Tecnologia Científica

Os átomos implantados criam identificações elétricas exclusivas que distinguem dispositivos genuínos de falsificações
Os cientistas empregaram uma técnica bem conhecida chamada doping, na qual pequenos aglomerados de átomos
Por Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia - 16/09/2021


Domínio público

Se alguém lhe vender uma bolsa de luxo de Paris, França, mas for uma falsificação de Paris, Texas, o item falsificado pode custar mil dólares e o bandido pode acabar na prisão. Mas se um dispositivo eletrônico falsificado for instalado em um carro, isso pode custar a vida dos passageiros ou do motorista.

Sem novas medidas de segurança, as tecnologias sem fio interconectadas, a eletrônica digital e os sistemas eletrônicos micromecânicos que compõem a Internet das Coisas são vulneráveis ​​a falsificações e adulterações que podem causar o colapso de redes inteiras de telecomunicações. Em 2017, as vendas de produtos falsificados de todos os tipos - de eletrônicos a produtos farmacêuticos - chegaram a cerca de US $ 1,2 trilhão em todo o mundo.

Para ajudar a evitar que chips de computador falsificados e outros dispositivos eletrônicos inundem o mercado, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) demonstraram um método que pode autenticar eletronicamente produtos antes de saírem da fábrica.

Os cientistas empregaram uma técnica bem conhecida chamada doping, na qual pequenos aglomerados de átomos "estranhos" de um elemento diferente daqueles no dispositivo a ser rotulado são implantados logo abaixo da superfície. Os átomos implantados alteram as propriedades elétricas da camada superior sem danificá-la, criando um rótulo exclusivo que pode ser lido por um scanner eletrônico.

Usar dopagem para criar etiquetas eletrônicas para dispositivos não é uma ideia nova. No entanto, a técnica NIST, que usa a ponta afiada de uma sonda de microscópio de força atômica (AFM) para implantar átomos, é mais simples, menos cara e requer menos equipamento do que outras técnicas de dopagem usando lasers ou feixe de íons, disse Yaw Obeng, pesquisador do NIST. . Também é menos prejudicial do que outros métodos.

"Estamos colocando um adesivo em cada dispositivo, exceto que o adesivo é eletrônico e não há dois idênticos porque em cada caso a quantidade e o padrão dos átomos dopantes são diferentes", disse Obeng.

Para criar a identificação eletrônica, Obeng e seus colegas depositaram primeiro um filme de 10 nanômetros (bilionésimo de metro) de material dopante - neste caso átomos de alumínio - placas de silício com cerca de 10 centímetros quadrados que foram quebradas em forma de selo postal. fragmentos de tamanho para que eles pudessem caber no AFM. A equipe então usou a ponta em forma de agulha da sonda AFM para empurrar átomos de alumínio alguns nanômetros nos fragmentos de silício. O diâmetro das regiões implantadas era minúsculo, não maior que 200 nm.

Os átomos implantados alteram o arranjo dos átomos de silício logo abaixo da superfície da pastilha. Esses átomos de silício, bem como aqueles que residem em todo o wafer, são organizados em um padrão geométrico repetitivo conhecido como retículo. Cada rede de silício atua como um circuito elétrico com uma determinada impedância, o AC (corrente alternada) equivalente à resistência em um circuito DC ( corrente contínua ).
 
Quando os átomos de alumínio implantados foram rapidamente aquecidos a cerca de 600 graus Celsius, alguns deles adquiriram energia suficiente para substituir parte do silício nas redes logo abaixo da superfície do wafer. A substituição aleatória alterou a impedância dessas redes.

Cada rede modificada por dopante tem uma impedância única dependendo da quantidade e do tipo de dopante. Como resultado, a rede pode servir como um rótulo eletrônico distinto - uma versão em escala nanométrica de um código QR para o wafer, disse Obeng. Quando um scanner direciona um feixe de ondas de rádio para o dispositivo, as redes eletricamente alteradas respondem emitindo uma frequência de rádio única correspondente à sua impedância. Dispositivos falsificados podem ser facilmente identificados porque não respondem ao scanner da mesma maneira.

"Esta pesquisa é fundamental porque oferece um meio de identificar componentes de forma única por um meio seguro, inalterável e barato", disse Jon Boyens, pesquisador da Divisão de Segurança de Computadores do NIST que não foi coautor do estudo.

O estudo, que Obeng apresentou em 16 de setembro na Conferência Internacional sobre Design e Tecnologia de IC em Dresden, Alemanha, baseia-se no trabalho anterior da mesma equipe. O novo estudo refina o método AFM para inserir átomos dopantes, de modo que a sonda AFM pode colocar mais precisamente os átomos no wafer de silício. A maior precisão tornará mais fácil testar o sistema de identificação eletrônica em condições da vida real.

Obeng e seus colaboradores, que incluem Joseph Kopanski do NIST e Jung-Joon Ahn do NIST e da George Washington University em Washington, DC, consideram sua técnica um protótipo que precisará ser modificado antes de ser usado na produção em massa.

Uma possibilidade é usar sondas afiadas de vários AFMs trabalhando lado a lado para que o material dopante possa ser implantado em muitos dispositivos ao mesmo tempo. Outra estratégia seria empregar rolos de alta pressão para empurrar rapidamente átomos dopantes que revestem um chip de computador ou outro dispositivo alguns nanômetros dentro do dispositivo. Um padrão estampado nos rolos garantiria que os átomos dopantes fossem implantados de acordo com um projeto preciso. Os rolos são amplamente utilizados para alisar papel, têxteis e plásticos.

Obeng apresentou o trabalho em 16 de setembro na Conferência Internacional sobre Design e Tecnologia de IC em Dresden, Alemanha.

 

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