當(dāng)今社會(huì)，一場(chǎng)以5G、光電芯片、智能感知、量子計(jì)算等為代表的光電信息產(chǎn)業(yè)革命正在蓬勃興起，這些前沿技術(shù)正以驚人的速度驅(qū)動(dòng)著社會(huì)加速進(jìn)步。教育部2021年新增“光電信息材料與器件”本科專業(yè)，旨在培養(yǎng)光電信息領(lǐng)域緊缺人才。跟著江蘇招生考試網(wǎng)小編一起來看看哈爾濱工業(yè)大學(xué)光電信息科學(xué)系主任、教授王金忠給大家介紹的光電信息材料與器件專業(yè)。

一、專業(yè)解析

光電信息材料與器件到底是什么？

光電信息材料與器件其實(shí)早已深入我們的生活。從大國重器中的航天遙感系統(tǒng)、導(dǎo)彈預(yù)警、核電監(jiān)測(cè)，到日常生活中的手機(jī)通信天線、防疫紅外測(cè)溫儀、顯示屏、刷臉支付、VR設(shè)備等，都離不開光電材料與器件的支撐。

就拿智能手機(jī)來說，它周身都離不開光電信息材料與器件：智能手機(jī)的觸摸屏，采用的是氧化銦錫（ITO）透明導(dǎo)電薄膜，它能夠“感知”手指的觸碰，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操作；手機(jī)的攝像頭離不開CMOS圖像傳感器；面部識(shí)別功能則依靠紅外光敏元件；手機(jī)通信功能需要射頻器件和光通信芯片協(xié)同工作……可以說，正是這些光電信息材料與器件的有力支撐，才讓智能手機(jī)具備了如此強(qiáng)大而豐富的功能。

典型的前沿交叉學(xué)科

光電信息材料與器件專業(yè)是一個(gè)典型的交叉學(xué)科，它以材料科學(xué)與工程、化學(xué)、物理學(xué)為基礎(chǔ)，與電子、光子、集成電路、信息等學(xué)科深度融合。該專業(yè)重點(diǎn)關(guān)注與電子科學(xué)與工程、信息科學(xué)與工程相關(guān)的各種功能性材料，包括半導(dǎo)體材料、光子與電磁材料、功能與傳感材料、量子信息材料等信息處理與傳輸所需的核心關(guān)鍵材料，以及這些材料的結(jié)構(gòu)表征、性能測(cè)試、工藝技術(shù)、制造裝備和器件應(yīng)用等全鏈條技術(shù)。

簡單來說，這個(gè)專業(yè)就是研究如何設(shè)計(jì)、制備和應(yīng)用那些能夠?qū)崿F(xiàn)光與電相互轉(zhuǎn)換、信息傳輸與處理的新型功能材料與器件。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)光電信息科學(xué)系主任王金忠教授介紹，光電信息材料與器件專業(yè)是聚焦于“高效光和電信號(hào)相互轉(zhuǎn)換材料與器件研究”的前沿交叉學(xué)科，它既是破解“芯片困局”的關(guān)鍵鑰匙，也是開啟智能光電時(shí)代的核心引擎。該專業(yè)融合了材料、光子和電子多個(gè)學(xué)科，貫穿了從原子設(shè)計(jì)到器件集成的全鏈條創(chuàng)新，代表了信息科技與能源革命的重要方向。

本科階段學(xué)什么？

以哈爾濱工業(yè)大學(xué)為例，該專業(yè)本科課程分為公共基礎(chǔ)課、大類平臺(tái)課、專業(yè)方向課和自主發(fā)展課程。

公共基礎(chǔ)課是學(xué)校工科學(xué)生都需要學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)。大類平臺(tái)課為材料方向本科生的課程，有C語言、電工與電子技術(shù)、材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)、材料分析測(cè)試方法、材料物理等課程。專業(yè)方向課為“光電信息材料與器件專業(yè)”的課程，主要包括半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體器件、光電材料與應(yīng)用、光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與技術(shù)、光譜原理、光纖基礎(chǔ)、量子力學(xué)等課程。

王金忠教授介紹道：“在哈工大，本專業(yè)有著一項(xiàng)別具特色的安排，即開設(shè)暑期學(xué)校。屆時(shí)，學(xué)校會(huì)邀請(qǐng)來自多個(gè)國家的專家前來授課、講座，讓學(xué)生在哈爾濱就可以接觸到國外頂尖大學(xué)的課程。這種獨(dú)特的培養(yǎng)模式，能夠從多個(gè)維度拓展學(xué)生的視野，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的全方位培養(yǎng)。僅2024年度國際暑期學(xué)校就邀請(qǐng)了來自俄羅斯、美國、英國、新加坡等地80余位知名學(xué)者開設(shè)課程和講座，吸引了500余名本科生積極參與?！?/p>

