(57)【要約】【課題】認証するためのパターンの偽造をより抑制すること。【解決手段】本発明は、基板１０と、前記基板１０上に設けられ、認証するためのパターンとして用いられる複数の自然形成量子ドット１２と、を具備する認証素子である。また、上記認証素子を備えた被認証物である。【選択図】図１
2011204020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、認証するためのパターンとして用いられる複数の自然形成量子ドットと、
を具備することを特徴とする認証素子。
【請求項２】
前記複数の自然形成量子ドットがランダムに配置されていることを特徴とする請求項１記載の認証素子。
【請求項３】
前記認証素子の表面には、前記複数の自然形成量子ドットに対応する凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の認証素子。
【請求項４】
前記複数の自然形成量子ドットのバンドギャップは前記基板のバンドギャップより小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の認証素子。
【請求項５】
前記基板および量子ドットは、半導体であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の認証素子。
【請求項６】
前記量子ドットを覆う保護膜を具備することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の認証素子。
【請求項７】
前記基板は凹部を有し、前記複数の自然形成量子ドットは、前記凹部の底面に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の認証素子。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項記載の認証素子を備えたことを特徴とする被認証物。
【請求項９】
凹部を有する基体と、
前記凹部の底面上に前記認証素子が設けられ、前記凹部の深さは、前記認証素子の厚さより大きいことを特徴とする請求項８記載の被認証物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、認証素子および被認証物に関し、特に自然形成量子ドットを有する認証素子および被認証物に関する。
【背景技術】
【０００２】
認証される被認証物に認証素子を貼り付け、被認証物の真偽を認証する認証方法が知られている。認証方法として、ナノ粒子の配置パターンを画像認識し、基準画像と一致するか否かにより、被認証物の真偽を認証する方法が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５０８２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の方法では、ナノ粒子を再配置することにより、認証するためのパターンを偽造することが可能である。本認証素子および被認証物は、認証するためのパターンの偽造をより抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、基板と、前記基板上に設けられ、認証するためのパターンとして用いられる複数の自然形成量子ドットと、を具備することを特徴とする認証素子である。本発明によれば量子ドットが自然形成されているため、量子ドットを基板から剥がし再配置することが難しい。よって、認証パターンの偽造を抑制することができる。
【０００６】
上記構成において、前記複数の自然形成量子ドットがランダムに配置されている構成とすることができる。
【０００７】
上記構成において、前記認証素子の表面には、前記複数の自然形成量子ドットに対応する凹凸が形成されている構成とすることができる。この構成によれば、量子ドットの位置を簡単に検出することができる。
【０００８】
上記構成において、前記複数の自然形成量子ドットのバンドギャップは前記基板のバンドギャップより小さい構成とすることができる。この構成によれば、量子ドットの位置を簡単に検出することができる。
【０００９】
上記構成において、前記基板および量子ドットは、半導体である構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記量子ドットを覆う保護膜を具備する構成とすることができる。この構成によれば、量子ドットが破損することを抑制できる。
【００１１】
上記構成において、前記基板は凹部を有し、前記複数の自然形成量子ドットは、前記凹部の底面に形成されている構成とすることができる。これにより、認証素子の表面から物体が接触しても、量子ドットに物体が接触することを抑制できる。
【００１２】
本発明は、上記認証素子を備えたことを特徴とする被認証物である。
【００１３】
