WO2006036080A1 - Contactless integrated microcircuit - Google Patents

Contactless integrated microcircuit Download PDF

Info

Publication number
WO2006036080A1
WO2006036080A1 PCT/RU2004/000339 RU2004000339W WO2006036080A1 WO 2006036080 A1 WO2006036080 A1 WO 2006036080A1 RU 2004000339 W RU2004000339 W RU 2004000339W WO 2006036080 A1 WO2006036080 A1 WO 2006036080A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
information
photovoltaic
light
semiconductor
optically active
Prior art date
Application number
PCT/RU2004/000339
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Valery Arkadievich Konyavsky
Vladimir Iosifovich Livshits
Original Assignee
Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'osoboe Konstruktorskoe Byuro Sistem Abtomatizirovannogo Proektirovaniya'
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'osoboe Konstruktorskoe Byuro Sistem Abtomatizirovannogo Proektirovaniya' filed Critical Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'osoboe Konstruktorskoe Byuro Sistem Abtomatizirovannogo Proektirovaniya'
Priority to PCT/RU2004/000339 priority Critical patent/WO2006036080A1/en
Publication of WO2006036080A1 publication Critical patent/WO2006036080A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/0701—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips at least one of the integrated circuit chips comprising an arrangement for power management
    • G06K19/0707—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips at least one of the integrated circuit chips comprising an arrangement for power management the arrangement being capable of collecting energy from external energy sources, e.g. thermocouples, vibration, electromagnetic radiation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/06009—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code with optically detectable marking
    • G06K19/06046—Constructional details
    • G06K19/06112—Constructional details the marking being simulated using a light source, e.g. a barcode shown on a display or a laser beam with time-varying intensity profile
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10158—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves methods and means used by the interrogation device for reliably powering the wireless record carriers using an electromagnetic interrogation field
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to electronic technical means of informatization and is a functional analogue of contactless radio frequency identifiers used in the hardware of electronic document management and information protection.
  • Non-contact type identifiers favorably distinguishes from devices of a similar purpose with electrical contacts (for example, Touch Methor type) the possibility of remote activation, which, combined with their lightness and small thickness, makes it most efficient, according to reports, to solve such an extremely relevant and socially significant problem, as a prevention of unauthorized access and "copying" copying information recorded on replicated optical media (CD and DVD).
  • Contactless identifiers are widely used and are commercially available by a number of companies (see, for example, [I]). They contain a central part for storing and processing input information according to a given program, made on a substrate of semiconductor material, and a peripheral part for communicating through the electromagnetic radiation of the central part with an external device supplying it, inputting and outputting information according to a given protocol .
  • the central part therefore, is a semiconductor (monolithic) integrated circuit.
  • the peripheral part made for communication at radio frequencies in the form of a flat coil, whose characteristic dimensions are three to four orders of magnitude higher than the characteristic dimensions of planar structures of the central part, not allowing it to form on a common substrate with
  • the central part can only be a film (or foil) microcircuit.
  • a film (or foil) microcircuit is a hybrid contactless integrated microcircuit (BIMS), which in principle does not allow, in the radio frequency version, a much more technically and cost-effective monolithic design.
  • BIMS hybrid contactless integrated microcircuit
  • radio frequencies provide obvious advantages for the main areas of application of contactless identifiers (smart cards, electronic travel documents, etc.), the main one being the possibility of activation at an arbitrary position of the identifier with respect to an external device within the zone with sizes of the order of 100 mm or more.
  • the key point is the monophysical nature of the access channels (both for recording and reading) to encoded content that is located on the working field of the disk and therefore available, as well as attributive (identifying and necessary for decoding) information, access to which
  • the problem is solved in that in the BIMS containing a central part, designed to store and process input information according to a given program, made on a substrate of semiconductor material, and a peripheral part, designed for contactless communication through electromagnetic radiation of the central part with an external device carrying out its power, input and output of information according to a given protocol, the peripheral part contains at least one photovoltaic structure, etc. forming incident on it the electromagnetic radiation of optical range (light) into electric energy, connected to the central portion by the input of energy and information, and at least two are connected by the voltage controlled display information optically active structures modulating light radiation reflected by them.
  • the information exchange protocol corresponds to at least a single scan by a focused external device generated and modulated, in accordance with the inputted information, by a light beam of photovoltaic and optically active structures located along its path with
  • An external device refers to a playback device for recording optical media in CD-DVD (CD-R, CD-RW / DVD-R, DVD-RW) formats, the optical head of which contains a semiconductor laser whose radiation is modulated in recording, and a photodetector that detects reflected radiation in the playback mode. Scanning is performed when the disk is rotated with a “SIMS” implanted into it a SIMS drive of the drive relative to its optical head.
  • SIMS SIMS
  • All elements of the central and peripheral parts of such a BIMS can be located on a common substrate of a semiconductor material, for example, silicon.
  • a semiconductor material for example, silicon.
  • This option corresponds to the simplest and most economical monolithic design, which is recommended for use as “implanted” in the identifier optical discs.
  • the disk material itself is used, under which it is located (along with the recording medium).
  • the SIMS is located on a common substrate made of a combined material, which includes layers of a semiconductor and an optically transparent dielectric, for example, a silicon-on-sapphire epitaxial structure.
  • the SIMS is accessed from the side opposite to the planar structures of the central part, through a solid and absolutely impermeable to moisture transparent dielectric substrate, on which the photovoltaic and optically active elements are formed using thin-film technology on the surface areas freed from the semiconductor.
  • the other side of the substrate, on which the central part of the BIMS is located may have blind protection and be turned into the carrier of an opaque, for example, metal frame.
  • At least one element of the peripheral part of the SIMS can be located on a coating substrate of an optically transparent dielectric that coincides in size with the semiconductor substrate, hermetically connected to the first so that together they form a hybrid sandwich structure, all of whose functional elements are concentrated in the internal layers.
  • the advantage of hybrid SIMS is the ability to perform their optically active structures and other bulk elements.
  • FIG. 1 schematically depicts a typical example of the topology of the main (monolithic) variant of BIMS, intended for use as a contactless identifier in the composition of optical information carriers.
  • Zone 2 is located under an optically opaque protective layer 4, eliminating the parasitic photoelectric effect, which can unpredictably affect the logical states of in-circuit elements of the SIMS and erase the information recorded in the registers of its non-volatile memory.
  • Zone 3 is a strip stretched along the scan line AB (circular arc, concentric recording tracks), on which the functional as well as auxiliary elements of the peripheral part are concentrated.
  • initial marker strokes 5 include (in the order of exposure by the laser beam during scanning): initial marker strokes 5, first photovoltaic structure 6, intermediate marker strokes (in particular, one stroke) 7, optically active structures 8 (in the amount corresponding to the number of binary digits with a checksum displayed in one scan cycle), the second photovoltaic structure 9 and the final marker strokes 10.
  • All marker strokes which are light reflecting local sections of conductor (in particular, aluminum) metallization are auxiliary elements of the peripheral part, ensuring synchronization of the central part of the BIMS with the electrical circuit of an external device (electronic part of the drive).
  • the first (main) photovoltaic structure 6 is a photovoltaic converter, similar in structure to a solar cell and electrically equivalent to a photodiode, or their battery, operating in photovoltaic mode. It is located along the AB scan line and is isotropic for the time corresponding to its exposure by the optical head of the drive, sufficient to input and process a binary number with the number
  • the optically active structures 8 are located across this line, each of which is a dashed familiarity that changes (within two discrete states, corresponding to the logical levels “0” and “1”) parameters of the light reflected by it, depending on the level of applied voltage.
  • the type of modulation provided in this way can consist not only in a direct change in the brightness of the reflected light (amplitude modulation, absorption / reflection), but also in rotation by a predetermined angle of the plane of its polarization.
  • the choice of the optimal type of modulation is determined by many factors related both to the design features of the optical drive head and to the issues of the most appropriate implementation of the optically active structures themselves 8.
  • the latter contain at least two elements: as a rule, a reflective control electrode (“mirror”), corresponding to the configuration of the dashed familiarity, and the optically active transparent dielectric medium (it can be common to all structures) located in the electric field of the control electric Yes, and significantly changing its optical parameters depending on the electric field strength in it.
