基于混合卤素纯无机钙钛矿相分离获得尺寸可调PUF的方法技术

一种基于混合卤素纯无机钙钛矿相分离获得尺寸可调PUF的方法，该发明专利技术通过两步化学气相沉积法引入离子交换，实现了空间位置与卤素比例均随机分布的混合卤素纯无机钙钛矿微球。本发明专利技术根据激光束阵列扫描，将收集到的荧光响应编码为密钥，并基于激光辐照诱导混合卤素纯无机钙钛矿相分离的现象，获得了不同激光强度下独立的密钥。通过随机组合上述独立密钥，扩展了密钥尺寸及编码空间，可实现安全性更高的尺寸可调PUF。尺寸可调PUF。尺寸可调PUF。

【技术实现步骤摘要】
基于混合卤素纯无机钙钛矿相分离获得尺寸可调PUF的方法


[0001]本专利技术涉及信息安全与半导体光电
，具体涉及一种基于混合卤素纯无机钙钛矿相分离的获得尺寸可调物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function，简称PUF)的方法。

技术介绍

[0002]古往今来，造假一直是全社会亟待重点解决的问题之一，从消费品到专业技术等各种制造业中都无处不在。为解决这些问题，通常会给商品加以特定的标签，如条形码、水印等等。如今，电子系统使用的数字密钥通常存储在非易失性存储器(NVM)中，这种数字密钥是基于数学方法存在的而非物理实体，很容易被复制和篡改。基于此，具有不可克隆的不可预测的防篡改PUF提供了一种新的解决思路。
[0003]在PUF的发展中，电学PUF由于欧姆定律的线性响应易被机器学习破译，通过暴力拆解可被伪造和篡改，且易受温度、电磁环境等外界因素的影响，这些都极大的限制了电学PUF的实际应用。光学PUF是基于随机分布的微纳介质与激励光的相互作用，其安全性远高于电学PUF。而目前应用于光学PUF的微纳结构几乎都是通过如喷墨法、刮涂法、金属的表面增强拉曼散射(SERS)、激光雕刻等方法获得，存在工艺繁琐、均匀性差、尺寸固定、认证过程复杂等缺点。
[0004]专利技术名称《一种基于纯无机钙钛矿晶体制备密码原语的方法及其应用》(专利号202110489949.2)公开了一种基于纯无机钙钛矿晶体制备密码原语的方法及其应用，包括制备成分偏析纯无机钙钛矿晶体图案及密码原语的编码规则；通过调节蒸发结晶时所处的温度控制其溶解度不同，获得具有成分偏析程度随机的纯无机钙钛矿晶体。该编码方案主要是依据荧光峰的数目分为四种类型，获得了二进制编码结果。该专利是基于成分偏析的纯无机钙钛矿晶体的光致发光峰位个数的不同，只是“静态”的编码结果，尺寸固定，编码容量低，且制备过程繁琐，极大的限制了其实际应用。
[0005]基于激光辐照诱导混合卤素纯无机钙钛矿相分离的现象，通过调整激光的辐照功率来调制更新PUF编码响应，解决了目前光学“静态”的现状，扩展了密钥尺寸及编码空间，具有尺寸可调性和更高的安全性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于混合卤素纯无机钙钛矿相分离获得尺寸可调PUF的方法，利用微球制备工艺中的随机性及激光辐照的相分离现象可实现随机峰位变化的荧光光谱响应，根据编码规则可获得多组不可克隆的密钥，通过随机的组合实现了安全性更高的尺寸可调PUF。具有不可克隆性及不可预测性，很难被伪造和篡改。
[0007]本专利技术的技术解决方案如下：
[0008]一种基于混合卤素纯无机钙钛矿相分离获得尺寸可调PUF的方法，其特点在于该方法包括下列步骤：
[0009]步骤1：获得混合卤素纯无机钙钛矿微球；
[0010]步骤2：用连续波激光对所述的混合卤素纯无机钙钛矿微球随机选区并阵列扫描，将收集到的荧光响应编码为密钥；
[0011]步骤3：调整连续波激光的功率密度，对所述的混合卤素纯无机钙钛矿微球在上述同一区域内阵列扫描，获得了不同激光强度下独立的密钥；
[0012]步骤4：对所得多组独立的密钥随机组合，获得尺寸可调PUF。
[0013]进一步地，步骤1具体为：通过控制卤素离子交换的反应时间10～30min，采用两步化学气相沉积法获得了混合卤素纯无机钙钛矿微球，混合卤素是溴元素和碘元素。所述混合卤素纯无机钙钛矿微球的位置、尺寸和溴碘比呈随机分布特征。
[0014]衬底表面混合卤素纯无机钙钛矿微球的密度随机分布范围在0.03～0.10/μm2，在小光斑辐照下，激光光斑覆盖的微球数服从泊松分布，为描述与调控光学PUF统计性质提供理论依据。
