JP6623473B2 - 偽造防止回路 - Google Patents
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Description
特に、半導体を含む、原産地を冠した食品、酒類、高級ブランド品、医薬品に関しては10%〜25%は偽造品であるとの報告もある。また、模倣半導体製品も急増しており、発見された模倣半導体製品は、2011年の調査で17兆円ともいわれている。
さらに、米国国防総省によると、2011年に、9,356点の模倣電子部品、1,800点の偽造兵器、100万個の模倣部品が発見されたとの報告がなされている。
こうした模倣品は、消費者に多額の金銭的被害を受けるばかりでなく、メーカーの社会的信頼の失墜、さらに、国民の生命や財産を脅かす重大事故の要因ともなり得る。
このため、フランスでは、地域で生産されるワインボトルのそれぞれに固有のQRコード(登録商標)を貼付し、これを仲介業者や販売店で読み取り、インターネット経由で、正規のものであるか否か、いつ、どこで販売されたかを管理する試みが始まっている。
しかし、QRコードや、印刷、塗布による微細パターンは、簡単に複製することでき、例えば、購入した正規品から複製したQRコードをコピーして、偽造品に貼付すれば、市場に流通しても正規品として認識されるため、完全な偽造防止を実現することは不可能である。
半導体PUFは、ゲート長、配線幅、半導体の不純物濃度、閾値電圧等、半導体物性に由来して発生するばらつきを利用したもので、予め、ID生成回路や暗号化回路に対する入力信号といったチャレンジ信号を印加することにより、固有かつ物理的に複製不能な値を生成するものである。
特許文献3、4には、集積回路に物理的に複製不能な関数を発現させ、暗号化回路や電子部品の認証を行うことが記載されている。
商品タグ用の基材1には、電極用インク、絶縁体インク、半導体インク等の機能性インクにより電力供給部2、半導体PUF3、出力部4とからなる半導体PUF回路が形成されている。
なお、塗布や印刷により製造する電力供給部2、半導体PUF3、出力部4は、通常の印刷インクと同様、フレキシビリティーがあるため、適切な保護膜や封止膜によりパッケージすれば、様々な基材を用いても、流通工程においても破損しない耐久性を持たせることが可能である。
電極用インクとしては、金、銀、銅、導電性高分子などの導電性物質を含むものを用いるが、特に、導電性が高く、印刷焼成後の電極表面の平坦性が高い金ナノ粒子インクや銀ナノ粒子等を含むインクが好ましい。
なお、電極用インクとして透明性が求められる場合には、導電性高分子や導電性高分子に銀ナノワイヤーやカーボンナノチューブなどを分散した透明電極用インクを用いる。
基材表面に回路印刷用プリンタを用いて、絶縁膜形成用インクを製膜する場合、従来の真空蒸着法やスパッタリング法などのドライプロセスと比較して、膜厚のばらつきが大きくなることが知られている。
P型半導体は、半導体インクとしてインク化できるP型有機半導体、P型高分子半導体、P型酸化物半導体、P型シリコン前駆体であればどのようなものを用いてもよい。
また、N型半導体についても、インク化できるN型有機半導体、N型高分子半導体、N型酸化物半導体、N型シリコン前駆体であれば、どのようなものを用いてもよい。
P型N型混成層は、N型半導体、P型半導体を適当な割合で混合したインクを塗布または印刷することにより形成される。
なお、基材1上に印刷で直接光起電力素子アレイを作製することもできるが、別途作成した薄膜フィルム状光起電力素子アレイを貼付して電力供給部2として用いることもできる。
こうした半導体インクの溶剤に混入させる半導体粒子は、焼成条件により多結晶状態をとり、同一平面内に同一条件で作製した半導体膜内でも、結晶の成長は制御不能でランダムに発生する偶然性に支配され、印刷や塗布時に発生するばらつきとの相乗作用により、電荷移動度等の物性は微小レベルでは必ず不均一で固有の値となる。
この実施例では、出力部4としては、電子ペーパーディスプレイは、半導体PUF3からの出力に基づいて、通常のバーコードリーダーで読み取り可能なバーコードを表示させる。
なお、RFID方式の場合は、電力供給部2と出力部4を機能性インクにより一体的に形成することができる
したがって、電極形成には、グラビアオフセット印刷や反転オフセット印刷、インクジェット印刷など、比較的高分解能なパターンを作製できる半導体回路用プリンタを採用することが好ましい。
絶縁膜はゲート電極と半導体薄膜の間に形成される必要があるため、ゲート絶縁膜の直下の層にダメージを与えることなく製膜できる印刷プロセスを採用する必要がある。
このように、同一の基材に半導体PUF回路と製品情報QRコードを印刷することで、店舗等の端末から、インターネット経由で、半導体PUF情報と製品情報を製造メーカー等の管理サーバーに簡単な操作で同時に送信することが可能となる。
リングオシレータPUFは、複数個のリングオシレータ、それらを選択し、比較するためのマルチプレクサ、カウンタ、コンパレータなどから構成され、1対のリングオシレータの発信周波数を比較し、いずれのリングオシレータの発信周波数が高いか低いかに応じて、0か1を返す回路である。
これらはすべて印刷で形成してもよいし、部分的にシリコン半導体により構成されるダイを実装してもよい。
従来の単結晶シリコンウエハ等を用いた半導体素子では半導体の結晶性、フォトリソグラフィで形成した電極の寸法、シリコン酸化膜絶縁体の膜厚、それぞれが非常に均一であり、電界効果移動度のばらつきが発生しにくい。
