电子科学与技术专业发展战略研究Word格式文档下载.docx

1、微电子技术、光电 子技术、物理电子技术、电子材料与元器件等。目前，我国高校电子科学与技术本科专业大部分以 微电子技术和光电子技术作为主要的专业方向。随着学科的交叉发展和产业的整合，物理电子技术 中电真空器件与技术已经朝着与光电子学、电子学等学科与技术相交叉和融合的方向发展；而电子 材料与元器件也伴随传统电子器件的成熟，朝微纳电子器件与技术方向发展，与微电子学相交叉和 融合；就电子科学与技术产业而言，一般也仅指微电子与光电子两大产业，所以，本战略研究重点 侧重电子科学与技术本科专业所涵盖的两个主流专业方向：微电子技术与光电子技术。 1 微电子技术是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高

2、新电子技术，主要涉及集 成电路的设计、制造、封装、测试等相关技术与工艺。微电子技术的迅猛发展促进了计算机技术、 数字技术、移动通信技术、多媒体技术和网络技术的不断进步。微电子技术从初期的小规模集成电 路发展到今天的巨大规模集成电路，成为了人类社会进入信息化时代的先导技术。 光电子技术是由光学、激光、电子学和信息技术相互渗透而形成的综合性、交叉性学科技术， 它包括光的产生、传输、调制、放大、频率转换和检测以及光信息处理等。光电子技术通常又按光 子的功用分两个层次：光子作为信息的载体，应用于信息的获取、传输、存储、显示、处理及运算， 称为信息光电子技术；光子作为能量的载体，作为高能量和高功率的束流

3、（主要是激光束），应用 于材料加工、医学治疗、太阳能转换、核聚变等，称为能量光电子技术。20 世纪 60 年代初出现的 激光和激光技术，以其强大的生命力推动了光电子技术及其相关产业的发展。光电子技术所涵盖的 激光技术、光导波技术、光检测技术、光计算和信息处理技术、光存储技术、光显示技术、激光加 工与激光生物技术等已经在经济中发展形成了光电子材料与元器件产业、光信息产业、现代光学产 业、光通信产业、激光器与激光应用产业等类型的光电子信息产业，它将继微电子技术之后，再次 推动科学技术的革命与人类社会的进步。 21 世纪将是微电子和光电子协同发展的时代。 面对电子科学与技术的迅猛发展， 许多发达国家

4、， 如美国、德国、日本、英国、法国等，都将微电子技术和光电子技术纳入了国家发展计划，如美国 的“星球大战计划”、欧洲的“尤里卡计划”、日本的“科技振兴基本对策”等都把微电子技术和 光电子技术列为重点支持领域。我国对微电子技术和光电子技术的研究也给予了高度重视，在多项 国家级战略性科技计划中，如“863 计划”、“973 计划”、国家科技攻关计划、国家重大科技专项 等，微电子技术和光电子技术都有大量立项。早在 1995 年，原电子工业部提出了“九五”集成电路 发展战略，并实施了“909 工程”；1996 年底，国家自然科学基金委员会立项开展了“光子学与光 子技术发展战略”研究。在近几年发布的国家

5、中长期发展战略中，国务院20062020 年国家信息 化发展战略就集成电路（特别是中央处理器芯片）等关键领域提出了“关键信息技术自主创新计 划”；国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020 年）提出的 16 个重大专项中与电子科学 与技术相关的有：核心电子器件、高端通用芯片及基础软件、极大规模集成电路制造技术及成套工 艺； 提出的 11 个重点领域及其优先主题中与电子科学与技术相关的有： 新一代信息功能材料及器件， 高清晰度大屏幕平板显示；提出的 8 个前沿技术中与电子科学与技术相关的有：激光技术。 目前，我国在微电子与光电子技术领域的科学研究与产业化均取得了可喜的成就。但是，应该 客

