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CN111951662A - 一种基于结构单元尺寸差异的物理型信息隐藏结构及其制备方法 - Google Patents

一种基于结构单元尺寸差异的物理型信息隐藏结构及其制备方法 Download PDF

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CN111951662A CN202010496000.0A CN202010496000A CN111951662A CN 111951662 A CN111951662 A CN 111951662A CN 202010496000 A CN202010496000 A CN 202010496000A CN 111951662 A CN111951662 A CN 111951662A
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Abstract

本发明公开了一种基于结构单元尺寸差异的物理型信息隐藏结构及其制备方法，所述物理型信息隐藏结构包括从下到上层叠设置的衬底和金属反射层，所述金属反射层上设有若干结构单元，所述结构单元包括设置在金属反射层上的介质层和覆盖所述介质层上表面的金属颗粒半连续膜；所述结构单元包括隐藏信息单元和邻近单元，所述隐藏信息单元与邻近单元的特征尺寸之差的绝对值为0～20nm，特征尺寸之差的绝对值不为0。在普通光源下，本发明的物理型信息隐藏结构的隐藏信息单元和邻近单元呈现出相近的颜色，具有更高的隐秘性和安全性；而且，结构单元的特征尺寸小于400nm，在空间上具有很高的信息容量，隐藏信息容量大，应用前景广阔。

Description

一种基于结构单元尺寸差异的物理型信息隐藏结构及其制备 方法
技术领域
本发明涉及信息隐藏技术领域，更具体地，涉及一种基于结构单元尺寸差异的物理型信息隐藏结构及其制备方法。
背景技术
物理型信息隐藏技术是指利用物理方法对信息进行隐藏的技术，包括了隐形墨水技术和微点技术(microdot)等，被广泛地应用于防伪、产权保护和秘密通讯等领域，例如在钱币中加入隐藏的防伪信息以提高安全性，以及在汽车零部件中加入隐藏的产权信息以防治车辆失窃。
但是，现有的物理型信息隐藏技术隐藏的信息容量小，且用于私密信息隐藏时安全性低，需要开发出隐藏信息容量大、安全性高的物理型信息隐藏结构。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的隐藏信息容量小、安全性低的缺陷，提供一种基于结构单元尺寸差异的物理型信息隐藏结构，提供的物理型信息隐藏结构的隐藏信息容量大、安全性高，应用前景广阔。
本发明的另一目的在于提供上述物理型信息隐藏结构的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于结构单元尺寸差异的物理型信息隐藏结构，包括从下到上层叠设置的衬底和金属反射层，所述金属反射层上设有若干结构单元，所述结构单元包括设置在金属反射层上的介质层和覆盖所述介质层上表面的金属颗粒半连续膜；每一个所述结构单元设有一个沿垂直于金属反射层的方向贯穿介质层和金属颗粒半连续膜的孔洞；定义所述孔洞的孔径为孔洞所属结构单元的特征尺寸；任意两个相邻的结构单元的孔洞的中心的距离大于其中任意一个所述结构单元的特征尺寸，且小于400nm；任意两个所述结构单元的形状相同；
所述结构单元包括隐藏信息单元和邻近单元，所述隐藏信息单元与邻近单元的特征尺寸之差的绝对值为0～20nm，特征尺寸之差的绝对值不为0。
优选地，所述结构单元还包括用于形成伪装信息的伪装单元，所述伪装单元与隐藏信息单元的特征尺寸之差的绝对值大于20nm。
原理：