  • a reflective control electrode (“mirror”)
  • the optically active transparent dielectric medium it can be common to all structures located in the electric field of the control electric Yes, and significantly changing its optical parameters depending on the electric field strength in it.
  • At least one electrode with zero potential, usually optically transparent must also be present in the whole or set of optically active structures, either explicitly or implicitly.
  • optically active structures are their implementation in the form of a microminiature analogue of a conventional liquid crystal display, the electrodes of which are located directly on the silicon substrate.
  • An optically active medium - a nematic or cholesteric liquid crystal (LC) material - is located on top of the electrodes in the form of a layer of a given thickness and can cover the entire front surface of the SIMS, since it does not interfere with the operation of photovoltaic structures and is chemically neutral with respect to semiconductor devices.
  • LC cholesteric liquid crystal
  • An optically transparent common electrode is deposited in the form of a film on the bottom of the recess in the material, under which the SIMS is located, the thickness of the LCD material layer being determined by the height of the support pads inside the recess (its excess is extruded to the surface when the SIMS is installed), and contacts with the common electrode are made through these are the supporting platforms.
  • the design characterized by these features has the features of a hybrid, since one element of the peripheral part - a common optically transparent electrode - is placed on a separate dielectric substrate, and the SIMS as a whole is a sandwich structure, all of whose functional elements are located in the inner layers.
  • Replacement sheet The cavities are filled with FFA and an optically transparent common indium-tin oxide electrode is deposited on top of it.
  • This option obviously, eliminates the need for the formation of bulk optically active structures with a transparent electrode placed on a separate substrate, and removes all the problems associated with its attachment to the SIMS, the creation of seals and providing the specified thickness of the LCD material.
  • auxiliary photovoltaic structure 9 of a dashed configuration, which serves to send a service pulse to the central part of the SIMS, indicating the end of the scanning procedure for optically active structures. Since the latter are equivalent to electric capacitances capable of remembering the levels of voltages applied to them during the “active period”, of the voltages generated by the central part during the passage of the main photovoltaic structure 6, the completion of each current scan cycle must be accompanied by a command for their forced reset, as well as preparation of the central parts to the conclusion of the next group of binary digits provided by the protocol for the exchange of information for the next scan cycle. It is the “memory effect" inherent in
  • Replacement sheet voltage-controlled optically active structures makes it possible to work in which the supply voltage is cut off before information is output, which happens in this embodiment.
  • photovoltaic structures in particular, can be made in the form of highly efficient multi-junction elements on V-grooves [3], and
  • Replacement sheet optically active structures have transparent electrodes, for example, of indium tin oxide, deposited on the bottom of the cavities made in silicon to the sapphire surface, and optically active medium in these cavities to the outer silicon surface, which is the plane of arrangement of the control electrodes.
  • the structure can have a multilayer protection, ensuring its complete tightness.
  • Hybrid design also provides interesting possibilities, in which the dimensions of the semiconductor and coating dielectric substrates coincide. As the latter, it is advisable to use a sapphire wafer (similar to that used for KHC) of the same diameter as silicon.
  • the groups of elements of the peripheral part made on it are arranged with a step similar to the step of arranging the central parts of the SIMS on a silicon wafer. This allows them to be grouped together into sandwich structures immediately for all SIMSs on wafers (tens and hundreds). Finished devices can be obtained by cutting such a hybrid plate, for example, diamond discs.
  • BIMS placed in the material of the optical disk so that its zone 2 is located in the central technological field of the disk, and zone 3 - at the level of the first tracks available for recording / playback, moves, during the rotation of the disk, relative to the optical head of the drive along the path described by the line AB.
  • the photodetector of the head perceives the first code sequence of pulses programmed by the widths of these strokes and the distances between them so that it
  • Replacement sheet transfers the electronic circuit of the drive to the beginning of the dialogue mode with the identifier.
  • the “field of view” of the optical head appears at the beginning of the first photovoltaic structure 6, the exposure of which by modulated laser radiation leads to the supply to the central part of the SIMS both the supply voltage and the pulse sequence generated by the drive corresponding to the information entered when requesting the identifier.
  • the selection of information pulses against the background of the constant component of the brightness of the radiation, which provides a SIMS supply voltage, can be carried out in the simplest way using the Zener diode structure (zener diode) available in the central part of the SIMS, if the information pulses are peak brightness values with respect to its initial value.
  • the transit time of the first photovoltaic structure by the optical head should be sufficient to complete the entire cycle of input and processing of information for a given program.
  • the drive circuit If the identifier is programmed, which consists in changing the contents of the registers of its non-volatile memory, the drive circuit generates a special code that puts the SIMS into standby mode, in which the code sequences that came through the photovoltaic structure 6 in the next scan cycles are used as programming ones. Then, after a predetermined number of disk revolutions, sufficient to complete programming, after a period, the BIMS is automatically or by a special command transferred to the operation mode described below.
  • the identifier response is given in the form displayed by the state of its optically active structures 8, which is formed during the active period corresponding to the presence of the supply voltage during
  • the electronic circuit of the drive must first be prepared for reading this information, for which intermediate marker strokes 7 are used. Since the photovoltaic structure 6 almost completely absorbs the laser radiation incident on it, for this, in principle, one stroke is sufficient, during which the optical head passes it the photodetector registers a distinct impulse.
  • the pulses coming further from the optically active structures 8 in the reflective state are perceived by the electronic circuitry of the drive as informational, which are written into its special registers and analyzed for compliance with their code sequence with the checksum displayed by the state of the last group (usually four) of structures 8 If the analysis is positive, the scan cycle is considered completed, otherwise it repeats.
  • the reset of the optically active structures 8 is carried out, as described above, by a pulse formed by the second photovoltaic structure 9, after which the peripheral part of the SIMS is prepared for the next scan cycle.
  • the readiness of the drive electronic circuit is ensured by the second code sequence of pulses resulting from the reflection of light from the group of final marker strokes 10.
  • the total number of scan cycles performed with a positive result during one request corresponds to the information exchange protocol between the identifier and the drive.
  • Replacement sheet skipping a few revolutions between the supply of control voltages to them and reading the information displayed by their state, as well as between their reset and the start of the next scan cycle.
  • the difference between the levels of the mirror layer of the optical disk deposited on its surface and the SIMS structures immersed in the volume of its material can be compensated by lens (facet) structures molded on the outer side of the disk opposite to SIMS.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)

Abstract

The invention is used for technical information electronic means. The sense of the invention lies in that the inventive contactless integrated microcircuit (CIMC) is embodied in the form of a device similar in operation to contactless radiofrequency identifiers used for electronic workflow hardware and for data protection. According to said invention, the CIMC comprises a peripheral part used for contactlessly communicating with a peripheral device supplying power thereto, the information input and output according to a specified protocol comprises at least one photovoltaic semiconductor structure which converts an optical range emission (light) incident thereon into electric power and is connected to the central part of the CIMC on the side of the power and information input. At least two voltage controllable optical active structures modulating the light emission reflected thereby are disposed on the side of an information output. The information exchange protocol corresponds to at least one single scanning which is carried out by a light beam which is focused and modulated according to the input information and belongs to photovoltaic and optically active structures disposed on the path thereof associated with the detection of the emission reflected thereby. A light source can be embodied in the form of the semiconductor laser of the peripheral device. The invention makes it possible to develop an CIMC embodied in an integrated form, wherein the structural modifications of disc drives and the electronic units thereof are minimum.