一方、本実施例のように印刷で形成したFETにおいては非常に多くのばらつき要因があるため電界効果移動度が大きくばらつき、それに伴いリングオシレータの発振周波数が大きくばらつくことになる。
シリコン半導体を用いたROの場合、2個のROの発振周波数の差が非常に小さいため、例えば、周囲の温度変化などにより周波数の高低を読み誤る可能性が出てくる。
一方、印刷したROの場合は、さまざまなばらつき発生要因が関係し、ROの発振周波数のばらつきが非常に大きくなるため、2個のROの発振周波数の高低が逆転する可能性がきわめて低い。したがって、印刷ROを利用したPUFでは、非常に高いユニーク性と低エラー性を兼ね備えたIDを実現することが可能となる。
コーティングPUFは、電極上に印刷または塗布された誘電体層の静電容量のばらつきを利用したものであり、電極、誘電体層ともに印刷法で容易に形成することができる。
図2に示すように、このチャレンジ信号(cha1、cha2)が、印刷された半導体PUF3のマルチプレクサ(MUX)回路に入力され、2個1組のリングオシレータ(RO)A及びBを選択する。RO-AとRO-Bの出力は、それぞれカウンタ(CNT1、2)に入力されカウントアップされるが、RO-AとRO-Bの発振周波数の違いがカウントアップの速度の違いとして検出される。
この固有識別情報に対応したバーコード(たとえば、0が黒、1が白)が電子ペーパーディスプレイに表示され、リーダーライターにより読み取られる。
シリアル形式かパラレル形式かの違いを除けば、固有識別情報の発生機構は、上述した光起電力アレイ方式のものと同様である。この場合、出力は、生成した固有識別情報を再びキャリア電波に重畳させ、リーダーライターで反射波として読み取る。
まず、販売店では、基材に印刷された半導体PUF3を起動させるための電力供給部2(半導体PUFを印刷した基材に電力入力端子を設け、この電力入力端子に直接電力を供給するものを含む)、電力供給を受けた半導体PUF3から出力部4を介して、特有の特性を備えた出力を入力(受信)する装置、受信した出力をバーコードなど読み取り可能な形態で出力する出力装置を備えている。電力供給部、入力(受信)装置、出力装置は一体化することが好ましい。
また、図4に示すように、RFID方式で無線式の入出力を行うものであれば、電磁場を印加し、半導体PUF3に電力を供給するとともに、キャリア波に重畳させてチャレンジ信号を発生させる。
これにより市販のバーコードリーダーにより、商品毎に固有の識別情報を読み取ることができる。その際、製品情報を記録した通常のバーコードが基材に印刷されている場合は、同じバーコードリーダーを用いて、同時あるいは複数回に分けて読み取る。
製品情報がQRコードで印刷されている場合は、別途配置したQRコードリーダを用いて読み取り、半導体PUF回路から出力された識別情報と関連付ける。この場合、バーコード、QRコード、RFIDの全形式の読み取り可能な多機能リーダーを用いることが好ましい。
レクテナからの無線出力は、これを店舗側に設置した受信機で受信し、RFID用リーダーライターにより、商品毎に固有の識別情報に変換する。
なお、受信機で受信したレスポンス信号に基づいて、プリンタによりバーコードを印刷するようにしてもよい。
また、電極パッドからの入出力の場合は、商品識別タグから出力される、商品毎に固有の識別情報をそのまま電極パッドを通して読み取ることになる。
この場合、リーダーライターではなく、電極パッドにワンタッチで接触できるような読み取り装置とする。
例えば、可搬可能のフレキシブル電子ペーパーディスプレイの場合、オフィスや学校、家庭にそれぞれリーダーライターが配置される。これらのリーダーライターはインターネットを通してクラウドサーバーに接続されることになる。この際に、電子ペーパー自身にセキュリティ性の高い固有の識別情報を発生可能な半導体PUF回路を搭載することで、接続の都度、ユーザーがログインの操作をする必要がなくなる。
リーダーライターに電極が装備されている場合、電子ペーパー側には電極パッドが配置されていればよい。さらに、無線LANで接続される場合は、電子ペーパー側に無線に対応した回路を印刷するか、チップ等を実装すればよい。
発券されたPUF回路付きのチケットは、乗車口やイベント会場に設置されるリーダーにより読み込まれ、システム側に保存されているデータベースと照合して真贋を判定する。
2:電力供給部
3:半導体PUF
4:出力部
Claims (4)
- 電力供給部と、この電力供給部からの電力供給に対し、固有かつ複製不能の出力特性を備えた半導体PUFと、この半導体PUFからの出力を外部に出力する出力部とが、電極用インク、絶縁体インク及び半導体インクにより基材表面に形成されていることを特徴とする偽造防止回路。
- 前記電力供給部を、外部からの光照射により起電力を発生する光起電力素子アレイとしたことを特徴とする請求項1に記載された偽造防止回路。
- 前記出力部を、前記半導体PUFからの出力を、バーコードで表示する電子ペーパーディスプレイとしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された偽造防止回路。
- 前記電力供給部を、外部から電波や電磁誘導により起電力を発生するRFID素子アレイとし、前記出力部としての無線送信部を一体化したことを特徴とする請求項1に記載された偽造防止回路。
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