Terahertz

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 12474 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Gefälschte Produkte bergen erhebliche wirtschaftliche, sicherheitstechnische und gesundheitliche Risiken. Ein Ansatz zur Minderung dieser Risiken besteht darin, die Produktherkunft durch die Rückverfolgung bis zu ihrem Herstellungsort festzustellen. Aktuelle Identifikationsmethoden wie Barcodes und RFIDs weisen jedoch Einschränkungen auf, die sie anfällig für Fälschungen machen. Ebenso haben nichtflüchtige Speicher, physikalisch nicht klonbare Funktionen und neue Techniken wie Diamond Unclonable Security Tag und DNA-Fingerprinting ihre eigenen Einschränkungen und Herausforderungen. Damit eine Rückverfolgbarkeitslösung breite Akzeptanz findet, muss sie bestimmte Kriterien erfüllen, darunter Kostengünstigkeit, Einzigartigkeit, Unveränderlichkeit, einfache Lesbarkeit, Standardisierung und Nichtklonbarkeit. In diesem Artikel schlagen wir eine Lösung vor, die ultrakurz gepulste Laser nutzt, um einzigartige, nicht klonbare und unveränderliche physische Tags zu erstellen. Diese Tags können dann zerstörungsfrei mithilfe der Fernfeld-Terahertz-Spektroskopie (THz) gelesen werden. Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin, die Machbarkeit unseres vorgeschlagenen Ansatzes zu untersuchen. Unser Ziel ist es, die Fähigkeit zu bewerten, Lasermarkierungen mit unterschiedlichen Tiefen zu unterscheiden, die Empfindlichkeit der THz-Messung gegenüber Lasergravurparametern zu bewerten, die Fähigkeit zur Erfassung von Markierungen mit hoher Informationsdichte zu untersuchen und die Fähigkeit zur Erfassung von Markierungen unter der Oberfläche zu untersuchen. Durch die Berücksichtigung dieser Aspekte hat unsere Methode das Potenzial, als universelle Lösung für eine Vielzahl von Rückverfolgbarkeitsanwendungen zu dienen.

