EP1149283A1 - Verfahren und vorrichtung zur erfassung von merkmalen der raumstruktur eines kristalls - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erfassung von merkmalen der raumstruktur eines kristalls

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EP1149283A1
EP1149283A1 EP99959623A EP99959623A EP1149283A1 EP 1149283 A1 EP1149283 A1 EP 1149283A1 EP 99959623 A EP99959623 A EP 99959623A EP 99959623 A EP99959623 A EP 99959623A EP 1149283 A1 EP1149283 A1 EP 1149283A1
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EP
European Patent Office
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crystal
spatial structure
current
measured
chip
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99959623A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann Stockburger
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP1149283A1 publication Critical patent/EP1149283A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/20—Investigating the presence of flaws
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0095—Semiconductive materials
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/24—Optical enhancement of defects or not directly visible states, e.g. selective electrolytic deposition, bubbles in liquids, light emission, colour change
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02863—Electric or magnetic parameters

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting features of the spatial structure of an electrically conductive crystal, in particular a semiconductor, and an apparatus for carrying out the method.
  • Structural features of crystal lattices can be examined and recorded in various ways.
  • An obvious method is to look directly at the structure, i.e. the examination with the electron microscope.
  • Another known method is X-ray structure analysis. For all known methods, very complex and therefore expensive equipment is required, which is only really justified if complex investigations have to be carried out.
  • the invention has for its object to provide a method with which features of crystal structures can be detected in a very simple manner and without complex equipment.
  • this object is achieved in that a measuring current is supplied to the crystal and a measurement of the charge distribution is carried out at a point on the crystal which is different from the current input and from which
  • CONFIRMATION COPY Relationship between the measured charge distribution and a standard distribution information about the spatial structure can be obtained.
  • Figure 1 is a schematic representation of the principle of the invention.
  • Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of the invention;
  • Fig. 3 is a schematic representation of an embodiment of a practical application of the invention;
  • Fig. 4 shows an alternative to the embodiment according to
  • FIGS. 5 to 7, further alternatives to FIG. 4; 8 shows a chip modified for use in accordance with the invention and FIGS. 9 and 10 versions of key chip card versions.
  • FIG. 1 shows a crystal 1, which schematically represents a section of a semiconductor layer, as is known, for example, in semiconductor components
  • Chips occur.
  • the underside of the crystal is provided with individual, electrically separated electrodes 3, which are connected as current outputs or sinks.
  • a full-surface electrode 4 is arranged on the top, which serves as a current input or source.
  • the current flow in the crystal is such that electrons 5 migrate from the electrode 4 through the crystal to the sinks 3. In this way, they can be Structure of the crystal are more or less distracted.
  • the arrows 7-9 show different electron paths. On path 7, an electron that enters the crystal at the source reaches the shortest path to the depression opposite the point of entry.
  • the electrons are deflected and on a path 8 deviating from the straight path, they arrive at a sink other than that exactly opposite the point of entry.
  • the effect of the perturbation on an electron can be so strong that it does not reach a depression on the other side of the crystal at all on a considerably deflected path 9.
  • the source electrode 4 on the input side does not have to be formed over the entire surface, but can also consist of several individual electrodes. Both the source electrodes and the sink electrodes can be matrix-like or application-specific, e.g. for coding purposes.
  • the impurities 6 in the crystal can be of different types, for example faults present in the crystal lattice, such as impurity atoms, lattice construction errors, or changes in the crystal lattice caused by external influences, such as mechanical or acoustic vibrations etc., e.g. the transitions from vibration nodes to vibrating material.
  • the crystal can be used as a sensor for disturbances due to external influences.
  • This is done in such a way that the deviations of a crystal with a real, individual lattice structure are compared with the scattering properties of a similar crystal, which, however, has an ideal, scatter-free inherent lattice structure and therefore serves as a standard for comparison.
  • the measurement difference between the two accordingly quantifies the individuality of the real crystal under given external conditions.
  • This measurement difference is stored as a reference for initializing this real crystal for future measurements, for example in the crystal itself if it is a semiconductor chip with storage options.
  • the stored parameters can be used in this way for subsequent measurements of crystal lattice disturbances due to external influences in order to eliminate or balance the individual crystal properties which burden the measurement result.
  • the measurement of the charge distribution at the sinks can be done in different ways.
  • the sources can be designed as capacitors or transistors etc. for a subsequent electrical scanning.
  • FIG. 2 A u f a substrate 18 of semi-insulating material is a layer of conductive material 17 is applied. A series of field effect transistors is formed in this conductive substrate, consisting of a source 10 ', a plurality of sinks 12 and a gate 16. The source 10' is provided with a source contact 11, and the sinks 12 are provided with sink contacts 13 for connection to the operating potential . The gate 16 is also provided with a gate contact 19.
  • charge carriers 14 penetrate the crystal lattice structure in the region of the conductive channel 15.
