DE102021107136A1 - Optoelektronisches Zugangssystem und Verfahren zur Herstellung eines nicht-duplizierbaren Schlüssels - Google Patents

Optoelektronisches Zugangssystem und Verfahren zur Herstellung eines nicht-duplizierbaren Schlüssels Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Zugangssystem, umfassend einen nicht-duplizierbaren, elektrisch betriebenen Schlüssel (101), der ein statisch festgelegtes Lichtmuster (103) emittiert, und einen orts- und wellenlängenauflösenden Photodetektor (102) mit lichtleistungsempfindlichem Ausgangssignal umfasst, wobei die Ortsauflösung des Photodetektors (102) mindestens im Bereich des durch Beugung begrenzten Auflösungsvermögens für die kleinste Wellenlänge des emittierten Lichtmusters (103) liegt sowie ein Verfahren zur Herstellung eines nicht-duplizierbaren Schlüssels (101).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Zugangssystem mit einem nicht-duplizierbaren, elektrisch betriebenen Schlüssel sowie ein Verfahren zur Herstellung eines nicht-duplizierbaren Schlüssels.
  • Der Zugang zu schützenswerten Einrichtungen bzw. Räumen oder auch Daten wird in der Regel durch mechanisch, optisch, elektronisch oder software-technisch gesicherte Verschlußsysteme gesichert. Typischerweise haben Zugangsberechtigte einen autorisierten Schlüssel oder ein autorisiertes Passwort, der bzw. das vom Zugangssystem erkannt werden muss bevor der Zugang zu Räumlichkeiten oder Daten gewährt wird. Wesentlich für die dauerhafte Sicherheit dieser Zugangssysteme ist insbesondere die Eigenschaft der Schlüssel (Passwörter), mindestens schwierig, am besten gar nicht kopierbar zu sein.
  • Rein mechanische Schlüssel aber auch Passwörter sind bisher immer (wenn auch oft mit hohem Aufwand) kopierbar, da sie entweder deterministisch hergestellt worden sind oder aber nur eine eindimensional zufällige Folge von Binärzahlen darstellen. Auch Schlüssel für optoelektronische Zugangssysteme wie Fingerabdruckscanner, Iris-Scanner oder rf-IO-Systeme sind bisher relativ einfach kopierbar. Als unkopierbar gelten dagegen quantenmechanisch präparierte Zustände (sogenannte Qubits), die jedoch bisher auf Grund ihrer begrenzten Lebensdauer schwierig herzustellen und zu verarbeiten sind.
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein optoelektronisches Zugangssystem vorzusehen, welches im Vergleich zu bekannten Ausführungen einen nicht kopierbaren Schlüssel aufweist, der in drei Dimensionen erzeugt wird, und welches eine unbegrenzte Lebensdauer hat. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, ein zugehöriges Verfahren zur Herstellung eines nicht kopierbaren Schlüssels vorzusehen.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch ein optoelektronisches Zugangssystem und ein Verfahren gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
  • Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Zugangssystem. Das optoelektronische Zugangssystem umfasst einen nicht-duplizierbaren, elektrisch betriebenen Schlüssel, der ein statistisch festgelegtes Lichtmuster emittiert und einen orts- und wellenlängenauflösenden Photodetektor mit lichtleistungsempfindlichem Ausgangssignal. Die Ortsauflösung des Photodetektors liegt mindestens im Bereich des durch Beugung begrenzten Auflösungsvermögens für die kleinste Wellenlänge des emittierten Lichtmusters.
