DE102005021815A1

DE102005021815A1 - Object e.g. security paper, security feature, has multi-layer system of semiconducting piezoelectric materials having different band gap energies in such a manner that signal response depends on frequency of high frequency radiation

Info

Publication number: DE102005021815A1
Application number: DE102005021815A
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Dadgar; Aloys Prof. Dr. Krost; Alexander Lösing
Original assignee: Azzurro Semiconductors AG
Current assignee: Azzurro Semiconductors AG
Priority date: 2005-05-04
Filing date: 2005-05-04
Publication date: 2006-11-09

Abstract

The feature (100) has a multi-layer system (118) of semiconducting piezoelectric materials having different band gap energies in such a manner that a signal response either depends on the frequency of the high frequency radiation incident on the multi-layer system, or is varied by light that is incident on the multi-layer system with the high-frequency radiation in a timely overlapped manner. Energy of the incident light is selected to be greater than specific energy, which is adapted for producing charge carriers in a layer of the multi-layer system.

Description

Sicherheitsmerkmal und Gerät zum Überprüfen des Sicherheitsmerkmals.safety feature and device to check the Security feature.

Die Erfindung betrifft den Anwendungsbereich der Produktsicherung bzw. Fälschungssicherung.The Invention relates to the scope of the product safety or Anti-counterfeiting.

Sicherheitsmerkmale sind entscheidend, um Fälschungen, wie z. B. von Wertpapieren, zu vermeiden. Dabei sind die Ansprüche an solche Merkmale eine schwere Nachahmbarkeit, eine hohe Robustheit, insbesondere gegen Feuchtigkeit, Knicken und elektrostatische Aufladung, wie sie z. B. beim Benutzen eines Geldscheins vorkommen können, ein geringer Preis und eine einfache Erkennung. Herkömmliche Merkmale, wie Hologramme, Wasserzeichen oder speziell bedruckte Bereiche, wie z. B. bei Geldscheinen mit dem Stichdruck können jedoch mit zunehmender Technisierung immer einfacher gefälscht werden. Eine Gegenmaßnahme ist die kontinuierliche Weiterentwicklung von Sicherheitsmerkmalen, wie z. B. Hologrammen oder auf Nanotechnologie basierenden Kippbildern, welche nur unter großem Aufwand zu fälschen sind. Die zunehmende Häufigkeit der Fälschung solcher Merkmale verlangt nach ausgefeilten, schwer oder nur unter großem Kosten- und Zeitaufwand zu fälschenden Merkmalen. In der Diskussion sind in den letzten Jahren vor allen Dingen RFID-basierte Lösungen mit integrierten Schaltkreisen auf der Basis von Silizium. Diese weisen jedoch für die Umsetzung gravierende Nachteile auf: Sie sind oft recht groß, mechanisch häufig nicht sehr robust, nur bedingt resistent gegen elektrostatische Entladung und vor allen Dingen relativ teuer. So würden diese Sicherheitsmerkmale die Kosten für die Herstellung von Euro Banknoten nahezu verdoppeln. Auch ist speziell bei Banknoten die Möglichkeit der Verfolgung einzelner Banknoten unter anderem von den Notenbanken und unter Datenschutzaspekten unerwünscht. Preiswerte Lösungen mit ähnlichen Leistungsmerkmalen wie Silizium-basierte RFID Chips sind derzeit nicht in Sicht.security features are crucial to counterfeiting, such as As securities, to avoid. There are the claims to such Features a heavy imitation, high robustness, in particular against moisture, kinking and electrostatic charge, such as they z. B. may occur when using a bill, a low price and easy detection. Conventional features, such as holograms, Watermarks or specially printed areas, such as B. in banknotes with the stitch print can However, with increasing technology becoming easier to fake. A countermeasure is the continuous evolution of security features, such as z. Holograms or nanotechnology-based tilting images, which only with great effort to fake are. The increasing frequency the fake Such features require sophisticated, hard or under-only great Cost and time to fake Features. In the discussion in recent years are in front of everyone Things RFID-based solutions with integrated circuits based on silicon. These point, however, for the implementation of serious disadvantages: they are often quite large, mechanical often not very robust, only partially resistant to electrostatic discharge and above all, relatively expensive. So would these security features the price for nearly doubling the production of euro banknotes. Also is special with banknotes the possibility the prosecution of individual banknotes, inter alia, from the central banks and undesirable under privacy aspects. Inexpensive solutions with similar features Silicon-based RFID chips are currently not in sight.

Die bislang bekannten Möglichkeiten von Sicherheitsmerkmalen sind entweder relativ einfach zu fälschen oder basieren im Wesentlichen auf integrierten Schaltkreisen bzw. mindestens mehreren elektrischen Bauteilen wie Kondensatoren und Spulen, die die Anfälligkeit insbesondere gegen elektrostatische Entladung erhöhen. Ist ein Sicherheitsmerkmal nicht zu 100 % ausfallsicher, kann es folglich nicht zur eindeutigen Identifikation dienen.The previously known options of security features are either relatively easy to fake or are based essentially on integrated circuits or at least several electrical components such as capacitors and coils that the susceptibility especially increase against electrostatic discharge. is a security feature is not 100% fail-safe, it can therefore do not serve for clear identification.

