集成电路以及用于实现物理不可复制功能的相应方法技术

本公开的实施例涉及集成电路以及用于实现物理不可复制功能的相应方法。不可复制功能电路装置包括处于原始状态的多个相变存储器单元对，以及耦合到处于原始状态的多个相变存储器单元对的感测电路装置。所述感测电路装置基于可靠性掩码标识处于原始状态的所述多个相变存储器单元对的子集。由感测电路装置感测处于原始状态的多个相变存储器单元对的所标识子集的有效电阻值的差异的符号。感测电路装置基于在原始状态下所标识的多个相变存储器单元对的子集的有效电阻值中的差异的感测符号来生成位串。耦合到不可复制功能电路装置的处理电路装置在操作中使用所生成的位串来执行一个或多个操作。行一个或多个操作。行一个或多个操作。

【技术实现步骤摘要】
集成电路以及用于实现物理不可复制功能的相应方法


[0001]实施例和实现方式涉及物理不可复制的功能，尤其是从相变存储设备获得的功能。

技术介绍

[0002]物理不可复制功能“PUF”是指能够对定义的质询生成不可预测但稳定的答案的无序系统。答案的不可预测性意味着同一PUF电路的两个创建能够以统计上可接受的分布为同一质询提供不同的答案。回答的稳定性意味着PUF电路的一次创建将总是对相同的询问提供相同的回答。
[0003]一些典型的PUF电路能够生成多对质询－回答，并且一些PUF电路不旨在接收多个质询，称为无质询情况。在无质询的情况下，PUF电路输出是不可预测的位串，例如用于标识从其生成PUF电路输出的设备。这样的唯一标识位串可用于生成例如用于公钥密码技术的密钥。
[0004]因此，除了不可预测和稳定之外，用光学或电子显微镜技术不能观察到答案，即位串是有益的。
[0005]实际上，PUF用于诸如微控制器和嵌入式微处理器的许多电子设备中，例如用于认证应用，加密应用等中。

