基于纳米线随机网络的PUF系统及其制备方法

本发明涉及忆阻器应用领域，尤其涉及一种基于纳米线随机网络的物理不可克隆函数puf系统及其制备方法。

背景技术：

1、随着物联网技术的不断催生，现有设备总量不断攀升，在2025年智慧互联设备预计将有超过2000亿台。然而这些电子设备涉及大量的信息生成、获取、存储和通信，这些信息很容易通过逆向工程、黑客攻击和网络攻击而被盗窃、操纵和滥用。因此，物联网技术需要内置的信息安全系统。而现阶段最有效的信息安全系统是通过物理不可克隆函数(physical unclonable function，puf)建立的。

2、puf是利用一些硬件组件在物理微结构的自然变化及其与不同刺激(电压、磁场和光)相互耦合产生的可分辨的信息。当这些刺激应用于给定的微观结构时会产生独特且不可预测的结果。不过，每次将相同的刺激应用于相同的微观结构时得到的信息是一致的，在不同的微观结构之间会有很大差异。这就能保证puf的独特性和随机性，从而达到对信息安全的保障。一个良好puf的需要有较为经济的制备方式，和方便快捷的读取方法。

3、国际上对于puf的研究处于一个还在蓬勃发展的阶段。现有的解决手段，有通过光学偏振的方式，观察一些金属纳米颗粒或纳米微结构的方式来制备puf。还有一些工作利用在不同刺激下(磁场，微波信号)纳米结构的光学信息来进行信息的编码。利用光学制备的puf往往都具有极高的编码量。然而对于光学方法读取信息来说，读取信号的速度无法与电学信号相比拟。除此之外，在利用电学信号读取方面，也有利用忆阻器或者晶体管本身带来的器件-器件间的非均一性来制备puf，这些研究的puf有低功耗特性但其在制备puf时候付出的经济价值是值得考量的，此外这种方式制备的puf普遍编码量较低。因此探索新型的puf生成手段是学界目前极为火热的探讨话题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于纳米线随机网络的物理不可克隆函数puf系统及其制备方法，解决了现有制备的puf存在编码量较低、制备工艺复杂、成本高的问题。

2、一种基于纳米线随机网络的puf系统，包括全连接忆阻器网络、激发与读取阵列；

3、所述全连接忆阻器网络由银纳米线忆阻器网络组成，用于存储银纳米线交点之间的电阻信息；

4、所述激发与读取阵列由金属电极构成，用于读取电压电流的信号并通过高电压击穿的方式改变银纳米线忆阻器网络交点之间的电阻分布。

5、在本发明的一种实施例中，所述银纳米线忆阻器网络是核-壳结构。

6、在本发明的一种实施例中，所述银纳米线忆阻器网络的核结构为银ag材料；壳结构为聚乙烯吡咯烷酮pvp材料或者硫化银ags2材料。

7、在本发明的一种实施例中，所述金属电极采用惰性金属。

8、在本发明的一种实施例中，所述惰性金属为金。

9、在本发明的一种实施例中，所述金属电极的厚度为50nm。

10、一种基于纳米线随机网络的puf系统的制备方法，包括：

11、在预设厚度的sio2/p+si衬底上旋涂一层pvp-银纳米线混合物，然后旋涂nr9-3000py负性光刻胶，光刻电极；

12、利用溅射工艺在预设位置沉积出的金属电极阵列。

13、在本发明的一种实施例中，所述sio2/p+si衬底的厚度为300nm。

14、在本发明的一种实施例中，所述金属电极阵列的预设体积为300μm×300μm×50nm，其中厚度为50nm。

15、在本发明的一种实施例中，所述pvp-银纳米线混合物平均长度为30μm，直径为90nm。

16、本发明提供了一种基于纳米线随机网络的puf系统及其制备方法，至少包括以下有益效果：本发明使用的银纳米线忆阻器网络制备工艺简单、成本低，且利用全连接电阻网络的特性，极大程度上超越了原有物理不可克隆函数的编码量；利用银纳米线忆阻器网络全连接的特性，实现了以极小的规模和极低的成本制作具有大编码量的物理不可克隆函数系统。本发明利用银纳米线忆阻器网络的雪崩击穿现象来编码物理不可克隆函数，可以快速高效地生成随机秘钥并读取信号，从而达到低成本、低功耗、高安全性的目的。

技术特征：

1.一种基于纳米线随机网络的puf系统，其特征在于，包括全连接忆阻器网络、激发与读取阵列；

2.根据权利要求1所述的基于纳米线随机网络的puf系统，其特征在于，所述银纳米线忆阻器网络是核-壳结构。

3.根据权利要求2所述的基于纳米线随机网络的puf系统，其特征在于，所述银纳米线忆阻器网络的核结构为银ag材料；

4.根据权利要求1所述的基于纳米线随机网络的puf系统，其特征在于，所述金属电极采用惰性金属。

5.根据权利要求4所述的基于纳米线随机网络的puf系统，其特征在于，所述惰性金属为金。

6.根据权利要求4所述的基于纳米线随机网络的puf系统，其特征在于，所述金属电极的厚度为50nm。

7.一种基于纳米线随机网络的puf系统的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的基于纳米线随机网络的puf系统的制备方法，其特征在于，所述sio2/p+si衬底的厚度为300nm。

9.根据权利要求7所述的基于纳米线随机网络的puf系统的制备方法，其特征在于，所述金属电极阵列的预设体积为300μm×300μm×50nm，其中厚度为50nm。

10.根据权利要求7所述的基于纳米线随机网络的puf系统的制备方法，其特征在于，所述pvp-银纳米线混合物平均长度为30μm，直径为90nm。

技术总结
本发明涉及忆阻器应用领域，公开了一种基于纳米线随机网络的PUF系统及其制备方法，该系统包括：全连接忆阻器网络、激发与读取阵列；所述全连接忆阻器网络由银纳米线忆阻器网络组成，用于存储银纳米线交点之间的电阻信息；所述激发与读取阵列由金属电极构成，用于读取电压电流的信号并通过高电压击穿的方式改变银纳米线忆阻器网络交点之间的电阻分布。本发明解决了现有制备的PUF存在编码量较低、制备工艺复杂、成本高的问题。

技术研发人员：任天令,田禾,刘晏铭,简铭
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16