Die EP 1 363 233 A1 beschreibt z. B. eine einfach zu realisierende Sicherheitslösung basierend auf aufgedruckten Schwingkreisen. Diese haben außer dem Nachteil der Größe den Nachteil der mechanischen Stabilität, d. h. ein Brechen des Schwingkreises, z. B. durch häufiges Knicken des Papiers, macht das Merkmal unbrauchbar. Auch sind solche Schwingkreise relativ leicht nachzuahmen. Die US 5 757 521 kombiniert solche Schwingkreise mit Hologrammen und mittels durch induktiv erzeugten Strom mit einem integrierten Schaltkreis wie auch die EP 1 179 811 A1 . Zur Steigerung der Fälschungssicherheit wird bei der EP 1 134 694 A1 mit integrierten Schaltkreisen auf der Basis von organischen Halbleitermaterialien gearbeitet, welche drucktechnisch auf das Papier gebracht werden können. Nachteil hier ist, dass diese Technologie durch ihre rasante Entwicklung in Kürze weit verbreitet sein wird und die drucktechnische Aufbringung daher leicht nachgeahmt werden kann. Ein weiterer integrierter Schaltkreis mit einem zusätzlich visuell prüfbaren Effekt ist in der DE 100 32 128 A1 genannt. In einem integrierten Schaltkreis zur Fälschungssicherung kryptografisch gespeicherte Information wird nach der DE 196 01 358 C2 in einem sehr kleinen integrierten Schaltkreis gespeichert, was zumindest zu einer hohen mechanischen Robustheit führt. Hier ist durch den hohen technologischen Aufwand eine Fälschung sehr erschwert, abermals besteht aber die Gefahr der Zerstörung der gespeicherten Information durch elektrostatische Entladung und der im Fall von Banknoten ungewollte Effekt einer eindeutigen, für den Nutzer nicht unbedingt nachvollziehbaren Identifizierung, da in der kryptografisch gespeicherten Information mit einem anderen Schlüssel versteckt abgelegte Zeichen enthalten sein können.The EP 1 363 233 A1 describes z. As an easy-to-implement security solution based on printed circuits. These have the disadvantage of the size but the disadvantage of mechanical stability, ie a breaking of the resonant circuit, z. B. by frequent buckling of the paper, makes the feature useless. Also, such resonant circuits are relatively easy to imitate. The US 5,757,521 combines such resonant circuits with holograms and by means of inductively generated power with an integrated circuit as well EP 1 179 811 A1 , To increase the security against counterfeiting is in the EP 1 134 694 A1 worked with integrated circuits based on organic semiconductor materials, which can be printed on the paper. Disadvantage here is that this technology will be widely used by their rapid development in the near future and the printing application can therefore be easily imitated. Another integrated circuit with an additional visually testable effect is in the DE 100 32 128 A1 called. Information stored cryptographically in an integrated anti-counterfeiting circuit is stored according to the DE 196 01 358 C2 stored in a very small integrated circuit, which leads at least to a high mechanical robustness. Here, the falsification is very difficult due to the high technological complexity, but again there is a risk of destroying the stored information by electrostatic discharge and unwanted in the case of banknotes effect of a unique, not necessarily traceable for the user identification, as stored in the cryptographically stored information hidden characters can be contained with another key hidden.

Die genannten Nachteile der Empfindlichkeit, einfachen Nachahmung und eindeutigen Zuordnungsmöglichkeit des Wertpapiers können nun nach einem Sicherheitsmerkmal nach Anspruch 1 gelöst werden.The mentioned disadvantages of sensitivity, easy imitation and clear allocation possibility of the security now be solved for a security feature according to claim 1.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des Beispiels eines Wertpapiers erläutert. Das Sicherheitsmerkmal ist aber universell für viele zu sichernde Gegenstände, also unter anderem für Sicherheitspapiere, Waren und Wertsachen, insbesondere zur Fälschungsvermeidung, aber auch zur eindeutigen Identifikation einsetzbar.in the The following is the invention with reference to the example of a security explained. The security feature is universal for many items to be secured, ie for, among other Security papers, goods and valuables, in particular for counterfeit prevention, but also for unambiguous identification.