  • the individual sinks receive different characteristic potentials, which in their entirety form an evaluable and representative charge pattern across the crystal.
  • the potentials of the sinks are measured with an evaluation circuit 20 and processed to form a distribution that maps the properties of the lattice structure.
  • the crystalline substrate contains a larger number of, for example, 64 sinks instead of the three shown.
  • the individual field effect transistors can be packed and contacted very densely.
  • Ultrasonic waves that have been reflected or scattered from a specific structure carry information about this structure in the form of interference patterns. If a crystal is excited to vibrate with such ultrasonic waves, the information is transferred to the periodic changes in the lattice structure of the crystal. In other words, the temporary disturbances in the crystal are an image of the structure reflecting or backscattering the ultrasonic waves. Thus, with the crystal as a sensor, the information about the structure reflecting the ultrasonic waves is recorded directly at the field-effect transistors that are read out.
  • FIG. 3 shows the ultrasound scanning of the epithelial structure of a finger and the detection of the information contained in the backscattered or reflected ultrasound waves with the semiconductor component contained on a so-called chip card 37.
  • the finger 25 with its fingertip becomes conscious and briefly pressed on the adaptation surface 36 of the chip card 37 responsible for the biometric test.
  • FIG. 3 corresponds in part to the configuration known from DE-A-4222387, but with the essential difference that the interfering ultrasonic waves are not scanned with light or other predetermined electromagnetic waves, but rather that measuring currents in the sense of the method according to the invention and sensor crystal layer 28 arranged in the device according to the invention, these measuring currents are initially excited to electromagnetic vibrations due to the periodic arrangement of the atomic trunks and their charge potentials in the crystal lattice, and are also temporarily deflected and scattered due to the additional physical measurement variables currently acting on the sensor crystal layer 28.
  • Ultrasonic waves 24 are generated by the ultrasonic transducer 23 and through a device body and an adjacent adapter plate 37 'provided with a sensor crystal layer 28, which can also be designed as a chip card Epithelial structure 26 in the finger 25 sent as a biometric test specimen.
  • the backscattered ultrasound waves 27 pass through the adapter plate 37 ', optionally in the form of a chip card, into the sensor crystal layer 28 and are detected there in the manner described.
  • the sensor crystal layer 28 is shown separately next to the device body 22 in FIG. 3.
  • a current is introduced into the sensor crystal layer 28 from a controlled current source 10
  • the sinks 29 are connected to a measuring and amplifying unit 30 for the lower charges, which in turn is connected to an interface 31 for the measurement value acquisition. From there, the measured value information is sent to evaluation electronics 32 and from its output to a crypto processor 33 for data coding and an interface module 34 for networking.
  • the evaluation circuit also contains an ultrasound transmitter 35, which is connected to the ultrasound transducer 23 and controls its radiation.
  • this arrangement is preferably divided into a stationary and a mobile functional unit, the stationary functional unit containing the control electronics for the ultrasound generation and the ultrasound transducer and the device body, while the evaluation electronics and the adapter plate with the sensor crystal are in the mobile functional part, eg the chip of a chip card or smart card.
  • the stationary functional unit containing the control electronics for the ultrasound generation and the ultrasound transducer and the device body, while the evaluation electronics and the adapter plate with the sensor crystal are in the mobile functional part, eg the chip of a chip card or smart card.
  • Such arrangements are required, for example, for systems for biometrically supported person identification or verification in connection with the authentication of the chip of the corresponding chip card as its legitimation.
  • the devices shown in Figs. 4-6 are various variations of other embodiments of smart card readers in which the present invention is used. With these devices, as I said, for the first time a physical verification, ie authentication of chip cards, is possible, which meets all requirements regarding security against counterfeiting and misuse and data protection.
  • Smart cards the chip of which is equipped with a microprocessor system, have recently been called "smart cards" internationally. Due to the existing, high manipulative threat potential against smart cards, this area is likely to become a main area of application for the technology according to the invention. Further areas of application are personal computers, e.g. Enter keys or the PC mouce, cell phones, keys for locking systems, automobiles, keys for TV sets and much more.
  • a station in which a transaction for example a cash withdrawal, is carried out by means of a chip card 37
  • an ultrasound transmitter 23 below the card support surface 22 which emits ultrasound waves 24 upwards.
  • the ultrasound waves penetrate the card and a finger passed over the card (finger scan) or a finger 25 resting on the card, which the cardholder places on a predetermined area on the card located in the station.
  • Ultrasound is reflected or backscattered on the epithelium structure 26 in the epidernis of the fingertip of the finger 25.
  • the backscattered wave component arrives again in the chip card 37 and there to the chip with the sensor crystal layer 28 arranged in the card.
  • the chip of a chip card 37 is one of the chips usually used in chip cards with the functions required for the intended transactions, which is additionally provided with the sensors in the form of a matrix of field effect transistors required for the ultrasound detection of the method according to the invention.