  • Mittels eines solchen optoelektronischen Zugangssystems kann sichergestellt werden, dass nur befugte Personen Zugang zu Räumen oder Daten haben. Da es sich bei dem erfindungsgemäßen Zugangssystem um ein optoelektronisches Bauelement mit mindestens einer statistisch erzeugten, nicht-kopierbaren Komponente handelt, ist dieses nicht wie mechanische Zugangssysteme kopierbar. Vorteilhafterweise werden bei dem erfindungsgemäßen Zugangssystem optische und elektronische Komponenten miteinander kombiniert, so dass das zu detektierende Lichtmuster elektrisch erzeugt werden kann. Weiterhin vorteilhaft ist die Ausführung der statistisch erzeugten Komponente des Schlüssels in Form von lichtemittierenden Objekten, bei denen charakteristische Eigenschaften der Lichtemission von der Größe, Form und Zusammensetzung der Objekte oder ihrer unmittelbaren Umgebung selbst abhängen. Charakteristische Eigenschaften können beispielhaft die Wellenlänge oder die Intensität der Lichtemission sein. Andere charakteristische Eigenschaften von Licht sind bekannt und können ebenfalls von Größe, Form und Zusammensetzung der Objekte abhängig sein. Es ist bekannt, dass Lichtemissionen eine Intensitätsverteilung über unterschiedlich große Wellenlängenbereiche (Emissionsbanden) aufweisen können, die sich für unterschiedliche Objekte desselben Typs auch überlappen. Als vorteilhaft wird angesehen, wenn die lichtemittierenden Objekte besonders schmalbandige Emissionen mit besonders geringer Überlappung aufweisen.
  • Ein Kopieren eines solchen Zugangssystems ist nicht möglich. Es ist bekannt, dass rein quantenmechanische Zustände nicht kopierbar sind. Anderseits ist die Bestimmung quantenmechanischer Eigenschaften eines Zustands generell schwierig und durch die Störungsanfälligkeit solcher Zustände nur in einem kurzen Zeitraum möglich. Ein erfindungsgemäßer Vorteil ist, dass die Zeitdauer für die Validierung eines erfindungsgemäßen Zugangssystems, im Gegensatz zu quantenmechanisch präparierten Zugangssystemen, nicht begrenzt ist.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Photodetektor ein elektronisches Bauelement, welches auch als Lichtsensor, optischer Detektor oder optoelektronischer Sensor bezeichnet werden kann. Bekannt sind Ausführungen solcher Photodetektoren als Verkettung einzelner Photodetektorzellen zu Detektorzeilen oder auch Detektorfeldern (engl. arrays). Bekannt ist weiterhin ein durch äußere elektrische Spannung vorgegebener Betriebsmodus, der zu einem der Lichtintensität proportionalem Stromsignal führt (Proportionalmessung). Zusätzlich sind Ausführungen von Photodetektoren bekannt, die die Lichtempfindlichkeit auf eine bestimmte Wellenlänge bzw. kleine Wellenlängenbereiche beschränken. Erfindungsgemäß besitzt der Photodetektor ortsempfindliche und wellenlängenempfindliche Nachweiseigenschaften, um das zufällig erzeugte Lichtmuster räumlich und bezüglich der Wellenlänge zu analysieren. Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Betrieb des Photodetektors im Proportionalmodus möglich.
  • Vorteilhaft ist die Ausführung des Photodetektors als Detektorzeile oder Detektorfeld mit aufeinanderfolgender Wellenlängenempfindlichkeit der einzelnen Zellen, so dass der für die Detektion notwendige Wellenlängenbereich mit ausreichender Auflösung abgedeckt wird. Als besonders vorteilhaft wird eine Ausführung angesehen, bei der die Wellenlängenempfindlichkeit der einzelnen Zellen auf einen Wellenlängenbereich eingeschränkt ist, der dem größten Wellenlängenbereich entspricht, der von einem einzelnen Objekt des Schlüssels emittiert wird.
  • Zudem soll die Detektionsfläche der einzelnen Zellen gerade so groß gewählt werden, dass die Lage der lichtemittierenden Objekte zueinander getrennt werden kann.
