[发明专利]基于超表面材料的硅芯片防伪标识的设计方法

说明书

本发明公开了一种基于超表面材料的硅芯片防伪标识的设计方法，包括：确定工作波长，通过电磁仿真软件优化纳米砖单元结构的尺寸参数，使得工作波长下任意偏振态的偏振光正入射至纳米砖单元结构时，沿纳米砖单元结构的长轴方向振动的线偏振光分量反射率最大，同时沿纳米砖单元结构的短轴方向振动的线偏振光分量反射率最小；将A×B个像素组成的灰度图像的灰度信息编码为超表面阵列结构中A×B个纳米砖的转向角信息，生成转向角矩阵；将A×B个尺寸一致、方向角按照转向角矩阵排列的纳米砖单元结构等间隔排列，构成超表面阵列结构。本发明通过超表面材料实现硅芯片防伪。

技术领域

本发明涉及超表面技术领域，具体涉及一种基于超表面材料的硅芯片防伪标识的设计方法。

背景技术

随着半导体技术的蓬勃发展，SOI已成为21世纪的新一代的硅基材料，SOI材料用作晶体管材料因氧化物隔离，漏/源寄生电容减小。因此，与传统MOS相比，器件的延迟和动态功耗更低。SOI器件的次國值特性更好，漏电流较小。在低压、低功耗电路、耐高温电路、微机械传感器、光电集成等方面，都具有重要应用。基于SOI材料的芯片制造技术被愈加重视，而使用人造超表面技术可解决制造薄体SOI材料困难的问题。其安全性、保密性备受关注，芯片防伪技术也成为信息安全研究的热点研究方向。现有的芯片防伪技术还存在许多不足：体积大、形状图案单一、易脏易毁等。

发明内容

针对现硅芯片防伪存在的不足，本发明针对性地提出基于超表面材料的硅芯片防伪技术，主要是利用超表面材料能够在亚波长尺度对电磁波的振幅、位相和偏振态等进行灵活有效的调控，依据马吕斯定律，进而在特定条件下能够观察到芯片表面特征图案，达到防伪目的，而且其具有图案可变、重量轻、尺寸小、抗污染能力强、耐久性强等优势。

为实现上述目的，本发明提供一种基于超表面材料的硅芯片防伪标识的设计方法，利用马吕斯超表面实现防伪图案观察，包括以下步骤：

S1：选取拟防伪标识图像，经图像处理得到其灰度图像及像素数A×B；

S2：选定工作波长，超表面材料选用SOI，使用电磁仿真软件CST设计A×B个纳米砖单元结构，纳米砖单元结构由衬底和刻蚀在衬底上的绝缘层及薄表面层纳米砖阵列构成，薄表面层纳米砖的长轴沿x方向、短轴沿y方向排列进行优化；对光波进行偏振调制，该使任意偏振状态的入射光正入射至纳米砖单元结构时，沿纳米砖短轴方向的偏振光反射率最小，而沿纳米砖长轴方向的偏振光反射率最大，此时纳米砖相当于理想起偏器，实现分光作用；

S3：将目标防伪标识灰度图像A×B个像素的灰度值编码为超表面阵列中A×B个单元结构中纳米砖的转向角，生成转向角矩阵；

S4：将A×B个尺寸一致、方向角按照转向角矩阵排列的纳米砖单元结构在x、y轴方向等间隔排列，生成纳米砖阵列，构成可以实现防伪功能的超表面材料硅芯片。

根据权利要求1所述的基于超表面材料的硅芯片防伪标识的设计方法，其特征在于：所述步骤S1中，灰度图像具有256级灰度等级、A×B个像素。

作为优选方案，所述步骤S2中，纳米砖单元结构的尺寸参数包括薄表面层纳米砖的长度L、宽度W、高度H、绝缘层厚度d、单元结构衬底边长C。

进一步地，所述步骤S2中，目标灰度图像中所有像素的灰度值构成一个灰度矩阵，根据马吕斯定律I_out＝I_in cos²(θ-α)将所述灰度图像的灰度信息编码为超表面阵列结构中各纳米砖的转向角信息；其中，I_in＝255，灰度矩阵中的每一个灰度值作为I_out，θ为纳米砖单元结构转向角，即纳米砖长轴与x轴的夹角，α为入射线偏振光偏振方向与x轴夹角。

更进一步地，所述超表面采用SOI材料，即薄表面层纳米砖材料选用单晶硅；所述绝缘薄膜材料选用二氧化硅，衬底材料选用硅。