[发明专利]随机噪声源

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理和密码技术领域，特别涉及一种随机噪声源。 

背景技术

随机噪声源是随机数产生器的核心。真随机性、高质量、高带宽是高质量噪声源的三个基本要求。首先，高质量的噪声源，要求信号是真随机的。其次，噪声信号的质量要满足随机性的要求，能够通过各种参数测试，如频数、序列、扑克、游程和自相关检验等。最后，在满足真随机性和高质量的前提下，要求噪声源具有尽可能高的带宽。随机噪声源的带宽决定了产生随机数能够达到的速度。

半导体超晶格器件是一个理想的多自由度变量非线性混沌振荡系统。这种固态器件的非线性特性与耦合来源于电子通过量子阱(势阱)的共振隧穿，并取决于超晶格的材料体系、结构设计、掺杂浓度和外加偏压等。在特定条件下，超晶格表现出自发混沌振荡特性。利用这种固态自发混沌振荡特性，可以产生高质量、高带宽的随机噪声，带宽可高达GHz以上。

然而，一般的超晶格均工作在低温环境。为了提高系统的环境适应性，降低环境对其的干扰，扩大其使用范围，实现室温工作的半导体超晶格固态随机噪声源很有必要。

发明内容

本发明提供一种能够工作在室温环境下的高质量、高带宽的随机噪声源，实现带宽GHz以上的平坦宽带混沌信号的输出。

具体地，本发明提供的一种随机噪声源，包括半导体超晶格器件以及封装体。其中，半导体超晶格器件例如由采用InP衬底上的In_0.53Ga_0.47As/In_0.52Al_0.48As材料体系、InP衬底上的InAs/In_0.53Ga_0.47As/AlAs材料体系、或者GaAs衬底上的GaAs/Al_0.45Ga_0.55As材料体系的超晶格材料结构通过半导体微加工制作而成。封装体与半导体超晶格器件电性连接以实现随机噪声信号的输出。

本发明利用半导体超晶格器件的固态自发混沌振荡特性，通过合理选择势阱/势垒层材料增强量子限制效应，抑制热激发漏电，可以实现工作在室温环境的高质量、高带宽随机噪声源，带宽达GHz以上；适于应用在数据加密、密钥管理、安全协议、数字签名、身份认证等领域。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的一种随机噪声源的结构示意图；

图2A-2E是利用半导体微加工制作图1中半导体超晶格器件的过程示意图； 

图3是图2A中超晶格材料结构的第一种典型结构举例示意图；

图4是图2A中超晶格材料结构的第二种典型结构举例示意图；

图5是图2A中超晶格材料结构的第三种典型结构举例示意图；

图6是本发明的一种随机噪声源的信号测试电路示意图。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明的一种随机噪声源的结构示意图。在图1中，随机噪声源100可在室温环境下工作输出高质量、高带宽的随机噪声信号且带宽达GHz以上，其包括半导体超晶格器件120和封装体110。封装体110与半导体超晶格器件120形成电性连接以实现随机噪声信号的输出。本实施例中，半导体超晶格器件120为二端器件，封装体120例如包括微波印刷电路板；半导体超晶格器件120例如利用银浆固定在微波印刷电路板上，并用压焊机引线将半导体超晶格器件120的第一、第二接触电极121、123分别引出以与微波印刷电路板形成电连接，实现随机噪声信号的输出。在此，随机噪声源100的封装形式可以采用DIP，QFP等封装形式。

图2A-2E是利用半导体微加工制作图1中的半导体超晶格器件120的过程示意图。