一种光学物理不可克隆函数器件及制备方法与流程

1.本发明涉及物理不可克隆函数技术领域，特别是涉及一种光学物理不可克隆函数器件以及一种光学物理不可克隆函数器件的制备方法。

背景技术：

2.假冒产品和假冒身份给高速发展的信息时代带来了严重的安全威胁，对人类健康、通信、贸易、金融、物联网等日常生活的方方面面都造成了巨大的损失和威胁。因此，开发牢不可破的防伪认证技术已成为迫在眉睫的一个重要研究课题。光学纳米材料和纳米结构由于其多功能的编码能力和简便易行的检测方法，已成为高安全级别防伪和认证的优选方案之一。在诸多的光学纳米材料和纳米结构中，量子点和超表面由于具有宽的域范围和强大的光场操控能力，在防伪、认证和信息加密等安全应用中表现出了优秀的性能。它们通常被用作防伪墨水或结构，然而其图案往往是采用可重复的确定性工艺过程制造的，这会带来被复制和伪造的风险。所以如何提供一种新型光学物理不可克隆函数器件是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种光学物理不可克隆函数器件，可以发出无法被精确复制的光信号；本发明的另一目的在于提供一种光学物理不可克隆函数器件的制备方法，所制备的光学物理不可克隆函数器件可以发出无法被精确复制的光信号。
4.为解决上述技术问题，本发明提供一种光学物理不可克隆函数器件，包括：
5.衬底；
6.位于所述衬底一侧表面的混沌超表面；所述混沌超表面为对所述衬底设置的双层薄膜轰击刻蚀产生的混沌超表面；
7.所述混沌超表面复合有量子点。
8.可选的，所述双层薄膜中的上层薄膜材料包括pmma；所述双层薄膜中的下层薄膜材料包括al、au、cu。
9.可选的，所述衬底为蓝宝石衬底、或玻璃衬底、或硅衬底。
10.可选的，所述量子点为钙钛矿量子点或半导体量子点。
11.可选的，所述量子点产生至少两种颜的光线。
12.可选的，所述混沌超表面中混沌纳米网的平均直径不大于1μm。
13.本发明还提供了一种光学物理不可克隆函数器件的制备方法，包括：
14.在衬底表面设置下层薄膜；
15.在所述下层薄膜背向所述衬底一侧表面设置上层薄膜，以形成双层薄膜；
16.对所述双层薄膜进行轰击刻蚀产生混沌超表面，并制成复合有量子点的混沌超表面，以制成所述光学物理不可克隆函数器件。
17.可选的，所述对所述双层薄膜进行轰击刻蚀产生混沌超表面，并制成复合有量子
点的混沌超表面包括：
18.对所述双层薄膜进行轰击刻蚀产生混沌超表面；
19.将量子点滴入所述混沌超表面，以制成复合有量子点的混沌超表面。
20.可选的，所述在所述下层薄膜背向所述衬底一侧表面设置上层薄膜包括：
21.在所述下层薄膜背向所述衬底一侧表面设置混合有量子点的上层薄膜；
22.所述对所述双层薄膜进行轰击刻蚀产生混沌超表面，并制成复合有量子点的混沌超表面包括：
23.对所述双层薄膜进行轰击刻蚀产生混沌超表面，以制成复合有量子点的混沌超表面。
24.可选的，所述在衬底表面设置下层薄膜包括：
25.在衬底表面电子束蒸发al膜；
26.所述在所述下层薄膜背向所述衬底一侧表面设置上层薄膜，以形成双层薄膜包括：
27.在所述al膜表面旋涂pmma后进行快速热退火，得到pmma膜。
28.本发明所提供的一种光学物理不可克隆函数器件，包括衬底；位于衬底一侧表面的混沌超表面；混沌超表面对衬底设置的双层薄膜轰击刻蚀产生的混沌超表面；混沌超表面复合有量子点。
29.利用离子束对双层纳米薄膜轰击刻蚀过程中发生的辐射化学反应来产生大面积的混沌超表面，该混沌超表面形成的混沌纳米网的不同位置的节点表现出不同的分支模式，呈现出类似指纹特征的脊端和分叉，该混沌超表面的网格具有随机性。通过混沌超表面对量子点的发光行为进行裁剪，表面等离激元效应使得量子点的荧光散斑与寿命对超表面的位置敏感，使得光学物理不可克隆函数器件可以发出无法被精确复制的光信号。
30.本发明还提供了一种光学物理不可克隆函数器件的制备方法，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。
