单晶硅的生产是半导体和光伏产业的基础，主要依赖两种高精度的晶体生长工艺：直拉法和区熔法。这两种方法都对生产环境有着严格的要求，以确保最终晶体的纯度和质量。
直拉法 (Czochralski Method)
直拉法是目前工业上生产单晶硅最广泛采用的方法，尤其适用于大尺寸硅棒的生产。
1. 原料准备与装料
将经过提纯的高纯度多晶硅原料（通常为棒状或块状）与少量掺杂剂（用于控制硅的导电类型和电阻率，如硼或磷）一起装入一个高纯石英坩埚中。石英坩埚再被放置在石墨坩埚的支撑下，置于单晶炉内的加热器区域。
2. 抽真空与惰性气体充入
在开始加热熔化之前，炉腔会进行彻底的抽真空处理。这个步骤的目的是最大限度地清除炉腔内所有可能残留的活性气体，如氧气、氮气和水蒸气。这些气体在高温下会与硅反应，形成氧化物或氮化物，严重污染硅熔体，导致最终单晶硅中出现缺陷。在达到所需的真空度后，炉腔会被充入高纯度的惰性气体，通常是氩气 (Ar)。氩气在此作为保护性气氛，防止硅熔体在后续高温熔化和生长过程中与空气中的微量残余活性气体发生反应，同时也有助于稳定热场。
3. 熔化与安定
通过石墨加热器将坩埚中的多晶硅加热到其熔点（约1414∘C）以上，使其完全熔化成液态硅熔体。熔化后，熔体会在一定温度下保持一段时间以达到热场稳定。
4. 引晶与生长
将一根具有特定晶向的籽晶（小块单晶硅）缓慢浸入硅熔体表面，使其与熔体接触并开始结晶。通过精确控制籽晶的提拉速度、旋转速度以及坩埚的旋转速度和升降速度，使熔体在籽晶上按照其晶向连续生长出圆柱形的单晶硅棒。在生长过程中，惰性气流还会将硅熔体表面蒸发出的微量挥发物通过真空泵带走（氩气循环、净化和回收），进一步保障晶体纯度。
5. 收尾与冷却
当晶棒生长到所需长度后，会逐步缩小直径进行收尾，以防止位错的产生。最后，晶棒在炉内缓慢冷却至室温后取出。
区熔法 (Float Zone Method)
区熔法主要用于生产超高纯度的单晶硅，其特点是晶体中氧和碳的含量极低。
1. 原料准备
准备一根高纯度的多晶硅棒作为原料棒，以及一根籽晶。
2. 环境控制
区熔炉的腔体也必须在严格的受控气氛下工作。通常，整个过程在高真空环境中进行，或在超高纯度惰性气体（如氩气）的保护下进行。与直拉法不同，区熔法不使用石英坩埚来盛放熔体，因此避免了石英坩埚对硅的氧污染。为了保持这种极致的纯度，炉内环境对氧气、碳化物等微量杂质的控制要求更为严苛，任何微小的污染都可能影响最终晶体的纯度。
3. 局部熔化与生长
原料棒和籽晶被垂直固定在炉内。通过高频感应线圈对原料棒进行局部加热，使其形成一个狭窄的、悬浮的熔区。籽晶接触到熔区的底部。
4. 熔区移动与晶体生长
通过移动感应线圈，使熔区沿着原料棒缓慢向上移动。熔区中的硅在移动过程中，在籽晶的引导下，从熔融态逐渐在底部结晶生长为单晶硅棒。杂质在熔区中通常比在固态硅中溶解度更高，因此会随熔区移动而被带到硅棒的一端，从而实现进一步的提纯（区域熔炼原理）。
5. 冷却与取出
晶体生长完成后，硅棒缓慢冷却并从炉中取出。
生产环境要求
通过以上解释，可以看出无论是直拉法还是区熔法，其核心都在于创造一个高度纯净和受控的环境，以防止杂质污染，确保单晶硅的优异性能。直拉法通过抽真空和充惰性气体实现这一目标，而区熔法由于不使用坩埚，本身生产过程中产生的杂质较少，但对真空和惰性气体的纯度要求甚至更为苛刻。