上記構成において、凹部を有する基体と、前記凹部の底面上に前記認証素子が設けられ、前記凹部の深さは、前記認証素子の厚さより大きい構成とすることができる。この構成によれば、量子ドットの破損を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本認証素子および被認証物によれば、認証するためのパターンの偽造をより抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）は、実施例１に係る認証素子の断面図であり、図１（ｂ）は、実施例１に係る被認証物の断面図である。
【図２】図２は、認証パターンを検出する検出装置を示す図である。
【図３】図３は、認証パターンを検出する別の検出装置を示す図である。
【図４】図４は、認証パターンを検出するさらに別の検出装置を示す図である。
【図５】図５（ａ）から図５（ｃ）は、認証パターンの検出方法を示す図である。
【図６】図６は、認証部の動作を示すフローチャトである。
【図７】図７（ａ）から図７（ｃ）は、実施例１に係る認証素子の別の例である。
【図８】図８は、実施例２に係る認証素子の断面図である。
【図９】図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例２に係る被認証物の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照し実施例について説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１（ａ）は、実施例１に係る認証素子の断面図である。図１（ａ）のように、基板１０上に自然形成（または自己形成ともいう）された量子ドット１２が形成されている。基板１０は、例えばＧａＡｓ基板であり、量子ドット１２は、例えばＩｎＡｓである。ＧａＡｓ上に量子ドット１２は、基板１０上に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法またはＭＢＥ(molecular Beam Epitaxy)法を用い形成される。
【００１８】
自然形成量子ドット１２の形成は、例えば基板１０等の下地層上に格子定数の異なる層を形成する際の初期に出現するＳＫ（Stranski-Krastanov）モード成長を利用する。ＳＫモード結晶成長においては、基板上に格子定数の異なる層を形成する際に、ヘテロ界面に生じる歪みエネルギを利用し簡単に量子ドット１２が自然形成される。このように、自然形成された量子ドット１２の配置パターンは、ランダムとなる。量子ドット１２が自然形成されているため、量子ドット１２を基板１０から剥がし再配置することが難しい。よって、認証パターンの偽造を抑制することができる。この量子ドット１２のランダムな配置パターンを認証するためのパターン（認証パターン）として用いる。ＳＫモード成長と同様にドットを形成する成長モードとしてVolmer-Weberモードがあるが、これを用いることも可能である。
【００１９】
量子ドット１２の大きさ（図１（ａ）において幅）は、例えば１ｎｍ〜１００ｎｍであり、例えば１０ｎｍ〜２０ｎｍである。量子ドット１２の高さは、例えば５〜６ｎｍである。基板１０がＧａＡｓ基板であり、量子ドット１２がＩｎＡｓの場合、基板１０の表面には量子ドット１２の高さより薄いＩｎＡｓ層が形成される場合もある。
【００２０】
図１（ｂ）は、実施例１に係る被認証物の断面図である。図１（ｂ）のように、基体２０上に図１（ａ）で示した認証素子１００が設けられている。被認証物は、認証する対象物であり、例えば紙幣、有価証券またはクレジットカード等のカードである。基体２０は、例えば、紙幣または有価証券の紙、カードのプラスチック等である。
【００２１】
図２は、認証パターンを検出する検出装置を示す図である。図２は、ＡＦＭ（Atomic Force Microscopy）法を用い認証パターンを検出する検出装置１１０を示している。検出装置１１０は、プローブを備えたカンチレバー４０、ＬＤ（レーザダイオード）４２、位置検出素子４４および認証部４８を備えている。プローブの先端が、認証素子１００の表面と一定の距離を保ちつつ認証素子１００の表面を走査される。カンチレバー４０にＬＤ４２から出射されたレーザ光４６が照射される、カンチレバー４０で反射されたレーザ光４６を位置検出素子４４が検出する。これにより、認証素子１００内の量子ドット１２の配置パターンを認証パターンとして検出する。認証部４８は、検出された認証パターンより認証素子１００を認証する。ＡＦＭ法を用い認証パターンを検出するためには、認証素子１００の表面に、複数の自然形成量子ドット１２に対応する凹凸が形成されていることが好ましい。これにより、量子ドット１２の位置を簡単に検出することができる。
【００２２】
図３は、認証パターンを検出する別の検出装置を示す図である。図３は、ＮＳＯＭ（Near-Field Scanning Optical Microscopy）法を用い認証パターンを検出する検出装置１１２を示している。検出装置１１２は、ファイバ５０、レンズ５２、検出素子５４および認証部４８を備えている。ファイバ５０の先端は尖っており、ファイバ５０を伝搬した光は、ファイバ５０の先端からエバネッセント波の光５６として出射される。認証素子１００に照射された光５６によるフォトルミネッセンス光５７をレンズ５２で集光し、検出素子５４で検出する。検出素子５４は、例えば、量子ドット１２からのフォトルミネッセンス光５７を検出する。光５６を走査することにより、認証素子１００の認証パターンを認証パターンとして検出することができる。認証部４８は、検出された認証パターンより認証素子１００を認証する。ＮＳＯＭ法を用い認証パターンを検出するためには、複数の自然形成量子ドット１２のバンドギャップは基板１０のバンドギャップより小さいことが好ましい。これにより、量子ドット１２の位置を簡単に検出することができる。