  • the sensors in the form of a matrix of field effect transistors required for the ultrasound detection of the method according to the invention.
  • a number of unused transistors on the common chips that can be used for the present purpose. Otherwise, a commercially available chip would have to be slightly modified in order to implement a suitable transistor matrix.
  • FIG. 8 A correspondingly modified chip is shown in FIG. 8.
  • the unchanged application-specific circuit 43 is located on a conventional semiconductor chip 42.
  • the receiving sensors 44 for ultrasound and the evaluation circuit elements 45 for processing the recorded information are arranged in the edge region of the chip that is not required for this purpose.
  • switching elements 46 are provided for the position and clock frequency detection.
  • the sensors in the chip detect the characteristic parameters of the backscattered ultrasound waves in the manner already described, which are combined in the chip to form a clear pattern that is representative of the individual epithelial structure and are compared with a stored pattern. If the two patterns are identical, the card user is clearly identified as the authorized owner. Only in this case does the chip release its functions for interaction with the station via a secure interface 34.
  • the required electronic functions, which must run in the circuit on the chip, in order to obtain the recognition pattern from the detection signals, which must be compared with a stored pattern in order to enable the functions to be identified, are the task of the chip design and can be determined by the relevant specialist can be easily realized in different ways. A detailed description of the circuit can therefore be omitted here.
  • FIG. 4 shows the ultrasound scanning of the epithelium structure 26 in the fingertip of the epidernis of the test specimen 25 and the detection of the information contained in the reflected ultrasound waves on the basis of a test arrangement designed as a scanner, over which the finger 25 must be moved in a predetermined direction 40 for testing.
  • reception sensors on the chip integrated in the card, they can, as shown in FIG. 5, also be arranged in the station, possibly also as part of a microprocessor chip.
  • the pattern required to identify the user is then compared with a pattern stored on the card chip and transmitted to the station via the interface when in use.
  • the ultrasound transmitter in the station, it can also be arranged on the card, as shown in FIGS. 6 and 7.
  • the sensor arrangement is also integrated in the card chip, while in the arrangement shown in FIG. 7 the sensor part is located in the station.
  • the authorization check for chip cards in which it is important to verify that the respective user of the card is also its authorized holder, who then has access to the functions at any station, access to only one is possible with an electronic key only or only to a certain limited number of protected areas.
  • a chip built into the key enables or creates the key function or the combination that matches the lock. The lock can only be opened with this key, which has been made suitable by the authorization determined.
  • FIG. 9 there is a chip 49 with the stored locking code (crypto chip) and an integrated ultrasound receiver 50 on a key card 48.
  • an ultrasound transmitter 51 is arranged on the card.
  • the ultrasound transmitter 51 is not on the card 48 but in the station 52.

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Abstract

Zur Erfassung von Merkmalen der Raumstruktur eines elektrisch leitenden Kristalls (1), insbesondere eines Halbleiters, wird dem Kristall ein Messstrom zugeführt und an einer vom Stromeingang (4) verschiedenen Stelle (3) des Kristalls eine Messung der Ladungsverteilung durchgeführt. Aus der Beziehung zwischen der gemessenen Ladungsverteilung und einer Standardverteilung werden Informationen über die Raumstrukturmerkmale gewonnen. Dabei kann zur Erzeugung einer definierten zeitlichen Veränderung der Raumstruktur der Kristall einer akustischen Schwingung, insbesondere dem Einfluss von Ultraschallwellen (24), ausgesetzt werden, die gemessen wird. Eine hierfür geeignete Vorrichtung besteht aus einer elektrisch leitenden Kristallstruktur (1) mit Quellenelektroden (4) zur Einleitung eines Stroms in den Kristall, Senkenelektroden (3) zur Entnahme eines Stroms aus dem Kristall und elektronischen Auswertungsschaltungen (20) zur Gewinnung von Informationen über die Raumstruktur des Kristalls aus dem gemessenen Strom.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von Merkmalen der Raumstruktur eines Kristalls
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Merkmalen der Raumstruktur eines elektrisch leitenden Kristalls, insbesondere eines Halbleiters, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Strukturmerkmale von Kristallgittern können auf verschie- dene Weise untersucht und erfasst werden. Eine naheliegende Methode ist das direkte "Anschauen" der Struktur, d.h. die Untersuchung mit dem Elektronenmikroskop. Eine andere bekannte Methode ist die Röntgenstrukturanalyse . Für alle bekannten Methoden werden sehr aufwendige und damit teure Apparaturen benötigt, die nur dann wirklich gerechtfertigt sind, wenn komplexe Untersuchungen vorgenommen werden müssen.
