当获得电子级高纯多晶硅时，制备单晶硅最重要的基本条件就得到了满足。以多晶硅为原料，经过适当的工艺处理，就能获取我们所需要的单晶硅。而在此过程中，硅晶体的纯度将再一次得到提高，而这则得益于多晶硅到单晶硅转变过程中的分凝现象。
所谓分凝现象，主要是指在将含有杂质的物质熔化后结晶（生长成晶体）的过程中，杂质在结晶的固体和熔体中浓度不同的现象。这一现象可以通过一个参数，分凝系数K (K=Cs/Cl，Cs和Cl分别为杂质在结晶固体和熔体中的浓度)，来进行描述。
在实际生产和研究中，我们一般关注一个特别的分凝系数，即平衡分凝系数K0。该系数代表温度为T，两相平衡时，固相A中杂质B（溶质）的浓度（Cs）和液相A中杂质B的浓度（Cl）的比值。
在晶体的实际生长过程中，结晶固体与熔体之间的固-液界面处存在溶质的对流-扩散输运，导致固-液界面处杂质的浓度并非向前图所示的那样直角式的突变，而是存在一定的浓度梯度。基于这种情况，我们需要考虑另外一个分凝系数，即有效分凝系数，Keff (Ke)，其代表在固-液界面处的杂质浓度与剩余熔体中杂质的平均浓度之比。
Keff取决于熔体中溶质的输运条件：若溶质完全混合，晶体的结晶速率十分缓慢，系统处于热力学平衡，则Keff=K0；若熔体中溶质的输运仅仅通过扩散进行，且固液界面排除的杂质原子量等于杂质(溶质)向熔体中扩散的量，则Keff=1。
基于上述认识，我们可以进一步分析材料在凝固过程中杂质浓度的变化情况。如下图，在正常凝固情况下，对于一个长方体多晶硅，白色部分为熔体，灰色部分为结晶固体。假设：(1) 该长方体的长度为单位长度，截面积为单位面积；(2) 忽略杂质在固相晶体中的扩散（因为晶体生长速率远大于固体中杂质原子扩散速率）；(3) 分凝系数K保持不变；(4) 凝固时材料的密度保持不变。
定义凝固系数g为已凝固长度与总长度之比。当熔体凝固了长度g后，又凝固了dg，则靠界面的固相中的杂质浓度为：Cs=-dS/dg (S为熔体中的杂质数)。
由上述公式可得，Cs=K·S0·((1-g)^(K-1)), S0为杂质总数，等于杂质的初始浓度，即 S0=C0。也就是说，正常凝固的杂质分布为（Pfann关系）：Cs=K·C0·((1-g)^(K-1))。需要注意的是，K在整个范围内不能保持常数，且公式不能在整个范围内成立。下图给出了具有不同k的杂质正常凝固后在晶体中的分布情况。
利用上述分凝现象和原理，人们发展出了区域熔炼技术，即：首先将物体局部熔化形成狭窄的熔区，之后令熔区沿物体的长度方向从一端缓慢地移动到另一端，使得杂质被集中在物体的尾部或头部，从而实现对材料的提纯。经过一次区熔提纯后杂质的分布：Cs=C0·[1-(1-K)·(e^(-Kx/l))]，其中l未熔区长度。
可以通过重复多次的区熔来尽可能使杂质都集中到物体的首尾，进而有效提高材料的纯度。不过，区熔对材料的提纯作用是有极限的，随着重复次数的增加，该工艺对纯度的提升作用逐渐下降。若仅进行一次区熔提纯，熔区长度较长有利于提纯效果；若进行多次区熔提纯，则熔区长度短些更有利于提纯。而且熔区移动的速度越慢，提纯效果越好。对于区熔次数的选择，可以通过经验公式：n=(1~1.5)·(L/l)来进行确定。
此外，研究表明，区熔并不能完全等同于正常凝固。如下图所示，在一次区熔提纯和正常凝固过程中，材料内杂质分布情况有所差异。
基于区域熔炼技术，人们进一步发展出了利用区熔技术制备单晶硅的工艺。选取直径相近、表面光滑、平整、圆而直的多晶硅棒作为原材料。对其进行区熔处理，在经过接籽晶、缩颈、放肩、等径生长、收尾等工艺进程后即可制备所需的硅单晶。
在区熔硅单晶的生产过程中，通过高频加热线圈实现对区域多晶硅的熔化。可以通过调整加热线圈的频率、功率、分布和形状等改变熔区的范围、尺寸。在晶体生长过程中，一般需要通保护气，如Ar，N2等。
利用区熔技术制备单晶硅，一方面可利用分凝原理进一步提纯材料，另一方面无需将原材料放入坩埚中，避免引入新的杂质，因此可以用该技术制备高纯单晶硅。