【００２３】
図４は、認証パターンを検出するさらに別の検出装置を示す図である。図４は、スーパレンズを用い認証パターンを検出する検出装置１１４を示している。検出装置１１４は、光源６０、ハーフミラー６１、スーパレンズ６２、イメージセンサ６４および認証部４８を備えている。光源６０を出射した光６６はハーフミラー６１で反射される。反射された光６６はスーパレンズ６２を介し、認証素子１００の表面に照射される。認証素子１００の表面で散乱された光はスーパレンズ６２を介し、ハーフミラー６１を透過しイメージセンサ６４に至る。イメージセンサ６４は、パターン認識により、量子ドット１２の配置パターンを検出する。検出装置で検出できる認証素子１００の表面の領域が小さい場合、光６６を走査することにより、認証素子１００の表面全体の認証パターンを検出することができる。認証部４８は、検出された認証パターンより認証素子１００を認証する。
【００２４】
図５（ａ）から図５（ｃ）は、認証パターンの検出方法を示す図である。図５（ａ）は、認証素子の上面模式図である。図５（ａ）のように、チップサイズがＸ×Ｙの基板１０上に量子ドット１２が形成されている。図５（ｂ）は、図３から図５の検出装置が検出する量子ドット１２の画像データを示す模式図である。画像データの分解能はΔｘ、Δｙである。検出装置は、検出した画像を２値化処理する。図５（ｂ）において、量子ドット１２を検出した領域に網掛８０を行なっている。
【００２５】
図５（ｃ）は検出装置が認識した量子ドットの領域を示す模式図である。例えば、検出装置は、２値化した領域のうち網掛８０を行った領域内の左上の領域を量子ドット１２の座標８４と認識する。これにより、検出装置は、量子ドット１２の座標８４を認識できる。
【００２６】
例えば、量子ドットの面密度Ｄを１０１０ｃｍ−２とし、認証素子チップサイズＸおよびＹを１００μｍとする。このとき、認証素子チップ上の量子ドット１２の数は、Ｄ×Ｘ×Ｙ＝１０６である。分解能Δｘ＝Δｙ＝２０ｎｍとする。このとき、チップ上の座標の数Ｇ＝Ｘ・Ｙ／Δｘ・Δｙ＝２．５×１０７である。以上より、認証素子の認証パターンの種類Ｐ＝Ｇｎ／Ｎ！となる。Ｐ＝Ｇｎ／Ｎ！＞ＧＮ／ＮＮ＝２５１００００００となり、認証パターンの数はほぼ無限大となる。
【００２７】
なお、自然形成された量子ドット１２の大きさは１〜１００ｎｍであり、１０ｎｍ〜２０ｎｍであることが多い。分解能Δｘ、Δｙは、量子ドット１２の大きさ程度、または量子ドット１２の最大値程度とすることが好ましい。よって、分解能Δｘ、Δｙを２０ｎｍとすることが好ましい。
【００２８】
図６は、認証部の動作を示すフローチャトである。認証部４８は、基準パターンを取得する（ステップＳ１０）。基準パターンは、予め検出した認証素子１００の量子ドット１２の配置パターンであり、例えば、複数の量子ドット１２に対応する座標データである。認証部４８は、例えば検査装置が有する記憶装置から基準パターンを取得する。または、認証部４８は、例えばネットワークを介しサーバから基準パターンを取得してもよい。
【００２９】
次に、認証部４８は、図２の検出装置１１０においては位置検出素子４４から、図３の検出装置１１２においては検出素子５４から、図４の検出装置１１４においてはイメージセンサ６４から認証パターンを取得する（ステップＳ１２）。認証パターンは、複数の量子ドット１２に対応する座標データである。
【００３０】
次に、認証部４８は、基準パターンと認証パターンとが一致するかを判断する（ステップＳ１４）。例えば、認証部４８は、基準パターンの座標データと認証パターンの座標データとが全て一致した場合、Ｙｅｓ、１つでも一致しない場合Ｎｏとする。
【００３１】
Ｙｅｓの場合、認証部４８は、認証素子１００を正規の認証素子と認証する（ステップＳ１６）。Ｎｏの場合、認証部４８は、認証素子１００を正規のものと認証しない（ステップＳ１８）。その後、終了する。
【００３２】
例えば、認証素子１００の表面が破損している場合、認証部４８は、認証パターンの一部が基準となるパターンと一致しているかで認証素子１００を認証することもできる。さらに、被認証物に複数の認証素子を設け、認証部４８は認証素子のうち破損していない認証素子を用い被認証物の認証を行うこともできる。
【００３３】
実施例１によれば、複数の自然形成量子ドット１２が、認証するためのパターンとして用いられる。自然形成量子ドット１２の配置パターンはランダムなため、同じパターンが発生する可能性をほとんど０にすることができる。また、自然形成された量子ドット１２の量子ドットの再配置は難しい。よって、認証するためのパターンの偽造をより抑制することができる。
【００３４】