6、观地认识到，在电子科学与技术领域，我国与世界发达国家的先进水平仍有不小的差距，特别在 微电子技术方面的差距更大。这既有历史、体制、技术、工艺和资金方面的原因，也有各层次所需 专业人才短缺的原因。 为使我国电子科学与技术事业持续发展，有必要统筹教育、科研、开发、人才、资金和市场等 各种资源和要素，其中人才培养是极其重要的一个环节。在新的历史条件下，开展电子科学与技术 专业发展战略研究是非常必要的，这对于建立学科专业规范，培养具有知识、能力、素质协调发展 的， 适合我国电子科学与技术各领域不同层次发展需求的有用人才具有重要的指导意义和战略意义。 二、历史回顾 电子科学与技术专业中微电子技术方向和光

7、电子技术方向的前身是半导体物理与器件专业和激 光技术专业。 微电子技术方向 2 1947 年，美国贝尔实验室发明了晶体管，开创了固体电子技术时代。1956 年，在国家提出重点 发展半导体技术的战略后，中科院应用物理所举办了半导体器件短期培训班，请回国的半导体专家 黄昆、吴锡九、黄敞、林兰英、王守武、成众志等讲授半导体理论、晶体管制造技术和半导体电路。 也就是在这一年，由北京大学、复旦大学、吉林大学、厦门大学和南京大学五所大学联合在北京大 学创办了中国第一个半导体物理专门化。随后在 1958 年，经教育部批准，清华大学、浙江大学、华 南工学院（现为华南理工大学）、南京工学院（现为东南大学）、西安

8、交通大学和成都电讯工程学 院（现为电子科技大学）六所工科院校率先开办了半导体物理与器件专业，并面向全国招生。 到了 1970 年前后，随着对半导体器件需求量的增加，尤其是大型电子计算机对集成电路需求的 推动，促进了国内半导体工业的发展以及对专业人才的需求，全国很多高校都先后增加了半导体物 理与器件专业。但是，在 20 世纪 80 年代，受到进口元器件的冲击，国内半导体器件和集成电路技 术缺乏竞争力，很多半导体器件厂纷纷下马或转产，企业的萎缩直接影响到高校半导体专业学生的 就业，国内半导体专业走到了一个十字路口。进入 20 世纪 90 年代，微型计算机信息技术在通信、 家电、机电设备等产业的应用

9、和普及，对集成电路芯片的需求量越来越大，微电子技术得到了前所 未有的重视和迅猛发展。于是，90 年代初半导体物理与器件专业更名为微电子技术专业。为了在信 息技术等高科技领域赶上国际先进水平，国家加大了对微电子技术行业的支持力度，并不断吸引外 资，市场对微电子技术专业毕业生的需求不断增加，从而迎来了微电子技术专业发展的高峰。 光电子技术方向 1960 年 5 月，第一台红宝石激光器在美国加州休斯顿实验室诞生。在随后的几年中，其它类型 的激光器也相继研制成功，激光技术便得到了迅猛发展。我国于 1961 年 8 月在中国科学院原长春光 学精密机械研究所也研制成功第一台红宝石激光器。1964 年，中国

10、科学院在上海建立了当时世界上 第一所激光技术专业研究所上海光学精密机械研究所；之后，原电子工业部第 11 研究所（华北 光电技术研究所）开始从事激光技术和红外技术的研究与开发，1970-1971 年间，原电子工业部在 四川成立了从事激光通信的第 34 研究所（后迁桂林）和从事光电材料的第 26 研究所等；加上原兵 器工业部 1958 年成立的从事红外技术研究的昆明物理研究所， 她们都是我国早期培养光电子技术高 层次研究型人才的摇篮。在高等学校中，长春光学精密机械学院（现为长春理工大学）于 1964 年率 先创办了激光技术专业，随后在 1971 年，中国科技大学、哈尔滨工业大学、西安电子科技大学