Description

БЕСКОНТАКТНАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ МИКРОСХЕМА Contactless Integrated Circuit
Изобретение относится к электронным техническим средствам информатизации и является функциональным аналогом бесконтактных радиочастотных идентификаторов, используемых в аппаратных средствах электронного документооборота и защиты информации. Идентификаторы бесконтактного типа выгодно отличает от устройств аналогичного назначения с электрическими контактами (например, типа Тоuсh Меmоrу) возможность дистанционной активации, позволяющая, в сочетании с их легкостью и малой толщиной, наиболее эффективно, по имеющимся данным, решить такую исключительно актуальную и общественно значимую проблему, как предотвращение несанкционированного доступа и «пиpaтcкoгo» копирования информации, записанной на тиражируемых оптических носителях (CD и DVD).The invention relates to electronic technical means of informatization and is a functional analogue of contactless radio frequency identifiers used in the hardware of electronic document management and information protection. Non-contact type identifiers favorably distinguishes from devices of a similar purpose with electrical contacts (for example, Touch Methor type) the possibility of remote activation, which, combined with their lightness and small thickness, makes it most efficient, according to reports, to solve such an extremely relevant and socially significant problem, as a prevention of unauthorized access and "copying" copying information recorded on replicated optical media (CD and DVD).
Бесконтактные идентификаторы находят широкое применение и серийно выпускаются рядом фирм (см., например, [I]). Они содержат центральную часть, предназначенную для хранения и обработки по заданной программе вводимой информации, выполненную на подложке из полупроводникового материала, и периферийную часть, предназначенную для связи через электромагнитное излучение центральной части с внешним устройством, осуществляющим ее питание, ввод и вывод информации согласно заданного протокола. Центральная часть, таким образом, является полупроводниковой (монолитной) интегральной микросхемой. Периферийная же часть, выполненная для связи на радиочастотах в виде плоской катушки, характеристические размеры которой на три-четыре порядка превышают характеристические размеры планарных структур центральной части, не позволяя сформировать ее на общей подложке сContactless identifiers are widely used and are commercially available by a number of companies (see, for example, [I]). They contain a central part for storing and processing input information according to a given program, made on a substrate of semiconductor material, and a peripheral part for communicating through the electromagnetic radiation of the central part with an external device supplying it, inputting and outputting information according to a given protocol . The central part, therefore, is a semiconductor (monolithic) integrated circuit. The peripheral part, made for communication at radio frequencies in the form of a flat coil, whose characteristic dimensions are three to four orders of magnitude higher than the characteristic dimensions of planar structures of the central part, not allowing it to form on a common substrate with
Заменяющий лист центральной частью, может быть только пленочной (или фольговой) микросхемой. Такое устройство, в конструктивно-технологическом отношении, является гибридной бесконтактной интегральной микросхемой (БИМС), принципиально не допускающей, в радиочастотном варианте, значительно более технически и экономически эффективного монолитного исполнения.Replacement sheet the central part can only be a film (or foil) microcircuit. Such a device, in a structurally-technological respect, is a hybrid contactless integrated microcircuit (BIMS), which in principle does not allow, in the radio frequency version, a much more technically and cost-effective monolithic design.
С другой стороны, связь на радиочастотах обеспечивает очевидные преимущества для основных областей применения бесконтактных идентификаторов (смарт-карты, электронные проездные документы и т.п.), главным из которых является возможность активации при произвольном положении идентификатора по отношению к внешнему устройству в пределах зоны с размерами порядка 100 мм и более.On the other hand, communication on radio frequencies provides obvious advantages for the main areas of application of contactless identifiers (smart cards, electronic travel documents, etc.), the main one being the possibility of activation at an arbitrary position of the identifier with respect to an external device within the zone with sizes of the order of 100 mm or more.
Если же обратиться к такой специфической (тем не менее, исключительно массовой по потенциальному объему потребностей) области применения бесконтактных идентификаторов, как защите информации, записанной на оптических носителях, то выясняется, что вышеуказанное преимущество здесь не требуется, поскольку прецизионная оптико-механическая система внешнего устройства (в данном, случае, дисковода) обеспечивает микронные точности базирования по отношению к нему носителя информации. Кроме того, здесь уже имеется оптический канал, представленный когерентным и монохроматическим излучением полупроводникового лазера, потенциальные возможности которого, по эффективности передачи как электромагнитной энергии, так и информации, существенно превосходят аналогичные возможности радиоканала.If we turn to such a specific (nevertheless, exclusively massive in terms of potential volume of needs) application of contactless identifiers, such as the protection of information recorded on optical media, it turns out that the above advantage is not required here, since the precision optical-mechanical system of an external device (in this case, the drive) provides micron-based accuracy in relation to the information carrier. In addition, there is already an optical channel, represented by coherent and monochromatic radiation of a semiconductor laser, whose potential capabilities, in terms of the efficiency of transmission of both electromagnetic energy and information, significantly exceed the similar capabilities of the radio channel.
В соответствии с вышеизложенным, правомерна постановка задачи создания БИМС идентификатора, периферийная часть которого построена на иных (оптоэлектронных) физических принципах, позволяющих привести в адекватное соответствие характеристические размеры иIn accordance with the foregoing, the statement of the problem of creating a BIMS identifier is legitimate, the peripheral part of which is built on other (optoelectronic) physical principles that make it possible to bring into adequate correspondence the characteristic dimensions and
Заменяющий лист технологические приемы реализации функциональных элементов последних с функциональными элементами центральных (логических) частей БИМС. Достигаемый при этом технический результат имеет два аспекта, каждый из которых выходит за рамки чисто количественных изменений и, по-видимому, позволяет говорить о выработке своего рода революционной концепции.Replacement sheet technological methods for the implementation of the functional elements of the latter with functional elements of the central (logical) parts of the BIMS. The technical result achieved in this case has two aspects, each of which goes beyond the scope of purely quantitative changes and, apparently, allows us to speak of developing a kind of revolutionary concept.
Во-первых, как известно из предшествующего опыта развития электроники, именно переход на истинно интегральное, т.е. полностью исключающее использование разнородных технологий и сборочных операций, монолитное исполнение логических микросхем на одной полупроводниковой подложке, позволил сделать сложнейшие в функциональном отношении «интeллeктyaльныe» устройства предметами массового потребления, по стоимости соизмеримыми с такими простейшими вещами, как ручка и карандаш. Следовательно, возможность монолитного исполнения бесконтактного идентификатора в перспективе позволяет «имплaнтиpoвaть» его в каждый тиражируемый оптический носитель, предназначенный для записи информации, подлежащей защите по коммерческим или иным соображениям, причем затраты на такого рода усовершенствование всегда будут несоизмеримо меньше возможных потерь, связанных с отсутствием или неэффективностью защиты.First, as is known from previous experience in the development of electronics, it is the transition to a truly integral, i.e. completely eliminating the use of heterogeneous technologies and assembly operations, the monolithic execution of logic circuits on a single semiconductor substrate, made it possible to make functionally sophisticated “smart” devices as consumer goods, comparable in cost to such simple things as a pen and pencil. Consequently, the possibility of a monolithic execution of a contactless identifier in the future allows it to be “implanted” in each replicated optical medium intended for recording information subject to protection for commercial or other reasons, and the costs of such an improvement will always be incomparably less than the possible losses associated with the absence or inefficiency of protection.
Во-вторых, реализация претендующего на универсальность способа защиты потребует внесения в столь же массовом порядке конструктивных изменений не только в оптические диски, но и в предназначенные для работы с ними дисководы.Secondly, the implementation of a protection method claiming to be universal will require making structural changes in the same mass order not only in optical disks, but also in drives designed to work with them.
В этом отношении ключевым моментом является монофизичность каналов обращения (как с целью записи, так и чтения) к закодированной содержательной информации, размещенной на рабочем поле диска и поэтому доступной, а также атрибутивной (идентифицирующей и необходимой для декодирования) информации, доступ к которойIn this regard, the key point is the monophysical nature of the access channels (both for recording and reading) to encoded content that is located on the working field of the disk and therefore available, as well as attributive (identifying and necessary for decoding) information, access to which
Заменяющий лист принципиально невозможен без выполнения соответствующих процедур аутентификации, предусмотренных техническими характеристиками идентификатора. Данное обстоятельство позволяет свести необходимые изменения конструкции дисководов к минимальным (в основном, схемным) модификациям их электронных блоков, не добавляя в состав никаких новых, причем весьма крупногабаритных и дорогостоящих частей, обеспечивающих обращение к известным типам бесконтактных идентификаторов по радиоканалу. Очевидно, что этот аспект достигаемого технического результата, не смотря на его косвенное отношение к предмету заявки, обладает не меньшей технической и экономической значимостью, чем первый.Replacement sheet It is fundamentally impossible without performing the corresponding authentication procedures provided for by the technical characteristics of the identifier. This circumstance allows us to reduce the necessary changes in the design of drives to the minimum (mainly circuit) modifications of their electronic units, without adding to the composition of any new, and very large and expensive parts that provide access to known types of contactless identifiers over the air. Obviously, this aspect of the achieved technical result, despite its indirect relation to the subject of the application, has no less technical and economic significance than the first.
