テラヘルツ

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12474 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

偽造品は、重大な経済的、安全性、健康上のリスクをもたらします。 これらのリスクを軽減するアプローチの 1 つは、製造元まで遡って製品の来歴を確立することです。 ただし、バーコードや RFID などの現在の識別方法には、偽造に対して脆弱になるという制限があります。 同様に、不揮発性メモリ、物理的に複製不可能な機能、およびダイヤモンド複製不可能なセキュリティ タグや DNA フィンガープリンティングなどの新しい技術にも、独自の制限と課題があります。 トレーサビリティ ソリューションが広く採用されるためには、安価であること、独自性があること、不変であること、読みやすいこと、標準化されていること、クローンが作成できないことなど、特定の基準を満たしている必要があります。 この論文では、超短パルスレーザーを利用して、複製不可能で不変の固有の物理タグを作成するソリューションを提案します。 これらのタグは、遠視野テラヘルツ (THz) 分光法を使用して非破壊的に読み取ることができます。 このペーパーの主な目的は、提案したアプローチの実現可能性を調査することです。 私たちは、さまざまな深さのレーザーマークを区別する能力を評価し、レーザー彫刻パラメータに対するTHz読み取りの感度を評価し、高情報密度マークを捕捉する能力を調査し、表面下のタグを捕捉する能力を調査することを目的としています。 これらの側面に対処することにより、私たちの方法は、幅広いトレーサビリティ アプリケーションに対する普遍的なソリューションとして機能する可能性を秘めています。

偽造品1、2は、政府、業界、社会に重大な経済的、安全保障、健康上のリスクをもたらします。 偽造マイクロエレクトロニクスは年間数十億ドルの損失を引き起こし、偽造医薬品は毎日何千人もの命を危険にさらしています。 おそらく、偽造品の使用を避けることが、これらのリスクを軽減する最も効果的な行動であり、そのためには、製造元まで遡って製品の来歴を確立する必要があります。 現在、この問題に対処するために、バーコード、パッシブおよびアクティブ RFID などのいくつかの技術が採用されています3。 ただし、特定のトレーサビリティの問題に対処する上で部分的に有効であるにもかかわらず、さまざまな課題が残っています。 大きな課題の 1 つは、これらの識別方法自体が偽造されやすいことです4。 偽造者は、バーコードなどの既存の識別子を簡単に複製して、自社の製品を本物のように偽装できます。 より洗練された方法が提案されていますが、多くの場合、高い実装コスト、処理の難しさ、読み出しの複雑さ、および使いやすさの問題が伴います。チップに使用できる不揮発性メモリ (NVM) は高価であり、小型チップには適さない可能性があります5。 不揮発性メモリ (NVM) を使用するにはデバイスの電源投入が必要ですが、パッケージ内の調査が必要な多数の部品を扱う場合には現実的ではありません。 同様に、電子チップにも適用できる物理的複製不可能機能 (PUF) 6 も、デバイスの電源投入が必要になるという同じ課題に直面し、情報の保存に関して追加の制限があります。 実際、PUF を使用すると一意の署名の作成が可能になりますが、デバイスへのデータの選択的な埋め込みは許可されません。 新しく登場した手法には、独自の課題も伴います。 たとえば、ダイヤモンド複製不可能セキュリティ タグ (DUST) は、高性能ポリマーに埋め込まれた量子工学ダイヤモンド ナノ結晶を利用することで、物理的アイテムの改ざん防止 ID を提供するトレンドの手法です 7。 ただし、このソリューションは高価であり、実装が困難です。 さらに、これはチップレベルでの応用に対する実用的なソリューションとして想定されていないため、加工過程の追跡可能性が損なわれる結果になります。 同様に、Haelixa が開発したような DNA フィンガープリンティング ソリューションも、マイクロエレクトロニクスに適用すると同様の課題に直面します8。 一般に、効果的なトレーサビリティ ソリューションは、既存の偽造問題を克服する手段として業界や政府によって広く採用されるように、次の基準を満たしている必要があります。(1) 製品への識別子の埋め込みが安価であること。 (2) 識別子は一意である必要があります。 (3) 識別子を変更しようとする試みは識別可能でなければならず、識別子の破壊を引き起こすという意味で、識別子は不変でなければなりません。 (4) 識別子は、現場や大量のアプリケーションに適するように、できれば受動的な方法 (つまり、電源を入れる必要がない) で容易に読み取れる必要があります。 (5) 識別子は広く採用できるように標準化する必要があり、これが有効性の鍵となります。 (6) 識別子は複製不可能でなければなりません。 上記のすべての基準に潜在的に対処できる新しいアプローチを紹介します。 提案された技術は、超短パルスレーザーを利用して、複製不可能で不変の固有の物理タグを迅速かつ安価に作成します。 さらに、遠視野テラヘルツ (THz)9 分光法を利用して、表面および表面下のタグを非破壊で読み取ります。 このペーパーの焦点は、広範囲のトレーサビリティ アプリケーション向けの汎用ソリューションの開発に向けて、説明した方法の実現可能性のさまざまな側面を調査することです。 異なる深さのレーザーマークを区別するための到着時間THzイメージングとそのような読み取りの解像度の実現可能性が調査されています。 さらに、マークの作成に使用されたレーザー彫刻パラメータに対する THz 読み取りの感度が研究されています。 高情報密度マーク（つまり、単位面積あたりの大量のデータ）を作成するための提案された方法の能力は、異なる高さの値を持つ領域で構成される表面プロファイルをキャプチャする実現可能性を調査することによって評価されます。 最後に、表面下のタグを捕捉するための THz 読み取り方法の能力を調査します。