図７（ａ）から図７（ｃ）は、実施例１に係る認証素子の別の例である。図７（ａ）のように、基板１０上にバッファ層１４を形成し、バッファ層１４上に量子ドット１２を形成してもよい。基板１０表面には欠陥等が多い、よって、基板１０上にバッファ層１４を形成することにより、量子ドット１２が形成しやすくなる。基板１０がＧａＡｓの場合、バッファ層１４としては、例えばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ等を用いることができる。バッファ層１４の膜厚は例えば１００ｎｍとすることができる。
【００３５】
図７（ｂ）および図７（ｃ）のように、量子ドット１２上に保護膜１６を形成することができる。保護膜１６としては、例えばＧａＡｓ層を用いることができる。保護膜１６が量子ドット１２を覆うことにより、量子ドット１２が破損等することを抑制できる。保護膜１６としては、ＧａＡｓ層以外にもＡｌＧａＡｓなどのエピタキシャル半導体層、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｓｉなどの多結晶・非晶質、または有機化合物のポリマーなどを用いることができる。
【００３６】
図２および図４の方法で量子ドット１２を検出する場合、図７（ｃ）のように、保護膜１６の表面（認証素子の表面）には、複数の自然形成量子ドットに対応する凹凸が形成されていることが好ましい。図３の方法で量子ドット１２を検出する場合、図７（ｂ）のように、保護膜１６の表面は平坦でもよいが、複数の自然形成量子ドット１２のバンドギャップは基板１０、バッファ層１４および保護膜１６のバンドギャップより小さいことが好ましい。基板１０、バッファ層１４および保護膜１６のバンドギャップが保護膜１６のバンドギャップより小さいと、量子ドット１２からのフォトルミネッセンス光が基板１０、バッファ層１４または保護膜１６において吸収されてしまうためである。
【実施例２】
【００３７】
実施例２は量子ドットが基板の凹部底面に形成された例である。図８は、実施例２に係る認証素子の断面図である。図８のように、基板１０の表面に、凹部１８が形成されている。複数の自然形成量子ドット１２は、凹部１８の底面に形成されている。これにより、認証素子の表面から指等の物体が接触しても、量子ドット１２に物体が接触することを抑制できる。よって、量子ドット１２の破損を抑制することができる。なお、凹部１８の深さは、量子ドット１２の高さより十分大きいことが好ましい。
【実施例３】
【００３８】
実施例３は、認証素子が凹部の底面に設けられた例である。図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例２に係る被認証物の断面図である。図９（ａ）のように、基体２０に複数の凸部２２が形成されている。複数の凸部２２の間に凹部２４が形成されている。認証素子１００は、凹部２４の底面に設けられている。凹部の深さＨ２は、認証素子１００の厚さＨ１より大きい。これにより、量子ドット１２の破損を抑制することができる。
【００３９】
図９（ｂ）のように、基体２０上に別の基体３０が設けられ、別の基体が凹部３４を有し、凹部３４の底面に認証素子１００が設けられてもよい。この場合も凹部３４の深さＨ２が認証素子１００の厚さＨ１より大きいことにより、量子ドット１２の破損を抑制することができる。
【００４０】
実施例１から実施例３において、自然形成量子ドット１２を形成するため、量子ドット１２／基板１０として、例えばＩｎＡｓ／ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ／ＧａＡｓ、ＩｎＮ／ＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ／ＧａＡｓ、ＩｎＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＮ、ＩｎＡｓ／ＩｎＰ、ＩｎＳｂ／ＩｎＰ、ＩｎＡｓＮ／ＩｎＰ、ＩｎＡｓ／ＧａＰ、ＩｎＳｂ／ＧａＰ、ＩｎＡｓＮ／ＧａＰ、ＩｎＡｓＳｂ／ＧａＰ、ＩｎＡｓＳｂＮ／ＧａＰなどのIII-Ｖ族化合物半導体を用いることができる。
【００４１】
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０          基板
１２          量子ドット
１４          バッファ層
１６          保護膜
１８          凹部
２０          基体
２２          凸部
２４          凹部
３０          別の基体
３４          凹部
【図１】
2011204020.tif 000003
【図２】
2011204020.tif 000004
【図３】
2011204020.tif 000005
【図４】
2011204020.tif 000006
【図５】
2011204020.tif 000007
【図６】
2011204020.tif 000008
【図７】
2011204020.tif 000009
【図８】
2011204020.tif 000010
【図９】
2011204020.tif 000011