光电信息材料与器件：破解“芯片困局”的钥匙

   光电信息材料与器件到底是什么？

    光电信息材料与器件其实早已深入我们的生活。从大国重器中的航天遥感系统、导弹预警、核电监测，到日常生活中的手机通信天线、防疫红外测温仪、显示屏、刷脸支付、VR设备等，都离不开光电材料与器件的支撑。

    就拿智能手机来说，它周身都离不开光电信息材料与器件：智能手机的触摸屏，采用的是氧化铟锡（ITO）透明导电薄膜，它能够“感知”手指的触碰，从而实现精准操作；手机的摄像头离不开CMOS图像传感器；面部识别功能则依靠红外光敏元件；手机通信功能需要射频器件和光通信芯片协同工作……可以说，正是这些光电信息材料与器件的有力支撑，才让智能手机具备了如此强大而丰富的功能。

典型的前沿交叉学科

    光电信息材料与器件专业是一个典型的交叉学科，它以材料科学与工程、化学、物理学为基础，与电子、光子、集成电路、信息等学科深度融合。该专业重点关注与电子科学与工程、信息科学与工程相关的各种功能性材料，包括半导体材料、光子与电磁材料、功能与传感材料、量子信息材料等信息处理与传输所需的核心关键材料，以及这些材料的结构表征、性能测试、工艺技术、制造装备和器件应用等全链条技术。

    简单来说，这个专业就是研究如何设计、制备和应用那些能够实现光与电相互转换、信息传输与处理的新型功能材料与器件。

    哈尔滨工业大学光电信息科学系主任王金忠教授介绍，光电信息材料与器件专业是聚焦于“高效光和电信号相互转换材料与器件研究”的前沿交叉学科，它既是破解“芯片困局”的关键钥匙，也是开启智能光电时代的核心引擎。该专业融合了材料、光子和电子多个学科，贯穿了从原子设计到器件集成的全链条创新，代表了信息科技与能源革命的重要方向。

本科阶段学什么？

    以哈尔滨工业大学为例，该专业本科课程分为公共基础课、大类平台课、专业方向课和自主发展课程。

    公共基础课是学校工科学生都需要学习的数学、物理、化学。大类平台课为材料方向本科生的课程，有C语言、电工与电子技术、材料科学与工程基础、材料分析测试方法、材料物理等课程。专业方向课为“光电信息材料与器件专业”的课程，主要包括半导体物理、半导体器件、光电材料与应用、光电系统设计与技术、光谱原理、光纤基础、量子力学等课程。

    王金忠教授介绍道：“在哈工大，本专业有着一项别具特色的安排，即开设暑期学校。届时，学校会邀请来自多个国家的专家前来授课、讲座，让学生在哈尔滨就可以接触到国外顶尖大学的课程。这种独特的培养模式，能够从多个维度拓展学生的视野，实现对学生的全方位培养。仅2024年度国际暑期学校就邀请了来自俄罗斯、美国、英国、新加坡等地80余位知名学者开设课程和讲座，吸引了500余名本科生积极参与。”

与传统材料专业有何不同？

    第一，研究焦点不同。传统材料专业更关注材料本身的结构与性能关系，而本专业则聚焦于材料在前沿的光电信息领域中的特定功能与应用。

    第二，学科交叉性更强。光电信息材料与器件专业深度融合了材料科学、光学工程与电子信息等多个学科，具有更鲜明的交叉学科特色。

   第三，应用导向更明确。光电信息材料与器件专业培养直接面向光电芯片、显示技术、光通信等国家急需领域，致力于解决实际工程问题。

    第四，这个专业的研究内容涉及半导体、量子点、钙钛矿、二维材料等最前沿的光电功能材料，技术前沿性更高。

人才需求呈4大特点，年增长超20%

    光电信息材料与器件专业的发展前景极为广阔。随着5G/6G通信、人工智能、物联网、智能驾驶等技术的快速发展，全球光电产业规模持续扩大。据行业分析，全球光电子市场规模预计将从2023年的约6000亿美元增长到2030年的超过1万亿美元，年复合增长率约7.5%。

在中国，“十四五”规划将光电子材料与器件列为重点发展领域，相关产业年均增速保持在15%以上。特别是在半导体照明、新型显示、光通信等领域，中国已成为全球最大的生产和消费市场，但高端芯片和核心材料仍依赖进口，这蕴藏了本专业人才巨大的发展机遇。

    “国家对光电信息材料与器件专业人才的需求呈现4大特点：需求量大、层次高、领域专、增长快。教育部新增此专业，正是为了系统培养能够满足这些需求的专业人才。”王教授介绍：“目前，仅半导体产业人才缺口就超过20万人，其中材料与器件相关人才占比约30%，特别缺乏具有创新能力的研发人才和复合型工程技术人才。随着国产化替代加速，相关人才需求年增长率超过20%，在光芯片、高端显示、智能传感等细分领域人才尤为紧缺。”