Die Erfindung löst das Problem der preiswerten und sicheren Produkt- bzw. Fälschungssicherung nach Anspruch 1, indem ein auf einem piezoelektrischen Material beruhender passiver Chip in das Papier eingebracht wird, in dem eine Information zum Beispiel durch eine spezifische Anordnung von metallischen Reflektoren oder durch eine dreidimensionale Oberflächenstrukturierung auf der Chipoberfläche eingebracht wird, die z. B. durch die Erzeugung von Oberflächenwellen in dem Piezomaterial nach Anspruch 3 mittels Funkwellen ausgelesen werden kann. Dabei unterscheidet es sich im Wesentlichen von den meisten der vorgenannten Erfindungen in der einfachsten Ausführung durch den Verzicht auf integrierte Schaltkreise bzw. jegliche Form elektronischer Bauelemente, was es sehr robust macht. Die Integration in das Wertpapier erfolgt idealer- aber nicht notwendigerweise bei der Papierherstellung, entweder separat oder zusammen mit dem bei Banknoten üblichen Sicherheitsstreifen, welcher nach Anspruch 2 auch als Antenne dienen kann. Dadurch ist eine Beschädigung und eine Entnahme des Sicherheitsmerkmals zu Fälschungszwecken anderer Banknoten stark erschwert. Alternativ ist auch die Applikation, z. B. zusammen mit einem Sicherheitsaufkleber wie z. B. einem heutzutage häufig verwendeten Hologramm, sinnvoll. Die auf dem Sicherheitsmerkmal kodierte Information kann zusätzlich z. B. mit der Seriennummer des Geldscheins verknüpft sein und es lässt sich so entweder direkt oder über eine Datenbank eine Eindeutigkeit herstellen, die das Fälschen weiter erschwert, wie in Anspruch 14 dargelegt. Wesentlicher Vorteil dieses passiven Bauelements gegenüber herkömmlichen RFID-Lösungen ist die Unempfindlichkeit gegen Umwelteinflüsse und elektrostatische Aufladung. Zusätzlich kann nach Anspruch 4 ein Material verwendet werden, welches durch Bestrahlen mit Licht einer speziellen Wellenlänge oder nach Anspruch 5 durch z. B. die induktive Erzeugung von Strom, oder mittels integrierter oder mit dem Sicherheitsmerkmal verbundener photovoltaischer Elemente oder das direkte Kontaktieren nach Anspruch 6, z. B. über die Antennenzuführungen, zur Elektrolumineszenz angeregt wird. Dieses Leuchten ist charakteristisch für das Material und z. B. durch eine wellenlängenselektive Detektion kann damit eine Eindeutigkeit, z. B. zum Banknotenwert, hergestellt werden. Denkbar ist nach Anspruch 7 auch die Emission bei mehr als einer Wellenlänge, z. B. durch die Herstellung einer Multiquantumwellstruktur oder LED-Struktur mit bei verschiedenen, dominanten Wellenlängen emittierenden Quantumwells. Dies ist am besten in der Ausführung eines Teils der Struktur als Leuchtdiode möglich. Damit kann zusätzlich bzw. alternativ zur funkbasierten Prüfung eine optische Prüfung des Sicherheitsmerkmals erfolgen. Dabei ist auch diese Lösung bei der Verwendung geeigneter, insbesondere in Anspruch 16 genannter Materialien sehr robust gegenüber elektrostatischer Entladung und anderen Störeinflüssen. Auch kann einfach auf der Diodenstruktur oder im Substrat, insbesondere bei Verwendung eines Silizium Substrates, ein Schutz gegen elektrostatische Entladung und im Fall der direkten Kontaktierung, gegenüber Verpolung integriert werden.The invention solves the problem of the cheap and safe tamper-proofing according to claim 1 by incorporating a passive chip based on a piezoelectric material into the paper, in which information is given for example by a specific arrangement of metallic reflectors or by a three-dimensional Surface structuring on the chip surface is introduced, the z. B. can be read by the generation of surface waves in the piezoelectric material according to claim 3 by means of radio waves. It differs essentially from most of the aforementioned inventions in the simplest embodiment by dispensing with integrated circuits or any form of electronic components, which makes it very robust. The integration into the security takes place ideally, but not necessarily, in papermaking, either separately or together with the usual banknote security strip, which according to claim 2 can also serve as an antenna. This severely impedes damage and removal of the security feature for counterfeiting purposes of other banknotes. Alternatively, the application, for. B. together with a security sticker such. As a hologram commonly used today, makes sense. The coded on the security feature information may additionally z. B. can be linked to the serial number of the bill and it can be so either directly or through a database produce a uniqueness that further complicates the faking, as set forth in claim 14. The essential advantage of this passive component over conventional RFID solutions is the insensitivity to environmental influences and electrostatic charging. In addition, according to claim 4, a material can be used which by irradiation with light of a specific wavelength or according to claim 5 by z. B. the inductive generation of electricity, or by means of integrated or connected to the security feature photovoltaic elements or the direct contacting according to claim 6, z. B. via the antenna feeds, is excited to electroluminescence. This lighting is characteristic of the material and z. B. by a wavelength selective detection can thus uniqueness, z. B. to the banknote value, are produced. Is conceivable according to claim 7, the emission at more than one wavelength, for. By producing a multi-quantum well structure or LED structure with quantum wells emitting at different dominant wavelengths. This is best possible in the implementation of part of the structure as a light emitting diode. Thus, additionally or alternatively to the radio-based test, a visual check of the security feature can take place. In this case, this solution is also very robust against electrostatic discharge and other interference when using suitable, in particular in claim 16 mentioned materials. Also, simply on the diode structure or in the substrate, in particular when using a silicon substrate, a protection against electrostatic discharge and in the case of direct contact, can be integrated with respect to reverse polarity.

Vorteilhaft ist hierfür eine zumindest teilweise im sichtbaren Bereich vorhandene Lumineszenz, da sie z. B. mit einfachen Testgeräten nach Augenschein für jeden eine einfache Beurteilung der Echtheit zulässt.Advantageous is for this an at least partially visible in the visible range luminescence, because they are z. For example, with simple test equipment by eye for everyone a simple assessment of authenticity allows.

Eine weitere Möglichkeit, das Sicherheitsmerkmal fälschungssicher zu machen, ist nach Anspruch 8 die Verwendung eines piezoelektrischen Materials, in welchem bei Bestrahlung mit Licht oberhalb einer spezifischen Energie Ladungsträger erzeugt werden, die die Signalantwort in charakteristischer Weise beeinflussen, z. B. durch eine veränderte Dämpfung oder Schallgeschwindigkeit. Analog dazu kann nach Anspruch 9 in einem Mehrschichtsystem von z. B. Halbleitermaterialien mit unterschiedlichen Bandlücken, die Generation von Ladungsträgern in der wesentlichen, Oberflächenwellen tragenden Schicht nur bei einer speziellen Wellenlänge realisiert werden, was die Originalität des Sicherheitsmerkmals durch Testen mit z. B. drei verschiedenen Lichtenergien sicherstellt. Auf diese Weise werden nur bei einer Energie Ladungsträger erzeugt, welche die Signalantwort in charakteristischer Weise verändern.A another possibility the security feature forgery-proof is the use of a piezoelectric material according to claim 8, in which when irradiated with light above a specific Energy carriers are generated, the signal response in a characteristic way influence, for. B. by a change in damping or speed of sound. Similarly, according to claim 9 in a multi-layer system of z. B. semiconductor materials with different band gaps, the Generation of charge carriers in the substantial, surface waves carrying layer realized only at a specific wavelength be what the originality the security feature by testing with z. B. three different Ensures light energies. This way only one will work Energy carriers generated, which change the signal response in a characteristic way.

Nach Anspruch 10 kann solch ein Mehrschichtsystem ebenfalls verwendet werden, um durch die unterschiedlichen Schallausbreitungsgeschwindigkeiten und die frequenzabhängige Eindringtiefe von Oberflächenwellen, unabhängig von der Bestrahlung mit Licht, eine von der Testfrequenz abhängige Signalantwort zu erzeugen, die charakteristisch für das Sicherheitsmerkmal ist.To Claim 10 may also use such a multi-layer system to get through the different sound propagation speeds and the frequency-dependent Penetration depth of surface waves, independently from the irradiation with light, a test frequency dependent signal response which is characteristic of the security feature.

