本發(fā)明通常涉及器件的唯一標識符的確定或生成，該器件呈現(xiàn)量子力學約束。

背景技術：

從無線傳感器到移動SIM（客戶身份模塊）和車內ECU（發(fā)動機控制單元）范圍的許多系統(tǒng)都將它們通信之類的安全基于通常本地存儲的密鑰上。為使安全性更為健壯，這種密鑰具有高度的唯一性（本領域使用的術語）自然是很重要的。不僅如此，潛在的密碼攻擊者難以克隆該密鑰也是很重要的。從更實際的角度講，提供密鑰的器件具有盡可能最小的物理和功耗占用，同時具有低制造成本，也是有必要的。密鑰有選擇地或附加地定義或描述為唯一識別符。

留有制造商之類的產(chǎn)品的唯一識別符可以通過標記或指紋識別那些產(chǎn)品，尤其是通過包括可以方便和重復讀取的唯一的、難以克隆的（物理的）函數(shù)，進行管理。物理地（有時也稱為物理的）不可克隆函數(shù)（PUF）可以提供這樣的識別。

通常，物理不可克隆函數(shù)是基于一般會被認為宏觀物理原理的函數(shù)所提供的。例如，物理不可克隆函數(shù)可能基于不同晶體之間的石英晶體振蕩頻率中的微小變化，或者不同器件之間由于構成那些不同器件的層的不同厚度導致的不同電容，或者在存儲單元的陣列中的異常識別（例如，死單元）。毫無疑問，這些途徑在實際中起作用。然而，它們仍有缺點。已經(jīng)意識到這些缺點的主要原因是在唯一識別符的生成過程中宏觀效應的使用。例如，這可能限制識別符的唯一性。并且，使用宏觀效應，在唯一識別符的確定和生成過程中的重復性和一致性有時可能被妥協(xié)，或者在提供該識別符的器件中需要顯著的空間或功耗。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的示例實施例的示例目標是至少部分地消除或減輕無論是在這里還是其他地方確定的現(xiàn)有技術的至少一個缺點，或者至少向現(xiàn)有技術提供替代的選擇。

根據(jù)本發(fā)明，提供了如所附的權利要求中提出的裝置和方法。從從屬權利要求和以下的描述可以明顯看出本發(fā)明的其他特征。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了為器件確定或生成唯一識別符的方法，該器件呈現(xiàn)量子力學約束，所述方法包括：（例如，電地）測量由所述量子力學約束造成的所述器件的唯一量子力學效應；以及，使用所述測量值確定或生成所述唯一識別符。

所述測量值可能包括測量所述器件的唯一量子力學譜。

使用所述測量值生成所述唯一識別符可能包括將所述測量值編碼和/或存儲為所述唯一識別符。

所述方法可能包括加熱呈現(xiàn)量子力學約束的所述器件以改變所述器件的所述唯一量子力學效應，并且因此有助于提供用于所述器件的新的唯一識別符。

可能使用專用的加熱器，和/或通過向所述器件通入電流進行所述加熱。

所述方法的至少一部分可能由其他器件進行，該其他器件包括呈現(xiàn)量子力學約束的所述器件，和/或與呈現(xiàn)量子力學約束的所述器件處于（例如，電的和/或光的）連接。

至少在使用中，利用呈現(xiàn)量子力學約束的所述器件的所述唯一識別符，可安排通過所述其他器件來測量所述效應，以便為所述其他器件確定或生成唯一識別符。

所述其他器件可能編碼和/或存儲所述唯一識別符。

所述方法可能包括將呈現(xiàn)量子力學約束的所述器件確定或生成的所述唯一識別符與由所述其他器件存儲和/或存儲在所述其他器件中的一個或多個識別符進行比較。所述方法還可能包括若呈現(xiàn)量子力學約束的所述器件確定或生成的所述唯一識別符和一個或多個存儲的識別符是相同的（即，相匹配），則阻止或允許所述其他器件的某些功能。

呈現(xiàn)量子力學約束的所述器件可能在至少一個維度、在至少兩個維度，或者在至少三個維度中呈現(xiàn)量子約束。

呈現(xiàn)量子力學約束的所述器件可能包括、是和/或提供以下中的一個或多個：一個或多個隧穿勢壘；共振隧穿二極管；肖特基勢壘；石墨烯納米帶；在層中的量子力學約束；在環(huán)中的量子力學約束；在點中的量子力學約束。

