大功率半导体科学与工程,之前是电气工程及其自动化的新工科方向

梦蕊三思 2024-04-22 01:59:11

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每年的普通高等学校本科专业备案和审批结果公开之后,各方面都非常关注,尤其是广大家长朋友,都希望能够从中找到一个好专业,为自己孩子未来就业打下良好基础。

就2024年获批新增的本科专业目录外的24个专业来说,有不少专业就比较吸引眼球。比如,今天我们要提到的大功率半导体科学与工程。为什么吸引眼球或者说热门呢?恐怕主要还是因为“半导体”几个字,不仅属于高大上的名词系列,还是不少明星城市重点发展的高技术产业。

可是,可是,这不应该是一个电子信息类专业吗,为什么被放到了电气类之下呢?这个专业如果与电气工程及其自动化放到一起的话,该怎么选择比较合适呢?为了搞清楚这个问题,我们下面就分别看一下该专业的来龙去脉,以及功率半导体或者说大功率半导体到底是什么样的技术或者产品。

一、获批新增的西南交通大学,在电气工程及其自动化专业下,已经开设有“功率半导体器件及应用”新工科专业方向

在2023年3月的一篇报道中,我们看到这样的内容。西南交通大学依托自身轨道交通领域的学科专业优势和中车株洲电力机车研究所在大功率半导体器件领域的产业优势,以电气工程及其自动化专业为载体,共同开展“功率半导体器件及应用”专业方向的人才培养。2021年,西南交大—中车时代微电子学院获批进入教育部首批现代产业学院建设名单。截至报道公开时,在西南交通大学和中车株洲所的共同培养下,“功率半导体器件及应用”新工科专业方向已完整培养了3届本科毕业生,在读本科生已按照自然班建制培养,且已向教育部申报增设“功率半导体科学与工程”本科专业,后续将继续围绕国家重要需求,培养“高、精、尖、急、缺”的功率半导体专业人才。

同时,我们还在西南交通大学新闻网上看到了2023年新专业申报公示,其中就包括“功率半导体科学与工程”。不过,等到2024年3月教育部公布2023年度普通高等学校本科专业备案和审批结果时,最终确定的专业名称为“大功率半导体科学与工程”,专业代码:080610TK,专业类是电气类,获批的高校也只有西南交通大学一所高校。

很多朋友对电气类专业,以及相关的电子信息类专业比较感兴趣,为了让大家对大功率半导体材料科学与工程这一专业有个更为深刻的认识,小编建议大家还是看看最新的电气类、电子信息类专业目录比较好。

上述专业目录,估计让大家都头大了,怎么既有半导体也有集成电路,不是一回事吗?

二、功率半导体是什么?

弄清楚这个问题之前,我们有必要搞清楚几个看似简单却又比较专业的概念。

首先,我们看什么是芯片。芯片,也被称为集成电路(Integrated Circuit,缩写为IC)或微电路、微芯片、晶片/芯片,是电子学中的一种将电路小型化的方式,这些电路主要由半导体设备(也包括被动组件等)组成,并通常在半导体晶圆表面上制造。芯片在现代科技中发挥着至关重要的作用,为各种设备提供了强大的算力,包括计算机、笔记本电脑、无线通信设备等。此外,随着人工智能的快速发展,芯片也成为了这一领域的关键驱动力。例如,强大的GPU芯片为生成式人工智能和大模型的爆发提供了强大的算力支持。

其次,我们看什么是半导体。半导体(semiconductor)是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。这种材料具有特殊的导电性,其电导率介于金属和绝缘体之间,且随温度、光照和杂质等因素的变化而显著变化。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等,其中硅是最具影响力的半导体材料,广泛应用于各种电子设备中。半导体在现代科技中发挥着至关重要的作用,被广泛应用于集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域。例如,二极管、晶体管等电子器件都是采用半导体材料制作的。此外,半导体还应用于计算机、移动电话、数字录音机、游戏硬件和医疗设备等各种电子产品中。