附图说明
31.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。
32.图1为本发明实施例所提供的一种光学物理不可克隆函数器件的结构示意图；
33.图2为本发明实施例所提供的一种光学物理不可克隆函数器件的制备方法的流程图；
34.图3为本发明实施例所提供的一种具体的光学物理不可克隆函数器件的制备方法的流程图；
35.图4为本发明实施例所提供的另一种具体的光学物理不可克隆函数器件的制备方法的流程图。
36.图中：1.衬底、2.混沌超表面、3.量子点。
具体实施方式
37.本发明的核心是提供一种光学物理不可克隆函数器件。在现有技术中，在诸多的光学纳米材料和纳米结构中，量子点和超表面由于具有宽的域范围和强大的光场操控能力，在防伪、认证和信息加密等安全应用中表现出了优秀的性能。它们通常被用作防伪墨水或结构，然而其图案往往是采用可重复的确定性工艺过程制造的，这会带来被复制和伪造的风险。
38.而本发明所提供的一种光学物理不可克隆函数器件，包括衬底；位于衬底一侧表面的混沌超表面；混沌超表面为对衬底设置的双层薄膜轰击刻蚀产生的混沌超表面；混沌超表面复合有量子点。
39.利用离子束对双层纳米薄膜轰击刻蚀过程中发生的辐射化学反应来产生大面积的混沌超表面，该混沌超表面形成的混沌纳米网的不同位置的节点表现出不同的分支模式，呈现出类似指纹特征的脊端和分叉，该混沌超表面的网格具有随机性。通过混沌超表面对量子点的发光行为进行裁剪，表面等离激元效应使得量子点的荧光散斑与寿命对超表面的位置敏感，使得光学物理不可克隆函数器件可以发出无法被精确复制的光信号。
40.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
41.请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种光学物理不可克隆函数器件的结构示意图。
42.参见图1，在本发明实施例中，光学物理不可克隆函数器件包括：衬底1；位于所述衬底1一侧表面的混沌超表面2；所述混沌超表面2为对所述衬底1设置的双层薄膜轰击刻蚀产生的混沌超表面2；所述混沌超表面2复合有量子点3。
43.本发明实施例所提供的光学物理不可克隆函数器件即光学puf，该光学物理不可克隆函数器件所发出的光信号具有无法被精确复制的特性。在使用过程中，需要使用ccd(电荷耦合器件)采集上述光学物理不可克隆函数器件所发出的光信号，从而实现身份验证等功能。
44.上述衬底1即整个光学物理不可克隆函数器件的承载结构，在本发明实施例中述衬底1可以为蓝宝石衬底、或玻璃衬底、或硅衬底。当然该衬底1还可以时其他材质的衬底1，有关衬底1的具体材质，及其具体厚度等相关参数可以根据实际情况自行确定，在此不做具体限定。
45.上述衬底1一侧表面设置有混沌超表面2，该混沌超表面2为对衬底1表面设置的双层薄膜轰击刻蚀产生的混沌超表面2。即在本发明实施例中会先在衬底1的表面设置重叠的两层薄膜，形成双层薄膜结构。之后对该双层薄膜进行轰击刻蚀，通常是利用离子束对该双层薄膜进行轰击刻蚀，而在轰击刻蚀过程中发生的辐射化学反应可以产生大面积的混沌超表面2，该混沌超表面2具体会产生混沌纳米网，该混沌纳米网不同位置的节点会表现出不同的分支模式，从而呈现出类似指纹特征的脊端和分叉。具体的，在本发明实施例中，所述混沌超表面2中混沌纳米网的平均直径不大于1μm。即在本发明实施例中混沌纳米网的平均直径约为数百纳米，其平均直径处于微米量级，此时该混沌纳米网的直径统计分布服从完
美的对数正态分布，表明了纳米网络超表面结构尺寸的随机性。而将混沌纳米网的平均直径设置为数百纳米，可以达到光学衍射极限。