  • In einer anderen Ausführung könnte ein einzelner Photodetektor als Detektionssystem verwendet werden. In einer solchen Ausführung muss die Position des Detektors über dem lichtemittierenden Bereich des Schlüssels veränderbar und kontrollierbar sein und die Wellenlängenempfindlichkeit der Detektion ebenfalls über den notwendigen Wellenlängenbereich steuerbar sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Zugangssystems umfasst der Schlüssel eine diskrete aber zufällige Anzahl von Lichtemittern. Die Lichtemitter sind derart ausgebildet, dass sie ein räumlich zufällig verteiltes Lichtmuster erzeugen. Die Anzahl der Emitter ist dabei mindestens so groß zu wählen, dass es räumlich nicht möglich ist, das Lichtmuster durch deterministische Anordnung von diskreten Lichtemittern nachzuahmen. Die Anzahl der Emitter ist andererseits so klein zu wählen, dass die Emitter sowohl räumlich als auch bezüglich ihrer Wellenlänge getrennt werden können. Vorteilhaft ist auch eine Ausführung, bei der beabsichtigt oder unbeabsichtigt infolge des Herstellungsprozesses die Emission mehrerer, räumlich eng benachbarter Emitter nicht mehr durch das Detektionssystem aufgelöst werden kann, räumlich getrennte Gruppen von Emittern aber gemäß des Hauptanspruchs dennoch ein statistisch erzeugtes Lichtmuster aufweisen.
  • Der nicht-duplizierbare, elektrisch betriebene Schlüssel kann eine Unterlage oder ein dreidimensionales Medium (z. B. Siliziumsubstrate, Germaniumsubstrate, Substrate aus Verbindungshalbleitern, Substrate aus Oxidverbindungen, Substrate aus Nitridverbindungen, Halbleiterschichtsysteme etc.) umfassen. Die Lichtemitter sind in statischer Weise aber fixiert auf der Unterlage oder dem Substrat verteilt. Die Lichtemitter emittieren Licht in Form eines Musters. Lage, Form, Zusammensetzung und Größe der Lichtemitter ist durch den Herstellungsprozess in statistischer Weise verteilt und wird durch nachfolgende Prozessschritte dauerhaft festgelegt. Die Herstellung der Lichtemitter kann in einem einzelnen oder mehreren Schritten erzeugt werden.
  • Vorteilhaft sind solche Abmessungen der Lichtemitter, die zu besonders starken Fluktuationen der Eigenschaften der Lichtemission bei Veränderung der Form, Zusammensetzung und Größe der Lichtemitter führen. Bekannt ist, dass dies für besonders kleine Abmessungen erreicht werden kann, und insbesondere dann, wenn quantenmechanische Effekte nicht mehr zu vernachlässigen sind.
  • Die Verwendung eines nicht-duplizierbaren, elektrisch betriebenen Schlüssels ist als besonders vorteilhaft anzusehen, da die Lichtintensität jeden einzelnen Lichtemitters ebenfalls in statistischer Weise von der relativen Position des Lichtemitters von den strominjizierenden Kontakten abhängig wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Zugangssystems bestehen die Lichtemitter aus halbleitenden Materialien. Halbleitende Materialien können im Sinne der vorliegenden Erfindung ausgewählt sein aus Silizium, Germanium oder aus Verbindungen aus Elementen der 3. und 5. bzw. 2. und 6. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Vorteilhafterweise können durch die Verwendung von halbleitenden Materialien besonders kleine Schlüssel in Form von elektrisch betriebenen Leuchtdioden hergestellt werden. Besonders kleine Bauformen des Schlüssels sind zu bevorzugen, da sowohl der statistische Einfluss der Größe, Form, Zusammensetzung und Lage der Emitter auf die Emissionseigenschaften größer wird als auch eine deterministische Herstellung von Schlüsselkopien erschwert wird.
  • Bekannt ist, dass die Wellenlängenverteilung der Emission eines Lichtemitters von der Anzahl der im Emitter möglichen elektronischen Übergänge innerhalb des vorgegebenen Energieintervalls abhängt. Eine minimale Anzahl von am Emissionsprozess beteiligten Zuständen entsteht immer dann, wenn nur solche elektronischen Zustände beteiligt sind, die nur mit so viel Elektronen besetzt werden können wie sie durch einen für den Zustand charakteristischen Satz von diskreten Zahlen (Quantenzahlen) vorgegeben wird (vollständig quantisierter Zustand).
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Zugangssystems erzeugen die Lichtemitter die Lichtemission aus ausschließlich vollständig quantisierten Übergängen, so dass die Wellenlängenverteilung der Emission jedes einzelnen Emitters ein Minimum annimmt.