Alternativ lassen sich nach Anspruch 11 die Antennen so anbringen bzw. formen, dass sie z. B. nur für in einer Richtung polarisierte, elektromagnetische Strahlung eine Welle im Sicherheitsmerkmal erzeugen, bzw. bei z. B. 90° gekreuzt angeordneten Antennen und Reflektoren eine Anisotropie der Wellenausbreitung im Material des Sicherheitsmerkmals ausnutzen, um je nach Orientierung des zu prüfenden Objektes unterschiedliche Signalantworten zu erzeugen.alternative can be attached or form the antennas according to claim 11, that they z. B. only for polarized in one direction, electromagnetic radiation Generate wave in the security feature, or at z. B. crossed 90 ° arranged antennas and reflectors anisotropy of wave propagation in the material of the security feature, depending on the orientation of the test to be tested Object to generate different signal responses.

Das Sicherheitsmerkmal kann je nach Material in sehr kleiner Baugröße (z. B. ca. 0,1 × 0,1 × 0,02 mm³ (Länge × Breite × Höhe)) problemlos so dünn gefertigt werden, dass es vollständig in das Wertpapier passt, wodurch es zusätzlich gegen mechanische Beschädigung geschützt ist und kaum auffällt. Insbesondere das Knicken des Wertpapiers kann bei solch einem kleinen Sicherheitsmerkmal zu keiner Zerstörung mehr führen. Alternativ lässt sich das Sicherheitsmerkmal auch Aufbringen, was sich z. B. besonders mit Applikationen wie Hologrammen empfiehlt. Zur Verbesserung des Empfangs ist nach Anspruch 2 auch das Aufbringen auf einen ganz oder teilweise elektrisch leitfähigen Sicherheitsstreifen oder ein elektrisch zumindest teilweise leitendes Material, wie z. B. ein dafür geeignetes Hologramm möglich, welches dann als Antenne dient und dadurch den Signal-Rauschabstand der Signalantwort bei gleicher Einstrahlungsleistung deutlich verbessern kann.The security feature can easily be made so thin that it is completely in the security, depending on the material in a very small size (for example, about 0.1 × 0.1 × 0.02 mm ³ (length × width × height)) fits, whereby it is additionally protected against mechanical damage and barely noticeable. In particular, the buckling of the security can no longer lead to destruction in the case of such a small security feature. Alternatively, the security feature can also muster what z. B. especially with applications such as holograms recommends. To improve the reception according to claim 2, the application to a wholly or partially electrically conductive security strip or an electrically at least partially conductive material, such. B. a suitable hologram possible, which then serves as an antenna and thereby can significantly improve the signal-to-noise ratio of the signal response at the same irradiation power.

Optimal für eine hohe Robustheit ist es, bei Verwendung einer Antenne an dem Sicherheitsmerkmal, diese in der Mitte der Papierebene, also im Papier, zu führen und auch dort mit dem Sicherheitsmerkmal zu verbinden, da die mittlere Papierebene beim Knicken nie gedehnt oder gestaucht wird. Die Notwendigkeit ist abhängig von der Elastizität der verwendeten Materialien. Wird alles in der Mitte der Papierebene geführt, so sind die Antenne und der Chip minimalen Spannungen ausgesetzt und die Haltbarkeit und auch die Sicherheit vor mechanischer Beschädigung sind maximal.Optimal for one high robustness is when using an antenna on the security feature, to guide them in the middle of the paper plane, ie in the paper, and also there to connect with the security feature, since the middle Paper plane is never stretched or compressed when buckling. The need depends on from the elasticity the materials used. Everything will be in the middle of the paper level guided, so the antenna and the chip are exposed to minimal voltages and the durability and also the safety from mechanical damage are maximum.