呈現(xiàn)量子力學約束的所述器件可能包括：在摻雜的GaAs結構中的GaSb量子（力學）環(huán)；或者在摻雜的GaAs結構中帶有AlGaAs隧穿勢壘的GaSb量子（力學）環(huán)。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了器件的用途，該器件呈現(xiàn)量子力學約束，所述用途包括：使用所述器件來確定和生成從由所述量子力學約束造成的所述器件的可測量的，例如，電的，唯一量子力學效應（也就是，例如，電可測量的唯一量子力學效應）派生出或可派生出的唯一識別符。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種裝置，包括：第一器件，所述第一器件包括第二器件和/或與該第二器件處于（例如，電的和/或光的）連接；其中，所述第二器件是呈現(xiàn)量子力學約束的器件，并且，所述第二器件具有由所述量子力學約束造成的可測量的，例如，電的，唯一量子力學效應（也就是，電可測量的唯一量子力學效應）；至少在使用中，所述效應布置為由所述第一器件可（例如，電地）測量以為所述第二器件和所述第一器件確定或生成唯一識別符。

所述第一器件可能是集成電路，并且：所述第二器件可能形成所述集成電路的一部分；和/或所述第二器件可能將所述集成電路的一個引腳連接至所述集成電路的另一個引腳。

為免存疑，與本發(fā)明的任意一個方面有關而描述的一個或多個特征可能結合或替代本發(fā)明的另一方面的任意一個或多個特征，除非技術人員通過閱讀本發(fā)明理解這樣的替代或結合是相互排斥的。例如，更具體地，與本發(fā)明的方法方面有關而描述的任意特征可能易于替代或結合與本發(fā)明的用途或器件方面有關而描述的任意特征。

附圖說明

以下通過舉例的方式參照附圖的描述將更好地理解本發(fā)明和本發(fā)明的實施例是如何實行的：

圖1示意地描繪了根據(jù)示例實施例的共振隧穿二極管的帶結構和模式操作；

圖2示意地描繪了圖1的器件的理想的量子力學譜；

圖3描繪了從兩個不同的理想器件獲得的量子力學譜；

圖4示意地描繪了根據(jù)一個實施例的呈現(xiàn)量子力學約束的器件的透視線框視圖；

圖5和6示意地描繪了圖4所示的更一般的概念的不同實現(xiàn)方式；

圖7和8分別示意地描繪了根據(jù)另一實施例的其他器件的透視圖和平面圖；

圖9示意地描繪了根據(jù)示例實施例的又一器件的平面圖；

圖10示意地描繪了根據(jù)另一示例實施例的包括呈現(xiàn)量子力學約束的器件的集成電路。

具體實施方式

如上所述，用于確定或生成唯一識別碼的方法存在的許多問題在于，這些方法基于宏觀物理效應。根據(jù)本發(fā)明的示例實施例，已經(jīng)意識到可能通過為器件確定和/或生成唯一識別符克服現(xiàn)有技術的至少一些問題，其中，該器件具體是呈現(xiàn)量子力學約束的器件。方法包括測量由該量子力學約束造成的該器件的唯一量子力學效應。此外，測量值接著用于為器件確定或生成唯一識別符。

該方法的量子力學性質通常允許在該方法中使用的器件是小型的，并且低功耗的。器件制造也可能通常是比在類似的宏觀方法中使用的器件便宜的。然而，興許最為重要是在該方法中使用的器件的量子力學性質允許識別符是尤為獨特的。當測量的量子力學效應是一個或多個譜（例如，一個以上譜的組合或卷積，或者一個以上不同譜的測量值）時，這是尤其如此。例如，尤其在兩個或兩個以上維度中呈現(xiàn)量子力學約束的器件可能提供在呈現(xiàn)約束的該器件（或者該器件的一部分）的結構中的電子或空穴的特定約束能量等級的唯一的可測量的譜。通常這部分結構可能是在層、環(huán)、點或其他結構形式中的納米結構，該納米結構具有處于或低于與系統(tǒng)中的電子的德布羅意波長相對應的長度尺度的空間維度。根據(jù)該系統(tǒng)的薛定諤方程式解，這樣的納米結構的物理性質，包括其原子排列、尺寸和成分，以及通過該結構的場（例如，應變場、磁場和電場）的具體形式可能全都影響電荷載流子受限制所處的能量。將可以理解的是，實際上不可能制造共享所有這些特性的兩個器件（以及可能更多的），因此沒有兩個器件是完全相同的。因此，約束的性質將不一樣，從而沒有兩個可測量的量子力學效應的效果為相同的約束造成的結果。因此，這樣的器件的可測量的量子力學效果可以用作該器件的唯一識別符。換句話說，已經(jīng)意識到，限制的結構（或者，一般而言，約束）提供高效和有效的物理地（有時也稱為物理的）不可克隆函數(shù)（PUF）。