Согласно изобретению, поставленная задача решается тем, что в БИМС, содержащей центральную часть, предназначенную для хранения и обработки по заданной программе вводимой информации, выполненную на подложке из полупроводникового материала, и периферийную часть, предназначенную для бесконтактной связи через электромагнитное излучение центральной части с внешним устройством, осуществляющим ее питание, ввод и вывод информации согласно заданного протокола, периферийная часть содержит по меньшей мере одну фотовольтаическую структуру, преобразующую падающее на нее электромагнитной излучение оптического диапазона (свет) в электрическую энергию, подключенную к центральной части со стороны ввода энергии и информации, и по меньшей мере две подключенные со стороны вывода информации управляемые напряжением оптически активные структуры, модулирующие отраженное ими световое излучение. Протокол обмена информацией соответствует по меньшей мере однократному сканированию формируемым внешним устройством сфокусированным и модулированным, в соответствии с вводимой информацией, световым лучом расположенных на пути его следования фотовольтаических и оптически активных структур сAccording to the invention, the problem is solved in that in the BIMS containing a central part, designed to store and process input information according to a given program, made on a substrate of semiconductor material, and a peripheral part, designed for contactless communication through electromagnetic radiation of the central part with an external device carrying out its power, input and output of information according to a given protocol, the peripheral part contains at least one photovoltaic structure, etc. forming incident on it the electromagnetic radiation of optical range (light) into electric energy, connected to the central portion by the input of energy and information, and at least two are connected by the voltage controlled display information optically active structures modulating light radiation reflected by them. The information exchange protocol corresponds to at least a single scan by a focused external device generated and modulated, in accordance with the inputted information, by a light beam of photovoltaic and optically active structures located along its path with
Заменяющий лист детектированием излучения, отраженного последними. Под внешним устройством, для указанной области применения, понимается устройство воспроизведения-записи оптических носителей форматов CD-DVD (CD-R, CD-RW / DVD-R, DVD-RW), оптическая головка которого содержит полупроводниковый лазер, излучение которого модулируется в режиме записи, и фотоприемник, осуществляющий детектирование отраженного излучения в режиме воспроизведения. Сканирование осуществляется при вращении диска с «имплaнтиpoвaннoй» в него БИМС приводом дисковода относительно его оптической головки.Replacement sheet detection of radiation reflected by the latter. An external device, for this application, refers to a playback device for recording optical media in CD-DVD (CD-R, CD-RW / DVD-R, DVD-RW) formats, the optical head of which contains a semiconductor laser whose radiation is modulated in recording, and a photodetector that detects reflected radiation in the playback mode. Scanning is performed when the disk is rotated with a “SIMS” implanted into it a SIMS drive of the drive relative to its optical head.
Все элементы центральной и периферийной частей такой БИМС, поскольку их характеристические размеры и технологические приемы реализации адекватны, могут быть расположены на общей подложке из полупроводникового материала, например, кремния. Этот вариант соответствует наиболее простому и экономичному монолитному исполнению, которое рекомендуется для применения в качестве «имплaнтиpyeмыx» в оптические диски идентификаторов. Здесь в качестве оптически прозрачного диэлектрика, защищающего БИМС от механических и климатический воздействий, используется сам материал диска, под слоем которого (вместе с носителем записи) она расположена.All elements of the central and peripheral parts of such a BIMS, since their characteristic dimensions and implementation techniques are adequate, can be located on a common substrate of a semiconductor material, for example, silicon. This option corresponds to the simplest and most economical monolithic design, which is recommended for use as “implanted” in the identifier optical discs. Here, as the optically transparent dielectric that protects the BIMS from mechanical and climatic influences, the disk material itself is used, under which it is located (along with the recording medium).
Для других возможных областей применений, требующих расширенных функциональных возможностей, большей надежности и стойкости к внешним воздействиям (например, в качестве выполненного в виде автономного чипа миниатюрного ключа, обеспечивающего аутентификацию и безопасное хранение цифровых сертификатов, съемника информации и т.п.), с интерфейсом, поддерживаемым специальным лазерным сканером, рекомендуются комбинированное и гибридное исполнения, результатом которых является хотя и бескорпусной, но отвечающий наиболее жестким требованиям к функционально и конструктивно законченным изделиям прибор.For other possible applications requiring enhanced functionality, greater reliability and resistance to external influences (for example, as a miniature key made in the form of an autonomous chip that provides authentication and secure storage of digital certificates, an information extractor, etc.), with an interface supported by a special laser scanner, combined and hybrid versions are recommended, the result of which is, although unpacked, but meets the most stringent requirements pits to functionally and structurally finished products device.
Заменяющий лист В комбинированном исполнении, все элементы центральной и периферийной частей БИМС расположены на общей подложке из комбинированного материала, включающего слои полупроводника и оптически прозрачного диэлектрика, например, эпитаксиальной структуре «кpeмний-нa-caпфиpe». В этом варианте обращение к БИМС производится со стороны, противоположной планарным структурам центральной части, через твердую и абсолютно непроницаемую для влаги прозрачную диэлектрическую подложку, на освобожденных от полупроводника участках поверхности которой методами тонкопленочной технологии сформированы элементы фотовольтаических и оптически активных структур. Другая же сторона подложки, на которой расположена центральная часть БИМС, может иметь глухую защиту и быть обращена внутрь несущего ее непрозрачного, например, металлического обрамления.Replacement sheet In a combined design, all the elements of the central and peripheral parts of the SIMS are located on a common substrate made of a combined material, which includes layers of a semiconductor and an optically transparent dielectric, for example, a silicon-on-sapphire epitaxial structure. In this embodiment, the SIMS is accessed from the side opposite to the planar structures of the central part, through a solid and absolutely impermeable to moisture transparent dielectric substrate, on which the photovoltaic and optically active elements are formed using thin-film technology on the surface areas freed from the semiconductor. The other side of the substrate, on which the central part of the BIMS is located, may have blind protection and be turned into the carrier of an opaque, for example, metal frame.
Кроме того, по меньшей мере один элемент периферийной части БИМС может быть расположен на совпадающей по габаритам с полупроводниковой подложкой покровной подложке из оптически прозрачного диэлектрика, герметично присоединенной к первой так, что вместе они составляют гибридную сэндвич-структуру, все функциональные элементы которой сосредоточены во внутренних слоях. Преимуществом гибридных БИМС является возможность выполнения их оптически активных структур и других элементов объемными.In addition, at least one element of the peripheral part of the SIMS can be located on a coating substrate of an optically transparent dielectric that coincides in size with the semiconductor substrate, hermetically connected to the first so that together they form a hybrid sandwich structure, all of whose functional elements are concentrated in the internal layers. The advantage of hybrid SIMS is the ability to perform their optically active structures and other bulk elements.
Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.l) на котором схематически изображен характерный пример топологии основного (монолитного) варианта БИМС, предназначенной для использования в качестве бесконтактного идентификатора в составе оптических носителей информации. Сведения, касающиеся отличий комбинированного и гибридного вариантов, интерфейс которых поддерживается специальным лазерным сканером, приведены в тексте.The invention is illustrated by the drawing (Fig. 1) which schematically depicts a typical example of the topology of the main (monolithic) variant of BIMS, intended for use as a contactless identifier in the composition of optical information carriers. Information regarding the differences between the combined and hybrid options, the interface of which is supported by a special laser scanner, is given in the text.
