磁性物理不可克隆函数器件及磁性物理不可克隆函数装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种磁性物理不可克隆函数器件及装置。器件包括：衬底、设于衬底上表面的重金属层、设于重金属层上表面的磁性物理不可克隆函数层，磁性物理不可克隆函数层包括：设于重金属层上表面的钉扎层、设于钉扎层上表面的隧穿层及设于隧穿层上表面的自由层；或者，磁性物理不可克隆函数层包括：设于重金属层上表面的自由层、设于自由层上表面的隧穿层及设于隧穿层上表面的钉扎层；自由层具体包括钴铁硼薄膜层及设于钴铁硼薄膜层上表面的氧化镁薄膜层。本发明专利技术利用钴铁硼薄膜与氧化镁薄膜交界面的各向异性特点制备的物理不可克隆函数器件及装置具有随机性和唯一性的特点，具备独特的不可克隆和防篡改属性。

【技术实现步骤摘要】
磁性物理不可克隆函数器件及磁性物理不可克隆函数装置
本专利技术涉及信息安全硬件加密
，特别是涉及一种磁性物理不可克隆函数器件及磁性物理不可克隆函数装置。
技术介绍
为了硬件层面的知识产权(IP)保护，以及防止软件层面的信息泄露，诸如盗版和侵犯个人隐私及财产安全，人们专利技术了一种物理不可克隆函数(PhysicalUnclonableFunctions，PUF)来对这些信息进行保护。最早的物理不可克隆函数是Pappu等提出的一种光学物理不可克隆函数，通过激光照射玻璃的产生散斑，然后通过贾波哈希(Gaborhash)提取散斑的特性。光学物理不可克隆函数具有很好的随机性与唯一性，但是其物理构造复杂，激光方向灵敏度要求异常苛刻，这些不足极大地限制了它的实际应用。不久之后，Gassend等人提出硅物理不可克隆函数的概念，这种物理不可克隆函数结构利用集成电路中门电路或者连线的延迟来实现物理不可克隆函数结构。但是，硅基集成电路可以通过测量产品的引脚功耗、时钟响应以及电磁特征来窃取或者篡改其信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种磁性物理不可克隆函数器件及磁性物理不可克隆函数装置，具有良好的唯一性与随机性，具备防伪造防篡改的能力，能够解决传统的非电学物理不可克隆函数难以实际应用而电学物理不可克隆函数存在泄密风险的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种磁性物理不可克隆函数器件，所述器件包括：衬底、设于所述衬底上表面的重金属层、设于所述重金属层上表面的磁性物理不可克隆函数层，其中，所述磁性物理不可克隆函数层具体包括：设于所述重金属层上表面的钉扎层、设于所述钉扎层上表面的隧穿层及设于所述隧穿层上表面的自由层；或者，所述磁性物理不可克隆函数层具体包括：设于所述重金属层上表面的自由层、设于所述自由层上表面的隧穿层及设于所述隧穿层上表面的钉扎层；所述自由层具体包括钴铁硼薄膜层及设于所述钴铁硼薄膜层上表面的氧化镁薄膜层。可选的，所述氧化镁薄膜层的厚度不均匀。可选的，所述氧化镁薄膜层各单位面积的厚度随机分布。可选的，所述衬底为硅衬底或者二氧化硅衬底。可选的，所述钉扎层为钴铁硼薄膜。可选的，所述隧穿层为氧化镁薄膜。一种磁性物理不可克隆函数装置，所述装置包括若干所述的磁性物理不可克隆函数器件，其中，各所述磁性物理不可克隆函数器件呈阵列排布。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的磁性物理不可克隆函数器件及装置，自由层设置有钴铁硼薄膜层及设于钴铁硼薄膜层上表面的氧化镁薄膜层。利用钴铁硼薄膜与氧化镁薄膜交界面的各向异性的特点，通过改变不同位置的各向异性制备出基于磁各向异性的物理不可克隆函数器件。由于生成磁性物理不可克隆函数器件的过程具有随机性，因此，生成的器件具有随机性和唯一性的特点，具备独特的不可克隆和防篡改属性。进一步地，由于本专利技术利用的是生成器件过程的随机性，且器件结构简单，加工工艺属于常规工艺，便于推广使用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例1提供的磁性物理不可克隆函数器件；图2为本专利技术实施例2提供的磁性物理不可克隆函数器件；图3为本专利技术实施例提供的制备PUF器件的薄膜结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的HallBar结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的磁性块结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的自由层结构示意图；图7为本专利技术提供的基于PUF器件的单密码生成器；图8为本专利技术提供的基于PUF器件的多密码生成器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种磁性物理不可克隆函数器件及磁性物理不可克隆函数装置，具有良好的唯一性与随机性，利用磁性器件的结构特性，在制备过程中器件的磁各向异性会发生随机变化，这种随机变化可以产生密钥，具备防伪造防篡改的能力，能够解决传统的非电学物理不可克隆函数难以实际应用而电学物理不可克隆函数存在泄密风险的问题，能够用于信息加密以及硬件加密领域。