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早已深入我們的生活。從大國重器中的航天遙感系統、導彈預警、核電監測，到日常生活中的手機通信天線、防疫紅外測溫儀、顯示屏、刷臉支付、VR設備等，都離不開光電材料與器件的支撐。

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

典型的前沿交叉學科

光電信息材料與器件專業是一個典型的交叉學科，它以材料科學與工程、化學、物理學為基礎，與電子、光子、集成電路、信息等學科深度融合。該專業重點關注與電子科學與工程、信息科學與工程相關的各種功能性材料，包括半導體材料、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鍵材料，以及這些材料的結構表征、性能測試、工藝技術、制造裝備和器件應用等全鏈條技術。

簡單來說，這個專業就是研究如何設計、制備和應用那些能夠實現光與電相互轉換、信息傳輸與處理的新型功能材料與器件。

哈爾濱工業大學光電信息科學系主任王金忠教授介紹，光電信息材料與器件專業是聚焦于“高效光和電信號相互轉換材料與器件研究”的前沿交叉學科，它既是破解“芯片困局”的關鍵鑰匙，也是開啟智能光電時代的核心引擎。該專業融合了材料、光子和電子多個學科，貫穿了從原子設計到器件集成的全鏈條創新，代表了信息科技與能源革命的重要方向。

本科階段學什么？

以哈爾濱工業大學為例，該專業本科課程分為公共基礎課、大類平臺課、專業方向課和自主發展課程。

公共基礎課是學校工科學生都需要學習的數學、物理、化學。大類平臺課為材料方向本科生的課程，有C語言、電工與電子技術、材料科學與工程基礎、材料分析測試方法、材料物理等課程。專業方向課為“光電信息材料與器件專業”的課程，主要包括半導體物理、半導體器件、光電材料與應用、光電系統設計與技術、光譜原理、光纖基礎、量子力學等課程。

王金忠教授介紹道：“在哈工大，本專業有著一項別具特色的安排，即開設暑期學校。屆時，學校會邀請來自多個國家的專家前來授課、講座，讓學生在哈爾濱就可以接觸到國外頂尖大學的課程。這種獨特的培養模式，能夠從多個維度拓展學生的視野，實現對學生的全方位培養。僅2024年度國際暑期學校就邀請了來自俄羅斯、美國、英國、新加坡等地80余位知名學者開設課程和講座，吸引了500余名本科生積極參與。”

與傳統材料專業有何不同？

第一，研究焦點不同。傳統材料專業更關注材料本身的結構與性能關系，而本專業則聚焦于材料在前沿的光電信息領域中的特定功能與應用。

第二，學科交叉性更強。光電信息材料與器件專業深度融合了材料科學、光學工程與電子信息等多個學科，具有更鮮明的交叉學科特色。

第三，應用導向更明確。光電信息材料與器件專業培養直接面向光電芯片、顯示技術、光通信等國家急需領域，致力于解決實際工程問題。

第四，這個專業的研究內容涉及半導體、量子點、鈣鈦礦、二維材料等最前沿的光電功能材料，技術前沿性更高。

人才需求呈4大特點，年增長超20%

光電信息材料與器件專業的發展前景極為廣闊。隨著5G/6G通信、人工智能、物聯網、智能駕駛等技術的快速發展，全球光電產業規模持續擴大。據行業分析，全球光電子市場規模預計將從2023年的約6000億美元增長到2030年的超過1萬億美元，年復合增長率約7.5%。

在中國，“十四五”規劃將光電子材料與器件列為重點發展領域，相關產業年均增速保持在15%以上。特別是在半導體照明、新型顯示、光通信等領域，中國已成為全球最大的生產和消費市場，但高端芯片和核心材料仍依賴進口，這蘊藏了本專業人才巨大的發展機遇。

“國家對光電信息材料與器件專業人才的需求呈現4大特點：需求量大、層次高、領域專、增長快。教育部新增此專業，正是為了系統培養能夠滿足這些需求的專業人才。”王教授介紹：“目前，僅半導體產業人才缺口就超過20萬人，其中材料與器件相關人才占比約30%，特別缺乏具有創新能力的研發人才和復合型工程技術人才。隨著國產化替代加速，相關人才需求年增長率超過20%，在光芯片、高端顯示、智能傳感等細分領域人才尤為緊缺。”