[0015]混合卤素纯无机钙钛矿微球的尺寸随机分布范围在0.2～1.8μm，微球尺寸大小的随机分布为铯铅卤纯无机钙钛矿溴碘比的随机分布提供了依据。溴碘元素比例随机分布范围在0.47～10.2，荧光峰位范围在525～695nm。
[0016]进一步地，步骤2编码过程具体为：统计所有谱线的最强峰波长，将最强峰波长的中位数定义为阈值波长。响应谱线最强峰波长小于阈值波长的点位判定为0，响应谱线最强峰波长大于等于阈值波长的点位判定为1。判定完成即获得二进制密钥。
[0017]所述连续波激光的功率密度范围在0.017～3.37W/cm2，其中0.017～0.168W/cm2是低功率密度区间，0.168～3.37W/cm2是高功率密度区间。
[0018]本专利技术使用时的工作原理是：
[0019]在环境温度下(室温、湿度低于40％、标准大气压)，采用多重功率密度的特定波长(高于材料带隙)的激光辐照会产生不同结果：低功率密度范围内激光辐照混合卤素纯无机钙钛矿微球时，该低功率激光不造成相分离过程或相分离程度小至无法被检测，微球的密度、位置、尺寸和溴碘比成分的随机性使荧光响应存在随机特性；而用高功率密度范围的激光辐照混合卤素纯无机钙钛矿微球时，由于相分离现象的发生，原本不同溴碘比的纯无机钙钛矿微球的荧光峰位会出现不同程度的红移。通过调整激光功率密度辐照同一阵列将得到多组独立的二进制密钥，再经过随机组合这些密钥，将实现具有更高安全性的尺寸可调的PUF。
[0020]本专利技术的有益效果如下：
[0021]1.微球在制备过程中具有不可控性，其密度、位置、尺寸、溴碘比存在随机分布特征。即使制备方法完全公开，在相同条件下重新制备，或用如3D打印等高精密加工技术也难以精确复制，且谱线响应难以被深度学习算法预测和攻击。
[0022]2.混合卤素纯无机钙钛矿微球在高功率密度范围的激光辐照下将发生相分离过程，其谱线结果与低功率密度激光辐照的结果是不同的。通过调控激光的辐照强度实现了独立的二进制编码结果，经随机组合后可获得尺寸可调的PUF，极大的提高了信息响应的安全性。
[0023]3.混合卤素纯无机钙钛矿微球的相分离现象是通过连续波激光的辐照实现，连续波激光具有很高的稳定性及低功耗和小型化的特性，更适用于实际的应用场景中。
[0024]4.制备工艺简单，且无需对响应谱线进行去偏算法处理，便可实现均匀二进制分布，避免了有效自由度的丢失。
附图说明
[0025]图1为本专利技术基于混合卤素纯无机钙钛矿相分离获得尺寸可调PUF方法的流程图；
[0026]图2为本专利技术采用不同激光功率密度辐照样品获得不同响应的示意图；
[0027]图3为本专利技术中微球a的溴碘比分布；
[0028]图4为本专利技术中微球b的溴碘比分布；
[0029]图5为本专利技术中微球c的溴碘比分布；
[0030]图6为本专利技术中的微球密度差异；
[0031]图7为本专利技术中的微球尺寸分布；
[0032]图8为本专利技术中荧光峰随机分布的光致发光谱；
[0033]图9为本专利技术中单个微球在高低功率密度激光辐照时荧光峰位；
[0034]图10为本专利技术中高低功率密度激光辐照本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合卤素纯无机钙钛矿相分离获得尺寸可调PUF的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：步骤1：获得混合卤素纯无机钙钛矿微球；步骤2：用连续波激光对所述的混合卤素纯无机钙钛矿微球随机选区并阵列扫描，将收集到的荧光响应编码为密钥；步骤3：调整连续波激光的功率密度，对所述的混合卤素纯无机钙钛矿微球在上述同一区域内阵列扫描，获得了不同激光强度下独立的密钥；步骤4：对所得多组独立的密钥随机组合，获得尺寸可调PUF。2.根据权利要求1所述的一种基于混合卤素纯无机钙钛矿相分离获得尺寸可调PUF的方法，其特征在于，步骤1具体为：通过控制卤素离子交换的反应时间10～30min，采用两步化学气相沉积法获得了混合卤素纯无机钙钛矿微球。3.根据权利要求2所述的一种基于混合卤素纯无机钙钛矿相分离获得尺寸可调PUF的方法，其特征在于，所述的混合卤素是溴元素和碘元素。4.根据权利要求2所述的一种基于混合卤素纯无机钙钛矿相分离获得尺寸可调PUF的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：高新宇，董红星，周贝尔，王虎，邵宇川，张龙，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：