Многоуровневая физически неклонируемая функция, основанная на наноструктурах из серебра, случайным образом интегрированных в кристаллическую кремниевую пластину

В этой статье представлена оптическая физически неклонируемая функция (ФНФ), основанная на серебряных (Ag) наноструктурах, случайным образом сформированных на кристаллической кремниевой (Si) пластине путем гальванического смещения и термического отжига. В результате этого процесса образуются наноструктуры со стохастическим пространственным распределением и морфологией, что приводит к непредсказуемым нелинейным оптическим характеристикам. Гибридный интерфейс Ag–Si создает два независимых сигнала: фотолюминесценцию (ФЛ) и генерацию второй гармоники (ГВГ). Пространственные карты ФЛ и ГВГ были бинаризованы и проанализированы с использованием стандартных показателей ФНФ. ГВГ продемонстрировала более высокую энтропию и более сбалансированное распределение битов, что делает ее предпочтительным каналом кодирования, в то время как ФЛ обеспечивает дополнительный уровень верификации. Метод изготовления является масштабируемым, не требует литографии и совместим со стандартными методами изготовления.

1. Kikerkova I., Toshevska Trpchevska K., Kikerkov I. Threats of trade in counterfeit pharmaceutical products. Horizons - International Scientific Journal, 2022, 31(2), P. 7–23.

2. Ofori-Parku S. Fighting the global counterfeit medicines challenge: A consumer-facing communication strategy in the US is an imperative. Journal of Global Health, 2022, 12.

3. Ali S., Kershaw S., Faisal M., Halak B., Abdelazim N. Illuminating advances in materials: optical physical unclonable functions for security applications. Advanced Optical Materials, 2025, 13(29), P. e01564.

4. Klausen M., Zhang J., Stevens M. Designing physical unclonable functions from optically active materials. Advanced Materials, 2025, P. 2502059.

5. Mishra P., Manna A., Ray N. Advances in semiconductor quantum dot-based physical unclonable functions for enhanced security applications. Nanoscale, 2025, 17, P. 20865–20879.

6. Gandla S., Moon C., Leem J., Yoon J., Yun H., Kim M., Kim D., Lee S., Yao Y., Alexandropoulos D., Song Y., Yoon D., Park W., Kim Y., Kim S. Multiplex optical unclonable functions: advances and perspectives in optics and photonics for hardware security. ACS Nano, 2025, 19(30), P. 27033–27074.

7. Junhyuk A., Taesung P., Taewoo K., Seong-Gyun I., Hanseok S., Bong-Hoon K., Seok Joon K., Soong Ju O. Nanoseed-based physically unclonable function for on-demand encryption. Science Advances, 2025, 11(17), P. eadt7527.

8. Kim J., Jeon S., In J., Nam S., Jin H., Han K., Yang G., Choi H., Kim K., Shin J., Son S., Kwon S., Kim B., Kim S. Nanoscale physical unclonable function labels based on block copolymer self-assembly. Nature Electronics, 2022, 5(7), P. 433–442.

9. Guo H., Qin Y., Wang Z., Ma Y., Wen H., Li Z., Ma Z., Li X., Tang J., Liu J. Multilevel encoding physically unclonable functions based on the multispecies structure in diamonds. Advanced Functional Materials, 2024, 34(15), P. 2304648.

10. Yang J., Li Y., Ju D., Liang F., Liu S., Song F. Bio-replicated multilevel physical unclonable fluorescent glass labels enabled by artificial intelligence authentication. Chemical Engineering Journal, 2025, 510, P. 161538.

11. Carraro C., Maboudian R., Magagnin L. Metallization and nanostructuring of semiconductor surfaces by galvanic displacement processes. Surface Science Reports, 2007, 62(12), P. 499–525.

12. Priolo F., Gregorkiewicz T., Galli M., Krauss T. Silicon nanostructures for photonics and photovoltaics. Nature Nanotechnology, 2014, 9(1), P. 19–32.

13. Gurbatov S., Puzikov V., Storozhenko D., Modin E., Mitsai E., Cherepakhin A., Shevlyagin A., Gerasimenko A., Kulinich S., Kuchmizhak A. Multigram-Scale production of hybrid Au-Si annomaterial by laser ablation in liquid (LAL) for temperature-feedback optical nanosensing, light-to-heat conversion, and anticounterfeit labeling. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2023, 15(2), P. 3336–3347.

14. Makarov S., Sinev I., Milichko V., Komissarenko F., Zuev D., Ushakova E., Mukhin I., Yu Y., Kuznetsov A., Belov P., Iorsh I., Poddubny A., Samusev A., Kivshar Yu. Nanoscale generation of white light for ultrabroadband nanospectroscopy. Nano Lett., 2018, 18(1), P. 535–539.

15. Makarov S., Petrov M., Zywietz U., Milichko V., Zuev D., Lopanitsyna N., Kuksin A., Mukhin I., Zograf G., Ubyivovk E., Smirnova D., Starikov S., Chichkov B., Kivshar Yu. Efficient second-harmonic generation in nanocrystalline silicon nanoparticles. Nano Lett., 2017, 17(5), P. 3047–3053.

16. Sandomirskii M., Petrova E., Kustov P., Chizhov L., Larin A., Bruyere S., Yaroshenko V., Ageev E., Belov P., Zuev D. Spectral physical unclonable ` functions: downscaling randomness with multi-resonant hybrid particles. Nature Communications, 2025, 16(1), P. 5097.

17. McMahon M., Lopez R., Meyer III H., Feldman L., Haglund Jr R. Rapid tarnishing of silver nanoparticles in ambient laboratory air. Applied Physics B, 2005, 80(7), P. 915–921.

18. Wang K., Shi J., Lai W., He Q., Xu J., Ni Z., Liu X., Pi X., Yang D. All-silicon multidimensionally-encoded optical physical unclonable functions for integrated circuit anti-counterfeiting. Nature Communications, 2024, 15(1), P. 3203.

19. Lin X., Li Q., Tang Y., Chen Z., Chen R., Sun Y., Lin W., Yi G., Li Q. Physical unclonable functions with hyperspectral imaging system for ultrafast storage and authentication enabled by random structural color domains. Advanced Science, 2024, 11(31), P. 2401983.

20. Jiao F., Lin C., Dong L., Wu Y., Xiao Y., Zhang Z., Sun J., Zhao W., Li S., Yang X., Ni P., Wang L., Shan C. Traceable optical physical unclonable functions based on germanium vacancy in diamonds. ACS Applied Materials & Interfaces, 2024, 16(33), P. 44328-44339.

21. Balijabudda V., Acharya K., Chakraborty R., Chakrabarti I. Theoretical enumeration of deployable single-output strong PUF instances based on uniformity and uniqueness constraints. Proceeding of “19th International Conference, ICISS 2023”, Raipur, India, 16-20 December 2023, Springer Nature Switzerland, P. 77–87.

22. Gandla S., Moon C., Leem J., Yoon J., Yun H., Kim M., Kim D., Lee S., Yao Y., Alexandropoulos D., Song Y., Yoon D., Park W., Kim Y., Kim S. Multiplex optical unclonable functions: advances and perspectives in optics and photonics for hardware security. ACS Nano, 2025, 19(30), P. 27033–27074.