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。