11、、北 京理工大学、山东大学等院校也相继成立了激光技术专业。1986 年 7 月，国家教委颁布了专业目录， 将激光技术专业和红外技术专业合并，更名为光电子技术专业。 为了拓宽专业口径，教育部在 1998 年 7 月颁布了新的本科专业目录和引导性专业目录，将原来 的微电子技术、光电子技术、电子材料与元器件、物理电子技术、物理电子与光电子技术五个专业 合并为电子科学与技术专业，从 1999 年开始，全国高校按新专业名称招生。在 2004 版专业目录中， 取消了原电磁场与微波技术专业，也将其作为一个专业方向归类到电子科学与技术专业。 近年来， 许多高校都纷纷建立了电子科学与技术专业， 各学校在专业方向

12、上各具特色， 截止 2008 年，全国设有电子科学与技术专业的院校有 135 所。 在 21 世纪的信息时代，电子科学与技术在信息、能源、材料、航天、生命、环境、军事等科技 领域将获得更为广泛的应用，电子科学与技术相关产业也将得到蓬勃发展。电子科学与技术及其产 业在未来具有广阔的发展空间。目前，从我国各高校电子科学与技术本科专业的发展现状看，尚需 要进行“巩固、深化、提高和发展”。 3 三、现状分析 目前，全国 135 所高等院校的电子科学与技术专业在校学生估计 44.5 万人。电子科学与技术 本科专业的发展现状总体来说是好的，开设此专业的学校和招生人数都在逐年增加，有不同层次的 10 余所高

13、校建立了电子科学与技术（或工程）学院，电子科技大学还建立了电子科学技术研究院。 本科专业方向结构和各层次人才趋于合理，毕业生就业率相对较高。这些与当今电子科学与技术相 关行业经济的持续稳步发展是相适应的。 在我国的高等教育从精英教育向大众化教育的转变之际，随着招生规模的不断扩大，教育质量 问题引起了社会的普遍关注和担忧。教育质量工程是一个系统工程，需要社会方方面面的配合，更 需要高校各级领导的重视和全体教师的努力，不断加强教学管理、加大教学投入、深化教学改革。 上面提到，电子科学与技术专业是由原微电子技术、光电子技术、电子材料与元器件、物理电 子技术、物理电子与光电子技术五个专业合并而成的，现

14、在它们已经成为电子科学与技术专业的专 业方向。由此可以看到，电子科学与技术专业涵盖的学科范围非常广，并且大部分都是交叉性学科。 教育部合并专业的一个目的是要引导高校拓宽专业口径，但是许多高校的培养方案实际上并没有作 多大变化，有些甚至仍然定位在 1986 年之前的专业目录层面。针对这种情况，这一次在电子科学与 技术本科专业指导性规范中，对专业方向核心知识作了规定，要求至少掌握 2 个专业方向的专业核 心知识领域和知识单元，旨在指导和引领高校在设置专业课程时，适当拓宽专业方向。现在，多数 学校已经提出了“加强基础，拓宽口径，淡化专业”的办学思路，不过，在拓宽专业的同时，仍然 需要强调注重专业特色

15、。 目前，消费类电子产品需求旺盛，微电子产业规模的不断扩展，使得微电子技术人才的短缺比 较明显，高校毕业生的就业比较乐观。由于存在强大的产业背景，各高校微电子技术专业方向在设 置专业课程方面，都注重紧密结合产业和科技发展动向，开设了许多特色课程，特别是在片上系统 与微光机电系统、微电子机械系统和生物芯片等方面，形成了各自的专业特色。相对而言，光电子 产业目前发展不够平衡，主要集中在信息光电子领域，虽然许多城市设立了“光谷”，但其产业规 模仍然不够大，不过其产业的成长和远景已经得到专业界同仁的公认。另一方面，光电子涵盖了光 学、激光、电子学和信息技术，它们必须有较强的近代物理基础为知识背景，因此

