[发明专利]随机数发生器及其量子熵源芯片与驱动电路

说明书

本发明提供了一种随机数发生器及其量子熵源芯片与驱动电路，所述驱动电路包括：量子熵源芯片，所述量子熵源芯片包括至少一个隧穿器件单元，所述隧穿器件单元包括相对设置的第一导电区和第二导电区以及位于所述第一导电区和所述第二导电区之间的绝缘区；所述第一导电区表面具有第一电极，所述第二导电区表面具有第二电极；偏压模块，所述偏压模块用于为所述第一电极和所述第二电极施加偏压，以使得所述量子熵源芯片形成隧穿电流；处理模块，所述处理模块用于基于所述隧穿电流生成随机数字信号。应用本发明提供的技术方案，在降低成本和减小体积的同时，有效降低随机噪声中的经典噪声，从而提高量子熵源的安全性。

技术领域

本发明涉及半导体芯片技术领域，更具体的说，涉及一种随机数发生器及其量子熵源芯片与驱动电路。

背景技术

随机数是密码学的重要资源之一，不论是对于经典密码学还是量子密码学来说，他们对随机数的随机性要求都非常严格，甚至是直接决定了绝大多数密码体系的安全性。产生随机数的设备或模块被称为随机数发生器，它的核心器件被称为熵源。熵源是随机数发生器的随机性来源，它的质量直接决定了最终输出随机数序列的质量。目前，根据熵源的特性不同，可以将随机数的产生方法分为两大类：伪随机数发生器和物理随机数发生器。其中，物理随机数发生器的随机性是基于一些非确定性的客观物理现象的熵源，包括了大气噪声，电子噪声，电路抖动等等，这些随机数发生器由探测这些物理现象的结果来产生随机数。

传统量子随机数发生器一般是基于分立元器件的系统，其中某些随机数系统要用到包括量子纠缠源以及单光子探测器等大体积，价格昂贵的器件，导致传统量子随机数发生器具有体积较大，功耗高，价格昂贵等问题，所以至今没有得到较为广泛的应用。因此，如何涉及一种体积小、功耗低以及成本低的量子随机数发生器是半导体芯片技术领域一个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种随机数发生器及其量子熵源芯片与驱动电路，在降低成本和减小体积的同时，有效降低随机噪声中的经典噪声，从而提高量子熵源的安全性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种驱动电路，所述驱动电路包括：

量子熵源芯片，所述量子熵源芯片包括至少一个隧穿器件单元，所述隧穿器件单元包括相对设置的第一导电区和第二导电区以及位于所述第一导电区和所述第二导电区之间的绝缘区；所述第一导电区表面具有第一电极，所述第二导电区表面具有第二电极；

偏压模块，所述偏压模块用于为所述第一电极和所述第二电极施加偏压，以使得所述量子熵源芯片形成隧穿电流；

处理模块，所述处理模块用于基于所述隧穿电流生成随机数字信号。

优选的，在上述的驱动电路中，所述量子熵源芯片具有多个所述隧穿器件单元；所有所述隧穿器件单元的第一导电区为一体结构，共用同一所述第一电极；各个所述隧穿器件单元的绝缘区相互分离，各个所述隧穿器件单元的第二导电区相互分离，每个所述第二导电区具有单独的所述第二电极。

优选的，在上述的驱动电路中，同一所述隧穿器件单元中，所述第一导电区和所述第二导电区均为金属层，所述绝缘区为绝缘氧化物；

或，同一所述隧穿器件单元中，所述第一导电区和所述第二导电区中的一者为N型掺杂的半导体层，另一者为P型掺杂的半导体层，空穴与电子在所述N型掺杂的半导体层与所述P型掺杂的半导体层交界位置复合形成所述绝缘区。

优选的，在上述的驱动电路中，所述第一电极接地，所述第二电极通过单独的串联支路分别与所述偏压模块和所述处理模块连接，所述串联支路具有串联的电阻和电感。

优选的，在上述的驱动电路中，所述量子熵源芯片具有N个所述隧穿器件单元，N为大于1的正整数；