Es ist aber für bestimmte Anwendungen nicht nötig, eine Raumstruktur in allen Einzelheiten zu untersuchen. Die Erfassung einiger bestimmter Merkmale der Struktur kann bereits ausreichen, um eindeutige Informationen über die Kristallstruktur zu erhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem in sehr einfacher Weise und ohne aufwendige Apparatur Merkmale von Kristallstrukturen erfasst werden können.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass dem Kristall ein Messstrom zugeführt wird und an einer vom Stromeinσang verschiedenen Stelle des Kristalls eine Messung der Ladungsverteilung durchgeführt wird und aus der
BESTÄTieilNGSKOPIE Beziehung zwischen der gemessenen Ladungsverteilung und einer Standardverteilung Informationen über die Raumstruktur gewonnen werden.
Im folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Erfindungsprinzips; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer praktischen Anwendung der Erfindung; Fig. 4 eine Alternative zur Ausführungsform gemäss
Fig. 3 Fig. 5 bis 7 weitere Alternativen zu Fig. 4; Fig. 8 einen für den erfindungsgemässen Einsatz modifizierten Chip und Fig. 9 und 10 Ausführungen von Schlüssel-Chipkarten-Versionen.
Fig. 1 zeigt einen Kristall 1, der schematisch einen Ausschnitt aus einer Halbleiterschicht darstellt, wie sie beispielsweise in Halbleiterbauelementen als sogenannte
Chips vorkommen. Die Unterseite des Kristalls ist mit einzelnen elektrisch getrennten Elektroden 3 versehen, die als Stromausgänge oder Senken geschaltet sind. Auf der Oberseite ist eine vollflächige Elektrode 4 angeordnet, die als Stromeingang oder Quelle dient.
Der Stromfluss im Kristall erfolgt bekanntlich so, dass Elektronen 5 von der Elektrode 4 durch den Kristall zu den Senken 3 wandern. Auf diesem Weg können sie in der Gitter- Struktur des Kristalls mehr oder weniger abgelenkt werden. Die Pfeile 7-9 zeigen unterschiedliche Elektronenwege. Auf dem Weg 7 gelangt ein Elektron, das bei der Quelle in den Kristall eintritt, auf dem kürzesten Weg zu der dem Ein- trittsort gegenüberliegenden Senke.
An Störstellen 6 im Kristall, die zu Änderungen der Raumladungen führen, werden die Elektronen abgelenkt und gelangen auf einer vom geraden Weg abweichenden Bahn 8 zu einer anderen, als der dem Eintrittsort genau gegenüberliegenden Senke. In einem anderen Fall kann die Einwirkung der Störung auf ein Elektron so stark sein, dass es auf einer erheblich abgelenkten Bahn 9 überhaupt nicht zu einer Senke auf der anderen Seite des Kristalls gelangt.
Die eingangsseitige Quellenelektrode 4 muss nicht vollflächig ausgebildet sein, sondern kann ebenfalls aus mehreren einzelnen Elektroden bestehen. Sowohl die Quellenelektroden, wie auch die Senkenelektroden, können matrixartig oder aber applikationsspezifisch, z.B. zu Codierungszwecken, variiert angeordnet sein.
Die Störstellen 6 im Kristall können unterschiedlicher Natur sein, beispielsweise im Kristallgitter vorhandene Stö- rungen, wie Verunreinigungsatome, Gitterbaufehler, oder durch äussere Einflüsse, wie mechanische bzw. akustische Schwingungen etc. bewirkte Veränderungen des Kristallgitters, z.B. die Übergänge von Schwingungsknoten zu schwingendem Material.
Die Verteilung der an den Senken 3 ankommenden Ladungsträger (Elektronen) 5 ist somit ein Abbild der Kristallstruktur. In einem idealen Kristall ohne Störungen wäre die Verteilung der Ladungsträger präzis gleichmässig. Jede Abweichung stellt einen Hinweis auf eine Störung dar. Aufgrund von Erfahrungswerten können aus der Art der Abweichung Rückschlüsse auf die Art der Störung gewonnen werden.
Vor allem ist es möglich, die Abweichungen aufgrund von manifesten Gitterstörungen zu kompensieren, um so den Kristall als Sensor für Störungen durch äussere Einflüsse nutzbar zu machen. Dies erfolgt so, dass die Abweichungen eines Kristalls mit realer, individueller Gitterstruktur mit den Streueigenschaften eines gleichartigen Kristalls verglichen werden, der aber eine ideale, streuungsfreie inhärente Gitterstruktur besitzt und deshalb als Vergleichsnormal dient. Die Messdifferenz zwischen beiden beziffert dementsprechend die Individualität des realen Kristalls unter gegebenen äusseren Bedingungen.
Diese Messdifferenz wird als Referenz zur Initialisierung dieses realen Kristalls für künftige Messungen gespeichert, beispielsweise im Kristall selbst, wenn es sich um einen Halbleiterchip mit Speichermöglichkeiten handelt. Alternativ können auf diese Weise bei anschliessenden Messungen von Kristallgitterstörungen durch äussere Einwirkungen die gespeicherten Parameter dazu benutzt werden, um die das Messergebnis belastenden individuellen Kristalleigenschaften zu eliminieren bzw. auszutarieren.