Zwei Ausführungsbeispiele für den Chip in Aufsicht und eine mögliche Signalantwort für das erste Ausführungsbeispiel sind in Zeichnung 1 bis 3 gezeigt. Zeichnung 4 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit mit integrierten LEDs. Dabei steht in Zeichnungen 1, 2 und 4 A für eine meist externe Antenne, also z. B. einen elektrisch leitenden Streifen, auf den der Chip elektrisch kontaktiert wird, S für den Sende- bzw. Empfangsteil, der die elektromagnetische Welle in eine Oberflächenwelle und zurück konvertiert, D für den Datenbereich, in dem die Daten abgelegt sind, R für einen möglichen Reflektor und W gibt schematisch mit den Pfeilen die Wellenrichtung an. Mit einem oder mehreren elektromagnetischen Pulsen P₀ wird eine Oberflächenwelle generiert, die teilweise im Datenbereich bzw. am Reflektor reflektiert wird und durch den Datenbereich modifiziert wird. Die zurücklaufenden, meist stark abgeschwächten Wellen, schematisch durch die dünneren Pfeile bzw. im Diagramm durch die kleineren Pulse dargestellt, werden vom externen Testgerät empfangen und die Impulsantwort, wie sie z. B. im Diagramm dargestellt ist, z. B. mit auf einer Datenbank abgelegten Pulsantworten verglichen und darüber vom Testgerät als echter oder falscher Geldschein identifiziert. Dabei können in der Struktur auch Vielfachreflexionen auftreten, die eine sehr spezifische, z. B. von der Dämpfung des Materials abhängige, Impulsantwort liefern, welche mit hochwertiger Messtechnik im Fall von Banknoten, z. B. bei Notenbanken, detektiert werden kann. Zeichnung 3 zeigt schematisch das Beispiel einer Mehrfachschicht nach den Ansprüchen 9 bzw. 10 im Querschnitt. Die Dreifachschicht, bestehend aus Schicht 1 bis Schicht 3, ist auf einer Pufferschicht auf einem Substrat z. B. mittels Sputtertechniken oder epitaktischen Methoden wie der MOCVD oder MBE aufgebracht. Die Oberflächenschallwelle, welche teilweise von den metallischen Leitungen M auf der obersten Schicht reflektiert wird, dringt je nach Wellenlänge unterschiedlich tief in den Schichtstapel ein und führt so zu unterschiedlichen Signalantworten, die z. B. in der Signalfolge je nach Wellenlänge unterschiedlich gedämpft sind oder zu zusätzlichen langsameren Anteilen der Welle führen. Durch das Bestrahlen mit Licht kann eine hohe Ladungsträgerkonzentration in den Schichten erzeugt werden, welche die Signalantwort ebenfalls in charakteristischer Weise, z. B. in der Dämpfung oder Signalform beeinflussen kann. Eine weitere material- und strukturabhängige Überprüfungsmöglichkeit ist die Messung der temperaturabhängigen Signalantwort wie in Anspruch 12 genannt. Diese ist stark abhängig vom verwendeten Material und der Struktur. Durch die Veränderung der Schallgeschwindigkeit mit der Temperatur ist dies eine gute Möglichkeit, Fälschungen, die andere Materialien oder Herstellungsverfahren verwenden, festzustellen. Neben den bis jetzt genannten Oberflächenwellen können auch jegliche im Material erzeugbaren Kristallschwingungen zur Identifikation genutzt werden. Im Kristall laufende Wellen können z. B. durch in die Tiefe geätzte Löcher beeinflusst werden. Möglich ist hier z. B. auch eine Ausführung analog zum optical Bandgap als acoustic Bandgap, also einer akustischen Bandlücke mit z. B. einer regelmäßigen Löcheranordnung, die nur die Ausbreitung einer speziellen Welle bzw. Frequenz zulässt. Auch in solchen Strukturen lässt sich durch gezieltes Weglassen bzw. Hinzufügen z. B. von Löchern oder z. B. durch vertikale Vielfachschichtstrukturen eine Information auf die Welle aufprägen und wieder aus dem Material auslesen. Für die Erzeugung der Welle ist wesentlich, dass die eintreffende elektromagnetische Welle in einer Kristallrichtung auftritt, die die elektromagnetische Schwingung in eine mechanische umwandelt, also in einer polarisierbaren Kristallrichtung eine Polarisation erzeugt.Two embodiments of the chip in plan view and a possible signal response for the first embodiment are shown in drawing 1 to 3. Drawing 4 shows another embodiment with integrated LEDs. It is in drawings 1, 2 and 4 A for a mostly external antenna, ie z. B. an electrically conductive strip on which the chip is electrically contacted, S for the transmitting or receiving part, which converts the electromagnetic wave into a surface wave and back, D for the data area in which the data are stored, R for a possible reflector and W indicates schematically with the arrows the wave direction. With one or more electromagnetic pulses P ₀ , a surface wave is generated, which is partially reflected in the data area or on the reflector and is modified by the data area. The returning, mostly strongly attenuated waves, shown schematically by the thinner arrows or in the diagram by the smaller pulses are received by the external test device and the impulse response, as z. B. is shown in the diagram, z. B. compared with stored on a database impulse responses and identified by the test device as a real or false bill. It can also occur in the structure of multiple reflections that a very specific, z. B. dependent on the attenuation of the material, provide impulse response, which with high-quality measurement in the case of banknotes, z. B. at central banks, can be detected. Drawing 3 shows schematically the example of a multiple layer according to claims 9 and 10 in cross section. The triple layer, consisting of layer 1 to layer 3, is on a buffer layer on a substrate z. B. applied by sputtering techniques or epitaxial methods such as the MOCVD or MBE. Depending on the wavelength, the surface acoustic wave, which is partially reflected by the metallic lines M on the uppermost layer, enters the layer stack at different depths, resulting in different signal responses, e.g. B. are attenuated differently in the signal sequence depending on the wavelength or lead to additional slower shares of the wave. By irradiation with light, a high charge carrier concentration can be generated in the layers, which also the signal response in a characteristic manner, for. B. in the attenuation or waveform can influence. Another material- and structure-dependent verification option is the measurement of the temperature-dependent signal response as mentioned in claim 12. This depends heavily on the material and the structure used. By changing the speed of sound with temperature, this is a good way to detect counterfeits using other materials or manufacturing processes. In addition to the surface waves mentioned so far, any crystal vibrations that can be generated in the material can also be used for identification. In the crystal running waves can z. B. be influenced by holes etched in the depth. Possible here is z. B. also a version analogous to the optical bandgap as acoustic bandgap, so an acoustic band gap with z. B. a regular hole arrangement, which allows only the propagation of a specific wave or frequency. Even in such structures can be determined by omitting or adding z. B. holes or z. B. impose an information on the shaft by vertical multilayer structures and read again from the material. For the generation of the wave is essential that the incoming electromagnetic wave occurs in a crystal direction, which converts the electromagnetic oscillation into a mechanical, that generates a polarization in a polarizable crystal direction.