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1：图1为本专利技术实施例提供的第一种磁性物理不可克隆函数器件。如图1所示，一种磁性物理不可克隆函数器件，所述器件包括：衬底1、设于所述衬底1上表面的重金属层2、设于所述重金属层2上表面的磁性物理不可克隆函数层，本实施例中，所述磁性物理不可克隆函数层具体包括：设于所述重金属层2上表面的钉扎层3、设于所述钉扎层3上表面的隧穿层4及设于所述隧穿层4上表面的自由层5；其中，所述自由层5包括设于所述隧穿层4上表面的钴铁硼薄膜层51及设于所述钴铁硼薄膜层51上表面的氧化镁薄膜层52。优选地，所述氧化镁薄膜层52的厚度不均匀，且所述氧化镁薄膜层52各单位面积的厚度随机分布。本实施例中，所述衬底1为硅衬底或者二氧化硅衬底。所述钉扎层3为钴铁硼薄膜。所述隧穿层4为氧化镁薄膜。实施例2：图2为本专利技术实施例提供的第二种磁性物理不可克隆函数器件。如图2所示，一种磁性物理不可克隆函数器件，所述器件包括：衬底1、设于所述衬底1上表面的重金属层2、设于所述重金属层2上表面的磁性物理不可克隆函数层，本实施例中，所述磁性物理不可克隆函数层具体包括：设于所述重金属层2上表面的自由层5、设于所述自由层5上表面的隧穿层4及设于所述隧穿层4上表面的钉扎层3，本实施例提供的器件还包括设于扎钉层3上的重金属保护层6；其中，所述自由层5包括设于所述重金属层2上表面的钴铁硼薄膜层51及设于所述钴铁硼薄膜层51上表面的氧化镁薄膜层52。优选地，所述氧化镁薄膜层52的厚度不均匀，且所述氧化镁薄膜层52各单位面积的厚度随机分布。本实施例中，所述衬底1为硅衬底或者二氧化硅衬底。所述钉扎层3为钴铁硼薄膜。所述隧穿层4为氧化镁薄膜。本专利技术提供的基于磁性材料的物理不可克隆函数，由于形状各向异性，CoFeB薄膜一般呈现出面内各向异性，可以在CoFeB薄膜上引入界面各向异性或交换相互作用，当界面效应或交换相互作用引入的垂直方向的单轴各向异性能大于薄膜的退磁能时，CoFeB薄膜呈现出垂直磁各向异性，这种单轴各向异性可以来源于CoFeB-MgO界面各向异性或Co-Pt交换弹簧的交换相互作用，以及其他可以引入的垂直方向的单轴各向异性的手段。通过改变不同位置的各向异性，可以制备出基于磁各向异性的物理不可克隆函数。本专利技术利用CoFeB-MgO界面各向异性制备磁性物理不可克隆函数。当在CoFeB薄膜上覆盖一层适当厚度的MgO时，CoFeB/MgO系统会呈现出垂直各向异性。CoFeB/MgO是垂直各向异性的，可以利用离子束刻蚀来对上层MgO进行减薄，在离子束刻蚀过程中，由于离子束的能量分布、角度分布的微小的随机不均匀性会使得在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性物理不可克隆函数器件，其特征在于，所述器件包括：衬底、设于所述衬底上表面的重金属层、设于所述重金属层上表面的磁性物理不可克隆函数层，其中，所述磁性物理不可克隆函数层具体包括：设于所述重金属层上表面的钉扎层、设于所述钉扎层上表面的隧穿层及设于所述隧穿层上表面的自由层；或者，所述磁性物理不可克隆函数层具体包括：设于所述重金属层上表面的自由层、设于所述自由层上表面的隧穿层及设于所述隧穿层上表面的钉扎层；所述自由层具体包括钴铁硼薄膜层及设于所述钴铁硼薄膜层上表面的氧化镁薄膜层。

【技术特征摘要】
1.一种磁性物理不可克隆函数器件，其特征在于，所述器件包括：衬底、设于所述衬底上表面的重金属层、设于所述重金属层上表面的磁性物理不可克隆函数层，其中，所述磁性物理不可克隆函数层具体包括：设于所述重金属层上表面的钉扎层、设于所述钉扎层上表面的隧穿层及设于所述隧穿层上表面的自由层；或者，所述磁性物理不可克隆函数层具体包括：设于所述重金属层上表面的自由层、设于所述自由层上表面的隧穿层及设于所述隧穿层上表面的钉扎层；所述自由层具体包括钴铁硼薄膜层及设于所述钴铁硼薄膜层上表面的氧化镁薄膜层。2.根据权利要求1所述的磁性物理不可克隆函数器件，其特征在于，所述氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：许炎，
申请(专利权)人：武汉华芯纳磁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42