46.具体的，上述双层薄膜中的上层薄膜材料包括pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)；所述双层薄膜中的下层薄膜材料包括al、au、cu。其中下层薄膜即位于衬底1表面的薄膜，上层薄膜位于下层薄膜背向衬底1一侧表面。当然，在本发明实施例中上层薄膜材料包括但不限于pmma，下层薄膜材料包括但不限于al、au、cu，即在本发明实施例中对于上层薄膜以及下层薄膜的具体材质并不做具体限定，只要可以在受到轰击刻蚀时，产生混沌超表面2即可。
47.在本发明实施例中，上述混沌超表面2复合有量子点3，该量子点3可以具体位于混沌超表面2的表面，即混沌纳米网表面，此时也可以有部分量子点3具体进入了混沌超表面2内，或者是通过其他方式将量子点3设置于混沌超表面2与量子点3复合，有关将混沌超表面2与量子点3复合的具体方式将在下述发明实施例中做详细介绍，在本发明实施例中只要保证混沌超表面2可以对量子点3所发出光线的波长、强度、方向、寿命、偏振等性质进行剪裁，形成随机光信号即可。
48.具体的，在本发明实施例中，所述量子点3可以为钙钛矿量子点或半导体量子点。有关量子点3的具体材质在本发明实施例中不做具体限定，视具体情况而定。
49.作为优选的，在本发明实施例中，所述量子点3产生至少两种颜的光线。即上述量子点3一共可以产生多种颜，从而增加编码容量。有关上述颜可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。在本发明实施例中为了便于光学读出并增强其信息容量与不可复制性，进一步将混沌超表面2与量子点3进行耦合，利用混沌超表面2来调控量子点3的荧光辐射方向和寿命，同时利用量子点3的不同发光颜来增加编码容量。本发明实施例所提供的一种光学物理不可克隆函数器件，亚波长的无序混沌超表面2可作为纳米天线，对量子点3的发光行为进行裁剪，表面等离激元效应使得量子点3的荧光散斑与寿命对超表面的位置敏感度达到亚纳米级，从而证明了该光学物理不可克隆函数器件在当前乃至未来可预期时间内的工艺技术水平下无法被精确复制。
50.本发明实施例所提供的一种光学物理不可克隆函数器件，包括衬底1；位于衬底1一侧表面的混沌超表面2；混沌超表面2对衬底1设置的双层薄膜轰击刻蚀产生的混沌超表面2；混沌超表面2复合有量子点3。
51.利用离子束对双层纳米薄膜轰击刻蚀过程中发生的辐射化学反应来产生大面积的混沌超表面2，该混沌超表面2形成的混沌纳米网的不同位置的节点表现出不同的分支模式，呈现出类似指纹特征的脊端和分叉，该混沌超表面2的网格具有随机性。通过混沌超表面2对量子点3的发光行为进行裁剪，表面等离激元效应使得量子点3的荧光散斑与寿命对超表面的位置敏感，使得光学物理不可克隆函数器件可以发出无法被精确复制的光信号。
52.下面对本发明所提供的一种光学物理不可克隆函数器件的制备方法进行介绍，下文描述的制备方法与上述描述的光学物理不可克隆函数器件的结构可以相互对应参照。
53.参见图2，图2为本发明实施例所提供的一种光学物理不可克隆函数器件的制备方法的流程图。
54.参见图2，在本发明实施例中，光学物理不可克隆函数器件的制备方法包括：
55.s101：在衬底表面设置下层薄膜。
56.在本步骤中，首先需要在衬底1表面设置下层薄膜。具体的，本步骤可以具体包括：
在衬底1表面电子束蒸发al膜，该衬底1可以具体为蓝宝石衬底或其他材质的衬底1，该下层薄膜具体可以为al膜，或者是au膜，cu膜等均可，视具体请可定。上述下层薄膜的具体厚度通常在100nm左右。有关电子束蒸发的具体工艺可以参考现有技术，在此不再进行赘述。
57.s102：在下层薄膜背向衬底一侧表面设置上层薄膜，以形成双层薄膜。
58.在本步骤中，会继续设置上层薄膜，从而形成双层薄膜结构。具体的，本步骤可以具体包括：在所述al膜表面旋涂pmma后进行快速热退火，得到pmma膜。即本步骤中需要先在下层薄膜表面旋涂pmma，此处旋涂的pmma的厚度通常在300nm左右。之后，会对该旋涂的pmma进行快速热退火，其退火温度通常为550℃左右，退火时间为10分钟左右，退火气氛需要为20％氧气和80％氮气，从而形成pmma膜作为上层薄膜。当然，有关上层薄膜的具体材质可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。