金属反射层上的隐藏信息单元、邻近单元和伪装单元构成图案。普通光源下，隐藏信息单元和邻近单元呈现出相近的颜色，用肉眼和显微镜都无法直接探测到隐藏的信息，只呈现出伪装单元构成的图案(即伪装单元形成的伪装信息)。如果没有伪装单元，则不会呈现图案。
在具有合适中心波长的窄带光源或单色光源下，隐藏信息单元和邻近单元呈现出亮度差异，可通过肉眼或相机观察到隐藏信息单元构成的图案(即隐藏信息单元形成的隐藏信息)。
可见，在普通光源下，本发明的物理型信息隐藏结构的隐藏信息单元和邻近单元呈现出相近的颜色，用肉眼和显微镜都无法直接探测到隐藏的信息，具有更高的隐秘性和安全性。隐藏信息只能在特定的合适中心波长的窄带光源或单色光源下才能提取。而且，结构单元的特征尺寸小于400nm，在空间上具有很高的信息容量，所以上述物理型信息隐藏结构具有较大的隐藏信息容量。
本申请中，隐藏信息单元是指带隐藏信息的结构单元；邻近单元是指不带隐藏信息的结构单元，且在普通光源下，与隐藏信息单元的颜色相近。
所述衬底可采用本领域中常规的表面平整的衬底。
优选地，所述衬底为硅片或玻璃片。
所述金属反射层可采用通常情况下银白色的金属材料制备。
优选地，所述金属反射层由铝或银制备得到。
优选地，所述金属反射层的厚度大于40nm。
优选地，所述介质层为固化电子胶。所述固化电子胶的电子胶可以为ZEP电子胶、ARP电子胶或PMMA电子胶。优选地，所述介质层的厚度为150～1200nm。
所述金属颗粒半连续膜可由对可见光存在吸收的、常温下为固态的金属制备得到。
优选地，所述金属颗粒半连续膜由铝、银、金或镍制备得到。
优选地，所述结构单元在金属反射层上紧密排布。
优选地，任意两个相邻的所述结构单元的介质层相互连接形成一体。
优选地，任意两个相邻的所述结构单元的金属颗粒半连续膜相互连接形成一体。
优选地，所述金属反射层上的所有结构单元中的介质层一体化制备。
优选地，所述金属反射层上的所有结构单元中的金属颗粒半连续膜一体化制备。
本发明还保护上述物理型信息隐藏结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1.清洗衬底；
S2.制备金属反射层：在衬底上通过热蒸发设备、电子束蒸发设备或溅射仪制备金属反射层；
S3.旋涂电子束胶：在金属反射层上旋涂电子束胶；
S4.制作版图：利用制图软件制作出带有需要隐藏信息的用于电子束刻蚀的版图；
S5.电子束刻蚀与显影：通过电子束刻蚀设备，在旋涂了电子束胶的金属反射层上曝光出步骤S4的版图的图案，然后通过显影剂进行显影，得到显影后的基片；
S6.溅射金属颗粒半连续膜：在显影后的基片表面溅射金属颗粒半连续膜，得到所述物理型信息隐藏结构。
具体地，步骤S1为，采用丙酮将衬底浸没，整体置于超声清洗机中超声清洗5～10分钟，接着将丙酮换成异丙醇后再超声清洗5～10分钟，之后将异丙醇换成水再超声清洗5～10分钟，最后将硅片取出，并用氮气枪将其表面吹干。所述异丙醇可替换为乙醇。
步骤S3中电子束胶可以为ZEP电子束胶。步骤S3中电子束胶的厚度可以为150～1200nm。
步骤S4中制图软件可以为L-edit软件、Matlab软件或KLayout软件。
步骤S6中溅射通过溅射仪进行。
优选地，步骤S6中溅射的电流为3～150mA，时间为20～350s。
本发明还保护上述物理型信息隐藏结构的隐藏信息提取方法，所述隐藏信息提取方法为：利用窄带光源或单色光源照射所述物理型信息隐藏结构，提取出隐藏信息；所述窄带光源的带宽小于等于30nm；
所述单色光源的波长在带有隐藏信息的结构单元的反射谱波谷波长附近±40nm之内；