Die funkbasierte Lösung ermöglicht, dass z. B. Mobiltelefonbesitzer nach Anspruch 13 mittels Bluetooth oder anderen funkbasierten Verfahren Geldscheine auslesen und so auf ihre Echtheit prüfen können, indem sie z. B. mit einem entsprechenden Programm eine codierte Zahl und weitere Informationen aus dem Wertpapier auslesen, die nach Anspruch 14 und/oder 15 z. B. mit der Seriennummer oder einer kodierten Zahl bzw. als kodierte Information einer Datenbank in Verbindung steht. Auch denkbar ist der Vergleich dieser Information mit der Farbe, Größe oder Merkmale und/oder anderer Informationen des Sicherheitsmerkmals, wobei dies wegen der möglichen Winzigkeit des Sicherheitsmerkmals für eine Routineauslesung ungeeigneter ist. In Geschäften und anderen Einrichtungen, die die Wertpapiere auf Echtheit prüfen wollen, können spezielle Geräte nach Anspruch 17 diese Funktion übernehmen und durch besondere Ausgestaltung der Testgeräte noch weitere Informationen, wie zum Beispiel aus verschiedenen, in den Ansprüchen beschriebenen Testverfahren, mit Licht und verschiedenen Trägerfrequenzen auslesen und somit eine weitere Sicherheitsstufe bieten. Zudem kann dort einfach eine zusätzliche optische Prüfung nach den Ansprüchen 4–7 erfolgen, ähnlich den zurzeit existierenden schwarzlichtbasierten Prüfgeräten durch einfache Photolumineszenz bzw. durch die Erzeugung von Elektrolumineszenz in Teilen des Chips. Notenbanken können über solche Merkmale oder auch weitere Merkmale in dem Chip, die z. B. mit einer anderen Frequenz ausgelesen werden, die Echtheit und auch die Herkunft des Geldscheins eindeutig feststellen.The radio-based solution allows z. B. mobile phone holder according to claim 13 by means of Bluetooth or other radio-based method read bills and so can check their authenticity by z. B. with a corresponding program read a coded number and other information from the security, which according to claim 14 and / or 15 z. B. with the serial number or a coded number or as encoded information of a database in connection. It is also conceivable to compare this information with the color, size or features and / or other information of the security feature, which is less suitable for a routine reading because of the possible minuteness of the security feature. In shops and other facilities that want to check the securities for authenticity, special devices can take over this function according to claim 17 and by special design of the test equipment even more information, such as from various test methods described in the claims, with light and different carrier frequencies read out and thus provide another level of security. In addition, there can simply be an additional optical test according to claims 4-7 similar to the currently existing black light-based test equipment by simple photoluminescence or by the generation of electroluminescence in parts of the chip. Central banks can have such features or other features in the chip, the z. B. are read at a different frequency, the authenticity and the origin of the bill clearly determine.

Hauptvorteile der Methode gegenüber klassischen RFID Lösungen, die mit integrierten Schaltkreisen arbeiten, sind die dabei erhalten bleibende Anonymität des Geldscheins, die Möglichkeit, zur Fälschungserschwerung spezielle Materialien und Herstellungsverfahren zu verwenden und die unvergleichbare Robustheit bei niedrigem Herstellungspreis. Auch kann mit diesem Sicherheitsmerkmal im Gegensatz zu klassischen RFID-Lösungen vermieden werden, dass Kriminelle durch Funkwellen den Inhalt der Geldbörse von Passanten scannen, da die hier gezeigte Lösung keinen Kollisionsschutz hat und in der Regel nur sehr kurzreichweitig auslesbar ist.Key benefits the method opposite classic RFID solutions, that work with integrated circuits, they are preserved lasting anonymity the bill, the possibility of to counterfeiting to use special materials and manufacturing processes and the incomparable robustness at low production price. Also, with this security feature unlike classic RFID solutions Avoiding criminals by radio waves the content of wallet passersby scan, because the solution shown here no collision protection and usually only very short range is readable.

Als mit am besten geeignetes Material für die funktionellen Schichten des Sicherheitsmerkmals eignen sich nach Anspruch 16 Gruppe-III-Nitride wie GaN, AIN oder InN, bzw. deren ternäre und quaternäre Verbindungen, da sie piezoelektrisch, sehr hart und chemisch sehr stabil sind und alle Anforderungen an Robustheit erfüllen. Auch gut geeignet sind II-VI Halbleiter im System ZnCdMgO, wobei die chemische Stabilität geringer als bei den Gruppe-III Nitriden ist und der Einsatzbereich damit etwas eingeschränkt wird.When with the most suitable material for the functional layers of the security feature are suitable according to claim 16 group III nitrides such as GaN, AIN or InN, or their ternary and quaternary compounds, because they are piezoelectric, very hard and chemically very stable and meet all requirements for robustness. Also well suited are II-VI Semiconductors in the ZnCdMgO system, with lower chemical stability than with the Group III nitrides and its scope with it a bit limited becomes.

Zur Überprüfung des Sicherheitsmerkmals mit einem Gerät nach Anspruch 17 eignen sich alle in der Beschreibung und den Ansprüchen genannten und verwandten Methoden.To check the Security feature with a device according to claim 17 are suitable all mentioned in the description and claims and related Methods.

In einer Ausführungsmöglichkeit sind die als Empfänger und Sendeeinheit ausgeführten interdigitalen Metallkontakte auf dem piezoelektrischen Metall in Abständen von Lambda/4 der Oberflächenwelle angebracht. Dabei kann entweder eine solche Einheit oder in einem definierten Abstand eine zweite Einheit angebracht sein, je nachdem ob die Wellen von einer Antenne zur nächsten laufen sollen oder von ein und derselben Einheit empfangen und zurückgesendet werden sollen. Die Metallisierung kann dabei z. B. durch Aufdampfen oder Sputtern erfolgen. Besonders geeignet als oberste Schicht sind harte und edle Metalle wie Au, Pd oder Pt, bzw. Cr, da sie gegenüber Umwelteinflüssen am robustesten sind. Eingebracht werden kann das Merkmal z. B. in Banknoten mit dem meist verwendeten Sicherheitsstreifen z. B. während der Papierherstellung. Da das Sicherheitsmerkmal sehr robust ist, übersteht es die typischen Prozesse während des Trocknens und Glättens des Papiers, die einen hohen Druck ausüben und zu einer starken elektrostatischen Aufladung des Papiers führen. Der Sicherheitsstreifen kann wiederum als Antenne dienen und somit den Signal-zu-Rauschabstand des später empfangenen Signals verbessern.In an execution option are the ones as recipients and transmitting unit executed interdigital metal contacts on the piezoelectric metal in intervals from lambda / 4 of the surface wave appropriate. It can either be such a unit or in a defined distance may be attached to a second unit, as appropriate whether the waves should run from one antenna to another or from one and the same unit to be received and sent back. The Metallization can be z. B. by vapor deposition or sputtering. Especially suitable as the uppermost layer are hard and noble metals such as Au, Pd or Pt, or Cr, since they are resistant to environmental influences on the most robust ones are. Can be introduced the feature z. B. in banknotes with the most used security strip z. B. during the Papermaking. Since the security feature is very robust, it survives it's the typical processes during drying and smoothing of the paper, which exert a high pressure and become a strong electrostatic Charge the paper. The security strip can in turn serve as an antenna and thus the signal-to-noise ratio later improve received signal.