16、光电子技术专业 方向的近代物理课程占据了较大的学分比例，相对而言，专业课程的设置或多或少受到了挤压；此 外，由于与产业紧密结合的专业课程不多，本科专业课程的特色不够鲜明，许多高校开设的专业课 程比较雷同。 从 2003 年起，全国高校陆续采用“大类招生，专业分流”的招生策略，浙江大学开创了全校不 分专业统一招生的先例。在进入大学 12 年后，学生对各专业有了进一步的了解，然后根据自己的 学习情况，选择专业和专业方向。这些改革的尝试，给学生选择专业提供了一个缓冲余地，有利于 充分发挥学生的学习热情，也更加人性化。在专业和学生之间也引入了竞争机制，有利于学科的发 展，使专业更加注重社会和经济的需求

17、。在课程设置方面，清华大学、北京大学和浙江大学等高校 进行的教学改革力度较大，做到了因材施教和分层次教学。所开设的课程体系不仅考虑了拓宽知识 面，同时也给学生较大的选择余地，学生可以结合自身的爱好和特长，充分发挥学生自主学习的主 观能动性，有利于提高学生的学习积极性。这样，也解决了本科生就业和读研究生对知识需求趋向 不同性的矛盾。 在人才培养目标定位方面，目前高校通常有基础研究型、应用研究型及工程应用型三种类型。 清华大学、北京大学等一流学校，由于研究生升学率在 85 以上，定位在研究型是无可非议的。 4 但是，对于研究生升学率在 3050的学校，人才培养定位就比较困难。要做到兼顾本科生就业和

18、 就读研究生深造，在培养方案和课程体系的设置上需要开阔思路、大胆创新。 素质教育和创新训练的教育已经引起了各高校的高度重视。在教育部新版专业指导性规范的格 式中，已经将创新训练体系与专业教育知识学习体系、实践能力培养体系一起，作为三大教育内容。 素质教育和创新训练的教育要落实到具体课程体系中，尚需要各学校开动脑筋，想出有效办法。需 要改变传统的灌输式教育模式，引入启发式、自主学习式教育；需要改变传统的考试模式，主张考 试形式的多样性，引入综合性大作业和口头答辩考核；需要改革教学方法，革新教材，主张多引用 参考书和参考文献资料，提倡多媒体与板书的有机结合以提高课堂教学效果。 如何利用高校的科研优

19、势，激发学生的科研热情，有效提高学生的科研素质，许多学校和专业 尝试了导师制。哈尔滨工业大学对三年级的本科生实行导师制，北京大学本科生从一年级开始陆续 进入实验室，跟随导师和硕士生、博士生参与课题研究。这样，一方面，可以让学生提前感受科学 研究和技术开发的文化氛围，培养其科学研究素质；另一方面，通过科研实训，学生会切身体会到 数理基础的重要性，从而更加积极主动学好专业基础课程。 在实践教学方面，大多数学校和专业在教学实验室投入人力和资金不足，普遍存在仪器设备和 教学内容陈旧。此外，缺乏优秀的实验教材，在实验课程中，缺少设计性和综合性实验，有些实验 课程缺少必要的考核。特别是专业实验室的师资配备

20、，由于实验人员在职称评定等问题上存在劣势， 加上学校的重视程度不够，实验指导人员的知识水平偏低，也严重影响了实验教学的质量。 生产实习是本科教学重要的实践环节， 一些侧重工程应用的专业在国内企业设立了多个实习点， 实习经费也由学校和学生个人各承担一部分的方式解决当前实习经费短缺的问题，有些专业还尝试 以企业培训的方式进行校内实习。但在现阶段，由于实习工厂和研究所出于经济因素等考虑，接待 本科实习的积极性不高，造成实习时间逐渐减少，实习以参观和听讲座为主，实习效果大打折扣。 因此，建议有条件的学校要设法创设自己的实习基地，同时也呼吁政府和社会，重视本科实习，建 议政府对接纳实习的公司、企业和研究