Die Messung der Ladungsverteilung an den Senken kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Die Quellen können als Kondensatoren oder Transistoren usw. für eine nachgeschaltete elektrische Abtastung ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt ist ihre Ausbildung als Feldeffekttransistoren, die bereits eine Signalvorverstärkung bewirken. Diese bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 2 gezeigt. Auf einem Träger 18 aus halbisolierendem Material ist eine Schicht 17 aus leitendem Material aufgebracht. In diesem leitenden Substrat ist eine Reihe von Feldeffekttransistoren ausgebildet, bestehend aus einer Quelle 10' , mehreren Senken 12 und einem Gate 16. Die Quelle 10' ist mit einem Quellenkontakt 11, und die Senken 12 sind mit Senkenkontakten 13 zum Anschluss an das Betriebspotential versehen. Ebenso ist das Gate 16 mit einem Gatekontakt 19 versehen.
Wenn die Quelle 10' und die Senken 12 an das Betriebspotential angeschlossen sind, durchdringen Ladungsträger 14 die Kristallgitterstruktur im Bereich des leitenden Kanals 15. Durch Ablenkung bzw. Streuung der Ladungsträger an den Phänomenen des realen Kristallgitters und seinen verschiedenen eingelagerten Störstellen erhalten die einzelnen Senken unterschiedliche charakteristische Potentiale, die in ihrer Gesamtheit ein auswertbares und repräsentatives Ladungsbild über den Kristall bilden. Mit einer Auswert- Schaltung 20 werden die Potentiale der Senken gemessen und zu einer die Eigenschaften der Gitterstruktur abbildenden Verteilung verarbeitet.
In der konkreten Ausführung enthält das kristalline Sub- strat statt der dargestellten drei eine grössere Anzahl von beispielsweise 64 Senken. Die einzelnen Feldeffekttransistoren können sehr dicht gepackt und kontaktiert werden.
Wie bereits erwähnt, können mit dem vorstehend beschrie- benen Verfahren sowohl inhärente Strukturmerkmale eines Kristalls als auch Strukturveränderungen aufgrund von äusseren Einflüssen erfasst werden. Eine Form äusserer Einflüsse, die die Struktur des Kristalls temporär verändern, besteht beispielsweise darin, den Kristall mit Ultraschallwellen zu beaufschlagen. Es ist bekannt, dass Kristalle durch Ultraschalleinwirkung zu mechanischen Schwingungen angeregt werden. Dies ist nichts anderes als periodische Veränderungen der räumlichen Gitterstruktur. Diese Änderungen entsprechen Störungen mit den bereits beschriebenen Wirkungen auf die Ladungsverteilung der durch den Kristall fliessenden Ströme bzw. auf die Steuerung von Feldeffekttransistoren. Damit kann ein Kristall als Sensor für Ultraschallwellen eingesetzt werden. Die Auswertung erfolgt analog zu dem, was bereits für die Erfassung von Strukturmerkmalen gesagt wurde.
Ultraschallwellen, die an einer bestimmten Struktur reflektiert oder gestreut wurden, tragen Information über diese Struktur in Form von Interferenzmustern. Wird mit solchen Ultraschallwellen ein Kristall zu Schwingungen angeregt, so wird die Information auf die periodischen Veränderungen der Gitterstruktur des Kristalls übertragen. Mit anderen Worten sind die temporären Störungen im Kristall ein Abbild der die Ultraschallwellen reflektierenden oder rückstreuenden Struktur. Somit wird mit dem Kristall als Sensor direkt an den auslesenden Feldeffekttransistoren die Information über die die Ultraschallwellen reflektierende Struktur erfasst.
Dies ist von besonderer Bedeutung für den Einsatz von Halbleiterkristallen in Form von Chips zur direkten Erfassung von Strukturen, die mit Ultraschall abgetastet werden. Fig. 3 zeigt die Ultraschallabtastung der Epithelstruktur eines Fingers und die Erfassung der in den rückgestreuten bzw. reflektierten Ultraschallwellen enthaltenen Information mit dem auf einer sogenannten Chipkarte 37 enthaltenen Halbleiterbauelement. Im Fall des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 wird der Finger 25 mit seiner Fingerbeere bewusst und kurz- zeitig auf die für die biometrische Prüfung zuständige Adaptionsfläche 36 der Chipkarte 37 gedrückt.
Die Abtastung der Epithelstruktur 26 in der Epidernis der Fingerbeere zu Verifikations- bzw. Identifikationszwecken von Personen ist in DE-A-4222387 beschrieben. Allerdings ist das dort beschriebene System nur in ganz bestimmten Konfigurationen einsetzbar und für eine Reihe der wichtigsten Anwendungen, besonders für die Verifikation von Chipkarten, zu optionieren.