Die meist mit einem kurzen elektromagnetischen Hochfrequenzpuls im Bereich von typisch einigen hundert MHz bis zu einigen GHz erzeugte Oberflächenwelle breitet sich in der Oberflächenschicht des Materials aus und wird zum Teil an den in definiertem Abstand aufgebrachten Metallisierungen reflektiert bzw. durch die Metallisierungen in charakteristischer Weise gedämpft. Alternativ können diese Reflektoren bzw. die Welle dämpfenden Elemente z. B. auch durch dreidimensionalen Strukturierungen der Oberfläche durch z. B. Ätzen oder Aufbringen von nichtmetallischem Material wie z. B. Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid realisiert werden. An solchen Strukturen wird die Oberflächenwelle ebenfalls gestreut bzw. gedämpft. Die modifizierte Welle wird nun wieder emittiert und nach Anspruch 17 von einem geeigneten Gerät mittels einer Antenne mit anschließender Auswerteelektronik empfangen, wobei die Veränderung des Pulses die Information über das Sicherheitsmerkmal enthält. Als Verfahren dienen z. B. die Analyse der empfangenen Impulsantwort, bei aufwendigeren Chips z. B. auch die der Lumineszenzwellenlänge mittels spektral auflösender Detektoren, des Zeitverhaltens der Lumineszenz mittels schneller Photodetektoren. Das Sicherheitselement ist bis zu dieser Ausführungsstufe ein vollkommen passives, auf jegliche Elektronik und/oder integrierte Schaltkreise verzichtendes Sicherheitsmerkmal. Elektronik wird nur auf der Testseite zum Testen selbst und zur Analyse der Reaktion des Chips in den Geräten nach Anspruch 17 benötigt. Einfache Bauelemente, zumindest eine Diodenstruktur, können nun als weitere, die Sicherheit erhöhende, Merkmale integriert werden:
Ist z. B. eine optische Auslesung erwünscht, so kann das Sicherheitsmerkmal z. B. elektrisch über den Sicherheitsstreifen zur Elektrolumineszenz angeregt werden. Notwendig ist hierzu, dass in der Struktur eine geeignete LED-Schicht eingebracht ist. Entweder wird einfach eine LED-Struktur an der Oberfläche für die Oberflächenwelle genutzt oder über eine LED-Struktur eine weitere Schicht für das Oberflächenwellenbauelement gewachsen, die LED-Struktur durch Ätzprozesse freigelegt und anschließend kontaktiert. Durch z. B. zwei entgegengesetzt gepolte LEDs kann dabei auf einfache Art ein Verpolungsschutz geschaffen werden, es leuchtet jeweils nur eine LED. Ein Ausführungsbeispiel dazu ist in Zeichnung 4 gezeigt, mit A den Antennen, die auch als Kontaktierung der LEDs über die Kontakte K dienen können, S den Empfangs und Sendeteil des Oberflächenwellenbauelements D dem dazugehörigen Datenbereich, R1 und R2 sowie F1 und F2 die Rückseiten- und Frontkontakte der LEDs 1 und 2. Dabei zeigt Zeichnung 4a) die Aufsicht, 4b) die Seitenansicht und 4c) die Verschaltung der LEDs im Ersatzschaltbild als eines von vielen möglichen Ausführungsbeispielen.The surface wave, which is usually generated with a short electromagnetic radio-frequency pulse in the range of typically several hundred MHz to several GHz spreads in the surface layer of the material and is reflected in part by the metallizations deposited in a defined distance or attenuated in a characteristic manner by the metallizations. Alternatively, these reflectors or the shaft damping elements z. B. also by three-dimensional structuring of the surface by z. B. etching or application of non-metallic material such. As silicon nitride or silicon dioxide can be realized. In such structures, the surface wave is also scattered or damped. The modified wave is now re-emitted and received according to claim 17 of a suitable device by means of an antenna with subsequent evaluation, wherein the change of the pulse contains the information about the security feature. As a method serve z. As the analysis of the received impulse response, with more expensive chips z. As well as the luminescence wavelength by means of spectrally resolving detectors, the time behavior of the luminescence by means of fast photodetectors. The security element is up to this stage of execution a completely passive, waiving any electronics and / or integrated circuits security feature. Electronics are needed only on the test side for testing itself and for analyzing the reaction of the chip in the devices of claim 17. Simple components, at least one diode structure, can now be integrated as further safety-enhancing features:
Is z. B. an optical reading desired, the security feature z. B. electrically excited via the security strip for electroluminescence. It is necessary for this purpose that a suitable LED layer is incorporated in the structure. Either an LED structure on the surface is simply used for the surface wave, or an additional layer for the surface acoustic wave device is grown via an LED structure, the LED structure is exposed by etching processes and then contacted. By z. B. two oppositely polarized LEDs can be created in a simple way a reverse polarity protection, it lights only one LED at a time. An embodiment of this is shown in drawing 4, with A the antennas, which can also serve as contacting of the LEDs via the contacts K, S the receiving and transmitting part of the surface acoustic wave device D the associated data area, R1 and R2 and F1 and F2 the back and Front contacts of LEDs 1 and 2. This shows Drawing 4a) the top view, 4b) the side view and 4c) the connection of the LEDs in the equivalent circuit diagram as one of many possible embodiments.