所述窄带光源的波长在带有隐藏信息的结构单元的反射谱波谷波长附近±30nm之内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在普通光源下，本发明的物理型信息隐藏结构的隐藏信息单元和邻近单元呈现出相近的颜色，用肉眼和显微镜都无法直接探测到隐藏的信息，具有更高的隐秘性和安全性，隐藏信息只能在特定的合适中心波长的窄带光源或单色光源下才能提取；而且，结构单元的特征尺寸小于400nm，在空间上具有很高的信息容量，隐藏信息容量大，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明的物理型信息隐藏结构中金属反射层、介质层和金属颗粒半连续膜的结构示意图。
图2为本发明实施例1的物理型信息隐藏结构在普通光源下呈现出伪装信息。
图3为本发明实施例1的物理型信息隐藏结构在中心波长在500nm的窄带光源(带宽10nm)下提取到隐藏信息。
图1中，从下到上，依次为金属反射层、介质层和金属颗粒半连续膜，呈三明治结构。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例中的原料均可通过市售得到；
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
本实施例提供一种基于结构单元尺寸差异的物理型信息隐藏结构，包括从下到上层叠设置的衬底和金属反射层，金属反射层上设有若干结构单元。如图1所示，结构单元包括设置在金属反射层上的介质层和覆盖所述介质层上表面的金属颗粒半连续膜；如图1所示，每一个结构单元设有一个沿垂直于金属反射层的方向贯穿介质层和金属颗粒半连续膜的孔洞。定义孔洞的孔径为孔洞所属结构单元的特征尺寸。任意两个所述结构单元的形状相同，本实施例中，孔洞的径向截面为圆。
衬底可以为硅片或玻璃片；具体地，本实施例中衬底为硅片。
金属反射层可由铝或银制备得到；具体地，本实施例中金属反射层由铝制备得到，即金属反射层为铝薄膜。
金属反射层的厚度大于40nm；具体地，本实施例中金属反射层的厚度为100nm。
介质层为固化的ZEP电子胶。介质层的厚度可以为150～1200nm；具体地，本实施例中介质层的厚度为360nm。
金属颗粒半连续膜可由铝、银、金或镍制备得到；具体地，本实施例中金属颗粒半连续膜由铝制备得到。
结构单元的特征尺寸小于400nm；具体地，本实施例中结构单元的特征尺寸小于100nm。
任意两个相邻的结构单元的孔洞的中心的距离大于其中任意一个结构单元的特征尺寸，但是小于400nm，本实施例中该中心距离为300nm。
结构单元包括隐藏信息单元和邻近单元，隐藏信息单元与邻近单元的特征尺寸之差的绝对值为0～20nm，特征尺寸之差的绝对值不为0。具体地，本实施例中，隐藏信息单元与邻近单元的特征尺寸之差的绝对值为10nm，隐藏信息单元的特征尺寸为65nm，邻近单元的特征尺寸为75nm。
本实施例中，结构单元还包括用于形成伪装信息的伪装单元，伪装单元与隐藏信息单元的特征尺寸之差的绝对值大于20nm，伪装单元的特征尺寸为190nm。
信息提取方法：利用具有合适中心波长的窄带光源或单色光源作为样品的照明光源，用人眼进行观察或用相机进行记录，提取出所隐藏的信息。
本实施例的物理型信息隐藏结构在普通光源下样品只呈现出伪装信息，如图2所示；而在将光源换为中心波长在500nm的窄带光源(带宽10nm)之后，则可以提取到隐藏信息，如图3中虚线方框中所示的二维码。
实施例2
本实施例提供实施例1的基于结构单元尺寸差异的物理型信息隐藏结构的制备方法，包括如下步骤：
S1.清洗衬底：即硅片清洗，采用丙酮将1×1cm2的硅片浸没，整体置于超声清洗机中超声清洗5分钟，接着将丙酮换成异丙醇后再超声清洗5分钟，之后将异丙醇换成水再超声清洗5分钟，最后将硅片取出，并用氮气枪将其表面吹干。
S2.制备金属反射层：即蒸镀铝薄膜，用热蒸发设备在清洗后的硅片上面蒸镀一层厚度为100nm的铝薄膜。
S3.旋涂电子束胶：用匀胶机在镀了铝的衬底上旋涂一层厚度为360nm左右的ZEP电子胶。