Заменяющий лист Полупроводниковая подложка (кремниевый чип) 1 разделена на две зоны 2 и 3, в первой из которых размещена центральная, а во второй - периферийная части БИМС. Зона 2 находится под оптически непрозрачным защитным слоем 4, исключающим паразитный фотоэффект, способный непредсказуемым образом повлиять на логические состояния внутрисхемных элементов БИМС и стереть информацию, записанную в регистры ее энергонезависимой памяти. Зона 3 представляет собой протяженную вдоль линии сканирования AB (дуги окружности, концентрической дорожкам записи) полосу, на которой сосредоточены функциональные, а также вспомогательные элементы периферийной части. К ним относятся (в порядке экспозиции лазерным лучом при сканировании): начальные маркерные штрихи 5, первая фотовольтаическая структура 6, промежуточные маркерные штрихи (в частности, один штрих) 7, оптически активные структуры 8 (в количестве, соответствующим числу двоичных разрядов с контрольной суммой, выводимых в одном цикле сканирования), вторая фотовольтаическая структура 9 и конечные маркерные штрихи 10. Все маркерные штрихи, представляющие собой отражающие свет локальные участки проводниковой (в частности, алюминиевой) металлизации, являются вспомогательными элементами периферийной части, обеспечивающими синхронизацию работы центральной части БИМС с электрической схемой внешнего устройства (электронной частью дисковода).Replacement sheet The semiconductor substrate (silicon chip) 1 is divided into two zones 2 and 3, in the first of which the central part is located, and in the second - the peripheral part of the SIMS. Zone 2 is located under an optically opaque protective layer 4, eliminating the parasitic photoelectric effect, which can unpredictably affect the logical states of in-circuit elements of the SIMS and erase the information recorded in the registers of its non-volatile memory. Zone 3 is a strip stretched along the scan line AB (circular arc, concentric recording tracks), on which the functional as well as auxiliary elements of the peripheral part are concentrated. These include (in the order of exposure by the laser beam during scanning): initial marker strokes 5, first photovoltaic structure 6, intermediate marker strokes (in particular, one stroke) 7, optically active structures 8 (in the amount corresponding to the number of binary digits with a checksum displayed in one scan cycle), the second photovoltaic structure 9 and the final marker strokes 10. All marker strokes, which are light reflecting local sections of conductor (in particular, aluminum) metallization are auxiliary elements of the peripheral part, ensuring synchronization of the central part of the BIMS with the electrical circuit of an external device (electronic part of the drive).
Первая (основная) фотовольтаическая структура 6 представляет собой фотоэлектрический преобразователь, подобный по структуре солнечному элементу и электрически эквивалентный фотодиоду, или их батарее, работающим в фотовольтаическом режиме. Она расположена вдоль линии сканирования AB и изотропна на протяжении, соответствующим времени ее экспозиции оптической головкой дисковода, достаточному для ввода и обработки двоичного числа с количествомThe first (main) photovoltaic structure 6 is a photovoltaic converter, similar in structure to a solar cell and electrically equivalent to a photodiode, or their battery, operating in photovoltaic mode. It is located along the AB scan line and is isotropic for the time corresponding to its exposure by the optical head of the drive, sufficient to input and process a binary number with the number
Заменяющий лист разрядов, предусмотренным протоколом обмена информацией для одного цикла сканирования. Конструктивно эта структура может быть планарной и текстурированной, а также иметь просветляющее покрытие. Важно отметить, что эти и другие известные меры, направленные на повышение КПД обычных солнечных батарей, здесь будут особенно эффективны вследствие монохроматичности света.Replacement sheet bits provided by the protocol for the exchange of information for one scan cycle. Structurally, this structure can be planar and textured, as well as have an antireflection coating. It is important to note that these and other well-known measures aimed at increasing the efficiency of conventional solar cells will be especially effective here due to the monochromaticity of light.
В противоположность основной фотовольтаической структуре 6, расположенной вдоль линии сканирования AB, оптически активные структуры 8 расположены поперек этой линии, причем каждая из них представляет собой штриховое знакоместо, изменяющее (в пределах двух дискретных состояний, соответствующим уровням логических «0» и «1») параметры отраженного им света в зависимости от уровня приложенного напряжения. Тип обеспечиваемой таким образом модуляции может заключаться не только в непосредственном изменении яркости отраженного света (амплитудная модуляция, поглощение/отражение) но и в повороте на заданный угол плоскости его поляризации. Выбор оптимального типа модуляции определяется многими факторами, относящимися как к особенностям конструкции оптической головки дисковода, так и к вопросам наиболее целесообразной реализации самих оптически активных структур 8. Последние содержат по меньшей мере два элемента: как правило, отражающий управляющий электрод («зepкaлo»), соответствующий по конфигурации штриховому знакоместу, и оптически активную прозрачную диэлектрическую среду (она может быть общей для всех структур), находящуюся в электрическом поле управляющего электрода и существенно изменяющую свои оптические параметры в зависимости от напряженности электрического поля в ней. На весь комплект оптически активных структур должен также присутствовать в явном или неявном виде по меньшей мере один электрод с нулевым потенциалом, как правило, оптически прозрачный.In contrast to the main photovoltaic structure 6 located along the scan line AB, the optically active structures 8 are located across this line, each of which is a dashed familiarity that changes (within two discrete states, corresponding to the logical levels “0” and “1”) parameters of the light reflected by it, depending on the level of applied voltage. The type of modulation provided in this way can consist not only in a direct change in the brightness of the reflected light (amplitude modulation, absorption / reflection), but also in rotation by a predetermined angle of the plane of its polarization. The choice of the optimal type of modulation is determined by many factors related both to the design features of the optical drive head and to the issues of the most appropriate implementation of the optically active structures themselves 8. The latter contain at least two elements: as a rule, a reflective control electrode (“mirror”), corresponding to the configuration of the dashed familiarity, and the optically active transparent dielectric medium (it can be common to all structures) located in the electric field of the control electric Yes, and significantly changing its optical parameters depending on the electric field strength in it. At least one electrode with zero potential, usually optically transparent, must also be present in the whole or set of optically active structures, either explicitly or implicitly.
Заменяющий лист Наиболее наглядным, но не единственно возможным примером реализации оптически активных структур является их выполнение в виде микроминиатюрного аналога обычного жидкокристаллического дисплея, электроды знакомест которого расположены непосредственно на кремниевой подложке. Оптически активная среда - нематический или холестерический жидкокристаллический (ЖК) материал - находится поверх электродов в виде слоя заданной толщины и может покрывать всю лицевую поверхность БИМС, поскольку он не препятствует работе фотовольтаических структур и химически нейтрален в отношении полупроводниковых приборов. Оптически прозрачный общий электрод нанесен в виде пленки на дно углубления в материале, под слоем которого расположена БИМС, причем толщина слоя ЖК-материала определяется высотой опорных площадок внутри углубления (его избыток выдавливается на поверхность при установке БИМС), а контакты с общим электродом осуществляются через эти же опорные площадки. Характеризуемое этими особенностями исполнение имеет признаки гибридного, поскольку один элемент периферийной части - общий оптически прозрачный электрод - вынесен на отдельную диэлектрическую подложку, а БИМС в целом представляет собой сэндвич-структуру, все функциональные элементы которой расположены во внутренних слоях.Replacement sheet The most obvious, but not the only possible example of the implementation of optically active structures is their implementation in the form of a microminiature analogue of a conventional liquid crystal display, the electrodes of which are located directly on the silicon substrate. An optically active medium - a nematic or cholesteric liquid crystal (LC) material - is located on top of the electrodes in the form of a layer of a given thickness and can cover the entire front surface of the SIMS, since it does not interfere with the operation of photovoltaic structures and is chemically neutral with respect to semiconductor devices. An optically transparent common electrode is deposited in the form of a film on the bottom of the recess in the material, under which the SIMS is located, the thickness of the LCD material layer being determined by the height of the support pads inside the recess (its excess is extruded to the surface when the SIMS is installed), and contacts with the common electrode are made through these are the supporting platforms. The design characterized by these features has the features of a hybrid, since one element of the peripheral part - a common optically transparent electrode - is placed on a separate dielectric substrate, and the SIMS as a whole is a sandwich structure, all of whose functional elements are located in the inner layers.