  • Lichtemitter, welche die Lichtemission aus vollständig quantisierten Übergängen erzeugen, führen zu einem besonders sicheren Schlüssel. Somit könnte jeder Lichtemitter bei geeigneter Anregung einzelne Photonen, die nicht kopierbare Quantenzustände darstellen, emittieren. Es wäre dann mit einem geeigneten Detektor möglich, die Einzelphotonencharakteristik jedes einzelnen Lichtemitters zu messen und somit noch eine vierte Dimension der Verschlüsselung zu erzeugen.
  • Bekannt ist, dass die Injektion von Ladungsträgern in Quantenzustände bestimmten Voraussetzungen unterliegt und daher Einfluss auf die Lichtintensität jedes einzelnen Emitters besitzt. Es ist weiterhin bekannt, dass diese Voraussetzungen abgeschwächt werden können, wenn die Injektion der Ladungsträger aus einem nicht quantisierten oder nicht vollständig quantisierten Reservoir an Ladungsträgern erfolgt. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Zugangssystems weisen die Lichtemitter zusätzlich nicht quantisierte Übergänge auf, um für jeden Lichtemitter eine größtmögliche Intensität zu erreichen.
  • Bekannt ist, dass Objekte aus Halbleitermaterialien mit lateralen Abmessungen im Nanometerbereich (Quantenpunkte) vollständig quantisierte Übergänge besitzen können und daher besonders schmale Wellenlängenverteilungen aufweisen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Zugangssystem sind die einzelnen Lichtemitter als Halbleiter-Quantenpunkte ausgeführt. Durch die Verwendung von Halbleiter-Quantenpunkten kann auf einfache Weise gewährleistet werden, dass der Schlüssel die zuvor genannten Eigenschaften umfasst und somit nicht kopierbar ist.
  • Bekannt ist, dass optoelektronische Lichtemitter aus Halbleitermaterialien bevorzugt einen vertikalen Schichtaufbau aufweisen. Bevorzugt ist eine Bauweise, die eine besonders homogene Injektion von Ladungsträgern über die gesamte Fläche des Bauelementes zur Folge hat. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Zugangssystems weist der Schlüssel einen Schichtaufbau vertikal zur lichtemittierenden Oberfläche auf, bei dem die Injektion von Ladungsträgern gezielt inhomogen über die Fläche des Bauelementes erfolgt. Dies ist vorteilhaft, um die positionsabhängige Intensität des einzelnen Lichtemitters zu erhöhen.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Zugangssystems besteht der Schlüssel zumindest teilweise aus mindestens einem einkristallinen Material. Ein Schlüssel, der im vertikalen Schichtaufbau aus zumindest teilweise einkristallinen Schichten besteht, ist vorteilhaft für eine besonders effiziente Anregung der Lichtzentren, beispielsweise durch elektrischen Strom, sowie eine vertikale Lichtemission aus der Oberfläche heraus. Bei einer zufälligen Verteilung der Lichtzentren in einer Ebene parallel zur Oberfläche würde das Lichtmuster in einem Raum oberhalb der Oberfläche detektiert werden können, der besonders einfach für Detektoren zugänglich ist.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Zugangssystem ist der Photodetektor elektrisch antreibbar.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Zugangssystem weist der Photodetektor halbleitende Materialien auf.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines nicht-duplizierbaren Schlüssels, welches die folgenden Schritte umfasst,
    1. a) Bereitstellung mindestens eines einkristallinen Substrats, auf dem eine Schichtfolge mit mindestens drei elektrisch leitfähigen Schichten mittels einer Wachstumsmethode epitaktisch abgeschieden werden kann,
    2. b) Abscheidung einer ersten elektrisch leitfähigen Schicht auf dem Substrat mit einheitlicher Ladungsträgerpolarität,
    3. c) Abscheidung einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht auf dem Substrat, wobei die zweite Schicht mindestens ein Material aufweist, welches zu der unterliegenden Schicht abweichende atomare Abstände in mindestens eine kristallografisch orientierte Wachstumsebene aufweist,
    4. d) Abscheidung einer dritten elektrisch leitfähigen Schicht auf dem Substrat, welche einheitliche Ladungsträgerpolarität aufweist, wobei die Ladungsträgerpolarität zur Ladungsträgerpolarität der ersten elektrisch leitfähigen Schicht entgegengesetzt ist,
    5. e) Aufbringung elektrischer Kontakte auf die erste elektrisch leitfähige Schicht aus Schritt b) und die dritte elektrisch leitfähige Schicht aus Schritt d) in der Weise, dass durch Anlegung einer elektrischen Spannung ein Stromfluss durch die Lichtemitter erzeugt wird.