最后,我们看什么是功率。功率是指半导体器件所能承受的最大功率,也是半导体器件的重要技术指标之一。它用于衡量半导体器件所能承受的电流和电压的能力,以及实现功率放大、开关等功能的重要参数。半导体功率越大,说明器件产生的热量越多。

明白了这些内容,再来看大功率半导体的介绍,可能就会简单一些。据公开资料,是指能够承受高电压和大电流的半导体器件,具有精度高、稳定性好、效率高、可靠性强等优点,并且能够实现迅速切换和控制精度高的特点。它们在电力变换和控制领域有着广泛的应用,如电机控制、变频器、空调、电焊机、电锅炉等电力设备以及电子产品中。此外,大功率半导体还可以应用于新能源、航空航天、高速铁路等领域,为这些领域的发展提供有力支持。换句话说,大功率半导体是一种重要的电子器件,具有广泛的应用前景和市场需求。

鉴于西南交通大学的特色优势所在,我们还有必要继续看一下什么是高铁大功率半导体。据介绍,高铁大功率半导体尤其是IGBT(绝缘栅双极晶体管),是高铁牵引变流器和辅助逆变器的核心部件。高铁牵引变流器是将电网的交流电转换为适合电动机使用的直流电,而IGBT则是这个过程中的关键元件。它能够快速、准确地控制电流的开关,从而实现对电动机的精确控制。同时,IGBT还具有高效率、高可靠性、高稳定性等优点,能够满足高铁高速、安全、舒适、节能等要求。IGBT作为大功率半导体器件的最先进一代的器件,也被称为电力电子行业里的“CPU”。IGBT在高铁中的应用主要是实现电能的转换和控制,从而驱动高铁的运行。

三、学校依托自身轨道交通领域的学科专业优势和中车株洲电力机车研究所在大功率半导体器件领域的产业优势,能够为毕业生就业提供一定保障

在西南交通大学的一则公开报道中,我们看到这样的介绍,受益于电动汽车、轨道交通、新能源等领域应用不断增长,功率半导体的市场规模将持续扩大。全球功率半导体中高端产品生产商主要集中在欧美日韩,特别是在高铁领域,大功率半导体器件主要靠进口。目前急需培养一批有志青年加入到半导体的行业建设中,为中国功率半导体事业的崛起提供源源不断的新生力量。西南交通大学在既往的“功率半导体器件及应用”新工科专业方向人才培养过程中,将课堂搬到生产现场,通过学校专业教师与产业专家联合授课,以工程项目需求为牵引,实现理论与实践教学的深度融合,打通人才培养和就业的最后一公里。今后,可能还会继续采取这一模式。

这一模式的好处是,西南交通大学的轨道交通领域学科专业优势,会为毕业生到中车株洲电力机车研究所有限公司(简称“中车株洲所”)学习、实习乃至工作提供一定便利。反过来,中车株洲电力机车研究所有限公司的学习、实习经历,也会为毕业生个人职业发展添光加彩、积累人脉。

为什么这样说呢?西南交通大学大家可能比较熟悉了,中车株洲所的实力,大家可以了解一下:深耕交通和能源领域,积淀了“算法、器件、材料”三大内核技术,打造了轨道交通、清洁能源、汽车与工业三大产业集群,下属十三家主体,拥有两家上市公司、十一个国家级科研创新平台、三个企业博士后科研工作站、五个海外技术研发中心、七家国家级专精特新“小巨人”企业。公司拥有超过7000名研发人员、1名中国工程院院士、260余名博士、4300余名硕士。2023年公司营收近523亿元,利税贡献超60亿元。

最后,需要说明一点的是:目前获批新增本专业的高校,只有西南交通大学一家。无论相关高校是否跟进,只要您希望学习大功率半导体科学与工程的相关学科内容,成为这个行业的一员,电气类、电子信息类、自动化类下的其他专业毕业生同样可以做到,除了考研究生外还有一个进入该行业后的不断跟进学习、实践锻炼的过程。

特别说明:本文有关素材,均来自教育部及相关高校公开信息和有关媒体公开报道。

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梦蕊三思

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