技术实现思路

[0006]在一个实施例中，不可复制功能电路装置包括处于原始状态的多个相变存储器单元对，以及耦合到处于原始状态的多个相变存储器单元对的感测电路装置。所述感测电路装置基于可靠性掩码标识处于原始状态的所述多个相变存储器单元对的子集。由感测电路装置感测处于原始状态的多个相变存储器单元对的所标识子集的有效电阻值的差异的符号。感测电路装置基于在原始状态下所标识的多个相变存储器单元对的子集的有效电阻值中的差异的所感测的符号，来生成位串。耦合到不可复制功能电路装置的处理电路装置在操作中使用所生成的位串来执行一个或多个操作。
[0007]在一个实施例中，提供了一种用于实现物理不可复制功能的方法。基于可靠性掩码来标识处于原始状态的多个相变存储器单元对的子集。感测处于原始状态的多个相变存储器单元对的所标识子集的有效电阻值的差异的符号。基于在原始状态下所标识的多个相变存储器单元对的子集的有效电阻值中的差异的感测符号来生成位串。使用所生成的位串来执行一个或多个处理操作。
[0008]在一个实施例中，系统包括处理电路装置和耦合到该处理电路装置的不可复制功能电路装置。处理电路装置在操作中执行应用。在操作中，不可复制功能电路装置基于可靠性掩码标识处于原始状态的多个相变存储器单元对的子集。由不可复制功能电路装置感测处于原始状态的多个相变存储器单元对的所标识子集的有效电阻值的差异的符号。不可复制功能电路装置基于所标识的在原始状态下的多个相变存储器单元对的子集的有效电阻
值中的差异的感测符号来生成位串。在操作中，所生成的位串由应用使用。
[0009]在一个实施例中，非暂态计算机可读介质的内容配置处理电路装置以执行一种方法。该方法包括基于可靠性掩码标识原始状态下的多个相变存储器单元对的子集；感测处于原始状态的所述多个相变存储器单元对的所标识的子集的有效电阻值的差异的符号；基于所标识的在原始状态下的所述多个相变存储器单元对的子集的有效电阻值的差异的所述感测的符号，来生成位串；以及使用所生成的位串来执行一个或多个处理操作。
附图说明
[0010]结合附图仔细阅读本公开的实施例的详细描述将显现出其他优点和特征，这些优点和特征决不是限制性的，在附图中：
[0011]图1A和图1B是物理不可复制功能设备的实施例的功能框图；
[0012]图2是包括实现物理不可复制功能设备的实施例的差分单元对的相变存储器阵列的实施例的功能框图；
[0013]图3示出了根据实施例的相变存储器单元对的群体中的读取电流的差异的对数尺度分布；以及
[0014]图4是包括物理不可复制功能设备的系统的实施例的功能框图。
具体实施方式
[0015]图1A和图1B示出了基于处于原始状态的相变存储器单元PCM
LFT
，PCM
RGT
的物理不可复制功能设备PUFdev的示例，其被并入例如集成电路中。
[0016]常规相变存储器单元PCM
LFT
，PCM
RGT
通常能够在具有第一电阻值的第一状态与具有第二电阻值的第二状态之间切换。例如，第一状态可以通过具有相对低电阻值的相变材料的多晶相来获得，而第二状态可以通过具有相对高电阻值的材料的非晶相来获得。多晶相和非晶相之间的转换可以通过加热器元件来实现，该加热器元件能够快速加热和冷却材料，称为使材料非晶化的复位操作，或者能够将材料在其结晶温度范围内保持足够长的时间，称为使材料多晶化的置位操作。单元的原始状态(virgin state)(例如，当制造时且在任何置位或复位操作之前的单元的状态)通常为多晶相。例如，当极化到给定的预载电压时，可以通过测量流过单元PCM
LFT
，PCM
RGT
的相变材料的读取电流I
LFT
，I
RGT
的强度来感测电阻值。在与前面相同的示例中，如果强度I
LFT
，I
RGT
高于阈值，则可以感测第一状态，而如果强度I
LFT
，I
RGT
低于阈值，则可以感测第二状态。可以任意选择每个状态来转换相应的“0”或“1”二进制数据。
[0017]实际上，一个二进制数据可以存储在以给定取向PCM
LFT
，PCM
RGT
排列的差分单元对PoPCM中，其中在该取向中的单元对的读取电流“I
LFT
－I
RGT”之间的负差值提供二进制数据，例如按照惯例“0”，并且其中在该取向中的读取电流“I
LFT
－I
RGT”之间的正差值提供另一个二进制数据，例如按照惯例“1”。
[0018]物理不可复制功能设备PUFdev包括相变存储器单元PoPCM的多个差分对。
[0019]每对相变存储器单元PoPCM包括如图所示定向在任意左位置的第一相变存储器单元PCC
LFT
和如图所示定向在任意右位置的第二相变存储器单元PCC
RGT
。
[0020]每对PoPCM的两个单元PCC
LFT
，PCC
RGT
都保持在原始状态，并且相应地具有与其成比
例的读取电流I
LFT
，I
RGT
相对应的有效电阻值。不同的对应有效电阻值I
LFT
，I
RGT
例如如下文所述的图3所示地分布。
[0021]差分单元对PoPCM可布置在相变存储器阵列PCMARR(图2)中，在单元对PoPCM的范围和列中。单元PoPCM的差分对的范围可由相应字线WL来选择，例如控制串联耦合在接地与相应相变存储器单元PCC
LFT
，PCC
RGT
之间的相应选择晶体管TA
LFT
，TA
RGT
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设备，包括：不可复制功能电路装置，包括：处于原始状态的多个相变存储器单元对；以及感测电路装置，耦合到处于所述原始状态的所述多个相变存储器单元对，其中所述感测电路装置在操作中：基于可靠性掩码来标识处于所述原始状态的所述多个相变存储器单元对的子集；感测所标识的处于所述原始状态的所述多个相变存储器单元对的子集的有效电阻值的差异的符号；以及基于所标识的处于所述原始状态的所述多个相变存储器单元对的子集的所述有效电阻值中的差异的所感测的所述符号，来生成位串；以及处理电路装置，耦合到所述不可复制功能电路装置，其中所述处理电路装置在操作中使用所生成的所述位串来执行一个或多个操作。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述感测电路装置包括差分感测放大器，所述差分感测放大器在操作中生成所述不可复制功能电路装置的输出，所述输出是物理不可复制的随机位串，每个位基于所述多个相变存储器单元对的所标识的子集中的相应一个子集的所感测的符号。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述可靠性掩码被存储在非易失性存储器中，并且包括指示所述多个相变存储器单元对中的每对单元的可靠性的相应标志。4.根据权利要求3所述的设备，包括相变存储器阵列，所述相变存储器阵列包括：第一区域，包括处于所述原始状态的所述多个相变存储器单元对；以及第二区域，包括处于被配置为存储所述可靠性掩码的写入状态的多个第二相变存储器单元对。5.根据权利要求4所述的设备，其中每个第二相变存储器单元对的第二区域中的位置类似于处于原始状态下的相应相变存储器单元对的第一区域中的位置，所述类似位置形成在处于原始状态下的所述多个相变存储器单元对与处于写入状态下的所述多个第二相变存储器单元对的相应存储器地址之间的链接。6.根据权利要求2所述的设备，其中所述感测电路装置在操作中生成所述可靠性掩码，生成所述可靠性掩码包括，对于处于原始状态的所述多个相变存储器单元对中的每对相变存储器单元：在处于原始状态的所述多个相变存储器单元对的所述相变存储器单元对的第一差分读取路径中生成第一裕量电流，并且存储由所述差分感测放大器感测的第一符号；在处于原始状态的所述多个相变存储器单元对的所述相变存储器单元对的第二差分读取路径中生成第二裕量电流，并且存储由所述差分感测放大器感测的第二符号；将所述第一符号与所述第二符号进行比较；以及基于所述第一符号与所述第二符号的所述比较，在所述可靠性掩码中分配可靠性标志。7.一种用于实现物理不可复制功能的方法，所述方法包括：基于可靠性掩码，标识处于原始状态的多个相变存储器单元对的子集；感测处于所述原始状态的所述多个相变存储器单元对的所标识的子集的有效电阻值
的差异的符号；基于对处于所述原始状态的所述多个相变存储器单元对的所标识的子集的所述有效电阻值的差异的所感测的符号，来生成位串；以及使用所生成的所述位串来执行一个或多个处理操作。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述位串是物理不可复制的随机位串，每一位基于所述多个相变存储器单元对的所标识的子集中的相应子集的所感测的符号。9.根据权利要求7所述的方法，包括：将所述可靠性掩码存储在非易失性存储器中，所述可靠性掩码包括用于多个相变存储器单元对的每对单元的相应标志；以及将所述标志与所述多个相变存储器单元对的相应单元对的地址链接。10.根据权利要求9所述的方法，其中处于原始状态的所述多个相变存储器单元对在相变存储器阵列的第一区域中，并且存储所述可靠性掩码包...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：意法半导体鲁塞公司，
类型：发明
国别省市：