多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅料和冶金級硅材料熔化澆鑄而成。其工藝過程是選擇電阻率為100～300歐姆·厘米的多晶塊料或單晶硅頭尾料，經破碎，用1：5的氫氟酸和硝酸混合液進行適當的腐蝕，然後用去離子水沖洗呈中性，並烘乾。用石英坩堝裝好多晶硅料，加人適量硼硅，放人澆鑄爐，在真空狀態中加熱熔化。熔化后應保溫約20分鐘，然後注入石墨鑄模中，待慢慢凝固冷卻后，即得多晶硅錠。這種硅錠可鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽電池片，可提高材質利用率和方便組裝。多晶硅太陽電池的製作工藝與單晶硅太陽電池差不多，其光電轉換效率約12%左右，稍低於單晶硅太陽電池，但是材料製造簡便，節約電耗，總的生產成本較低，因此得到大量發展。隨著技術得提高，目前多晶硅的轉換效率也可以達到14%左右。

非晶硅太陽電池：

非晶硅太陽電池是1976年有出現的新型薄膜式太陽電池，它與單晶硅和多晶硅太陽電池的製作方法完全不同，硅材料消耗很少，電耗更低，非常吸引人。製造非晶硅太陽電池的方法有多種，最常見的是輝光放電法，還有反應濺射法、化學氣相沉積法、電子束蒸發法和熱分解硅烷法等。輝光放電法是將一石英容器抽成真空，充入氫氣或氬氣稀釋的硅烷，用射頻電源加熱，使硅烷電離，形成等離子體。非晶硅膜就沉積在被加熱的襯底上。若硅烷中摻人適量的氫化磷或氫化硼，即可得到N型或P型的非晶硅膜。襯底材料一般用玻璃或不鏽鋼板。這種製備非晶硅薄膜的工藝，主要取決於嚴格控制氣壓、流速和射頻功率，對襯底的溫度也很重要。非晶硅太陽電池的結構有各種不同，其中有一種較好的結構叫PiN電池，它是在襯底上先沉積一層摻磷的N型非晶硅，再沉積一層未摻雜的i層，然後再沉積一層摻硼的P型非晶硅，最後用電子束蒸發一層減反射膜，並蒸鍍銀電極。此種製作工藝，可以採用一連串沉積室，在生產中構成連續程序，以實現大批量生產。同時，非晶硅太陽電池很薄，可以製成疊層式，或採用集成電路的方法製造，在一個平面上，用適當的掩模工藝，一次製作多個串聯電池，以獲得較高的電壓。因為普通晶體硅太陽電池單個只有0.5伏左右的電壓，現在日本生產的非晶硅串聯太陽電池可達2.4伏。目前非晶硅太陽電池存在的問題是光電轉換效率偏低，國際先進水平為10%左右，且不夠穩定，常有轉換效率衰降的現象，所以尚未大量用於作大型太陽能電源，而多半用於弱光電源，如袖珍式電子計算器、電子鐘錶及複印機等方面。估計效率衰降問題克服后，非晶硅太陽電池將促進太陽能利用的大發展，因為它成本低，重量輕，應用更為方便，它可以與房屋的屋面結合構成住戶的獨立電源。在猛烈陽光下，單晶體式太陽能電池板較非晶體式能夠轉化多一倍以上的太陽能為電能，但可惜單晶體式的價格比非晶體式的昂貴兩三倍以上，而且在陰天的情況下非晶體式反而與晶體式能夠收集到差不多一樣多的太陽能。

主要有兩種方法：直拉法（Cz法）、區熔法（FZ法）；

1）直拉法

其優點是晶體被拉出液面不與器壁接觸，不受容器限制，因此晶體中應力小，同時又能防止器壁沾污或接觸所可能引起的雜亂晶核而形成多晶。此法製成的單晶完整性好，直徑和長度都可以很大，生長速率也高。所用坩堝必須由不污染熔體的材料製成。因此，一些化學性活潑或熔點極高的材料，由於沒有合適的坩堝，而不能用此法製備單晶體，而要改用區熔法晶體生長或其他方法。

2）區熔法

區熔法可用於製備單晶和提純材料，還可得到均勻的雜質分佈。這種技術可用於生產純度很高的半導體、金屬、合金、無機和有機化合物晶體。在區熔法製備硅單晶中，往往是將區熔提純與製備單晶結合在一起，能生長出質量較好的中高阻硅單晶。區熔單晶爐主要包括：雙層水冷爐室、長方形鋼化玻璃觀察窗、上軸（夾多晶棒）、下軸（安放籽晶）、導軌、機械傳送裝置、基座、高頻發生器和高頻加熱線圈、系統控制櫃真空系統及氣體供給控制系統等組成。

可以看出，製備單晶硅的工藝要求非常苛刻，包括設備、溫度控制、轉速等各種影響因素。因此在前期必須做好設備設計如單晶爐和溫控包括爐內的熱場、流場，以及缺陷預測。一般來說，前期的設計、優化和預測並不能完全依靠高成本的實驗來實現。可以通過專業的計算機數值模擬工具來實現晶體生長數值模擬，如FEMAG的FEMAG/CZ模塊能能對直拉法（Cz法）進行模擬、FEMAG/FZ模塊能對區熔法（FZ法）模擬，還有CGSIM等，以達到對單晶硅製備工藝的預測。