  • Epitaxieverfahren wie z. B. metallorganische Gasphasenepitaxie oder Molekularstrahlepitaxie erlauben die Atomlagen genaue Abscheidung von halbleitenden und anderen Materialien sowie die Herstellung von Leuchtdioden. Die Ausführung der Lichtzentren mit solchen Verfahren ist vorteilhaft, um eine für die Detektion ausreichende Lichtintensität aus den einzelnen Zentren zu erzeugen. Jedes epitaktische Verfahren und die Kombination solcher Verfahren mit anderen geeigneten, eventuell nicht-epitaktischen Verfahren, dass bzw. die zu einer statistischen Herstellung von Lichtzentren geeignet ist/sind, sind von dieser Ausführungsform umfasst.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung, kann in Schritt b) die einheitliche Ladungspolarität beispielsweise n-leitend oder p-leitend sein. Vorzugweise mit gleichem Ladungsträgertyp wie durch die Wahl des Substrats vorgegeben.
  • Es ist bekannt, dass sich beliebige, aber eindeutige Wachstumsebenen durch geeignete Schnitte aus Volumenkristallen erzeugen lassen. Es ist weiterhin bekannt, dass Oberflächen kubischer Kristalle geeignet für das Wachstum verspannter Schichten im Stranski-Krastanow-Modus sind. Als besonders vorteilhaft im Sinne der Erfindung werden solche Ebenen angesehen, bei denen sich lichtemittierende Objekte aus dem Wachstum von Halbleitermaterialien im Stranski-Krastanow-Modus erzeugen lassen. Dies ist nicht auf die beispielhaft genannten Oberflächen der ebenfalls beispielhaft genannten kubischen Kristalle beschränkt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens entstehen in Schritt c) mittels Gitterverspannung Lichtemitter. Im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Gitterverspannung um eine mechanische Verspannung. Bei epitaktisch gewachsenen Schichten führen mechanische Verspannungen ab einer gewissen Stärke zur spontanen Umverteilung von Atomen an der Oberfläche und innerhalb der wachsenden Schicht. Diese Vorgänge werden auch als Stranski-Krastanow Wachstumsmodus beschrieben. Bei geeigneter Durchführung des Wachstums entsteht eine statistische räumliche Verteilung von Quantenpunkten unterschiedlicher Größe, Form, Zusammensetzung und somit unterschiedlicher Wellenlänge, wie sie für die vorliegende Erfindung wesentlich ist.
  • Es ist bekannt, dass man Substratoberflächen durch geeignete Verfahren so modifizieren kann, dass lokale Verspannungen entstehen. Beispielsweise lassen sich bestimmte, unterhalb der Oberfläche sich befindende Schichten in einem chemischen Prozess so umwandeln, dass sich das Volumen dieser Schichten ändert und somit eine mechanische Verspannung hervorruft.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Lichtemitter zufällig aber innerhalb einer vorgegebenen Fläche durch Wachstum auf einem lokal verspannten Substrat erzeugt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung weist das Substrat eine lokale Verspannung an der Wachstumsoberfläche auf. In einem Herstellungsverfahren, bei dem die Lichtemitter Quantenpunkte sind, die mittels des Stranski-Krastanow-Wachstumsmodus erzeugt werden, lässt sich durch eine räumlich definierte Vorverspannung der Oberfläche das zufällige Entstehen der Quantenpunkte auf diesen Bereich eingrenzen, ohne dass die statistischen Eigenschaften des Ensembles der Quantenpunkte aufgehoben werden. Dies ist vorteilhaft für einen elektrischen Betrieb des Schlüssels und somit des erfindungsgemäßen optoelektronischen Zugangssystems, da die Strominjektion auf diesen Bereich begrenzt werden kann und somit zu einem besonders energieeffizienten Betrieb führt. Weiterhin ergibt sich für die Positionierung des Photodetektors innerhalb des erfindungsgemäßen optoelektronischen Zugangssystems eine Vereinfachung, wenn der Verteilungsbereich der Lichtemitter in seinen Abmessungen definiert ist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann den nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen. Dabei zeigen:
    • 1: eine Ausführungsform des optoelektronischen Zugangssystems,
    • 2: eine erste Ausführungsform eines elektrisch betriebenen optoelektronischen Schlüssels für das erfindungsgemäße Zugangssystem,
    • 3: eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform des optoelektronischen Schlüssels für das erfindungsgemäße Zugangssystem,
    • 4 eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform des optoelektronischen Schlüssels für das erfindungsgemäße Zugangssystem
  • 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Zugangssystems bestehend aus einem nicht-duplizierbaren, elektrisch betriebenen Schlüssel 101 und einem orts- und wellenlängenauflösendem Photodetektor 102. Der Photodetektor 102 ist in Form einer Zeile mit einzelnen Zellen ausgeführt. Jede Zelle ist für diskrete aufeinander folgende Wellenlängenbereiche sensitiv. Der Photodetektor 102 rastert sequentiell das Lichtmuster 103 der Emission, dass durch die Lichtemitter 101a erzeugt wird und dekodiert somit den Schlüssel 101.
  • 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines nicht-duplizierbaren, elektrisch betriebenen optoelektronischen Schlüssels 101 für das erfindungsgemäße Zugangssystem. Auf einem einkristallinen Substrat 201 werden in einem epitaktischen Verfahren eine Schichtfolge abgeschieden, bestehend aus
    • - eine elektrisch leitfähigen Schicht 201a mit negativer Polarität
    • - eine elektrisch leitfähige Schicht 201b mit unbestimmter Polarität, in die in einem Zwischenschritt die Lichtemitter 202 eingebettet wurden
    • - eine weitere elektrisch leitfähige Schicht 201c mit positiver Polarität
  • Diese Schichtfolge erzeugt einen elektrisch leitfähigen Schichtstapel, bei dem die über Kontakte elektrisch injizierten Ladungsträger bevorzugt in die Lichtemitter 202 gelangen und dort eine Lichtemission erzeugen, die das nicht-kopierbare Lichtmuster 203 zusammensetzen.
  • 3 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform des nicht-duplizierbaren Schlüssels 101 des Zugangssystems, bei dem die Lichtemitter 303 in räumlich getrennten Gruppen auftreten. Erfindungsgemäß können die Gruppen in einem Schichtstapel eingebettet sein, welcher aus elektrisch leitfähigen Schichten 201a, 201b, 201c besteht, die auf einem Substrat 201 angeordnet sind. Jede Gruppe von Lichtemittern 303 ist bezüglich relativer Position im Schlüssel 101 als auch anderer Eigenschaften wie z. B. Intensität und Wellenlänge statistisch erzeugt und unterscheidbar.
  • 4 zeigt eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform des nicht-duplizierbaren Schlüssels 101 des Zugangssystems, bei dem der Bereich in dem die Lichtemitter 404 statistisch erzeugt werden durch eine Modifikation der Oberfläche der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 201b festgelegt wird. Erfindungsgemäß kann der Schlüssel 101 aus einem Schichtstapel, bestehend aus drei elektrisch leitfähigen Schichten 201a, 201b, 201c, die auf einem Substrat 201 angeordnet sind, bestehen.
  • Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, soweit dies technisch sinnvoll ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung Merkmale in Kombination beschrieben sein können, beispielsweise um das Verständnis zu erleichtern, obwohl diese auch separat voneinander verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass solche Merkmale auch unabhängig voneinander mit anderen Merkmalen oder Merkmalskombinationen kombiniert werden können.
  • Rückbezüge in Unteransprüchen können bevorzugte Kombinationen der jeweiligen Merkmale kennzeichnen, schließen jedoch andere Merkmalskombinationen nicht aus.