現(xiàn)在將參照圖1到10以舉例的方式描述本發(fā)明的基本原理和示例實施方式。附圖沒有繪制為特定的比例，僅為理解本發(fā)明的基本原理和/或它的應用提供圖解幫助。

圖1示意地描繪了根據(jù)示例實施例的共振隧穿二極管的帶結構，該共振隧穿二極管呈現(xiàn)量子力學約束并且可以提供唯一識別符。

該共振隧穿二極管包括摻雜材料2，在該摻雜材料2中設有形成隧穿勢壘4的絕緣材料4。該隧穿勢壘4位于呈現(xiàn)或促進電子8的量子力學約束的納米結構6的兩側。在使用中，電子4從納米結構6的一側上的電壓可調導帶10隧道穿越勢壘4到納米結構6的另一側上的導帶12。穿過器件的電荷傳輸發(fā)生在特定的輸入條件，因此，生成該器件的共振性質。

如前所述，納米結構6可以是特定的、專門的結構，如環(huán)、點等等。然而，附加地和/或有選擇地，該納米結構可能簡單地推測該器件的特定部分是或具有一個或多個導致量子力學約束的維度，例如，在特定能級14。也就是說，納米結構6可能是具有納米尺度厚度的層。

在一個特定例子中，圖1的器件（或者，在其他實施例中任何其他合適的器件）的納米結構6可以是具有嵌入在帶有金屬柵的摻雜GaSb結構中的AlGaAs隧穿勢壘的GaSb空穴約束量子（力學的）環(huán)。在GaAs中個GaSb量子（力學的）環(huán)最近已經(jīng)被證明具有對空穴非常深的約束勢，這導致在器件的傳輸譜中有大量界限清楚的峰值。

圖2展示了參考前一段落的理想的傳輸譜的例子。畫出了隨電壓增加的電流相對于電壓的微分?？梢钥闯?，界限清楚的一系列峰值形成譜20。直接測量到dI/dV中的峰值的電壓與圖1的器件的納米結構中約束的能級相關。這些能級轉而與納米結構的原子組成中的唯一性質直接相關。因此，唯一的該結構提供唯一的譜，該唯一的譜轉而可以用作器件的唯一識別符。例如，用于特定器件的譜可以被編碼（即，數(shù)字化或以其他方式記錄）并且被譯成唯一識別的密鑰，該密鑰可以應用于密碼等。

在圖2所示的例子中，電荷傳輸已經(jīng)被用在測量中以生成或確定器件的或用于器件的唯一識別符。然而，可以測量量子力學約束的能級的其他方法包括電容-電壓測量，以及光學測量。例如，在光學測量的情況下，發(fā)射強度為光子能的函數(shù)。對于電荷傳輸測量方法，或以相同方式依賴電荷傳輸?shù)姆椒?，載流子可以是電子或空穴。

將空穴作為電荷載流子使用可能是有利的。在大多數(shù)III-V半導體中，最低能量價帶被認為是“重空穴”帶，因為在該帶中的空穴的有效質量是很大的。對于量子力學約束，束縛態(tài)的位置與質量成反比例，因此對于給定的勢阱，大的質量導致更多的束縛態(tài)。在GaAs中的GaSb環(huán)/點的情況下，這些重空穴的勢阱是非常深的，并且質量是非常大的，這意味著存在許多約束能級。這導致非常復雜和特性豐富的譜——即，非常獨特的譜。在采用石墨烯等的其他系統(tǒng)中，使用空穴而非電子可能沒有優(yōu)勢，或者電子是優(yōu)選的。

圖3展示了為兩個不同的、理想器件（第一器件30和第二器件32）選擇地測量的譜。在這些例子中所示的譜30、32針對的是隨輸入能量E的變化而變化的任意信號電平S（其表示光輸出）。每個器件30、32具有按照一個或多個量子力學點的形式的至少一個納米結構。圖2所示的譜30、32是來自各自器件的每個量子力學點的譜的卷積的結果。不同譜的卷積使得生成的識別符比單個譜更獨特（例如，更難復制，或者相當于更高的加密程度）。

