[发明专利]半导体单元器件、半导体芯片系统及PUF信息处理系统

说明书

半导体单元器件、半导体芯片系统及PUF信息处理系统，向半导体单元器件的栅极按顺序施加上第一电荷俘获电压V_g,L‑1、第一缺陷感应电压V_sen、第二电荷俘获电压V_g,L‑2和第二缺陷感应电压V_sen；第一电荷俘获电压V_g,L‑1和第二电荷俘获电压V_g,L‑2构成一个电荷俘获区间；两个缺陷感应电压V_sen是相同的；在电荷俘获和释放的不同状态下升压到同一缺陷感应电压，则在相同缺陷感应电压下的沟道电流存在差值；对上述沟道电流差值进行二值化处理，得到半导体芯片中单元器件阵列生成的指纹图案。根据上述指纹图案存储过程确定的单元器件，提供半导体芯片系统及PUF信息处理系统。半导体单元器件既确保了器件不会因高工作电压而退化，又保证了指纹提取的速度。

技术领域

本发明属于信息处理技术领域，具体涉及一种半导体单元器件，该单元器件基于半导体 单元器件缺陷和PUF(Physical Unclonable Function)系统形成半导体芯片指纹特性，用 于芯片的加密和识别；同时涉及由该单元器件延伸的半导体芯片系统及PUF信息处理系统。

背景技术

随着半导体技术日益小型化，大型存储系统的信息管理的安全性就变得非常的重要。

物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function,PUF)是指对一个物理实体输入一 个激励，利用其不可避免的内在物理构造的随机差异输出一个不可预测的响应。PUF的最基 本应用就是利用实体的唯一标志来实现认证。PUF是一种通过使用构成电子电路的各个设备 的变化作为芯片指纹来实现加密和认证功能的安全技术。PUF具有低复制性和低成本的特点。 传统的PUF有存储型和延迟型两种类型。存储型和延迟型PUF使用确定的晶体管的ON/OFF的 阈值电压变化作为芯片指纹。然而，由于器件中提供的晶体管劣化，晶体管的阈值电压会发 生偏移。因此，担心最初的PUF芯片指纹采集可能会变化。

PUF是在硬件固有安全(HIS)系统中生成可靠芯片“指纹”(ID)的理想解决方案。大多数PUF使用器件中有耐久性问题，因为重复的应力可能由于器件劣化而引起阈值电压偏移， 因此芯片ID可能被破坏。因此，强大的HIS需要一种新型的PUF。

由于施加的电场电压引起的沟道费米能级在某种程度上与缺陷能量匹配时，沟道电流可 以产生振荡。这种现象成为随机电报噪声(RTN)。RTN的物理机制是缺陷可以俘获或释放电 荷。

半导体单元器件中绝缘膜的缺陷具有俘获电荷和释放电荷的能力。当栅极电压通过后， 可以显示沟道电流与时间的关系。

在云存储器和大数据高速发展的今天，信息存储安全性显得尤为重要。无法复制的存储 芯片指纹、逻辑电路芯片指纹以及大数据系统指纹的研究开发是非常必要的。

发明内容

本发明针对芯片指纹的信息处理系统和半导体单元器件易因指纹提取而退化，指纹提取 系统使用寿命短的问题，提供一种半导体芯片指纹的图案存储方法。

本发明的半导体单元器件按以下过程进行指纹的图案存储：

向半导体单元器件的栅极按顺序施加上第一电荷俘获电压V_g,L-1、第一缺陷感应电压V_sen、 第二电荷俘获电压V_g,L-2和第二缺陷感应电压V_sen；第一电荷俘获电压V_g,L-1和第二电荷俘获电 压V_g,L-2构成一个电荷俘获区间；两个缺陷感应电压V_sen是相同的；