Терагерц

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12474 (2023) Цитировать эту статью

293 Доступа

Подробности о метриках

Контрафактная продукция представляет собой серьезную угрозу для экономики, безопасности и здоровья. Один из подходов к снижению этих рисков заключается в установлении происхождения продукции путем ее отслеживания до места ее производства. Однако современные методы идентификации, такие как штрих-коды и RFID, имеют ограничения, которые делают их уязвимыми для подделок. Точно так же энергонезависимая память, физически неклонируемые функции и новые методы, такие как неклонируемая алмазная защитная метка и снятие отпечатков пальцев ДНК, также имеют свои ограничения и проблемы. Чтобы решение для отслеживания получило широкое распространение, оно должно соответствовать определенным критериям, в том числе быть недорогим, уникальным, неизменяемым, легко читаемым, стандартизированным и неклонируемым. В этой статье мы предлагаем решение, использующее ультракороткие импульсные лазеры для создания уникальных, неклонируемых и неизменяемых физических меток. Эти метки затем можно считывать неразрушающим способом с помощью терагерцовой (ТГц) спектроскопии в дальнем поле. Основная цель данной статьи – исследовать осуществимость предлагаемого нами подхода. Мы стремимся оценить способность различать лазерные метки различной глубины, оценить чувствительность терагерцового считывания к параметрам лазерной гравировки, изучить способность захвата меток с высокой плотностью информации и изучить способность захвата подповерхностных меток. Учитывая эти аспекты, наш метод может стать универсальным решением для широкого спектра приложений по отслеживанию.

Контрафактная продукция1,2 создает значительные риски для экономики, безопасности и здоровья правительств, отраслей и общества. Контрафактная микроэлектроника приносит ежегодные убытки в миллиарды долларов, а контрафактные фармацевтические препараты ежедневно подвергают опасности тысячи жизней. Избежание использования контрафактной продукции, пожалуй, является наиболее эффективной мерой по снижению этих рисков, которая требует установления происхождения продукции путем отслеживания ее происхождения до места производства. В настоящее время для решения этой проблемы используется несколько методов3, включая штрих-коды, пассивные и активные RFID и другие. Однако, несмотря на их частичную эффективность в решении определенных проблем, связанных с отслеживаемостью, сохраняются различные проблемы. Одна из основных проблем заключается в том, что сами эти методы идентификации могут быть подделаны4. Производители контрафактной продукции могут легко клонировать существующие идентификаторы, например штрих-коды, чтобы замаскировать свою продукцию под подлинную. Хотя были предложены более сложные методы, они часто связаны с высокими затратами на реализацию, трудностями в обращении, сложностью считывания и проблемами с удобством использования. Энергонезависимая память (NVM), которую можно использовать для микросхем, дорога и может не подходить для микросхем меньшего размера5. Использование энергонезависимой памяти (NVM) требует включения питания устройства, что становится непрактичным при работе с большим количеством деталей, требующих исследования внутри их корпусов. Аналогичным образом, физические неклонируемые функции (PUF), которые также применимы к электронным чипам6, сталкиваются с той же проблемой, требующей включения питания устройства, и имеют дополнительные ограничения в отношении хранения информации. Фактически, хотя PUF позволяют создавать уникальную подпись, они не допускают выборочного внедрения данных в устройство. Новые методы также сопряжены со своими проблемами. Например, алмазная неклонируемая защитная метка (DUST) — это трендовый метод, который обеспечивает защищенную от несанкционированного доступа идентификацию физических предметов за счет использования квантово-инженерных нанокристаллов алмаза, внедренных в высокоэффективные полимеры7. Однако это решение является дорогостоящим и создает трудности в реализации. Кроме того, он не рассматривается как практическое решение для применения на уровне чипа, что приводит к нарушению отслеживаемости цепочки поставок. Аналогичным образом, решения для снятия отпечатков ДНК, такие как решение, разработанное Haelixa, сталкиваются с аналогичными проблемами при применении к микроэлектронике8. В целом, эффективное решение по отслеживанию должно соответствовать следующим критериям, чтобы его можно было широко использовать в промышленности и правительстве в качестве средства преодоления существующих проблем с контрафактом: (1) Встраивание идентификаторов в продукты должно быть недорогим; (2) Идентификаторы должны быть уникальными; (3) Идентификаторы должны быть неизменяемыми в том смысле, что любая попытка их изменения должна быть идентифицируемой и вызывать уничтожение идентификатора; (4) Идентификаторы должны быть легко читаемыми, предпочтительно пассивными (т. е. без необходимости включения питания), чтобы подходить для полевых и крупномасштабных применений; (5) Идентификаторы должны быть стандартизированы, чтобы их можно было широко применять, что является ключом к их эффективности; и (6) Идентификаторы не должны быть клонируемыми. Мы представляем новый подход, который потенциально может удовлетворить все перечисленные выше критерии. Предлагаемый метод использует ультракороткоимпульсный лазер для создания уникальных, неклонируемых, неизменяемых физических меток быстрым и недорогим способом. Кроме того, он использует терагерцовую (ТГц)9-спектроскопию в дальнем поле для неразрушающего считывания поверхностных и подповерхностных меток. Целью данной статьи является исследование различных аспектов осуществимости описанного метода с целью разработки универсального решения для широкого спектра приложений по отслеживанию. Исследуется возможность получения терагерцового изображения по времени прибытия для различения лазерных меток разной глубины и разрешения таких показаний. Кроме того, изучается чувствительность показаний ТГц к параметрам лазерной гравировки, которые использовались для создания знака. Способность предлагаемого метода создавать метки с высокой плотностью информации (т.е. больших объемов данных на единицу площади) оценивается путем исследования возможности захвата профиля поверхности, состоящего из областей с разными значениями высоты. Наконец, исследуются возможности метода терагерцового считывания для захвата подземных меток.