59.s103：对双层薄膜进行轰击刻蚀产生混沌超表面，并制成复合有量子点的混沌超表面，以制成光学物理不可克隆函数器件。
60.在本步骤中，具体可以使用离子束对上述双层薄膜进行轰击刻蚀，而在轰击刻蚀过程中发生的辐射化学反应可以产生大面积的混沌超表面2。有关混沌超表面2的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本步骤中，具体会生成复合有量子点3的混沌超表面2，以制成所述光学物理不可克隆函数器件。有关复合量子点3的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。
61.具体的，在本步骤中，具体可以对上述双层薄膜进行ar离子轰击，形成al/pmma杂化超表面，其中ar离子能量通常在300ev左右，其刻蚀时间通常在8分钟左右，以形成混沌超表面2。
62.本发明实施例所提供的一种光学物理不可克隆函数器件的制备方法，所制备而成的光学物理不可克隆函数器件可以发出无法被精确复制的光信号，实现种光学物理不可克隆函数器件的具体功能。
63.下面将对本发明实施例所提供的一种光学物理不可克隆函数器件的制备方法进行具体介绍。
64.请参考图3，图3为本发明实施例所提供的一种具体的光学物理不可克隆函数器件的制备方法的流程图。
65.参见图3，在本发明实施例中，光学物理不可克隆函数器件的制备方法包括：
66.s201：在衬底表面设置下层薄膜。
67.s202：在下层薄膜背向衬底一侧表面设置上层薄膜，以形成双层薄膜。
68.s203：对双层薄膜进行轰击刻蚀产生混沌超表面。
69.上述s201至s203已在上述发明实施例中s101至s103所详细介绍，在此不再进行赘述。
70.s204：将量子点滴入混沌超表面，以制成复合有量子点的混沌超表面。
71.在本步骤中，具体可以将胶体法合成的商业钙钛矿量子点3滴到杂化的混沌超表面2上，以制成光学物理不可克隆函数器件。将量子点3滴到混沌超表面2后，大部分量子点3会位于混沌纳米网表面，小部分量子点3会进入混沌超表面2。需要说明的是，此时混沌超表面2可以对进入混沌超表面2的量子点3，以及位于混沌超表面2的表面的量子点3的发光行为进行裁剪，实现光学物理不可克隆函数器件的具体功能。
72.请参考图4，图4为本发明实施例所提供的另一种具体的光学物理不可克隆函数器件的制备方法的流程图。
73.参见图4，在本发明实施例中，光学物理不可克隆函数器件的制备方法包括：
74.s301：在衬底表面设置下层薄膜。
75.本步骤与上述发明实施例中s101基本一致，详细内容已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。
76.s302：在下层薄膜背向衬底一侧表面设置混合有量子点的上层薄膜。
77.在本步骤中，具体会直接设置含有量子点3的上层薄膜，其具体可以是先将量子点3混合在pmma中，再将混合有量子点3的pmma旋涂在下层薄膜表面，之后可以对该旋涂的pmma进行快速热退火，或通过其他工艺形成上层薄膜，以最终形成双层薄膜。有关量子点3的种类可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。
78.s303：对双层薄膜进行轰击刻蚀产生混沌超表面，以制成复合有量子点的混沌超表面。
79.本步骤产生混沌超表面2的具体过程已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本步骤中，上述混沌超表面2直接包含有量子点3，此时大部分量子点3会位于混沌超表面2内，小部分量子点3会位于混沌超表面2的表面。此时混沌超表面2可以对上述量子点3的发光行为进行裁剪，实现光学物理不可克隆函数器件的具体功能。
80.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
