人們對(duì)具有隨機(jī)響應(yīng)的系統(tǒng)越來越感興趣，該系統(tǒng)用于在反欺詐和身份驗(yàn)證應(yīng)用中生成物理上不可克隆的函數(shù)（PUF）。對(duì)其厚度的原子級(jí)控制和獨(dú)特的拉曼光譜使石墨烯成為PUF應(yīng)用的一種有吸引力的材料。在此，報(bào)道了從兩個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)過程中產(chǎn)生的石墨烯PUF。石墨烯adlayers的形狀和數(shù)量的隨機(jī)變化是通過利用和提高對(duì)石墨烯化學(xué)氣相沉積的機(jī)理理解而實(shí)現(xiàn)的。然后，通過對(duì)聚合物膜進(jìn)行除濕，然后進(jìn)行氧等離子體蝕刻，促進(jìn)了石墨烯疇的隨機(jī)定位。這種方法產(chǎn)生了具有隨機(jī)定位和形狀的石墨烯島的表面，石墨烯島具有不同的層數(shù)，因此具有拉曼光譜。表面的拉曼映射產(chǎn)生了具有高編碼能力的多色圖像。采用先進(jìn)的特征匹配算法對(duì)多色圖像進(jìn)行認(rèn)證。在二維納米材料平臺(tái)上使用兩個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)過程，可以創(chuàng)建獨(dú)特而復(fù)雜的表面，這對(duì)可克隆性提出了極大的挑戰(zhàn)。
圖1.石墨烯PUFs的制備。（a） 制造工藝示意圖。（b） OM圖像和相應(yīng)的拉曼映射圖像。（c） 身份驗(yàn)證的代表性插圖。
圖2:在CH
4前體和H
2的不同流速下生長(zhǎng)的石墨烯樣品的OM圖像。前驅(qū)體的流速和生長(zhǎng)時(shí)間如下：（a）320sccm，30分鐘；（b） 80sccm，30分鐘；（c） 60sccm，30分鐘；和（d）35sccm，150分鐘。面板（c）中所示的背景區(qū)域是SiO
2。石墨烯層的數(shù)量在OM圖像中用箭頭表示。
圖3.石墨烯在不同表面形貌的銅箔上的生長(zhǎng)和粘附層的形成。（a，b）Cu表面的AFM高度圖像：（a）未拋光的箔，均方根（RMS）粗糙度：137.862 nm和（b）拋光15 s的箔背面，均方根粗糙度：123.752 nm。（c，d）分別在面板（a，b）中所示的表面上生長(zhǎng)的石墨烯樣品的OM圖像。（e，f）圖（d）中所示的石墨烯樣品中的蝕刻孔和adlayers的SEM圖像。（g，h）圖（a，b）中所示的Cu表面的Cu 2p XPS光譜。
圖4.不同表面形態(tài)和化學(xué)特性的銅箔上石墨烯吸附層的形成和蝕刻機(jī)理。（a） 在粗糙的銅表面上蝕刻石墨烯中的空穴形成。（b） 由于在CuO的還原過程中形成的表面O和H
2O蒸氣，增加了adlayer蝕刻速率。
圖5.石墨烯薄膜上經(jīng)過去濕、O
2等離子體蝕刻和清洗后的隨機(jī)特征。給出了通過旋涂制備的三種不同厚度的P2VP膜的結(jié)果，聚合物濃度如圖頂部所示。（a） 脫濕后樣品的OM圖像。（b） 脫濕、O
2等離子體蝕刻和洗滌后樣品的3D AFM圖像。
圖6.拉曼映射圖像的生成。（a） OM和（b）相同區(qū)域的拉曼映射圖像。（c，d）在（c）寬拉曼位移區(qū)和（d）窄拉曼位移區(qū)中不同數(shù)量的石墨烯層的拉曼光譜。
圖7.密鑰的生成和PUF性能參數(shù)的計(jì)算。（a） 所選多層石墨烯襯底的拉曼映射圖像。（b，c）用于生成安全密鑰的圖像的二值化和尺寸減小。（d） 30個(gè)多層石墨烯襯底的均勻性。（e） 漢明距離分布（HDINTER）。（f） 30種不同PUF的HDINTER值的成對(duì)比較圖。
圖8. 通過特征匹配算法驗(yàn)證石墨烯PUF。（a） 圖像的逐步處理。（b）庫(kù)中圖像的功能匹配。（c）不在庫(kù)中的圖像的功能匹配。（d）庫(kù)中每個(gè)顏色層圖像的特征匹配。
相關(guān)研究成果由埃爾西耶大學(xué)Mustafa Serdar Onses和仁荷大學(xué)Jongpil Ye等人2022年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.3c05613)上。原文：Graphene-Based Physically Unclonable Functions with Dual Source of Randomness。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