Имеется, однако, техническая возможность реализации полностью монолитного исполнения БИМС, о чем свидетельствует опыт создания мини-дисплеев (так называемых «диcплeйныx чипoв»), разрабатываемых и изготавливаемых по стандартной кремниевой технологии рядом ведущих фирм [2]. В частности, возможно применение сегнетоэлектрического ЖК - материала (СЖК) с упорядоченной молекулярной структурой, выполняющего роль светового затвора. Над каждым знакоместом вытравлены полости заданной глубины и на их дно нанесены алюминиевые электроды, или «зepкaлa», отражающие прошедший свет.However, there is the technical feasibility of implementing a fully monolithic version of BIMS, as evidenced by the experience in creating mini-displays (the so-called "display chips") developed and manufactured by standard silicon technology by a number of leading companies [2]. In particular, it is possible to use a ferroelectric LC material (FLC) with an ordered molecular structure that acts as a light shutter. Above each familiarity, cavities of a given depth are etched and aluminum electrodes, or “mirrors,” reflecting transmitted light, are applied to their bottom.
Заменяющий лист Полости заполнены СЖК и поверх него осажден оптически прозрачный общий электрод из окиси индия-олова. Этот вариант, очевидно, исключает необходимость формирования объемных оптически активных структур с прозрачным электродом, вынесенным на отдельную подложку, и снимает все проблемы, связанные с его присоединением к БИМС, созданием уплотнений и обеспечением заданной толщины ЖК-материала.Replacement sheet The cavities are filled with FFA and an optically transparent common indium-tin oxide electrode is deposited on top of it. This option, obviously, eliminates the need for the formation of bulk optically active structures with a transparent electrode placed on a separate substrate, and removes all the problems associated with its attachment to the SIMS, the creation of seals and providing the specified thickness of the LCD material.
В этом контексте необходимо подчеркнуть, что особенности конструкции и функционирования оптически активных структур БИМС, по сравнению с «диcплeйными чипaми» (однорядное расположение с зазорами и отсутствие промежуточных градаций яркости), также, как и особенности их фотовольтаических структур, по сравнению с обычными солнечными батареями (сфокусированное монохроматическое и когерентное излучение), дают достаточные основания прогнозировать возможность нахождения исключительно простых, технологичных и вместе с тем более эффективных технических решений, по сравнению с указанными аналогами.In this context, it must be emphasized that the design and functioning features of the optically active SIMS structures, as compared to the “display chips” (single-row arrangement with gaps and the absence of intermediate brightness gradations), as well as the features of their photovoltaic structures, as compared to conventional solar cells (focused monochromatic and coherent radiation), give sufficient reason to predict the possibility of finding extremely simple, technologically advanced and at the same time more effective pecifications solutions, compared to the analogs.
За оптически активными структурами 8, поперек линии AB, расположена вторая (вспомогательная) фотовольтаическая структура 9 штриховой конфигурации, служащая для посылки в центральную часть БИМС служебного импульса, свидетельствующего об окончании процедуры сканирования оптически активных структур. Поскольку последние эквивалентны электрическим емкостям, способным запоминать уровни поданных на них в течение «aктивнoгo пepиoдa», напряжений, вырабатываемых центральной частью во время прохождения основной фотовольтаической структуры 6, то завершение каждого текущего цикла сканирования должно сопровождаться командой на их принудительный сброс, а также подготовку центральной части к выводу очередной группы двоичных разрядов, предусмотренных протоколом обмена информацией для следующего цикла сканирования. Именно «эффeкт пaмяти», присущийBehind optically active structures 8, across the line AB, there is a second (auxiliary) photovoltaic structure 9 of a dashed configuration, which serves to send a service pulse to the central part of the SIMS, indicating the end of the scanning procedure for optically active structures. Since the latter are equivalent to electric capacitances capable of remembering the levels of voltages applied to them during the “active period”, of the voltages generated by the central part during the passage of the main photovoltaic structure 6, the completion of each current scan cycle must be accompanied by a command for their forced reset, as well as preparation of the central parts to the conclusion of the next group of binary digits provided by the protocol for the exchange of information for the next scan cycle. It is the “memory effect" inherent in
Заменяющий лист управляемым напряжением оптически активным структурам, делает возможной работу, при которой подача напряжения питания прекращается раньше, чем будет осуществлен вывод информации, что и происходит в данном варианте.Replacement sheet voltage-controlled optically active structures, makes it possible to work in which the supply voltage is cut off before information is output, which happens in this embodiment.
Таков простейший вариант конструктивной реализации заявленной БИМС, предназначенной, в основном, для использования в качестве бесконтактных идентификаторов, «имплaнтиpyeмыx» в тиражируемые оптические носители информации, интерфейс которой поддерживается оптико-механической и электронной системами дисководов. Этим, однако, не ограничиваются потенциальные возможности данного технического решения, поскольку относительное движение луча и БИМС в процессе сканирования возможно не только при подвижной (вращающейся вместе с диском) БИМС и неподвижной (или совершающей весьма малое радиальное перемещение) оптической головке дисковода, но и наоборот. Последний вариант требует применения специальных лазерных сканеров (подобных применяемым в кассовых аппаратах считывателям штрих- кодов), которые, на современном уровне техники, могут быть реализованы в виде недорогих, надежных и компактных устройств. Разработка сканера такого типа необходима и для первого варианта, поскольку только с его помощью можно осуществить проверку функционирования и разбраковку БИМС на пластине перед скрайбированием, т.е. выполнить ту работу, которая для обычных (т.е. снабженных электрическими контактами) микросхем совершается зондовыми головками.This is the simplest version of the constructive implementation of the declared BIMS, intended mainly for use as contactless identifiers, “implantable” in replicated optical information carriers, the interface of which is supported by optical-mechanical and electronic drive systems. However, this does not limit the potential possibilities of this technical solution, since the relative motion of the beam and the SIMS during the scanning process is possible not only with the movable (rotating together with the disk) SIMS and the stationary (or making a very small radial displacement) optical drive head, but also vice versa . The latter option requires the use of special laser scanners (similar to barcode readers used in cash registers), which, according to the state of the art, can be implemented as inexpensive, reliable and compact devices. The development of this type of scanner is also necessary for the first option, since only with its help it is possible to verify the functioning and sorting of the SIMS on the plate before scribing, i.e. perform the work that for conventional (i.e. equipped with electrical contacts) microcircuits is performed by probe heads.
Использование в качестве подложки вместо обычной кремниевой пластины более дорогой эпитаксиальной структуры «кpeмний-нa-caпфиpe» (KHC) позволяет значительно расширить функциональные возможности и получить более надежный и устойчивый к внешним факторам прибор. Его фотовольтаические структуры, в частности, могут быть выполнены в виде весьма эффективных многопереходных элементов на V-канавках [3], аThe use of a more expensive silicon-on-sapphire (KHC) epitaxial structure instead of a conventional silicon wafer can significantly expand the functionality and obtain a more reliable and resistant to external factors device. Its photovoltaic structures, in particular, can be made in the form of highly efficient multi-junction elements on V-grooves [3], and
Заменяющий лист оптически активные структуры иметь прозрачные электроды, например, из окиси индия-олова, нанесенные на дно выполненных в кремнии полостей до поверхности сапфира, и оптически активную среду в этих полостях до внешней поверхности кремния, являющейся плоскостью расположения управляющих электродов. Со стороны кремния структура может иметь многослойную защиту, обеспечивающую ее полную герметичность.Replacement sheet optically active structures have transparent electrodes, for example, of indium tin oxide, deposited on the bottom of the cavities made in silicon to the sapphire surface, and optically active medium in these cavities to the outer silicon surface, which is the plane of arrangement of the control electrodes. On the silicon side, the structure can have a multilayer protection, ensuring its complete tightness.