21、机构予以荣誉称号以资鼓励，并在税收、政府补贴等方面给 予优惠政策。 近年来，由于国家政策的支持和产业的发展，各高校在微电子和光电子技术方向的科研和开发 实力得到加强，学科科研水平大为提高，本科毕业设计（论文）的质量有显著提高。论文题目结合 科研和实际工程应用的情况较好，基本做到每人一题，不重复。学生在毕业设计（论文）阶段获得 了综合能力的训练。但是，也往往由于教师科研和教学任务的繁忙，在具体指导学生方面所花费的 时间和精力不够，普遍存在研究生带本科生的现象。 在教师队伍与素质方面，随着老教师的逐渐退休，目前高校的师资主要以中青年教师为主。中 青年教师队伍博士化率高、知识更新快、年富力强，这是有

22、优势的一面，但毕竟青年教师的教学经 验和科研水平等方面存在不足，特别是工程实践能力不强，教学质量或多或少受到不同程度的影响。 提出素质教育和创新训练教育后，对中青年教师的要求更高了。特别是创新训练的教育，创新思想 要寓于整个教学环节，这就给每位任课老师提出了更高要求。需要每个教师注重不断学习与知识更 新，在思想品德、敬业和团队精神、语言表达能力等方面不断提高自身素质。此外，各专业要注重 教师队伍的长远规划与建设，在注重对外合作交流的同时，确保教学队伍的稳定。 四、国际上的相关情况 欧美和亚洲其它国家和地区的大学本科，专业的概念比较模糊，系的名称通常就是大类学科的 名称，电类专业通常设 EE（E

23、lectrical Engineering 或 Electrical and Computer Engineering） 5 专业。我国的电子科学与技术本科专业在国外没有完全对应的专业，国外大学 EE 专业开设的专业方 向课程有些会涉及到我们电子科学与技术专业的若干领域。 国外大学一般是全校统一招生或者按学院招生，通常在第一学年或者第二学年后，学生根据自 己的爱好和特长，咨询教授，最后才选定专业方向的模块课程，拟定自己的修课计划。 斯坦福大学为学生提供丰富的学业计划， 如单个专业 （Single major） 双专业 ， （Double major） ， 第二专业（Secondary majo

24、r），辅修（Minor），连续（Coterm）和荣誉专业（Honor）等。 麻省理工学院十分注重本科课程体系与潮流发展相适应，多次对课程体系进行重大革新。最近 的一次新课程体系的制定开始于 2004 年，将于 2010 年开始全面推行新的课程体系。该新课程体系 将强调尽早和尽可能多的实际动手能力的培养，通过实践加深对知识的理解；将尽可能为每个学生 提供课程修习灵活性，达到量体裁衣的效果。 加州大学伯克利分校则强调学习能力的培养，特别重视现实系统工程中的交叉学科的能力，鼓 励学生选课尽量包含各个系的核心课程，不要过于专业化。其教育思想就是引导学生在伯克利求学 的目的“是为了整个职业生涯，而不只是

25、为了第一份工作”。 国外大学本科实行的是通识教育，通识教育实际是兴趣、知识、能力和人格的培养，特别是培 养领袖人才的素质个人品格、业务知识、团队精神、社会责任、交往能力、表达能力、健壮的 体魄等。这种教育理念不仅应体现在课堂教学上，还应体现在业余生活中。本科教学强调培养学生 的聪明才智而不是专门的职业准备，尤其强调培养学生独立的批判性思维能力，如耶鲁大学认为质 疑和批判是通识教育的精髓。 国外大学的通识教育是以建立起完善的终身教育体系为前提的。根据调查，发达国家的企业之 所以能接受专业面很宽的学生且能保持工业技术的领先，是与国外企业有完善的岗前培训以及有效 的继续教育制度分不开的。此外，国外大

