固体の構造は単結晶，多結晶，アモルファスに分けられ，それぞれ特徴が違います．本記事では固体の結晶の種類やそれぞれの特徴・応用先について説明します．
固体の結晶の種類
半導体などの固体は原子配列によって単結晶，多結晶，アモルファスの3種類に分類することができます．アモルファスは結晶ではなく，長距離秩序を持たない非晶質です．
単結晶
単結晶は図1のように，結晶全体で原子配列の向きがそろった結晶です．育成方法には，原料を溶かした融液から種結晶を使って成長させる方法などがあり，高圧が常に必要なわけではありません．単結晶か多結晶かだけで透明性が決まるわけではなく，不純物や欠陥なども影響します．
集積回路の基板には，主に単結晶シリコンが使われます．原料はイレブン・ナインと呼ばれるほど高純度に精製しますが，デバイスの製造では電気的特性を制御するために不純物を意図的に添加します．単結晶は結晶粒界がなく，特性をそろえやすい利点があります．
多結晶
多結晶は図2のように，向きの異なる多数の結晶粒が集まった構造です．粒と粒の境界を結晶粒界といいます．半導体では粒界がキャリアの移動を妨げることがありますが，機械的強度が単結晶より必ず低いわけではありません．
多結晶のシリコンはポリシリコンと呼ばれ，IC (集積回路)や太陽電池で用いられます．単結晶シリコンのICに比べて性能落ちますが，ポリシリコンのICもあります．単結晶のICにおいても，高濃度の不純物を添加したポリシリコンはゲートとして用いられます．ポリシリコンゲートは金属ゲートと比べて，高温のプロセスに耐えられるメリットがあります．
太陽電池において，多結晶は単結晶に比べて発電効率は下がってしまいますが，より安く製造できるメリットがあります．反対に次に説明するアモルファスと比べて多結晶の方が移動度が高くなります．その特徴を生かして，シリコンが使われる液晶ディスプレイ (LCD)であるTFT液晶 (Thin Film Transistor LCD)ではアモルファスの代わりにポリシリコンを用いた低温ポリシリコン液晶という液晶ディスプレイもあります．
アモルファス
アモルファスは図3のように，長距離にわたる規則的な原子配列を持たない非晶質で，ガラスなどが代表例です．結晶粒界はありませんが，結合の乱れや未結合手などの欠陥は存在します．アモルファス半導体にも価電子帯や伝導帯があり，構造の乱れによる電子状態がキャリアの移動に影響します．
アモルファスシリコン (a-Si)は，可視光を薄い膜で吸収でき，比較的低温で成膜できるため，薄膜太陽電池に利用されます．また，液晶ディスプレイの画素を駆動する薄膜トランジスタ (TFT)にも用いられます．
半導体の結晶構造
SiやGeなどの元素半導体の結晶構造は，ダイヤモンド構造をしています．以下にダイヤモンド構造とその結晶構造を示します．
下図は，ミラー指数 (面指数)が(100)，(110)，(111)の結晶面と，それぞれの方向から見た原子配列を示します．割れやすさは結晶面によって異なり，ダイヤモンドでは主に{111}面に沿って割れやすくなります．また，結晶の特定の方向に沿って注入イオンが深く進む現象をチャネリングといいます．
GaAsやInPなどの多くのⅢ-Ⅴ族化合物半導体やⅡ-Ⅵ族化合物半導体は閃亜鉛鉱構造をしています．閃亜鉛鉱構造は異なる原子で構成されている以外はダイヤモンド構造と同じ構造をしています．GaN，AlN，ZnO，ZnSなどの一部の化合物半導体はウルツァイト構造をしています．
結晶構造はX線回折や電子線回折を使って解析できます．
まとめ
- 単結晶：結晶全体が規則的な原子配列で構成されている結晶
- 多結晶：部分的に一定の原子配列を持つ結晶
- アモルファス：長距離にわたる規則的な原子配列を持たない非晶質
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