In Kombination mit der vorliegenden Erfindung ist nun erstmals auch eine Verifikation von Chipkarten möglich, die allen Anforderungen der Fälschungs- und Missbrauchssicher- heit und des Datenschutzes genügt.
Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung entspricht teilweise der aus DE-A-4222387 bekannten Konfiguration, allerdings mit dem wesentlichen Unterschied, dass keine Abtastung der interferierenden Ultraschallwellen mit Licht oder anderen vorgegebenen elektromagnetischen Wellen erfolgt, sondern dass Messströme eine im Sinn des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Vorrichtung angeordnete Sensorkristallschicht 28 durchfHessen müssen, wobei diese Messströrae zunächst aufgrund der periodischen Anordnung der Atomrümpfe und ihrer Ladungspotentiale im Kristallgitter zu elektromagnetischen Schwingungen angeregt werden und aus- serdem aufgrund der zusätzlich aktuell auf die Sensorkristallschicht 28 einwirkenden physischen Messgrössen temporär abgelenkt und gestreut werden. Ultraschallwellen 24 werden vom Ultraschallwandler 23 erzeugt und durch einen Vorrichtungskörper und eine angrenzende, mit einer Sensorkristallschicht 28 versehenen Adapterplatte 37', welche auch als Chipkarte ausgeführt sein kann, hindurch zur Epithelstruktur 26 im Finger 25 als biometrischer Prüfling geschickt. Die zurückgestreuten Ultraschallwellen 27 gelangen durch die Adapterplatte 37', gegebenenfalls als Chipkarte ausgeführt, in die Sensorkristallschicht 28 und werden dort in der beschriebenen Weise erfasst.
Zur besseren Darstellung ist in Fig. 3 die Sensorkristallschicht 28 neben dem Vorrichtungskörper 22 nochmals separat dargestellt. Von einer gesteuerten Stromquelle 10 wird ein Strom in die Sensorkristallschicht 28 eingeleitet, deren
Verteilung an einer Senkenanordnung 29 detektiert wird. Die Senken 29 sind mit einer die Messstellen abtastenden Mess- und Verstärkereinheit 30 für die Senkladungen verbunden, die wiederum mit einer Schnittstelle 31 für die Messwert- erfassung verbunden ist. Von dort gelangt die Messwertinformation zu einer Auswertelektronik 32 und von deren Ausgang gegebenenfalls zu einem Crypto-Prozessor 33 zur Datenkodierung und einem Schnittstellenmodul 34 zur Vernetzung. Die Auswertschaltung enthält weiterhin einen Ultraschallsender 35, der mit dem Ultraschallwandler 23 verbunden ist und dessen Abstrahlung steuert.
In einer praktischen Anwendung ist diese Anordnung vorzugsweise aufgeteilt in eine stationäre und eine mobile Funk- tionseinheit, wobei die stationäre Funktionseinheit die Steuerelektronik für die Ultraschallerzeugung und den Ultraschallwandler sowie den Vorrichtungskörper enthält, während sich die Auswertelektronik und die Adapterplatte mit dem Sensorkritall im mobilen Funktionsteil, z.B. dem Chip einer Chipkarte oder Smart Card, befinden. Solche Anordnungen werden beispielsweise für Systeme zur biometrisch gestützten Personenidentifikation bzw. -Verifikation im Verbund mit der Authentifizierung des Chips der entsprechenden Chipkarte als deren Legimitation benötigt. Die in den Fig. 4-6 gezeigten Vorrichtungen sind verschiedene Variationen von weiteren Ausführungsformen von Chipkartenlesern , in denen die vorliegende Erfindung eingesetzt ist. Mit diesen Vorrichtungen ist, wie gesagt, erstmals auch eine physische Verifikation, d.h. Authentifizierung von Chipkarten möglich, die allen Anforderungen an die Fälschungs- und Missbrauchsicherheit und des Datenschutzes genügt.
Chipkarten, deren Chip mit einem Mikroprozesorsystem bestückt ist, werden neuerdings und international "Smart Cards" genannt. Aufgrund des existenten, hohen manipulatorischen Bedrohungspotentials gegen Smart Cards dürfte dieser Bereich ein Hauptanwendungsgebiet für die erfin- dungsgemässe Technologie werden. Weitere Anwendungsgebiete werden Personal Computers, z.B. Entertasten bzw. die PC- Mouce, Handys, Schlüssel für Schliesssysteme, Automobile, Tasten für Fernsehgeräte und vieles mehr sein.