圖4示意地描繪了可能依照示例實施例使用的器件結構40的線框的透視圖。在這個特定的例子中，器件結構40包括位于呈現(xiàn)三維量子力學約束的納米結構44的兩側的隧穿勢壘42。需要注意到，結構40的其他部分沒有呈現(xiàn)這樣的三維量子約束。在其他例子中，納米結構44可以呈現(xiàn)僅在兩維或在一維中的量子力學約束。然而，更大維度的量子力學約束可能使得生成的一個或多個譜更加獨特（例如，更難復制，或者相當于更高的加密程度），增大可能生成的識別符的唯一性。在這個例子中，納米結構44可能采用例如量子力學點之類的形式。

圖4的示意圖的更詳細的和實際的實施方式可能采用各種形式，例如，如圖5和6的不同例子所示。

在圖5中，器件展示了包括正和負（通常為金屬）接觸50、52。更詳細的器件結構包括位于摻雜材料56中的納米結構54。位于納米結構54的兩側，并且也在摻雜材料56中的為絕緣材料58的形式的穿隧勢壘。

圖6再次展示了不同的例子，其包括正和負金屬接觸60、62。在這個例子中，納米結構64位于形成穿隧勢壘的絕緣材料66內。位于絕緣材料66的兩側的是摻雜材料68。

圖7和8分別展示了其他器件的透視圖和平面圖。在這個器件中，可能可選擇地采用量子力學環(huán)的形式的納米結構70，如前面所述的GaSb量子力學環(huán)，位于或靠近半絕緣和摻雜半導體72的表面。金屬柵74形成肖特基勢壘。約束的性質和產(chǎn)生的譜可能在原則上與已經(jīng)在圖2和3中所示的譜相同。

圖9示意地描繪了其他器件。在這個器件中，納米結構采用絕緣襯底82上的石墨烯（納米）帶80的形式。該帶80連接金屬接觸84。在這個例子中，由帶80的邊緣的具體形狀，和/或通過該帶是多平坦的，和/或通過已經(jīng)發(fā)生鍵合至該帶的任意摻雜原子的存在，定義了量子力學約束。并且，對于構成的每個器件，特質的這種組合極有可能是唯一的，這意味著構成的每個器件將具有與其相關的，例如，如由上面已經(jīng)討論的那類譜識別的或從上面已經(jīng)討論的那類譜提取的、唯一的識別符（例如，指紋）。

圖10展示了用于唯一識別符的使用的應用。圖10展示了以集成電路10的形式的第一器件。集成電路90包括例如，用于連接至電路的其他部分的引腳92。圖10還展示了兩個特定引腳94、96的放大視圖。連接那些引腳94、96的是器件98或呈現(xiàn)量子力學約束的結構，例如，如前面所述。引腳94、96可能形成器件98的一部分，或者與器件98分開，這取決于具體的實現(xiàn)細節(jié)。

在使用中，第一器件90可能用于通過呈現(xiàn)量子力學約束的器件98的特征生成用于其自身的唯一識別符。有選擇地和/或附加地，第一器件90可能設置有或存儲一個或多個識別符，并且可以將這些存儲的一個或多個識別符（即，檢查該識別符）與呈現(xiàn)量子力學約束的器件98的確定的唯一識別符進行比較。通過這種方式，呈現(xiàn)量子力學約束的器件98的獨特性質可以用在多個方式中，為包括第二器件98的第一器件90提供唯一識別符，和/或提供交叉檢查等。根據(jù)交叉檢查成功或失敗，允許或阻止第一器件的某些功能。

圖10中所示的器件當然只是一個例子，僅突出了有用的應用。例如，在另一例子中，第一器件和第二器件可能形成其他裝置（例如，移動手機或者用于安全和/或密碼技術的唯一識別符的使用是很重要的其他設備）的一部分。此外，圖10展示了呈現(xiàn)量子力學約束的器件或結構位于集成電路的連接引腳或橋接引腳之間。在另一例子中，該器件可以僅更一般地描述為可能具有另一功能的另一電路的一部分。

如上所述，當量子約束在一個以上維度中時，和/或當與單層的更簡單的狀態(tài)之類相比更復雜的納米機構，例如多個量子力學點，或量子力學環(huán)，產(chǎn)生約束時，由量子力學約束造成的量子力學效應將是“更獨特的”（例如，更難以復制，或者相當于更高的加密程度）。然而，約束的唯一性和產(chǎn)生的量子力學譜或其他可測量的效應可能至少部分地受進行測量的方式和/或記錄結果的方式妥協(xié)。例如，如果測量的分辨率或細節(jié)是不夠的，那么這可能意味著難以區(qū)分兩個不同的器件。也就是說，在生成的 “唯一的”識別符（例如，指紋）方面，取決于測量是如何進行/記錄的，對于不同的、獨特的器件，識別符很可能是一樣的。因此，測量進行和記錄的方式還可能在唯一識別符的生成過程中起到重要的作用。例如，可能取決于需要的安全的登記，將測量值編碼為更大或更小的準確度。例如，在粗糙的例子中，可能使用8位或更低位編碼低安全級別的識別符，而可能使用128位等編碼安全級別高得多的識別符。