哪些領域需要該專業人才？

在當下科技飛速發展的時代，眾多行業和關鍵領域對光電信息材料與器件專業人才展現出了強烈需求，主要集中在以下五個方面。

其一，“卡脖子”技術攻關領域：如高端光電芯片的自主設計與制造，解決我國在半導體領域的技術壁壘問題。其二，新能源開發領域：研發高效太陽能電池材料，提高光電轉換效率，降低可再生能源成本。其三，顯示技術升級領域：開發更輕薄、更節能的OLED、量子點顯示技術，改善視覺體驗。其四，智能感知系統領域：設計高性能光電傳感器，用于自動駕駛、環境監測、醫療診斷等領域。其五，光通信網絡建設領域：研制高速光通信芯片，支撐5G/6G網絡和數據中心發展。

主要就業領域和代表企業

該專業畢業生就業領域廣泛，主要包括以下幾個方向：

（1）半導體與集成電路行業：從事芯片設計、工藝開發、器件測試等工作，主要企業包括華為海思、臺積電、中芯國際、長江存儲等；

（2）光通信與網絡設備：從事光模塊、光纖器件等研發與生產，代表企業有華為、中興、光迅科技等；

（3）新型顯示產業：參與OLED、量子點等顯示技術的研發與制造，如京東方、TCL華星、天馬微電子等；

（4）智能傳感與成像：開發各類光電傳感器和成像器件，應用于自動駕駛、安防監控、醫療影像等領域；

（5）新能源與節能環保：從事太陽能電池、LED照明等產品的研發與生產；

（6）科研院所與高校：從事前沿科學研究與教學工作；

（7）軍工與航空航天：參與國防光電系統的研制工作，例如航天院所。

在這些就業方向中，畢業生可從事的具體工作崗位豐富多樣，包括但不限于：光電材料研發工程師、半導體工藝工程師、光電器件設計工程師、產品應用工程師、質量控制工程師、技術支持工程師等。

培養光電信息領域緊缺人才

國家“十四五”規劃明確提出要突破關鍵新材料和器件技術，該專業的設立旨在培養光電信息領域緊缺人才。教育部在2021年新增“光電信息材料與器件”本科專業，是順應國家戰略需求和產業發展趨勢的重要舉措。

“從學科建設方面來看，傳統材料科學、光學工程、電子信息等學科邊界模糊化，亟需培養兼具材料設計、器件制備和系統應用的復合型人才。”哈爾濱工業大學光電信息科學系主任王金忠教授介紹道。

光電信息材料與器件專業屬于工科中的材料大類，開設院校的專業特點和培養側重各有不同，以兩所高校為例，做一簡單介紹：

哈爾濱工業大學光電信息材料與器件專業，以光電芯片制備和“卡脖子”技術攻關為特色，擁有中國工程院院士領銜的師資團隊和先進的分子束外延系統等設備，研究生升學率較高。

桂林電子科技大學的光電信息材料與器件專業，依托教育部電子信息材料與器件工程研究中心，側重光伏、LED和光電探測材料研究，與廣西地方產業結合緊密。

當前開設院校少，也可關注同源專業

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

雖然目前在本科教育階段，直接開設光電信息材料與器件專業的高校數量相對有限。然而，與這個專業緊密相連、同根同源的“光電信息科學與工程”，卻在眾多高校中廣泛開設。例如華中科技大學、浙江大學、電子科技大學、北京理工大學、中國科學技術大學、北京航空航天大學、西安交通大學等。感興趣的同學不妨進一步了解，同樣能夠深入接觸到相關知識與研究方向，開啟光電領域的探索之旅。

什么樣的學生更適合學習

王金忠教授指出，學習光電信息材料與器件專業，并沒有特殊限制。不過，具備扎實數學、物理和化學基礎的學生，在學習過程中會更具優勢。特別是在對固體物理、量子力學等專業概念的理解層面，深厚的數理基礎能助力學生更深入地掌握知識。從性格與能力特點來看，該專業十分適合熱衷于實驗探究、擁有創新思維且動手能力較強的學生。

光電信息材料與器件專業作為國家戰略急需的新工科專業，不僅擁有極為廣闊的發展前景，也肩負著重要的歷史使命。歡迎有志于破解“卡脖子”難題、引領光電科技創新的青年學子加入這一充滿機遇與挑戰的領域。