Gefälschte Produkte1,2 stellen erhebliche wirtschaftliche, sicherheitsbezogene und gesundheitliche Risiken für Regierungen, Industrien und Gesellschaften dar. Gefälschte Mikroelektronik verursacht jährliche Verluste in Milliardenhöhe, während gefälschte Arzneimittel täglich Tausende von Menschenleben gefährden. Die Vermeidung der Verwendung gefälschter Produkte ist möglicherweise die wirksamste Maßnahme zur Minderung dieser Risiken. Dazu ist die Feststellung der Produktherkunft erforderlich, indem die Produkte bis zu ihrem Herstellungsort zurückverfolgt werden. Derzeit werden verschiedene Techniken zur Lösung dieses Problems eingesetzt3, darunter Barcodes, passive und aktive RFIDs und andere. Trotz ihrer teilweisen Wirksamkeit bei der Bewältigung bestimmter Rückverfolgbarkeitsprobleme bestehen jedoch weiterhin verschiedene Herausforderungen. Eine große Herausforderung besteht darin, dass diese Identifizierungsmethoden selbst anfällig für Fälschungen sind4. Fälscher können vorhandene Identifikatoren wie Barcodes leicht klonen, um ihre Produkte als authentisch zu tarnen. Obwohl anspruchsvollere Methoden vorgeschlagen wurden, gehen diese häufig mit hohen Implementierungskosten, Handhabungsschwierigkeiten, Komplexität beim Auslesen und Problemen bei der Benutzerfreundlichkeit einher. Nichtflüchtige Speicher (NVMs), die für Chips verwendet werden können, sind teuer und möglicherweise nicht für kleinere Chips geeignet5. Die Verwendung von nichtflüchtigen Speichern (NVMs) erfordert das Einschalten des Geräts, was unpraktisch wird, wenn es um eine große Anzahl von Teilen geht, die in ihren Gehäusen untersucht werden müssen. In ähnlicher Weise stehen physisch nicht klonbare Funktionen (PUFs), die auch auf elektronische Chips6 anwendbar sind, vor der gleichen Herausforderung, da sie das Einschalten des Geräts erfordern und zusätzliche Einschränkungen hinsichtlich der Speicherung von Informationen haben. Tatsächlich ermöglichen PUFs zwar die Erstellung einer eindeutigen Signatur, erlauben jedoch nicht die selektive Einbettung von Daten auf dem Gerät. Auch neu aufkommende Methoden bringen ihre eigenen Herausforderungen mit sich. Beispielsweise ist das Diamond Unclonable Security Tag (DUST) eine trendige Methode, die physischen Gegenständen eine fälschungssichere Identität verleiht, indem sie quantentechnisch hergestellte Diamant-Nanokristalle verwendet, die in Hochleistungspolymere eingebettet sind7. Allerdings ist diese Lösung teuer und bereitet Schwierigkeiten bei der Umsetzung. Darüber hinaus ist es nicht als praktische Lösung für die Anwendung auf Chip-Ebene vorgesehen, was zu einer gestörten Rückverfolgbarkeit der Produktkette führt. Auch DNA-Fingerprinting-Lösungen, wie sie von Haelixa entwickelt wurden, stoßen bei der Anwendung auf die Mikroelektronik auf ähnliche Herausforderungen8. Im Allgemeinen muss eine wirksame Rückverfolgbarkeitslösung die folgenden Kriterien erfüllen, damit sie von Industrien und Regierungen als Mittel zur Überwindung der bestehenden Fälschungsprobleme umfassend übernommen werden kann: (1) Die Einbettung von Identifikatoren in Produkte sollte kostengünstig sein; (2) Bezeichner müssen eindeutig sein; (3) Identifikatoren müssen in dem Sinne unveränderlich sein, dass jeder Versuch, sie zu verändern, identifizierbar sein und zur Zerstörung des Identifikators führen muss; (4) Identifikatoren müssen leicht lesbar sein, vorzugsweise auf passive Weise (dh es ist kein Einschalten erforderlich), um für Feld- und Großserienanwendungen geeignet zu sein; (5) Identifikatoren müssen standardisiert werden, damit sie weit verbreitet sind, was für ihre Wirksamkeit von entscheidender Bedeutung ist. und (6) Identifikatoren müssen nicht klonbar sein. Wir stellen einen neuartigen Ansatz vor, der potenziell alle oben aufgeführten Kriterien berücksichtigen kann. Die vorgeschlagene Technik nutzt ultrakurz gepulste Laser, um schnell und kostengünstig einzigartige, nicht klonbare, unveränderliche physische Tags zu erstellen. Darüber hinaus nutzt es die Fernfeld-Terahertz-Spektroskopie (THz)9 zum zerstörungsfreien Lesen von Oberflächen- und Untergrundmarkierungen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung verschiedener Aspekte der Machbarkeit der beschriebenen Methode, um eine universelle Lösung für ein breites Spektrum von Rückverfolgbarkeitsanwendungen zu entwickeln. Es wird die Machbarkeit der Time-of-Arrival-THz-Bildgebung zur Unterscheidung von Lasermarkierungen mit unterschiedlichen Tiefen und die Auflösung solcher Messwerte untersucht. Darüber hinaus wird die Empfindlichkeit des THz-Messwerts gegenüber den Lasergravurparametern untersucht, die zur Erstellung der Markierung verwendet wurden. Die Eignung der vorgeschlagenen Methode zur Erstellung von Markierungen mit hoher Informationsdichte (d. h. große Datenmengen pro Flächeneinheit) wird bewertet, indem die Machbarkeit der Erfassung eines Oberflächenprofils untersucht wird, das aus Regionen mit unterschiedlichen Höhenwerten besteht. Abschließend wird die Fähigkeit der THz-Lesemethode zur Erfassung von Untergrundmarkierungen untersucht.

Die vorgeschlagene Methode besteht aus der Verwendung von Ultrakurzlasern zur Erstellung von Identifikationsetiketten mit hoher Informationsdichte und der Terahertz-Spektroskopie zu deren Auslesen. Dies ist schematisch in Abb. 1 dargestellt.