81.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
82.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
83.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
84.以上对本发明所提供的一种光学物理不可克隆函数器件以及一种光学物理不可克隆函数器件的制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当
指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：

1.一种光学物理不可克隆函数器件，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底一侧表面的混沌超表面；所述混沌超表面为对所述衬底设置的双层薄膜轰击刻蚀产生的混沌超表面；所述混沌超表面复合有量子点。2.根据权利要求1所述的光学物理不可克隆函数器件，其特征在于，所述双层薄膜中的上层薄膜材料包括pmma；所述双层薄膜中的下层薄膜材料包括al、au、cu。3.根据权利要求2所述的光学物理不可克隆函数器件，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底、或玻璃衬底、或硅衬底。4.根据权利要求3所述的光学物理不可克隆函数器件，其特征在于，所述量子点为钙钛矿量子点或半导体量子点。5.根据权利要求1所述的光学物理不可克隆函数器件，其特征在于，所述量子点产生至少两种颜的光线。6.根据权利要求1所述的光学物理不可克隆函数器件，其特征在于，所述混沌超表面中混沌纳米网的平均直径不大于1μm。7.一种光学物理不可克隆函数器件的制备方法，其特征在于，包括：在衬底表面设置下层薄膜；在所述下层薄膜背向所述衬底一侧表面设置上层薄膜，以形成双层薄膜；对所述双层薄膜进行轰击刻蚀产生混沌超表面，并制成复合有量子点的混沌超表面，以制成所述光学物理不可克隆函数器件。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述双层薄膜进行轰击刻蚀产生混沌超表面，并制成复合有量子点的混沌超表面包括：对所述双层薄膜进行轰击刻蚀产生混沌超表面；将量子点滴入所述混沌超表面，以制成复合有量子点的混沌超表面。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述下层薄膜背向所述衬底一侧表面设置上层薄膜包括：在所述下层薄膜背向所述衬底一侧表面设置混合有量子点的上层薄膜；所述对所述双层薄膜进行轰击刻蚀产生混沌超表面，并制成复合有量子点的混沌超表面包括：对所述双层薄膜进行轰击刻蚀产生混沌超表面，以制成复合有量子点的混沌超表面。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在衬底表面设置下层薄膜包括：在衬底表面电子束蒸发al膜；所述在所述下层薄膜背向所述衬底一侧表面设置上层薄膜，以形成双层薄膜包括：在所述al膜表面旋涂pmma后进行快速热退火，得到pmma膜。

技术总结

本发明公开了一种光学物理不可克隆函数器件，包括衬底；位于衬底一侧表面的混沌超表面；混沌超表面对衬底设置的双层薄膜轰击刻蚀产生的混沌超表面；混沌超表面复合有量子点。利用离子束对双层纳米薄膜轰击刻蚀过程中发生的辐射化学反应来产生大面积的混沌超表面，该混沌超表面形成的混沌纳米网的不同位置的节点表现出不同的分支模式，呈现出类似指纹特征的脊端和分叉，该混沌超表面的网格具有随机性。通过混沌超表面对量子点的发光行为进行裁剪，表面等离激元效应使得量子点的荧光散斑与寿命对超表面的位置敏感，使得光学物理不可克隆函数器件可以发出无法被精确复制的光信号。本发明还提供了一种制备方法，同样具有上述有益效果。益效果。益效果。