26、学的通识教育也适应经济体系的需求。目前，世界发达国 家第三产业产值占总 GDP 的比例和第三产业从业人员占总就业的比例均在 70%以上。第三产业是容 纳社会就业人数最多的部门，而第三产业需要综合素质高的人才，其知识面不需要过专。就产业链 而言，除制造业外，包括产品设计、仓储运输、原料采购、订单处理、批发经营、以及零售等软环 节是最需要大学生的，而各层次又需要不同知识结构的人才，因此发达国家的大学毕业生在就业方 面，比较淡化所谓专业对口的问题。 五、相关产业现状与发展趋势 相关产业现状与发展趋 发展 微电子相关产业 产业的现状与发展趋势 1. 微电子相关产业的现状与发展趋势 微电子技术以集成电路

27、芯片的设计、制造、封装为核心，从手机到智能设施的一切都得仰赖芯 片作为驱动。集成电路芯片的应用涉及到许多行业，如：计算机及其外设、家用电器及民用电子产 品、通信器材、医疗仪器、工业自动化设备和军工等。 （1） 国外技术动态和市场概况 从技术层面上考虑，集成电路制造技术的发展经历了 6 个阶段：小规模集成电路 （1962 年）、 中规模集成电路 （1966 年）、大规模集成电路 （1967 年）、超大规模集成电路 （1977 年）、特大规模 集成电路 （1993 年）和巨大规模集成电路 （1994 年）。 目前，硅晶圆尺寸已经到达 1218 英寸，器 件的特征尺寸以 0.180.13 微米为主，

28、35 纳米乃至 20 纳米工艺的器件已在实验室制备成功，研究 工作已进入纳米技术阶段，其相应的栅氧化层厚度达 2.01.0nm。英特尔 45 纳米技术制造的芯片 在 2008 年以后将逐渐成为主流， 预计到 2010 年，5070 纳米工艺的 64GDRAM 产品将投入批量生产。 集成电路设计技术的发展核心是电子计算机辅助设计通用软件包（EDA）的开发和应用。EDA 技术的 6 发展历程经历了 3 个阶段：20 世纪 70 年代的计算机辅助设计（CAD）阶段，80 年代的计算机辅助工 程（CAE）阶段，90 年代的电子系统设计自动化（ESDA）阶段。EDA 技术的每一次进步，都引起了设 计层次

29、上的一个飞跃，先后经历了物理级设计、电路级设计和系统级设计 3 个层次。系统级设计的 关键电路用一片或几片专用集成电路（ASIC）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设 计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件，即系统集成芯片（SOC）。与由 IC 组成的系统 相比，由于 SOC 设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，可以在同样的工艺技术条件下实现 更高性能的系统指标， 将是 21 世纪微电子行业发展的一大趋势。 SOC 其中， ASIC 按设计方法可分为： 全定制 ASIC、半定制 ASIC 和可编程 ASIC（也称为可编程逻辑器件 PLD）。可编程逻辑器件自 70 年

30、代 以来，经历了 PAL、GAL、CPLD、FPGA 几个发展阶段，其中，CPLD/FPGA 属高密度可编程逻辑器件。 目前，集成度已高达 200 万门/片，已将掩膜 ASIC 集成度高的优点和可编程逻辑器件设计生产方便 的特点结合在一起，特别适合于样品研制或小批量产品开发，使产品能以最快的速度上市。当市场 扩大时，它可以很容易地转由掩膜 ASIC 实现，因此开发风险也大为降低，目前是主流研究产品。 从市场层面看，美国和日本占据了全球半导体市场的大部分份额，世界十大半导体生产商有英 特尔、三星、德州仪器、Renesas、东芝、ST 微电子、英飞凌、NEC、摩托罗拉和飞利浦，其中美国 4 家，日本 3 家，韩国、德国和荷兰各 1 家。根据美国 In-Stat/MDR 公司的调查显示：20 世纪 90 年 代，伴随着国际 IT 产业的快