Überblick über die vorgeschlagene Rückverfolgbarkeitsmethode: THz-lesbare lasergravierte Kennungen.

Durch unterschiedliche Kombinationen von Laserparametern werden Tags mit unterschiedlichen Struktureigenschaften erhalten. Diese Tags sind multimodal lesbar, wobei die Tag-Struktur zusätzlich zu THz auch mit konfokaler und Röntgenmikroskopie in verschiedenen Auflösungen abgerufen werden kann. Darüber hinaus besteht ein wesentliches Merkmal dieser Tags darin, dass sie nicht klonbar sind, was auf die Komplexität zurückzuführen ist, die mit der Erstellung der Tags verbunden ist. Jedes Etikett wird auf einzigartige Weise mithilfe einer spezifischen Kombination eines Satzes von Laserparametern erstellt. Aufgrund der komplexen und unbekannten Beziehung zwischen den Laserparametern und der genauen resultierenden Etikettenstruktur sowie aufgrund der komplexen und unbekannten Beziehung zwischen den Laserparametern und der genauen resultierenden Etikettenstruktur ist die Dekodierung anhand der Struktur des Etiketts nicht praktikabel Dies liegt daran, dass es zu viele Laserkombinationsmöglichkeiten gibt, die in einem Brute-Force-Ansatz getestet werden müssen, um das Rezept für die Erstellung dieser Tags zu entschlüsseln. Es ist wichtig zu beachten, dass die Auflösung verschiedener Lesemethoden bei der Erkennung der Tag-Strukturvariationen unterschiedlich ist. Daher reagieren unterschiedliche Lesemethoden unterschiedlich empfindlich auf die Variation der Laserparameter, die für die Etikettenbildung verwendet werden. Dies bedeutet, dass abhängig von der Größenordnung der Strukturvariationen möglicherweise höher auflösende Lesemethoden (z. B. Konfokal- und Röntgenmikroskopie) zur Identifizierung von Fälschungsversuchen des Etiketts verwendet werden müssen, während Methoden mit niedrigerer Auflösung (z. B. Far -field THz) kann zum Abrufen von Tag-Informationen im Feld verwendet werden.

In dieser Studie verwendete das Femtosekunden-Bearbeitungssystem einen Coherent Monaco 1035 nm 40 W Laser (1035-40-40) mit einer Pulsbreite von 257 fs. Der Laser ist in der Lage, verschiedene Pulswiederholungsraten zu erzeugen, die von Einzelschüssen bis zu 50 MHz reichen. Der emittierte Strahl des Lasers hat einen Durchmesser von 2,7 ± 0,3 mm und wird mithilfe eines Strahlaufweiters aufgeweitet, der aus einer asphärischen Linse aus Quarzglas mit 75 mm und einer konvexen Linse aus Quarzglas mit 300 mm besteht. Durch diese Aufweitung ergibt sich ein Strahldurchmesser von ca. 11 mm. Der aufgeweitete Strahl wird dann auf eine telezentrische Quarzglas-F-Theta-Linse (TSL-1064-10-56Q-D20) mit einer effektiven Brennweite von 70 mm geleitet. Diese Linsenkonfiguration bietet eine theoretische Spotgröße von etwa 8,5 μm. Abbildung 2 zeigt eine computergestützte Konstruktionsdarstellung (CAD) des in der Studie verwendeten Laseraufbaus.

CAD eines Femtosekunden-Laserbearbeitungssystems.

Der Arbeitsablauf des Femtosekunden-Bearbeitungssystems beginnt mit der Ausrichtung auf den interessierenden Bereich (ROI) mit einem Dinolite-Digitalmikroskop (AM73915MZT) und der präzisen Bewegung der Probe auf einer XY-Ebene mit Tischen der Zaber LDA-Serie (LDA150A-AE53T10A). Anschließend misst der konfokale Höhensensor von Keyence (CL-P070) die Höhe der Probe mit niedriger Mikrometerauflösung, woraufhin der Tisch der Zaber VSR-Serie (VSR40A-T3A) die Probe in den Laserfokus bringt. Schließlich wird die Probe zur Laserablation unter die F-Theta-Linse transportiert.

Zum Lesen der Tags wird eine THz-Reflexionsmodus-Bildgebung verwendet. Um das Oberflächenprofil der lasergravierten Tags zu erhalten, wird eine Ankunftszeitanalyse durchgeführt. THz-Strahlen, die von den tiefer gelegenen Bereichen der Oberfläche reflektiert werden, brauchen länger, um am THz-Empfänger anzukommen, als diejenigen, die von den höher gelegenen Bereichen der Oberfläche reflektiert werden. Diese Tatsache wird genutzt, um eine Höhenkarte der Oberflächenstruktur des Tags zu erstellen. Abbildung 3 zeigt den verwendeten THz-Aufbau. Zwei Tische werden verwendet, um die Probe zum Scannen in x- und y-Richtung zu bewegen.

THz-Lese-Setup.

Um die Tiefe der Probe zu bestimmen, wird für jedes Pixel des Probenbildes das tiefste Tal des Terahertz-Zeitbereichsspektroskopiesignals identifiziert. Der Ort (dh der Zeitstempel) dieses Tals gibt die Ankunftszeit des Terahertz-Signals an, das dann zur Erstellung einer Höhenkarte der Probe verwendet wird. Da die erhaltenen Werte dem Abstand des Wellenpfads von der Quelle zur Probe und zurück zum Detektor entsprechen, würde jede Neigung der Probe zu einer verzerrten Höhenkarte führen. Um dieses Problem zu beheben, wird die Höhenkarte nivelliert, um die Genauigkeit der Tiefenmessung der Probe sicherzustellen.

Es wurden mehrere Experimente durchgeführt, um die Machbarkeit des vorgeschlagenen Ansatzes zu untersuchen, nämlich das Lesen lasergravierter Tags mithilfe von THz. Da die THz-Ankunftszeit als Methode zum Lesen der Tags gewählt wurde, konzentrierte sich das erste Experiment auf die Beurteilung der Fähigkeit, zwischen Oberflächenstrukturen mit unterschiedlichen durchschnittlichen Tiefen zu unterscheiden. Mit dem Laserbearbeitungssystem wurden insgesamt 162 Gräben auf 18 Siliziumwaferproben (jede Probe enthielt 9 Gräben) erstellt. Was die Laserparameter für diese Gravurgräben betrifft, wurden 81 verschiedene Kombinationen verwendet, was zu zwei Wiederholungen für jede Kombination für eine Wiederholbarkeitsuntersuchung führte. Die Größe jeder Waferprobe betrug 3 cm × 3 cm und die Größe jedes Grabens betrug 4 mm × 4 mm. Die verwendeten Laserparameter waren wie folgt: (1) Wiederholungsraten von 250 kHz, 500 kHz und 1 MHz; (2) Anzahl der Laserzyklen zwischen 20 und 180; und (3) Laserleistung zwischen 1 W und 6,97 W. Die durchschnittliche Ankunftszeit der Gräben wurde mit dem THz-Zeitdomänenspektroskopiesystem (TDS) im Reflexionsmodus gemessen und ihre durchschnittlichen Höhen wurden mit einem konfokalen Lasermikroskop für eine Korrelationsstudie bewertet. Abbildung 4 zeigt eine Waferprobe mit den gravierten Gräben, für die die Höhenkarte sowohl mit konfokalen als auch mit THz-TDS-Systemen erstellt wurde. In Abbildung 5 ist der Versatz, die durchschnittliche Ankunftszeit, berechnet aus dem verarbeiteten THz-Signal der abgebildeten Gräben, im Vergleich zu ihrer durchschnittlichen Tiefe, gemessen aus der konfokalen Höhenkarte, aufgetragen.

Oben: Farbcodierte konfokale Höhenkarte einer beispielhaften Waferprobe; Unten: Farbcodierte Ankunftszeit. Der Farbcode für das untere Bild hat einen anderen Maßstab als der des oberen Bildes.

Durchschnittliche Ankunftszeit, berechnet aus dem verarbeiteten THz-Signal der abgebildeten Gräben, im Vergleich zu ihrer durchschnittlichen Tiefe, berechnet aus der konfokalen Höhenkarte für die 81 Gräben. Die Farben Blau und Orange kennzeichnen die beiden Wiederholungen. Gepunktete Linien sind Trendlinien für die beiden Wiederholungen.

Wie in der Grafik zu sehen ist, besteht eine lineare Korrelation zwischen der Tiefe des Grabens und der Ankunftszeit im THz-Messwert, was darauf hindeutet, dass der Tiefenwert, der kontrollierbar per Laser erzeugt werden kann, zur Informationsspeicherung genutzt werden kann und Abruf, hin zur Erstellung eindeutiger Identifikatoren. Darüber hinaus bestimmt das Ausmaß der Abweichungen von der perfekten linearen Beziehung in Abb. 5 die Empfindlichkeit des Terahertz-Messwerts gegenüber Höhenschwankungen.

Die Speicherung von THz-abrufbaren Informationen in lasergravierten Tags muss im Hinblick auf die Höhenleseauflösung sowohl in vertikaler als auch in lateraler Richtung untersucht werden. Gemäß Abb. 5 ermöglicht die THz-Zeitbereichsspektroskopie (THz-TDS) eine Auflösung von 50 μm oder besser für die Höhenmessung in vertikaler Richtung. Allerdings ist die laterale Auflösung von Terahertz relativ gering, typischerweise in der Größenordnung von Millimetern. Wenn jedes Pixel nur zum Lesen eines Höhenwerts verwendet wird, wäre die resultierende laterale Auflösung erheblich eingeschränkt. Dies liegt daran, dass aus einem informationsreichen Signal, das durch Fokussierung des THz-Strahls auf einen Punkt gesammelt wird, nur der Zeitstempel des tiefsten Tals extrahiert wird, um die durchschnittliche Höhe zu bestimmen. Trifft der recht breite THz-Strahl jedoch so auf eine Oberfläche, dass er sowohl Höhen als auch Tiefen abdeckt, kommt es zu zeitlich versetzten Mehrfachreflexionen. Dies wiederum erzeugt ein THz-TDS-Signal mit mehreren großen Tälern. Die Zeitstempel dieser mehreren identifizierten Haupttäler entsprechen unterschiedlichen Höhenwerten auf der interessierenden Oberfläche. Daher kann ein Pixel mehr Informationen enthalten als nur einen einzelnen Höhenwert. Um die Machbarkeit dieses Ansatzes zu untersuchen, wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem der Rand eines Grabens mit dem Terahertz-Lesesystem untersucht wurde. Die Kante wurde in einem ungefähren 45-Grad-Winkel relativ zur Scanrichtung positioniert, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, Szenarien zu erfassen, in denen der THz-Strahl beide Seiten der Kante abdeckt (Abb. 6).

Reflexionen verschiedener Teile des Strahls durch Oberflächen in unterschiedlichen Höhen.

Abbildung 7 zeigt die farbcodierte konfokale Karte der Probe mit einer Kante sowie die entsprechende Ankunftszeitkarte. Es ist wichtig zu beachten, dass zur Untersuchung der zuvor erwähnten Hypothese nur die Pixel in der Ankunftszeitkarte angezeigt werden, für die zwei Täler im Signal erkannt wurden. Alle anderen Pixel sind grün gefärbt. Diese selektive Anzeige hat zu einem klaren und deutlichen Bild der Kante in der Ankunftszeitkarte geführt.

Oben: Konfokale Karte der Probe mit Kante; Unten: Ankunftszeit (nur Pixel, deren Signal zwei Täler aufweist).

Die oben beschriebene Ausweitung der Grenzen der lateralen Auflösung wurde weiter untersucht, indem ein Streifenmuster erstellt wurde, das aus aufeinanderfolgenden Höhen und Tiefen bestand, gefolgt von einer THz-Messung. Es entstanden vier Streifenmuster. Der Abstand zwischen einem Bereich mit geringer Höhe und dem angrenzenden Bereich mit hoher Höhe betrug in diesen vier Mustern 1 mm, 500 μm, 300 μm und 100 μm. Abbildung 8 zeigt die konfokale Karte und die THz-TDS-Signale für diese Streifenmuster. In den oberen beiden Mustern ist das Vorhandensein zweier unterschiedlicher Höhenwerte in der Probe deutlich zu erkennen, die den beiden Haupttälern im THz-Signal entsprechen.

Streifenmuster, gemessen mit konfokaler Mikroskopie und THz-TDS.

Da eine Hauptzielanwendung der vorgeschlagenen Technik die Rückverfolgbarkeit auf Chip-Ebene in der Mikroelektronik sein soll, muss untersucht werden, ob die lasergravierten Markierungen durch das Verpackungsmaterial hindurch gelesen werden können. Um die Verwendung von THz zur Erkennung von Identifikatoren durch Verpackungen zu untersuchen, wurde ein Stück Verpackungsmaterial verwendet, um einige der lasergravierten Gräben auf drei Siliziumwaferproben abzudecken. Ein Beispiel einer solchen Probe ist im linken Bild von Abb. 9 dargestellt. Der rechte Abschnitt von Abb. 9 zeigt die Wärmekarte der Ankunftszeiten für diese Probe zusammen mit den angegebenen Zeitbereichssignalen für eine bestimmte Pixelspalte durch das vertikale Rechteck in der Wärmekarte. Das Ziel bestand darin, zu untersuchen, ob die Korrelation zwischen Tiefe und Ankunftszeit in diesen Beispielen noch besteht, was die Verwendung von THz für die Erkennung von Identifikatoren durch die Verpackung validieren würde. Tabelle 1 zeigt die sortierte Reihenfolge der Identifikatorindizes basierend auf Tiefe und Ankunftszeit für die sechs ausgewählten Identifikatoren (die beiden tiefsten in jeder Stichprobe). Die beobachtete perfekte Übereinstimmung zwischen den beiden sortierten Sequenzen legt nahe, dass THz-TDS eine zuverlässige Methode zum Abrufen des Höhenindex und folglich zur Identifizierung des Tags ist.

Verpackungsmaterial, das die vier Gräben oben links bedeckt (Tags): Der vergrabene Graben (Tag) ist für THz durch die Verpackung hindurch immer noch erkennbar.

Die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Methode wurde durch das Einbetten physischer Tags mithilfe einer Lasermarkierung auf der Rückseite eines Chips und das anschließende Lesen der Kennungen mithilfe von THz überprüft. Die Vorderseite des Chips, die die Schaltkreise enthält, ist im linken Abschnitt von Abb. 10 dargestellt. Auf der Rückseite des Chips werden neun quadratische Markierungen mit verschiedenen Tiefenwerten erstellt (Abb. 10 unten rechts). Die beiden Kontrollparameter für dieses Experiment sind die Anzahl der Laserzyklen, die zwischen 40 und 120 liegt, und die Wiederholungsrate, die zwischen 250 kHz und 1 MHz liegt. Tabelle 2 zeigt die Tiefenwerte dieser 9 Tags, charakterisiert mittels konfokaler Mikroskopie. Tabelle 2 enthält außerdem eine Spalte, die die sortierte Reihenfolge der diesen Tags zugeordneten Indizes basierend auf den Tiefenwerten zeigt. Schließlich enthält Tabelle 2 eine weitere Spalte, die die sortierte Sequenz der Indizes basierend auf den Ankunftszeiten zeigt, die mithilfe der THz-Spektroskopie erhalten und in der Wärmekarte von Abb. 10 wiedergegeben wird. Es besteht eine perfekte Übereinstimmung zwischen den beiden sortierten Sequenzen, was darauf hindeutet, dass die Der Tiefenindex, der in diesem Beispiel als Kennung dieser Tags dient, kann mithilfe der THz-Spektroskopie ermittelt werden.

Links: Vorderseite der Matrizenprobe; Unten rechts: Rückseite der Matrize mit eingravierten quadratischen Markierungen; Oben rechts: Farbcodierte Ankunftszeit.

Die präsentierten Ergebnisse dienen der Untersuchung der Möglichkeiten und Grenzen des vorgeschlagenen Ansatzes zur Produktrückverfolgbarkeit. Die wichtigste Neuerung des vorgeschlagenen Ansatzes liegt in der Nutzung der Ultrakurzpulslasertechnologie zur schnellen und kostengünstigen Erstellung physischer Tags, die in Produkte eingebettet werden können, um als Identifikatoren zu dienen, und in der Nutzung der Fernfeld-THz-Spektroskopie zum Auslesen der gespeicherten Informationen in ihnen. Dieser Ansatz zielt darauf ab, die Einschränkungen bestehender Techniken zu beseitigen und eine potenziell universelle Lösung für Rückverfolgbarkeitsanwendungen in verschiedenen Branchen bereitzustellen.

Der vorgeschlagene Ansatz unterscheidet sich von bestehenden Lösungen, einschließlich Barcodes, RFIDs, nichtflüchtigen Speichern (NVMs) und physisch nicht klonbaren Funktionen (PUFs), durch mehrere Vorteile. Zu den wichtigsten Vorteilen, die für die endgültige Form der vorgeschlagenen Lösung angesehen werden, gehören: (1) kostengünstige Einbettung von Identifikatoren in Produkte; (2) Einzigartigkeit der Identifikatoren; (3) Immunität gegen Mutation, wobei jeder Versuch, den Identifikator zu verändern, zur Zerstörung führt; (4) einfache Lesbarkeit auf passive Weise (kein Einschalten erforderlich), geeignet für Feld- und Großserienanwendungen; (5) Standardisierung von Identifikatoren für eine breite Akzeptanz; und (6) Nichtklonbarkeit der Identifikatoren.

Darüber hinaus muss betont werden, dass die THz-Spektroskopie zwar früher zur Charakterisierung von Oberflächenmerkmalen in dünnen Filmen, Beschichtungen und Grenzflächen zum Verständnis ihrer Zusammensetzung, Dicke und optischen Eigenschaften verwendet wurde, THz jedoch zum Abrufen der Kennung eines lasergravierten Werkstücks eingesetzt werden kann Physical Tag ist ein einzigartiges Angebot dieser Arbeit.

Gefälschte Produkte stellen erhebliche Risiken dar, und eine Möglichkeit, diese Risiken zu mindern, besteht darin, die Herkunft der Produkte durch die Rückverfolgung ihrer Herstellungsherkunft festzustellen. Aktuelle Identifizierungsmethoden weisen jedoch Einschränkungen auf und sind anfällig für Fälschungen. In diesem Artikel haben wir eine Lösung vorgeschlagen, die Ultrakurzpulslasertechnologie nutzt, um physische Tags zu erstellen, die einzigartig, nicht klonbar und unveränderlich sind. Um diese Tags zerstörungsfrei zu lesen, haben wir Fernfeld-Terahertz-Spektroskopie (THz) eingesetzt. Unser Ansatz verspricht eine kostengünstige, standardisierte und nicht klonbare Lösung für eine Vielzahl von Rückverfolgbarkeitsanwendungen. Im gesamten Dokument haben wir die Leistungsfähigkeit dieser Methode anhand mehrerer Beispiele demonstriert und ihre potenzielle Wirksamkeit und Vielseitigkeit aufgezeigt.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

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Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Pouria Hoveida und Adrian Phoulady.

Universität von Connecticut, Storrs, CT, USA

Pouria Hoveida, Adrian Phoulady, Hongbin Choi, Nicholas May, Sina Shahbazmohamadi und Pouya Tavousi

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Alle Autoren trugen zur Ideenfindung, zum Experimentieren und zum Schreiben bei.

Korrespondenz mit Sina Shahbazmohamadi oder Pouya Tavousi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Hoveida, P., Phoulady, A., Choi, H. et al. Mit Terahertz lesbare, lasergravierte Markierungen als neuartige Lösung für die Produktrückverfolgbarkeit. Sci Rep 13, 12474 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39586-5

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Eingegangen: 15. Mai 2023

Angenommen: 27. Juli 2023

Veröffentlicht: 01. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39586-5

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