植入的原子创建了独特的电子ID可将真正的设备与赝品区分开来

如果有人向您出售来自法国巴黎的豪华手提包，但结果证明它是来自德克萨斯州巴黎的赝品，则该仿冒品可能会花费您1000美元，而骗子可能会入狱。但是，如果将伪造的电子设备安装在汽车中，则可能会使乘客或司机丧生。

如果没有新的安全措施，构成物联网的互连无线技术、数字电子和微机械电子系统很容易受到伪造和篡改，从而导致整个电信网络出现故障。2017年，从电子产品到药品，各种假冒产品的销售额在全球范围内估计达到1.2万亿美元。

为了帮助防止假冒计算机芯片和其他电子设备涌入市场，美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员展示了一种可以在产品出厂前对其进行电子验证的方法。

科学家们采用了一种称为掺杂的众所周知的技术，其中将与要标记的设备中的元素不同的元素的小簇“外来”原子注入到表面下方。注入的原子改变了最上层的电气特性，而不会对其造成伤害，从而形成一个可以被电子扫描仪读取的独特标签。

使用兴奋剂为设备创建电子标签并不是一个新想法。然而，NIST研究人员YawObeng表示，NIST技术使用原子力显微镜(AFM)探针的尖端来植入原子，与其他使用激光或离子束的掺杂技术相比，它更简单、成本更低并且需要的设备更少。.与其他方法相比，它的破坏性也更小。

“我们在每个设备上贴上贴纸，除了贴纸是电子的，没有两个是相同的，因为在每种情况下，掺杂原子的数量和模式都不同，”奥本说。

为了创建电子ID，奥本和他的同事首先沉积了一层10纳米(十亿分之一米)的掺杂材料薄膜——在这种情况下是铝原子——大约10厘米见方的硅片，然后被分解成邮票——调整碎片大小，以便它们可以放入AFM。然后，该团队使用AFM探针的针状尖端将铝原子推入硅碎片几纳米。注入区域的直径很小，不大于200nm。

要检测系统中是否存在伪造组件，您需要一种在整个供应链中唯一识别和验证这些组件的方法。为了实现这一目标，NIST研究人员开发了一种新的低成本工艺，通过改变硅的电子结构来创建独特且不可复制的ID标签。这些标签可以在制造过程中嵌入到设备中，并且很容易被收到设备的任何人验证，从而确保关键系统中组件的安全供应链。信用：肖恩凯利/NIST

注入的原子会改变晶片表面正下方硅原子的排列。这些硅原子以及存在于整个晶片中的硅原子以重复的几何图案排列，称为晶格。每个硅晶格就像一个具有特定阻抗的电路，AC(交流)等效于DC(直流)电路中的电阻。

当注入的铝原子被迅速加热到大约600摄氏度时，其中一些获得了足够的能量来取代晶片表面下方晶格中的一些硅。随机替换改变了这些晶格的阻抗。

每个掺杂剂改性的晶格都具有独特的阻抗，具体取决于掺杂剂的数量和类型。因此，晶格可以作为一种独特的电子标签——一种纳米级版本的晶圆二维码，Obeng说。当扫描仪向设备发射一束无线电波时，经过电学改变的晶格会通过发射与其阻抗相对应的独特射频来做出响应。假冒设备很容易被识别，因为它们不会以相同的方式对扫描仪做出响应。

“这项研究很关键，因为它提供了一种通过安全、不可更改和廉价的方式来唯一识别组件的方法，”NIST计算机安全部门的研究员JonBoyens说，他不是该研究的合著者。

Obeng于9月16日在德国德累斯顿举行的IC设计与技术国际会议上介绍了这项研究，该研究建立在同一团队早期工作的基础上。新研究改进了插入掺杂剂原子的AFM方法，以便AFM探针可以更精确地将原子放置在硅片中。更高的精度将更容易在现实条件下测试电子ID系统。

Obeng和他的合作者，包括NIST的JosephKopanski以及NIST和华盛顿特区乔治华盛顿大学的Jung-JoonAhn，认为他们的技术是一个原型，需要修改才能用于大规模生产。

一种可能性是使用多个AFM并排工作的尖锐探针，以便可以一次将掺杂材料注入到许多设备中。另一种策略是使用高压辊将涂覆在计算机芯片或其他设备上的掺杂剂原子快速推入设备几纳米。印在滚轴上的图案将确保根据精确的蓝图注入掺杂剂原子。滚筒广泛用于平整纸张、纺织品和塑料。

Obeng于9月16日在德国德累斯顿举行的IC设计与技术国际会议上介绍了这项工作。