Se qualcuno ti vende una borsa di lusso di Parigi, Francia, ma risulta essere un falso da Parigi, Texas, l'oggetto contraffatto potrebbe costarti un migliaio di dollari e il truffatore potrebbe finire in prigione. Ma se un dispositivo elettronico contraffatto viene installato in un'auto, potrebbe costare la vita ai passeggeri o al conducente.

Senza nuove misure di sicurezza, le tecnologie wireless interconnesse, l'elettronica digitale e i sistemi elettronici micromeccanici che costituiscono l'Internet of Things sono vulnerabili a falsificazioni e manomissioni che potrebbero causare il guasto di intere reti di telecomunicazioni. Nel 2017, le vendite di prodotti contraffatti di ogni tipo, dall'elettronica ai prodotti farmaceutici, ammontavano a circa 1,2 trilioni di dollari in tutto il mondo.

Per aiutare a prevenire che chip di computer contraffatti e altri dispositivi elettronici invadano il mercato, i ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno dimostrato un metodo che potrebbe autenticare elettronicamente i prodotti prima che lascino la fabbrica.

Gli scienziati hanno impiegato una tecnica ben nota chiamata doping, in cui piccoli ammassi di atomi "estranei" di un elemento diverso da quelli del dispositivo da etichettare sono impiantati appena sotto la superficie. Gli atomi impiantati alterano le proprietà elettriche dello strato più in alto senza danneggiarlo, creando un'etichetta univoca che può essere letta da uno scanner elettronico.

Usare il doping per creare etichette elettroniche per dispositivi non è un'idea nuova. Però, la tecnica del NIST, che utilizza la punta affilata di una sonda per microscopio a forza atomica (AFM) per impiantare atomi, è più semplice, meno costoso e richiede meno attrezzature rispetto ad altre tecniche di drogaggio che utilizzano laser o un raggio di ioni, ha detto il ricercatore del NIST Yaw Obeng. È anche meno dannoso di altri metodi.

"Stiamo mettendo un adesivo su ogni dispositivo, tranne per il fatto che l'adesivo è elettronico e non ce ne sono due identici perché in ogni caso la quantità e il modello degli atomi droganti è diverso, " disse Obeng.

Per creare l'ID elettronico, Obeng e i suoi colleghi hanno prima depositato una pellicola di 10 nanometri (miliardesimo di metro) di materiale drogante, in questo caso atomi di alluminio, wafer di silicio di circa 10 centimetri quadrati che sono stati poi spezzati in frammenti delle dimensioni di un francobollo in modo che potessero adattarsi all'AFM. Il team ha quindi utilizzato la punta aghiforme della sonda AFM per spingere gli atomi di alluminio di pochi nanometri nei frammenti di silicio. Il diametro delle regioni impiantate era minuscolo, non superiore a 200 nm.

Gli atomi impiantati alterano la disposizione degli atomi di silicio appena sotto la superficie del wafer. Questi atomi di silicio, così come quelli che risiedono in tutto il wafer, sono disposti secondo uno schema geometrico ripetuto noto come reticolo. Ogni reticolo di silicio si comporta come un circuito elettrico con una certa impedenza, l'equivalente CA (corrente alternata) della resistenza in un circuito CC (corrente continua).

Quando gli atomi di alluminio impiantati furono rapidamente riscaldati a circa 600 gradi Celsius, alcuni di loro hanno acquisito energia sufficiente per sostituire parte del silicio nei reticoli appena sotto la superficie del wafer. La sostituzione casuale ha alterato l'impedenza di quei reticoli.

Ogni reticolo modificato con drogante ha un'impedenza unica a seconda della quantità e del tipo di drogante. Di conseguenza, il reticolo può fungere da etichetta elettronica distintiva:una versione su scala nanometrica di un codice QR per il wafer, ha detto Obeng. Quando uno scanner dirige un raggio di onde radio sul dispositivo, i reticoli elettricamente alterati rispondono emettendo un'unica radiofrequenza corrispondente alla loro impedenza. I dispositivi contraffatti potrebbero essere facilmente identificati perché non risponderebbero allo scanner allo stesso modo.

"Questa ricerca è fondamentale perché offre un mezzo per identificare in modo univoco i componenti tramite un sistema sicuro, mezzi inalterabili ed economici, " ha detto Jon Boyens, un ricercatore della Computer Security Division del NIST che non era un coautore dello studio.

Lo studio, che Obeng ha presentato il 16 settembre alla International Conference on IC Design and Technology a Dresda, Germania, si basa sul lavoro precedente della stessa squadra. Il nuovo studio affina il metodo AFM per l'inserimento di atomi droganti, in modo che la sonda AFM possa posizionare più precisamente gli atomi nel wafer di silicio. La maggiore precisione renderà più facile testare il sistema di identificazione elettronica in condizioni reali.

Obeng e i suoi collaboratori, che includono Joseph Kopanski del NIST e Jung-Joon Ahn del NIST e della George Washington University di Washington, DC, considerano la loro tecnica un prototipo che avrà bisogno di modifiche prima di poter essere utilizzato nella produzione di massa.

Una possibilità è quella di utilizzare le sonde affilate di diversi AFM che lavorano fianco a fianco in modo che il materiale drogante possa essere impiantato in molti dispositivi contemporaneamente. Un'altra strategia utilizzerebbe rulli ad alta pressione per spingere rapidamente gli atomi di drogante che rivestono un chip di computer o un altro dispositivo a pochi nanometri nel dispositivo. Un modello stampato sui rulli assicurerebbe che gli atomi droganti siano impiantati secondo un progetto preciso. I rulli sono ampiamente utilizzati per levigare la carta, tessili e plastiche.

Obeng ha presentato il lavoro il 16 settembre alla International Conference on IC Design and Technology a Dresda, Germania.