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セキュリティータグ、有機デバイスで実現 (馬本隆綱,[EE Times...

セキュリティータグ、有機デバイスで実現 (馬本隆綱,[EE Times Japan])

印刷時のばらつき「ICの指紋」を利用

 産業技術総合研究所(以下、産総研)フレキシブルエレクトロニクス研究センター 印刷デバイスチームの研究チーム長を務める吉田学氏らは2016年1月、製造時に生じる有機デバイス特有のばらつきを利用して、偽造を困難にするセキュリティータグ回路を開発したことを発表した。同回路は柔らかいプラスチック基板上に作成することが可能である。

 今回、開発成果を発表したのは吉田氏の他、産総研フレキシブルエレクトロニクス研究センター 印刷デバイスチームの栗原一徳研究員や、ナノエレクトロニクス研究部門 エレクトロインフォマティクスグループの堀洋平主任研究員、小笠原泰弘研究員、及び片下敏宏主任研究員らによる研究グループ。

 開発した技術は、同じ設計データの回路でも、有機デバイスを製造する際に生じるわずかな素子間のばらつきを利用して、タグごとに固有番号を生成するセキュリティータグの技術である。今回は、大気中で安定性が高い有機材料と無機材料を用いたハイブリット絶縁膜を組み合わせることで、動作電圧が2Vと小さい上に、エラーの発生確率(エラー率)が低い回路を実現した。

 製造プロセスによって生じる、素子特性や加工形状のわずかなばらつき(ICの指紋などと呼ばれる)を検出して固有番号を生成する手法は、シリコン基板上などで一部適用されている。今回は、産総研で培ってきたフレキシブルデバイスの低温製造プロセスと「ICの指紋」技術を組み合わせることで、取り扱いが容易なプラスチック基板上に、セキュリティータグ回路を形成することが可能となった。

開発したセキュリティータグ回路と、パッケージなどに張り付けたイメージ 出典:産総研

無機デバイスにはないばらつきも利用

 有機半導体を用いたことで、無機デバイスにはない分子の向きや表面形状などのばらつきも利用することができるという。開発したセキュリティータグは、リングオシレーターと呼ぶ発振回路を利用した。2個のリングオシレーターの発振周波数の大小を比較して、「0」か「1」の数値を生成する仕組みだ。

 同じ設計データを使っても、製造時のばらつきによって発振周波数はわずかに異なる。この特性を利用して、セキュリティータグ回路内に複数のリングオシレーターを作成すれば、タグごとに固有の数値を生成することができる。今回はリングオシレーターを選択する回路やカウンターの回路ブロックを外付けとしているが、将来的にはリングオシレーター回路と同時に作り込むことが可能だという。

ガラス基板上に作製したリングオシレーター回路。左上はセキュリティータグ回路の拡大図、左下はセキュリティータグの全体図、右は有機トランジスタの構造模式図 出典:産総研

212日経過しても移動度は7%の低下にとどまる

 一般的に、有機半導体は大気中において長期にわたる安定動作が難しく、エラー率が高くなるといわれている。そこで研究グループは、大気中で安定な半導体材料とハイブリッド絶縁膜を用いた。特にn型半導体に関して、宇部興産製のベンゾビスチアジアゾール骨格をもつ「TU-1」を採用した。これにより、大気中における移動度は、212日後でも初期値に比べてわずか7%の低下に抑えることができた。これまで用いられていたフッ素系銅フタロシアニン(F16CuPc)だと10日後には半減していたという。材料の変更などにより、セキュリティータグ回路の安定性を向上させることができ、駆動時のエラー率を10%以下にすることができた。

 また、自己組織化単分子膜とアルミ酸化膜による膜厚6nmのハイブリット絶縁膜層を用いた。これによって、駆動電圧を2Vまで低減することができたという。高分子膜を用いた従来のデバイスでは、40V程度の駆動電圧が必要となっていた。消費電力の大幅節減が期待されている。

駆動電圧2Vでのばらつき。青色は番号の再現性を示すエラー率(チップ内ハミング距離)、赤色は固有性を示すチップ出力の差(チップ間ハミング距離) 出典:産総研

生産高散る高める開発へ

 研究グループは、今回の成果を踏まえて、開発したデバイス製造プロセスと産総研が保有する印刷技術を組み合わせることで、生産効率のさらなる向上を図る。同時に、印刷プロセス特有のばらつきも利用することで、より固有性の高いセキュリティータグの開発を目指していく。


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