哪些领域需要该专业人才？

    在当下科技飞速发展的时代，众多行业和关键领域对光电信息材料与器件专业人才展现出了强烈需求，主要集中在以下五个方面。

    其一，“卡脖子”技术攻关领域：如高端光电芯片的自主设计与制造，解决我国在半导体领域的技术壁垒问题。其二，新能源开发领域：研发高效太阳能电池材料，提高光电转换效率，降低可再生能源成本。其三，显示技术升级领域：开发更轻薄、更节能的OLED、量子点显示技术，改善视觉体验。其四，智能感知系统领域：设计高性能光电传感器，用于自动驾驶、环境监测、医疗诊断等领域。其五，光通信网络建设领域：研制高速光通信芯片，支撑5G/6G网络和数据中心发展。

主要就业领域和代表企业

该专业毕业生就业领域广泛，主要包括以下几个方向：

   （1）半导体与集成电路行业：从事芯片设计、工艺开发、器件测试等工作，主要企业包括华为海思、台积电、中芯国际、长江存储等；

   （2）光通信与网络设备：从事光模块、光纤器件等研发与生产，代表企业有华为、中兴、光迅科技等；

   （3）新型显示产业：参与OLED、量子点等显示技术的研发与制造，如京东方、TCL华星、天马微电子等；

   （4）智能传感与成像：开发各类光电传感器和成像器件，应用于自动驾驶、安防监控、医疗影像等领域；

   （5）新能源与节能环保：从事太阳能电池、LED照明等产品的研发与生产；

   （6）科研院所与高校：从事前沿科学研究与教学工作；

   （7）军工与航空航天：参与国防光电系统的研制工作，例如航天院所。

在这些就业方向中，毕业生可从事的具体工作岗位丰富多样，包括但不限于：光电材料研发工程师、半导体工艺工程师、光电器件设计工程师、产品应用工程师、质量控制工程师、技术支持工程师等。

培养光电信息领域紧缺人才

   国家“十四五”规划明确提出要突破关键新材料和器件技术，该专业的设立旨在培养光电信息领域紧缺人才。教育部在2021年新增“光电信息材料与器件”本科专业，是顺应国家战略需求和产业发展趋势的重要举措。

   “从学科建设方面来看，传统材料科学、光学工程、电子信息等学科边界模糊化，亟需培养兼具材料设计、器件制备和系统应用的复合型人才。”哈尔滨工业大学光电信息科学系主任王金忠教授介绍道。

   光电信息材料与器件专业属于工科中的材料大类，开设院校的专业特点和培养侧重各有不同，以两所高校为例，做一简单介绍：

   哈尔滨工业大学光电信息材料与器件专业，以光电芯片制备和“卡脖子”技术攻关为特色，拥有中国工程院院士领衔的师资团队和先进的分子束外延系统等设备，研究生升学率较高。

   桂林电子科技大学的光电信息材料与器件专业，依托教育部电子信息材料与器件工程研究中心，侧重光伏、LED和光电探测材料研究，与广西地方产业结合紧密。

当前开设院校少，也可关注同源专业

   目前全国开设光电信息材料与器件本科专业的高校较少，仅有十余所。2021年哈尔滨工业大学、南方科技大学成为首批获批开设该专业的院校。2022年度新增5所包括：桂林电子科技大学、重庆理工大学、江苏理工学院、安徽师范大学皖江学院、南昌航空大学科技学院；2023年度新增6所：南京航空航天大学、齐鲁工业大学、济宁学院、河南师范大学、陕西科技大学、宝鸡文理学院。

   虽然目前在本科教育阶段，直接开设光电信息材料与器件专业的高校数量相对有限。然而，与这个专业紧密相连、同根同源的“光电信息科学与工程”，却在众多高校中广泛开设。例如华中科技大学、浙江大学、电子科技大学、北京理工大学、中国科学技术大学、北京航空航天大学、西安交通大学等。感兴趣的同学不妨进一步了解，同样能够深入接触到相关知识与研究方向，开启光电领域的探索之旅。

什么样的学生更适合学习

   王金忠教授指出，学习光电信息材料与器件专业，并没有特殊限制。不过，具备扎实数学、物理和化学基础的学生，在学习过程中会更具优势。特别是在对固体物理、量子力学等专业概念的理解层面，深厚的数理基础能助力学生更深入地掌握知识。从性格与能力特点来看，该专业十分适合热衷于实验探究、拥有创新思维且动手能力较强的学生。

   光电信息材料与器件专业作为国家战略急需的新工科专业，不仅拥有极为广阔的发展前景，也肩负着重要的历史使命。欢迎有志于破解“卡脖子”难题、引领光电科技创新的青年学子加入这一充满机遇与挑战的领域。