S4.制作版图：利用L-edit软件制作出带有需要隐藏信息的用于电子束刻蚀的版图。版图的每个单元为最小尺寸特征小于300nm的几何图形，相邻单元的中心距离为300nm，其中带有隐藏信息的单元与邻近单元相比有10nm的尺寸差别，同时将与带有隐藏信息的单元的结构尺寸差别大于20nm的单元用于形成伪装信息。带有隐藏信息的单元，是指隐藏信息单元。用于形成伪装信息的单元，是指伪装单元。
S5.电子束刻蚀与显影：通过电子束刻蚀设备，在旋涂了电子束胶的金属反射层上曝光出步骤S4的版图的图案，然后通过显影剂进行显影，得到显影后的基片。
S6.溅射金属颗粒半连续膜：将电子束刻蚀与显影后的基片放入溅射仪中，在其表面溅射出铝薄膜，溅射电流为100mA，溅射时间为30s。得到的薄膜为金属颗粒半连续膜，从而所形成的最终结构为包括金属颗粒半连续膜、带孔洞结构单元的介质层以及底部金属反射层的三明治结构，如图1所示。从而得到实施例1的物理型信息隐藏结构。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于结构单元尺寸差异的物理型信息隐藏结构，其特征在于，包括从下到上层叠设置的衬底和金属反射层，所述金属反射层上设有若干结构单元，所述结构单元包括设置在金属反射层上的介质层和覆盖所述介质层上表面的金属颗粒半连续膜；每一个所述结构单元设有一个沿垂直于金属反射层的方向贯穿介质层和金属颗粒半连续膜的孔洞；定义所述孔洞的孔径为孔洞所属结构单元的特征尺寸；任意两个相邻的结构单元的孔洞的中心的距离大于其中任意一个所述结构单元的特征尺寸，且小于400nm；任意两个所述结构单元的形状相同；
所述结构单元包括隐藏信息单元和邻近单元，所述隐藏信息单元与邻近单元的特征尺寸之差的绝对值为0～20nm，特征尺寸之差的绝对值不为0。
2.根据权利要求1所述的物理型信息隐藏结构，其特征在于，所述结构单元还包括用于形成伪装信息的伪装单元，所述伪装单元与隐藏信息单元的特征尺寸之差的绝对值大于20nm。
3.根据权利要求1所述的物理型信息隐藏结构，其特征在于，所述衬底为硅片或玻璃片。
4.根据权利要求1所述的物理型信息隐藏结构，其特征在于，所述金属反射层由铝或银制备得到。
5.根据权利要求1所述的物理型信息隐藏结构，其特征在于，所述金属反射层的厚度大于40nm。
6.根据权利要求1所述的物理型信息隐藏结构，其特征在于，所述介质层为固化电子胶。
7.根据权利要求1所述的物理型信息隐藏结构，其特征在于，所述金属颗粒半连续膜由铝、银、金或镍制备得到。
8.权利要求1～7任一项所述物理型信息隐藏结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.清洗衬底；
S2.制备金属反射层：在衬底上通过热蒸发设备、电子束蒸发设备或溅射仪制备金属反射层；
S3.旋涂电子束胶：在金属反射层上旋涂电子束胶；
S4.制作版图：利用制图软件制作出带有需要隐藏信息的用于电子束刻蚀的版图；
S5.电子束刻蚀与显影：通过电子束刻蚀设备，在旋涂了电子束胶的金属反射层上曝光出步骤S4的版图的图案，然后通过显影剂进行显影，得到显影后的基片；
S6.溅射金属颗粒半连续膜：在显影后的基片表面溅射金属颗粒半连续膜，得到所述物理型信息隐藏结构。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S6中溅射的电流为3～150mA，时间为20～350s。
10.权利要求1～8任一项所述物理型信息隐藏结构的隐藏信息提取方法，其特征在于，利用窄带光源或单色光源照射所述物理型信息隐藏结构，提取出隐藏信息；所述窄带光源的带宽小于等于30nm；
所述单色光源的波长在带有隐藏信息的结构单元的反射谱波谷波长附近±40nm之内；
所述窄带光源的波长在带有隐藏信息的结构单元的反射谱波谷波长附近±30nm之内。
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