In einer Station, in der mittels einer Chipkarte 37 eine Transaktion, beispielsweise eine Geldabhebung vorgenommen wird, befindet sich unterhalb der Kartenauflageflache 22 ein Ultraschallsender 23, der Ultraschallwellen 24 nach oben abstrahlt. Die Ultraschallwellen durchdringen die Karte und einen über die Karte geführten Finger (Fingerscan) oder einen auf der Karte aufliegenden Finger 25, den der Kartenbesitzer auf eine vorgezeichnete Fläche auf der in der Station befindlichen Karte legt. An der Epithel- Struktur 26 in der Epidernis der Fingerbeere des Fingers 25 wird Ultraschall reflektiert bzw. rückgestreut. Der rückgestreute Wellenanteil gelangt wieder in die Chipkarte 37 und dort zu dem in der Karte angeordneten Chip mit der Sensorkristallschicht 28. Bei dem Chip einer Chipkarte 37 handelt es sich um einen der üblicherweise in Chipkarten verwendeten Chips mit den für die vorgesehenen Transaktionen erforderlichen Funk- tionen, der zusätzlich mit den für die Ultraschallerfassung des erfindungsgemässen Verfahrens erforderlichen Sensoren in Form einer Matrix von Feldeffekttransistoren versehen ist. Normalerweise ist auf den gängigen Chips eine Zahl von ungenutzten Transistoren vorhanden, die für den vorliegen- den Zweck eingesetzt werden können. Andernfalls müsste ein handelsüblicher Chip geringfügig modifiziert werden, um eine geeignete Transistorenmatrix zu verwirklichen.
Ein entsprechend modifizierter Chip ist in Fig. 8 gezeigt. Auf einem üblichen Halbleiterchip 42 befindet sich die unveränderte applikationsspezifische Schaltung 43. In dem dafür nicht benötigten Randbereich des Chips sind die Empfangssensoren 44 für Ultraschall und die Auswertschal- tungsele ente 45 für die Verarbeitung der erfassten Infor- mationen angeordnet. Zusätzlich sind Schaltelemente 46 für die Positions- und Taktfrequenzerfassung vorgesehen. Durch die Anwendung des Scan-Prinzips wird aktive, kostenverursachende Siliziumfläche eingespart.
Die Sensoren im Chip erfassen in der bereits beschriebenen Weise die charakteristischen Parameter der rückgestreuten Ultraschallwellen, die im Chip zu einem eindeutigen Muster, das für die individuelle Epithelstruktur repräsentativ ist, zusammengefügt und mit einem gespeicherten Muster vergli- chen werden. Wenn die beiden Muster identisch sind, ist der Kartenbenutzer eindeutig als berechtigter Besitzer identifiziert. Der Chip gibt nur in diesem Fall seine Funktionen für die Interaktion mit der Station über eine sichere Schnittstelle 34 frei. Die erforderlichen elektronischen Funktionen, die in der auf dem Chip befindlichen Schaltung ablaufen müssen, um aus den Erfassungssignalen das Erkennungsmuster zu gewinnen, welches mit einem gespeicherten Muster verglichen werden muss, um bei Identität die Funktionen freizugeben, sind Aufgabe der Chip-Auslegung und können vom einschlägigen Fachmann ohne weiteres auf unterschiedliche Art verwirklicht werden. Auf eine detaillierte Beschreibung der Schaltung kann deshalb hier verzichtet werden.
Fig. 4 zeigt die Ultraschallabtastung der Epithelstruktur 26 in der Fingerbeere der Epidernis des Prüflings 25 und die Erfassung der in den reflektierten Ultraschallwellen enthaltenen Information anhand einer als Scanner gestalteten Prüfanordnung über die der Finger 25 zum Prüfen in einer vorgegebenen Richtung 40 gleitend bewegt werden muss.
Anstatt die Empfangssensoren auf dem in die Karte inte- grierten Chip anzuordnen, können diese, wie in Fig. 5 gezeigt, auch in der Station, gegebenenfalls auch als Teil eines Mikroprozessor-Chips, angeordnet werden. Das zur Identifizierung des Benutzers erforderliche Muster wird dann mit einem auf dem Karten-Chip gespeicherten und bei Benutzung über die Schnittstelle in die Station übertragenen Muster verglichen.
Anstatt den Ultraschallsender in der Station anzuordnen, kann dieser auch, wie in Fig. 6 und 7 gezeigt, auf der Karte angeordnet sein. Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ist auch die Sensorenanordnung in den Karten- Chip integriert, während bei der in Fig. 7 gezeigten Anordnung sich der Sensorenteil in der Station befindet. Im Gegensatz zu der Berechtigungsprüfung bei Chipkarten, bei der es darauf ankommt zu verifizieren, dass der jeweilige Benutzer der Karte auch deren berechtigter Inhaber ist, der dann an jeder beliebigen Station Zugriff auf die Funktionen erhält, wird bei einem elektronischen Schlüssel der Zugang nur zu einem einzigen oder nur zu einer bestimmten begrenzten Zahl von geschützten Bereichen ermöglicht. Gleichzeitig mit der Feststellung der Berechtigung gibt ein im Schlüssel eingebauter Chip die Schlüsselfunk- tion oder die zum Schloss passende Kombination frei oder erstellt diese. Erst mit diesem durch die festgestellte Berechtigung passend gemachten Schlüssel kann das Schloss geöffnet werden.