與傳統(tǒng)材料專業(yè)有何不同？

第一，研究焦點(diǎn)不同。傳統(tǒng)材料專業(yè)更關(guān)注材料本身的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，而本專業(yè)則聚焦于材料在前沿的光電信息領(lǐng)域中的特定功能與應(yīng)用。

第二，學(xué)科交叉性更強(qiáng)。光電信息材料與器件專業(yè)深度融合了材料科學(xué)、光學(xué)工程與電子信息等多個(gè)學(xué)科，具有更鮮明的交叉學(xué)科特色。

第三，應(yīng)用導(dǎo)向更明確。光電信息材料與器件專業(yè)培養(yǎng)直接面向光電芯片、顯示技術(shù)、光通信等國家急需領(lǐng)域，致力于解決實(shí)際工程問題。

第四，這個(gè)專業(yè)的研究內(nèi)容涉及半導(dǎo)體、量子點(diǎn)、鈣鈦礦、二維材料等最前沿的光電功能材料，技術(shù)前沿性更高。

二、專業(yè)與就業(yè)

全國普通高校畢業(yè)生規(guī)模：

人才需求呈4大特點(diǎn)，年增長超20%

光電信息材料與器件專業(yè)的發(fā)展前景極為廣闊。隨著5G/6G通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智能駕駛等技術(shù)的快速發(fā)展，全球光電產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。據(jù)行業(yè)分析，全球光電子市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從2023年的約6000億美元增長到2030年的超過1萬億美元，年復(fù)合增長率約7.5%。

在中國，“十四五”規(guī)劃將光電子材料與器件列為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，相關(guān)產(chǎn)業(yè)年均增速保持在15%以上。特別是在半導(dǎo)體照明、新型顯示、光通信等領(lǐng)域，中國已成為全球最大的生產(chǎn)和消費(fèi)市場(chǎng)，但高端芯片和核心材料仍依賴進(jìn)口，這蘊(yùn)藏了本專業(yè)人才巨大的發(fā)展機(jī)遇。

“國家對(duì)光電信息材料與器件專業(yè)人才的需求呈現(xiàn)4大特點(diǎn)：需求量大、層次高、領(lǐng)域?qū)?、增長快。教育部新增此專業(yè)，正是為了系統(tǒng)培養(yǎng)能夠滿足這些需求的專業(yè)人才?！蓖踅淌诮榻B：“目前，僅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才缺口就超過20萬人，其中材料與器件相關(guān)人才占比約30%，特別缺乏具有創(chuàng)新能力的研發(fā)人才和復(fù)合型工程技術(shù)人才。隨著國產(chǎn)化替代加速，相關(guān)人才需求年增長率超過20%，在光芯片、高端顯示、智能傳感等細(xì)分領(lǐng)域人才尤為緊缺。”

哪些領(lǐng)域需要該專業(yè)人才？

在當(dāng)下科技飛速發(fā)展的時(shí)代，眾多行業(yè)和關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)怆娦畔⒉牧吓c器件專業(yè)人才展現(xiàn)出了強(qiáng)烈需求，主要集中在以下五個(gè)方面。

其一，“卡脖子”技術(shù)攻關(guān)領(lǐng)域：如高端光電芯片的自主設(shè)計(jì)與制造，解決我國在半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)壁壘問題。其二，新能源開發(fā)領(lǐng)域：研發(fā)高效太陽能電池材料，提高光電轉(zhuǎn)換效率，降低可再生能源成本。其三，顯示技術(shù)升級(jí)領(lǐng)域：開發(fā)更輕薄、更節(jié)能的OLED、量子點(diǎn)顯示技術(shù)，改善視覺體驗(yàn)。其四，智能感知系統(tǒng)領(lǐng)域：設(shè)計(jì)高性能光電傳感器，用于自動(dòng)駕駛、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。其五，光通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)領(lǐng)域：研制高速光通信芯片，支撐5G/6G網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心發(fā)展。

主要就業(yè)領(lǐng)域和代表企業(yè)

該專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)領(lǐng)域廣泛，主要包括以下幾個(gè)方向：

（1）半導(dǎo)體與集成電路行業(yè)：從事芯片設(shè)計(jì)、工藝開發(fā)、器件測(cè)試等工作，主要企業(yè)包括華為海思、臺(tái)積電、中芯國際、長江存儲(chǔ)等；

（2）光通信與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：從事光模塊、光纖器件等研發(fā)與生產(chǎn)，代表企業(yè)有華為、中興、光迅科技等；

（3）新型顯示產(chǎn)業(yè)：參與OLED、量子點(diǎn)等顯示技術(shù)的研發(fā)與制造，如京東方、TCL華星、天馬微電子等；

（4）智能傳感與成像：開發(fā)各類光電傳感器和成像器件，應(yīng)用于自動(dòng)駕駛、安防監(jiān)控、醫(yī)療影像等領(lǐng)域；

（5）新能源與節(jié)能環(huán)保：從事太陽能電池、LED照明等產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)；