編碼可能單獨地或組合地基于多個特征中的任意一個，并且可以基于識別的特定閾值、峰值或谷底，以及點或峰值形狀、梯度或趨勢等。

很明顯，在安全和密碼技術等中，唯一識別符的生成（例如，建立）或確定（例如，檢查）是很重要的。這種唯一識別符保持不變也是很重要的，因此保證了安全性。然而，不時改變唯一識別符可能是很有用的，例如，當安裝需求存在變化的時候。當依賴宏觀物理效應來生成唯一識別符時，輕易地改變宏觀物理特征的獨特性質是非常難的，甚至是不可能的。然而，當使用量子力學效應時，情況不是這樣的。例如，簡單地加熱（例如，熱處理）器件呈現(xiàn)量子力學約束的部分到達或超過特定溫度可能足以將次原子結構改變至足以改變該器件的該部分的獨特約束性質的程度，并且還產(chǎn)生可測量的量子力學效應（例如，譜）。例如，GaSb可能需要大約400°C的溫度，當該結構是納米尺度時，該溫度是可容易實現(xiàn)的。然而，需要注意的是導致唯一識別符/指紋的獨特的條件組在一定程度上是非易失的和半永久的，該程度為條件和識別符/指紋是穩(wěn)定的，但是可改變的程度。

可能通過使用專門的加熱器（例如，在器件上傳遞的或者穿過器件的電線或跟蹤器），和/或通過向器件或其呈現(xiàn)量子力學約束的部分通入電流，實現(xiàn)加熱。

在實際的例子中，存儲或設置有識別符的第一器件可能交叉檢查使用呈現(xiàn)量子力學約束的器件生成或確定的這種識別符，該第一器件與量子力學器件連接（例如，通信的和/或可測量的連接）。當這種交叉檢查成功時，該第一器件可能生效或完全生效。如前所述，通過加熱呈現(xiàn)量子力學約束，可以故意造成這種交叉檢查失敗。這可能防止第一器件所有運行或完全運行。當例如，器件被妥協(xié)或被盜時，這可能是很有用的。信號等可以被傳送至第一或量子力學器件以觸發(fā)該器件或其呈現(xiàn)量子力學約束的部分的加熱，以改變可能使用該器件生成或確定的唯一識別符。然后，這將防止包括量子力學器件或與該量子力學器件連接的第一器件正常運行，或所有運行。

可測量的電量子力學效應的使用，或者獨特量子力學效應的電測量（其可能從不同角度被定義為相同功能）可能相比例如，光學性質和/或測量時有利的?；陔姷姆椒ǖ氖褂迷试S例如，在芯片上，或在電子電路或器件內的或作為電子電路或器件的一部分的，例如，唯一識別碼的快速和有效確定。相較而言，光學技術可能需要更復雜的設備，或更多部件，這可能增加成本、復雜度、重量等。

雖然已經(jīng)展示和描述了一些優(yōu)選實施例，但是本領域技術人員可以理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下可以做出各種改變和修改，如所附權利要求所定義的。

關于本申請的、開放向公眾查閱的、與本說明書同時提交或先于本說明書提交的所有文件和文檔均受到關注，并且所有這些文件和文檔的內容都通過引用包括在本文中。

在本說明書（包括任意附屬的權利要求書、摘要和附圖）中公開的所有特征，和/或公開的任意方法或處理的所有步驟可能任意組合，除非這些特征和/或步驟的至少部分相互排斥。

除非另有明確說明，在本說明書（包括任意附屬的權利要求書、摘要和附圖）中公開的每個特征均可以被具有相同、相等或類似用途的可選擇的特征代替。因此，除非另有明確說明，公開的每個特征均僅為通用的一系列同等或類似特征的一個例子。

本發(fā)明不限于前述實施例的細節(jié)。本發(fā)明延伸至在本說明書（包括任意附屬的權利要求書、摘要和附圖）中公開的特征的任意新穎的一個或任意新穎的組合，或者延伸至公開的任意方法或處理的步驟的任意新穎的一個或任意新穎的組合。