Sind die LEDs darüber hinaus z. B. in verschiedener Schichttiefe des Bauelements prozessiert und bestehen aus bei unterschiedlichen Wellenlängen emittierenden Schichten, was in solch einer Ausführung einfach realisierbar ist, so lassen sich je nach Stromrichtung unterschiedliche Lumineszenzwellenlängen anregen, was die Fälschung weiter erschwert. Neben der Lumineszenzwellenlänge kann in aufwendigen Prüfgeräten auch das Abklingen der Lumineszenz gemessen werden, welche charakteristisch für die Struktur, Dotierung und Defektdichte des Materials und unter vertretbarem Aufwand nicht fälschbar ist. Solch ein Merkmal stellt wiederum sehr hohe Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der Schichten in der Herstellung. Neben der Lumineszenz kann auch die Diodenkennlinie selbst als charakteristisches Merkmal verwendet werden. Insbesondere der Serienwiderstand und der Idealitätsfaktor solch einer Kennlinie sind stark vom Aufbau der Diode abhängig und können gezielt beeinflusst werden. So kann in den Zuleitungen oder durch lithographisch erzeugte bzw. geätzte Induktivitäten und Kapazitäten eine gezielte Beeinflussung der Kennlinie durch eine zur Ansteuerung der Diode mit einer Wechselspannung verschiedener Frequenz und somit von modulierten Strömen durch die Diodenstruktur erzielt werden. Dazu muss die Diode nicht zwingend als lumineszierendes Bauteil ausgelegt sein, kann also, z. B. bei Verwendung von Silizium Substrat als Träger der piezoelektrischen Schicht, auch im Silizium Substrat realisiert sein. Denkbar sind aber auch einfache elektrische Hoch-, Tief- oder Bandpässe, die in der nicht als piezoelektrisches Bauteil dienenden Struktur integriert sind.are the LEDs above addition z. B. processed in different layer depth of the device and consist of layers emitting at different wavelengths, what in such an execution is simply feasible, so can be different depending on the current direction luminescence wavelengths stimulate what the fake further complicated. In addition to the luminescence wavelength can also be in complex test equipment the decay of luminescence is measured, which is characteristic for the Structure, doping and defect density of the material and under reasonable Effort is not forfeitable. Such a feature again places very high demands on the Reproducibility of the layers in the production. In addition to the luminescence can also the diode characteristic itself as a characteristic feature be used. In particular, the series resistance and the ideality factor such a characteristic are strongly dependent on the structure of the diode and can be specifically influenced. So can in the supply lines or by lithographically produced or etched inductors and capacities a targeted influencing of the characteristic by a for driving the diode with an alternating voltage of different frequency and thus of modulated currents be achieved by the diode structure. The diode does not have to mandatory be designed as a luminescent component, so can, z. B. when using silicon substrate as the carrier piezoelectric layer, also realized in the silicon substrate be. But also conceivable are simple electrical high, low or Bandpass filters, in the non-piezoelectric component structure are integrated.

Die hier genannten Möglichkeiten stellen nur einige einer Vielzahl von Möglichkeiten dar, die in den Ansprüchen mit eingeschlossen sind. Insbesondere ist die Anwendung nicht auf Wertpapiere beschränkt.The options mentioned here These are just a few of the many possibilities that are included in the claims are included. In particular, the application is not on securities limited.

Claims

Security feature, characterized by a.) the readability by means of pulsed electromagnetic high-frequency radiation in the MHz to GHz range and b.) using a piezoelectric Materials as information carrier and c.) coding information of and / or about the Security or object to be secured by the security feature and d.) integration with the security or the security to be secured Object.

Security feature according to claim 1, characterized by connecting electrically conductive strips serving as antenna or an at least partially electrically conductive material with the security feature.

Security feature according to claim 1 and / or 2, characterized by reading out or checking the Security feature by means of the generation of surface waves in the security feature.

Security feature according to claim 1, 2 and / or 3, characterized by using a semiconductor material which can be excited with light to shine.

Security feature according to claim 1, 2 and / or 3, characterized by using a semiconductor material which is excited by inductive or photovoltaic to shine through a generated in the security feature or associated element Electricity.

Security feature according to claim 1, 2 and / or 3, characterized by using a semiconductor material which be excited by direct electrical contact to shine can.

Security feature according to claim 4, 5 and / or 6, characterized by the luminescence at different wavelengths.

Security feature according to claim 1-6 and / or 7, characterized by varying the frequency response by irradiation with light of a wavelength above the band gap of the piezoelectric material.

Security feature according to claim 1-7 and / or 8, characterized by generating a variable signal response by a multi-layer system of piezoelectric materials with different bandgaps and irradiating with photons that absorbs in one or more of the layers become.

Security feature according to claim 1-8 and / or 9, characterized by a query frequency dependent signal response in terms of information, signal width and / or temporal Distance of the sent back Signals through a multilayer system of piezoelectric materials with different sound velocities and / or damping.

Security feature according to claim 1-9 and / or 10, characterized by a for different polarizations or propagation directions of the electromagnetic Wave dependent Signal response.

Security feature according to claim 1-10 and / or 11, characterized by a temperature-dependent signal response and / or Luminescence.

Security feature according to claim 1-11 and / or 12, characterized by the readout by means of Bluetooth or similar in radio wave based devices used methods with a radio protocol adapted to the application.

Security feature according to one of the preceding Claims, characterized by the comparison of the security feature stored information and / or the shape, structure or size of the Security feature with a database and / or more specific Information of the security or object to be secured.

Security feature according to one of the preceding Claims, characterized by the comparison of the security feature stored information and specific information of the security or to be secured object with a database.

Security feature according to one of the preceding Claims, characterized by using III-V and / or II / VI compound semiconductors in the system AlGaInN and / or ZnMgCdO.

device to check the Security feature characterized by checking the security feature by at least one mentioned in the preceding claims Method.