Интересные возможности дает также гибридное исполнение, при котором габариты полупроводниковой и покровной диэлектрической подложек совпадают. В качестве последней целесообразно применить сапфировую пластину (аналогичную используемой для KHC) того же диаметра, что и кремниевую. Выполненные на ней группы элементов периферийной части расположены с шагом, аналогичным шагу расположения центральных частей БИМС на кремниевой пластине. Это позволяет осуществить их групповое объединение в сэндвич-структуры сразу для всех БИМС на пластинах (десятки и сотни). Готовые приборы могут быть получены путем разрезания такой гибридной пластины, например, алмазными дисками.Hybrid design also provides interesting possibilities, in which the dimensions of the semiconductor and coating dielectric substrates coincide. As the latter, it is advisable to use a sapphire wafer (similar to that used for KHC) of the same diameter as silicon. The groups of elements of the peripheral part made on it are arranged with a step similar to the step of arranging the central parts of the SIMS on a silicon wafer. This allows them to be grouped together into sandwich structures immediately for all SIMSs on wafers (tens and hundreds). Finished devices can be obtained by cutting such a hybrid plate, for example, diamond discs.
Работа заявленного устройства, на примере, проиллюстрированном чертежом, осуществляется следующим образом.The operation of the claimed device, for example, illustrated by the drawing, is as follows.
БИМС, помещенная в материал оптического диска так, что ее зона 2 находится в центральном технологическом поле диска, а зона 3 - на уровне первых доступных для записи/воспроизведения дорожек, движется, в процессе вращения диска, относительно оптической головки дисковода по траектории, описываемой линией AB. Когда через «пoлe зpeния» оптической головки проходит группа отражающих излучение ее лазера начальных маркерных штрихов 5, фотоприемник головки воспринимает первую кодовую последовательность импульсов, запрограммированную ширинами этих штрихов и расстояниями между ними так, что онаBIMS, placed in the material of the optical disk so that its zone 2 is located in the central technological field of the disk, and zone 3 - at the level of the first tracks available for recording / playback, moves, during the rotation of the disk, relative to the optical head of the drive along the path described by the line AB. When a group of initial marker strokes 5 reflecting the radiation of its laser passes through the “field of vision” of the optical head, the photodetector of the head perceives the first code sequence of pulses programmed by the widths of these strokes and the distances between them so that it
Заменяющий лист переводит электронную схему дисковода в начало режима диалога с идентификатором .Replacement sheet transfers the electronic circuit of the drive to the beginning of the dialogue mode with the identifier.
Затем «пoлe зpeния» оптической головки оказывается в начале первой фотовольтаической структуры 6, экспозиция которой модулированным излучением лазера приводит к подаче на центральную часть БИМС как напряжения питания, так и формируемой дисководом кодовой последовательности импульсов, соответствующей информации, вводимой при запросе идентификатора. Выделение информационных импульсов на фоне постоянной составляющей яркости излучения, обеспечивающей БИМС напряжением питания, может осуществляться простейшим образом при помощи имеющейся в центральной части БИМС Зенеровской диодной структуры (стабилитрона), если информационные импульсы представляют собой пиковые значения яркости по отношению к исходной ее величине. Время прохождения оптической головкой первой фотовольтаической структуры должно быть достаточным для завершения всего цикла ввода и обработки информации по заданной программе. Если же осуществляется программирование идентификатора, заключающееся в изменении содержимого регистров его энергонезависимой памяти, то схема дисковода формирует специальный код, переводящий БИМС в режим ожидания, при котором кодовые последовательности, пришедшие через фотовольтаическую структуру 6 на следующих циклах сканирования, используются в качестве программирующих. Затем, по прошествии заданного числа оборотов диска, достаточного для завершения программирования, БИМС автоматически или по специальной команде переводится в режим работы, описываемый ниже.Then, the “field of view” of the optical head appears at the beginning of the first photovoltaic structure 6, the exposure of which by modulated laser radiation leads to the supply to the central part of the SIMS both the supply voltage and the pulse sequence generated by the drive corresponding to the information entered when requesting the identifier. The selection of information pulses against the background of the constant component of the brightness of the radiation, which provides a SIMS supply voltage, can be carried out in the simplest way using the Zener diode structure (zener diode) available in the central part of the SIMS, if the information pulses are peak brightness values with respect to its initial value. The transit time of the first photovoltaic structure by the optical head should be sufficient to complete the entire cycle of input and processing of information for a given program. If the identifier is programmed, which consists in changing the contents of the registers of its non-volatile memory, the drive circuit generates a special code that puts the SIMS into standby mode, in which the code sequences that came through the photovoltaic structure 6 in the next scan cycles are used as programming ones. Then, after a predetermined number of disk revolutions, sufficient to complete programming, after a period, the BIMS is automatically or by a special command transferred to the operation mode described below.
Ответ идентификатора выдается в виде, отображенном состоянием его оптически активных структур 8, которое формируется за активный период, соответствующий наличию напряжения питания во времяThe identifier response is given in the form displayed by the state of its optically active structures 8, which is formed during the active period corresponding to the presence of the supply voltage during
Заменяющий лист прохождения фоτовольтаической структуры 6, после чего ими же, как описывалось выше, запоминается.Replacement sheet the passage of the photovoltaic structure 6, after which they, as described above, are remembered.
Однако электронная схема дисковода предварительно должна быть подготовлена к чтению этой информации, для чего служат промежуточные маркерные штрихи 7. Поскольку фотовольтаическая структура 6 практически полностью поглощает падающее на нее излучение лазера, для этого, в принципе, достаточно одного штриха, при прохождении которого оптической головкой ее фотоприемник регистрирует отчетливый импульс. Импульсы, пришедшие далее от находящихся в отражающем состоянии оптически активных структур 8, воспринимаются электронной схемой дисковода как информационные, которые записываются в ее специальные регистры и анализируются на предмет соответствия их кодовой последовательности контрольной сумме, отображенной состоянием последней группы (как правило, четверки) структур 8. При положительном результате анализа цикл сканирования считается завершенным, в противном случае он повторяется. Сброс состояния оптически активных структур 8 осуществляется, как описывалось выше, импульсом, сформированным второй фотовольтаической структурой 9, после чего периферийная часть БИМС оказывается подготовленной к следующему циклу сканирования. Готовность к нему электронной схемы дисковода обеспечивается второй кодовой последовательностью импульсов, пришедших в результате отражения света от группы конечных маркерных штрихов 10. Общее число выполненных с положительным результатом циклов сканирования в процессе одного запроса соответствует протоколу обмена информацией между идентификатором и дисководом.However, the electronic circuit of the drive must first be prepared for reading this information, for which intermediate marker strokes 7 are used. Since the photovoltaic structure 6 almost completely absorbs the laser radiation incident on it, for this, in principle, one stroke is sufficient, during which the optical head passes it the photodetector registers a distinct impulse. The pulses coming further from the optically active structures 8 in the reflective state are perceived by the electronic circuitry of the drive as informational, which are written into its special registers and analyzed for compliance with their code sequence with the checksum displayed by the state of the last group (usually four) of structures 8 If the analysis is positive, the scan cycle is considered completed, otherwise it repeats. The reset of the optically active structures 8 is carried out, as described above, by a pulse formed by the second photovoltaic structure 9, after which the peripheral part of the SIMS is prepared for the next scan cycle. The readiness of the drive electronic circuit is ensured by the second code sequence of pulses resulting from the reflection of light from the group of final marker strokes 10. The total number of scan cycles performed with a positive result during one request corresponds to the information exchange protocol between the identifier and the drive.
Как варианты, возможна работа БИМС с накоплением энергии, необходимой для обработки информации, ее отображения или программирования, в течение заданного числа «xoлocтыx» оборотов диска, либо, при низком быстродействии оптически активных структур 8, сAs options, it is possible to operate the SIMS with the accumulation of energy necessary for processing information, displaying it or programming it for a predetermined number of “cold” disk revolutions, or, at low speed of optically active structures 8, s
Заменяющий лист пропуском нескольких оборотов между подачей на них управляющих напряжений и чтением информации, отображенной их состоянием, а также между их сбросом и началом очередного цикла сканирования. Разница уровней зеркального слоя оптического диска, нанесенного на его поверхность, и структур БИМС, погруженных в объем его материала, может быть скомпенсирована линзовыми (фасеточными) структурами, отформованными на внешней стороне диска напротив БИМС.Replacement sheet skipping a few revolutions between the supply of control voltages to them and reading the information displayed by their state, as well as between their reset and the start of the next scan cycle. The difference between the levels of the mirror layer of the optical disk deposited on its surface and the SIMS structures immersed in the volume of its material can be compensated by lens (facet) structures molded on the outer side of the disk opposite to SIMS.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Проспект ф. Филипс MIFARE ultrа light MFO IC Ul, Маrсh 2003.1. Prospect f. Philips MIFARE ultra light MFO IC Ul, March 2003.