（6）科研院所與高校：從事前沿科學(xué)研究與教學(xué)工作；

（7）軍工與航空航天：參與國防光電系統(tǒng)的研制工作，例如航天院所。

在這些就業(yè)方向中，畢業(yè)生可從事的具體工作崗位豐富多樣，包括但不限于：光電材料研發(fā)工程師、半導(dǎo)體工藝工程師、光電器件設(shè)計(jì)工程師、產(chǎn)品應(yīng)用工程師、質(zhì)量控制工程師、技術(shù)支持工程師等。

三、報(bào)考指南

培養(yǎng)光電信息領(lǐng)域緊缺人才

國家“十四五”規(guī)劃明確提出要突破關(guān)鍵新材料和器件技術(shù)，該專業(yè)的設(shè)立旨在培養(yǎng)光電信息領(lǐng)域緊缺人才。教育部在2021年新增“光電信息材料與器件”本科專業(yè)，是順應(yīng)國家戰(zhàn)略需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的重要舉措。

“從學(xué)科建設(shè)方面來看，傳統(tǒng)材料科學(xué)、光學(xué)工程、電子信息等學(xué)科邊界模糊化，亟需培養(yǎng)兼具材料設(shè)計(jì)、器件制備和系統(tǒng)應(yīng)用的復(fù)合型人才?！惫枮I工業(yè)大學(xué)光電信息科學(xué)系主任王金忠教授介紹道。

光電信息材料與器件專業(yè)屬于工科中的材料大類，開設(shè)院校的專業(yè)特點(diǎn)和培養(yǎng)側(cè)重各有不同，以兩所高校為例，做一簡單介紹：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)光電信息材料與器件專業(yè)，以光電芯片制備和“卡脖子”技術(shù)攻關(guān)為特色，擁有中國工程院院士領(lǐng)銜的師資團(tuán)隊(duì)和先進(jìn)的分子束外延系統(tǒng)等設(shè)備，研究生升學(xué)率較高。

桂林電子科技大學(xué)的光電信息材料與器件專業(yè)，依托教育部電子信息材料與器件工程研究中心，側(cè)重光伏、LED和光電探測(cè)材料研究，與廣西地方產(chǎn)業(yè)結(jié)合緊密。

當(dāng)前開設(shè)院校少，也可關(guān)注同源專業(yè)

目前全國開設(shè)光電信息材料與器件本科專業(yè)的高校較少，僅有十余所。2021年哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南方科技大學(xué)成為首批獲批開設(shè)該專業(yè)的院校。2022年度新增5所包括：桂林電子科技大學(xué)、重慶理工大學(xué)、江蘇理工學(xué)院、安徽師范大學(xué)皖江學(xué)院、南昌航空大學(xué)科技學(xué)院；2023年度新增6所：南京航空航天大學(xué)、齊魯工業(yè)大學(xué)、濟(jì)寧學(xué)院、河南師范大學(xué)、陜西科技大學(xué)、寶雞文理學(xué)院。

雖然目前在本科教育階段，直接開設(shè)光電信息材料與器件專業(yè)的高校數(shù)量相對(duì)有限。然而，與這個(gè)專業(yè)緊密相連、同根同源的“光電信息科學(xué)與工程”，卻在眾多高校中廣泛開設(shè)。例如華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)、電子科技大學(xué)、北京理工大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西安交通大學(xué)等。感興趣的同學(xué)不妨進(jìn)一步了解，同樣能夠深入接觸到相關(guān)知識(shí)與研究方向，開啟光電領(lǐng)域的探索之旅。

什么樣的學(xué)生更適合學(xué)習(xí)

王金忠教授指出，學(xué)習(xí)光電信息材料與器件專業(yè)，并沒有特殊限制。不過，具備扎實(shí)數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)生，在學(xué)習(xí)過程中會(huì)更具優(yōu)勢(shì)。特別是在對(duì)固體物理、量子力學(xué)等專業(yè)概念的理解層面，深厚的數(shù)理基礎(chǔ)能助力學(xué)生更深入地掌握知識(shí)。從性格與能力特點(diǎn)來看，該專業(yè)十分適合熱衷于實(shí)驗(yàn)探究、擁有創(chuàng)新思維且動(dòng)手能力較強(qiáng)的學(xué)生。

光電信息材料與器件專業(yè)作為國家戰(zhàn)略急需的新工科專業(yè)，不僅擁有極為廣闊的發(fā)展前景，也肩負(fù)著重要的歷史使命。歡迎有志于破解“卡脖子”難題、引領(lǐng)光電科技創(chuàng)新的青年學(xué)子加入這一充滿機(jī)遇與挑戰(zhàn)的領(lǐng)域。

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