In der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform befindet sich ein Chip 49 mit dem gespeicherten Schliesscode (Crypto- Chip) und einem integrierten Ultraschallempfänger 50 auf einer Schlüsselkarte 48. Gleichzeitig ist auf der Karte ein Ultraschallsender 51 angeordnet. Wenn die Karte 48 in eine Station 52, beispielsweise ein Schloss, eingeführt wird, erfolgt die Öffnung, wenn die auf dem Crypto-Chip 49 gespeicherte Information durch Vergleich mit der in einem komplementären Crypto-Chip 53 im Schloss gespeicherten Information übereinstimmt.
Bei der in Fig. 10 gezeigten Variante befindet sich der Ultraschallsender 51 nicht auf der Karte 48, sondern in der Station 52.
Somit werden in Fig. 9 und 10 die physische Authentizität von beispielsweise einer Schlüsselkarte 48 geprüft. In diesen Beispielen wird bewusst auf die biometrische Autho- risationskontrolle (Identifikation bzw. Verifikation) verzichtet . Diese Prüfungen, wie auch die vorgenannten biometrischen Prüfungen, und die Kombination beider Methoden sind dynamischer Natur. Sie erfassen bei jeweils gegebener, even- tuell breitbandiger, möglicherweise auch wechselnd fre- quenter Schwingungsanregung mittels Ultraschalleinwirkung, das Schwingungsverhalten des Prüflings Finger oder des Chips einer Chipkarte oder beider zusammen oder aber auch das der Prüfungsanordnung alleine bzw. mehrerer Komponenten zusammen anhand der jeweils charakteristischen Spektrenbildung im entsprechenden Kristall. Die kohärenten Ultraschallwellen lassen dabei Interferenzbildung im Sinne von Datenvorverarbeitung zu. Hohe Erkennungssicherheit, relativ kostengünstige Bauweise und Produzierbarkeit markieren im weiteren die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Vorrichtungen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erfassung von Merkmalen der Raumstruktur eines elektrisch leitenden Kristalls, insbesondere eines Halbleiters, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kristall ein Messstrom zugeführt wird und an einer vom Stromeingang verschiedenen Stelle des Kristalls eine Messung der Ladungsverteilung durchgeführt wird und aus der Beziehung zwischen der gemessenen Ladungsverteilung und einer Standardverteilung Informationen über die Raumstrukturmerkmale gewonnen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass zeitliche Veränderungen der Raumstruktur gemessen und zu der Standardverteilung einer sich zeitlich nicht verändernden Raumstruktur in Beziehung gesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass Störungen einer definierten zeitlichen Veränderung der Raumstruktur gemessen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer definierten zeitlichen Verän- derung der Raumstruktur der Kristall einer akustischen Schwingung ausgesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristall dem Einfluss von Ultraschallwellen ausgesetzt wird, die seiner Raumstruktur eine zeitliche Veränderung überlagern.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwellen durch eine individuelle reflektierende Struktur moduliert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Struktur relativ zur Ausbreitungsrichtung des Ultraschalls bewegt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- net dass die Ultraschallwellen im Kristall erzeugt werden.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 - 8, gekennzeichnet durch eine elektrisch leitende Kristallstruktur bzw. Halbleiterkristallstruktur mit Quellenelektroden zur Einleitung eines Stroms in den Kristall, Senkenelektroden zur Entnahme eines Stroms aus dem Kristall und elektronischen Auswertungschaltungen zur Gewinnung von Informationen über die Raumstruktur des Kristalls aus dem gemessenen Strom.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002037402A1 (de) * 2000-11-03 2002-05-10 Stockburger, Andreas Verfahren und vorrichtung zur identifikation von prüfobjekten
DE10111805A1 (de) * 2001-03-12 2002-09-26 Infineon Technologies Ag Authentisierungsmedium

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1011134A (en) * 1962-01-17 1965-11-24 Philips Electronic Associated Testing semiconductor bodies for inherent mechanical faults
US3611125A (en) * 1969-06-04 1971-10-05 Sylvania Electric Prod Apparatus for measuring electrical resistance
US4429413A (en) * 1981-07-30 1984-01-31 Siemens Corporation Fingerprint sensor
DE3610397A1 (de) * 1986-03-27 1987-10-01 Storck Wolfgang Verfahren zum erkennen eines fingerabdruckes
DE4222387C2 (de) * 1992-07-08 1994-06-30 Stockburger H Verfahren und Vorrichtung zur Identifikation der jeweiligen Raumstruktur eines Prüfobjektes
DE4334080C2 (de) * 1993-10-06 1996-05-02 Telefunken Microelectron Piezoresistive Sensorstruktur

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0036406A1 *

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