  • Bezugszeichenliste
  • 201a, 201b, 201c
    Elektrisch leitfähige Schichten
    201a
    Erste elektrisch leitfähige Schicht
    201b
    Zweite elektrisch leitfähige Schicht
    201c
    Dritte elektrisch leitfähige Schicht
    101a, 202, 303, 404
    Lichtemitter
    103
    Lichtmuster
    101
    Nicht-duplizierbarer Schlüssel
    102
    Photodetektor
    2 01
    Substrat

Claims (13)

  1. Optoelektronisches Zugangssystem, umfassend einen nicht-duplizierbaren, elektrisch betriebenen Schlüssel (101), der ein statisch festgelegtes Lichtmuster (103) emittiert, und einen orts- und wellenlängenauflösenden Photodetektor (102) mit lichtleistungsempfindlichem Ausgangssignal umfasst, wobei die Ortsauflösung des Photodetektors (102) mindestens im Bereich des durch Beugung begrenzten Auflösungsvermögens für die kleinste Wellenlänge des emittierten Lichtmusters (103) liegt.
  2. Optoelektronisches Zugangssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlüssel (101) eine diskrete aber zufällige Anzahl von Lichtemittern (101a, 202, 303, 404) umfasst, welche derart ausgebildet sind, um ein räumlich zufällig verteiltes Lichtmuster (103) zu erzeugen.
  3. Optoelektronisches Zugangssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter (101a, 202, 303, 404) aus halbleitenden Materialien bestehen.
  4. Optoelektronisches Zugangssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter (101a, 202, 303, 404) die Lichtemission aus ausschließlich vollständig quantisierten Übergängen erzeugen.
  5. Optoelektronisches Zugangssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter (101a, 202, 303, 404) zusätzlich nicht quantisierte Übergänge aufweisen.
  6. Optoelektronisches Zugangssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lichtemitter (101a, 202, 303, 404) als Halbleiter-Quantenpunkte ausgeführt sind.
  7. Optoelektronisches Zugangssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlüssel (101) einen Schichtaufbau vertikal zur lichtemittierenden Oberfläche aufweist.
  8. Optoelektronisches Zugangssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlüssel (101), zumindest teilweise aus mindestens einem einkristallinen Material besteht.
  9. Optoelektronisches Zugangssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Photodetektor (102) elektrisch antreibbar ist.
  10. Optoelektronisches Zugangssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Photodetektor (102) halbleitende Materialien aufweist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines nicht-duplizierbaren Schlüssels (101), welches die folgenden Schritte umfasst, a) Bereitstellung mindestens eines einkristallinen Substrats (201), auf dem eine Schichtfolge mit mindestens drei elektrisch leitfähigen Schichten (201a, 201b, 201c) mittels einer Wachstumsmethode epitaktisch abgeschieden werden kann, b) Abscheidung einer ersten elektrisch leitfähigen Schicht (201a) auf dem Substrat (201) mit einheitlicher Ladungsträgerpolarität, c) Abscheidung einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (201b) auf dem Substrat (201), wobei die zweite Schicht (201b) mindestens ein Material aufweist, welches zu der unterliegenden Schicht (201a) abweichende atomare Abstände in mindestens eine kristallografisch orientierte Wachstumsebene aufweist, d) Abscheidung einer dritten elektrisch leitfähigen Schicht (201c) auf dem Substrat (201), welche einheitliche Ladungsträgerpolarität aufweist, wobei die Ladungsträgerpolarität zur Ladungsträgerpolarität der ersten elektrisch leitfähigen Schicht (201a) entgegengesetzt ist, e) Aufbringung elektrischer Kontakte auf die erste elektrisch leitfähige Schicht (201a) aus Schritt b) und die dritte elektrisch leitfähige Schicht (201c) aus Schritt d) in der Weise, dass durch Anlegung einer elektrischen Spannung ein Stromfluss durch die Lichtemitter (101a, 202, 303, 404) erzeugt wird.
  12. Verfahren, nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) mittels Gitterverspannung Lichtemitter (101a, 202, 303, 404) entstehen.
  13. Verfahren, nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemitter (101a, 202, 303, 404) zufällig, aber innerhalb einer vorgegebenen Fläche durch Wachstum auf einem lokal verspannten Substrat (201) erzeugt werden.
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