Информация С ИНТернеТОВСКОГО Сайта www.sеmiсопduсtоrs.рhiliрs.соm.Information from the Internet site www.semisopduсtors.Рhiliрs.сm.
2. Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 1998, N° 5-6, с. 33-36.2. Electronics: Science, Technology, Business. 1998, N ° 5-6, p. 33-36.
3. С. Зи. Физика полупроводниковых приборов, т.2, c.415, рис.19. Москва, «Mиp», 1984.3. S. Zee. Physics of Semiconductor Devices, vol. 2, p. 415, Fig. 19. Moscow, Mir, 1984.
Заменяющий лист Replacement sheet

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Бесконтактная интегральная микросхема, содержащая центральную часть, предназначенную для хранения и обработки по заданной программе вводимой информации, выполненную на подложке из полупроводникового материала, и периферийную часть, предназначенную для бесконтактной связи через электромагнитное излучение центральной части с внешним устройством, осуществляющим ее питание, ввод и вывод информации согласно заданного протокола, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что периферийная часть содержит по меньшей мере одну фотовольтаическую полупроводниковую структуру, преобразующую падающее на нее электромагнитное излучение оптического диапазона (свет) в электрическую энергию, подключенную к центральной части со стороны ввода энергии и информации, и по меньшей мере две подключенные со стороны вывода информации управляемые напряжением оптически активные структуры, модулирующие отраженное ими световое излучение, причем протокол обмена информацией соответствует по меньшей мере однократному сканированию формируемым внешним устройством сфокусированным и модулированным, в соответствии с вводимой информацией, световым лучом расположенных на пути его следования фотовольтаических и оптически активных структур с детектированием излучения, отраженного последними.1. A non-contact integrated circuit containing a central part for storing and processing input information according to a given program, made on a substrate of semiconductor material, and a peripheral part for non-contact communication through electromagnetic radiation of the central part with an external device supplying it, input and outputting information according to a predetermined protocol, characterized in that the peripheral part contains at least one photovoltaic semiconductor structure that converts the incident optical radiation of the optical range (light) into electrical energy connected to the central part from the input of energy and information, and at least two voltage-controlled optically active structures connected from the output side of the information, modulating the light radiation reflected by them moreover, the information exchange protocol corresponds to at least a single scan generated by an external device focused and modulated, in accordance with input information, a light beam of photovoltaic and optically active structures located along its path with detection of radiation reflected by the latter.
2. Бесконтактная интегральная микросхема по п.l, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что все элементы ее центральной и периферийной частей расположены на общей подложке из полупроводникового материала, например, кремния.2. The contactless integrated circuit according to claim 1, characterized in that all the elements of its central and peripheral parts are located on a common substrate of a semiconductor material, for example, silicon.
Заменяющий лист Replacement sheet
3. Бесконтактная интегральная микросхема по п. l, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что все элементы ее центральной и периферийной частей расположены на общей подложке из комбинированного материала, включающего слои полупроводника и оптически прозрачного диэлектрика, например, эпитаксиальной структуре «кpeмний-нa- caпфиpe».3. The contactless integrated circuit according to claim 1, characterized in that all the elements of its central and peripheral parts are located on a common substrate made of a combined material including layers of a semiconductor and an optically transparent dielectric, for example, a silicon-nano-sapphire epitaxial structure.
4. Бесконтактная интегральная микросхема по п.l, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что по меньшей мере один элемент ее периферийной части расположен на совпадающей по габаритам с полупроводниковой подложкой покровной подложке из оптически прозрачного диэлектрика, герметично присоединенной к первой так, что вместе они составляют гибридную сэндвич-структуру, все функциональные элементы которой сосредоточены во внутренних слоях.4. The contactless integrated circuit according to claim 1, characterized in that at least one element of its peripheral part is located on a coating substrate of an optically transparent dielectric that is identical in size to the semiconductor substrate, hermetically connected to the first so that together they form a hybrid sandwich structure, all functional elements of which are concentrated in the inner layers.
Заменяющий лист Replacement sheet
PCT/RU2004/000339 2004-09-02 2004-09-02 Contactless integrated microcircuit WO2006036080A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2004/000339 WO2006036080A1 (en) 2004-09-02 2004-09-02 Contactless integrated microcircuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2004/000339 WO2006036080A1 (en) 2004-09-02 2004-09-02 Contactless integrated microcircuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006036080A1 true WO2006036080A1 (en) 2006-04-06

Family

ID=36119165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2004/000339 WO2006036080A1 (en) 2004-09-02 2004-09-02 Contactless integrated microcircuit

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2006036080A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU652829A1 (en) * 1976-08-03 1980-03-15 Ордена Ленина Физико-Технический Институт Им. А.Ф.Иоффе Semiconductor transformer
RU2095851C1 (en) * 1994-06-14 1997-11-10 Михаил Анатольевич ЧЕХОНИН Method for information input to memory unit and for information processing
US5875450A (en) * 1996-02-05 1999-02-23 Siemens Aktiengesellschaft Device for processing and storing data received from either a contactless interface or an interface having contacts
DE19855596A1 (en) * 1998-12-02 2000-06-29 Orga Consult Gmbh Portable microprocessor-based data carrier that can be operated both contact and contactless

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU652829A1 (en) * 1976-08-03 1980-03-15 Ордена Ленина Физико-Технический Институт Им. А.Ф.Иоффе Semiconductor transformer
RU2095851C1 (en) * 1994-06-14 1997-11-10 Михаил Анатольевич ЧЕХОНИН Method for information input to memory unit and for information processing
US5875450A (en) * 1996-02-05 1999-02-23 Siemens Aktiengesellschaft Device for processing and storing data received from either a contactless interface or an interface having contacts
DE19855596A1 (en) * 1998-12-02 2000-06-29 Orga Consult Gmbh Portable microprocessor-based data carrier that can be operated both contact and contactless

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11386691B2 (en) Optical device, module, apparatus, and system for fingerprint identification
AU597318B2 (en) Device for the transfer of data between a card and a data processing unit
EP3087562B1 (en) Optical device
US5163039A (en) Three-dimensional optical memory system
JPH0896406A (en) Multilayer recording disk and recording/reproducing system using the same
US5751471A (en) Switchable lens and method of making
US20070146847A1 (en) Device capable of light modulation and light reception and optical information recording and reproducing apparatus using same
US20050157613A1 (en) Recording medium and recording and reproducing method and recording and reproducing device
RU2245591C1 (en) Contact-free integrated circuit
WO2006036080A1 (en) Contactless integrated microcircuit
US8018815B2 (en) Micro-Fresnel zone plate optical devices using densely accumulated ray points
EP1665244B1 (en) System for shifting at least one light spot
US8477588B2 (en) High power optical disc drives
EP1599875B1 (en) Multi-stack information carrier with electrochromic materials
EP0235748A2 (en) Liquid crystal disc memory
CN1290102C (en) Optical device, optical pickup and optical disk apparatus
CN1860538B (en) Optical recording medium recording/reproducing method, optical recording medium, and recording/reproducing device for the same
EP1665242B1 (en) System for reading data stored on an optical information carrier
KR20050012282A (en) Method and device for recording marks representing data in an information layer of an optical record carrier
JPS634221A (en) Optical information recording carrier
TW200421339A (en) Double-disk optical recording medium
EP0371580B1 (en) Three-dimensional optical memory system
JP2002259932A (en) Ic card
CN100461269C (en) Optical pick-up system for use in an optical disk device including use of improved gratings with more efficient beam diffraction
EP1428173A2 (en) Optical memory system for information retrieval from fluorescent multilayer optical clear card of the rom-type

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase