Nano Res.│具有高度安全性的物理不可克隆功能的二硫化钼晶体管加密基元

背景介绍

物理不可克隆功能（PUF）在物联网中具有非常大的应用空间，可用于身份验证或链保护，具有不可复制性和高度的安全性。传统基于CMOS的PUF设备很容易受到机器学习等技术的物理攻击。研究显示基于纳米材料的电子器件具有内在缺陷，不同的制备方法下，纳米材料展现了自然随机性，这使得其可以进行各种编码并生成唯一的密钥。其中二维过渡金属硫化物是一种原子厚度的半导体，由于其无法控制的生长过程而产生的缺陷，有望在PUF应用中实现相当可靠的编码。

成果简介

在这项工作中，香港理工大学柴扬课题组与韩国延世大学Jong-Hyun Ahn课题组合作，采用通过有机金属化学气相沉积法（MOCVD）生长的双层MoS₂作为场效应晶体管（FET）的沟道材料，利用MoS₂器件特定栅极电压下的漏极电流（二元编码系统）加上特定栅极电压下的漏极电流比（三元与双二元编码系统）来生成密钥。尽管MOCVD可以精确控制生长过程中，但MoS₂器件仍然存在很大的内在差异，从而提供了理想的数据加密。作者通过计算Hamming Weight、Inter-Hamming Distance 和Geary’s Univariate Correlation Coefficient等参数，分析了该PUF器件的随机性（Randomness），均匀性（Uniformity）和唯一性（Uniqueness）。除此以外，从二元编码系统出发，将研究扩展到三元和双二元编码系统，在提升容量的同时，也保证了良好的PUF特征表现。结果表明，对于PUF应用而言，作者的材料体系所生成的密钥在各项性能方面都得到了高度保证。

图文导读

PUF图案特征和PUF特征表现

作者简介

柴扬，香港理工大学副教授，IEEE Distinguished Lecturer。目前的研究兴趣主要为低维材料在各类电子器件的应用，在Nature, Nature Nanotechnology, Nature Communication, Science Advances, IEDM发表论文超过100篇，更多信息可以参考课题组网页：http://ap.polyu.edu.hk/ychai/. 欢迎有志于从事科研且具有电子、物理、材料背景的同学加入我们。对博士研究生感兴趣的同学请参考网页：https://cerg1.ugc.edu.hk/hkpfs/index.html；对博士后和研究助理感兴趣的同学请将个人简历发到：[e-mail]。

文章信息

Bangjie Shao, Tsz Hin Choy, Feichi Zhou, Jiewei Chen, Cong Wang, Yong Ju Park, Jong-Hyun Ahn^* & Yang Chai^*. Crypto primitive of MOCVD MoS₂ transistors for highly secured physical unclonable functions. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-020-3033-0.

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