基于新型阻变存储器PUF的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61674092
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    62.0万
  • 负责人：
    吴华强
  • 依托单位：
    清华大学
  • 学科分类：
    F0406.集成电路器件、制造与封装
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

As the development of internet of things, data protection becomes more and more import. As a new method for data protection, physical unclonable function(PUF) has the advantages of strong randomness and high reliability. Resistive random access memory has some intrinsic physical randomness properties which make it very suitable for PUF applications. The main target of this project is to realize PUF with RRAM and optimize the randomness and reliability of RRAM PUF. Based on the relationship between oxygen ion transport process and RRAM PUF reliability, the RRAM PUF design will be optimized. Through choosing suitable material and optimizing operation conditions of the RRAM devices, strong randomness and high reliability PUF will be designed and fabricated, tested. Based on the investigation of different implementation methods, RRAM PUF that has sufficient number of CRP and high reliability will be designed. On the basis of the above task, RRAM PUF chips with practical functions will be fabricated.
随着IOT的兴起，数据的保护越变得越来越重要。物理不可克隆函数（PUF）作为一种新型的数据保护手段，具有随机性强、可靠性高的优点。基于RRAM（阻变存储器）的PUF因为其固有的物理属性非常适合PUF的应用。本项目以优化RRAM PUF的随机性与可靠性为主要研究目标，重点对RRAM的阻变机理、RRAM的操作条件、RRAM PUF的实现方法以及RRAM PUF芯片的设计进行研究。通过建立氧离子迁移过程与RRAM PUF可靠性的联系，给出RRAM PUF的优化方向。通过选择合适的材料及优化RRAM的操作条件，以达到较高的随机性与可靠性。通过研究不同的RRAM PUF的实现方法，实现具有足够数量的CRP与较高可靠性的PUF设计。在完成以上任务的基础上，本项目还将设计出具有实用功能的RRAM PUF芯片，并使用该芯片完成RRAM PUF在加密与认证上的可行性验证。

结项摘要

随着物联网等新一代信息技术的出现，硬件安全电路技术变得越来越重要。基于阻变存储器（RRAM）的物理不可克隆函数（PUF）具有轻量化、安全性强、可靠性高等优势。本项目围绕RRAM PUF开展了从材料到器件再到电路的研究，重点解决如何有效提取RRAM的真随机熵源从而实现高可靠PUF电路的问题。本项目圆满的完成了预定的研究内容和目标，取得的主要成果有：（1）通过材料的优化研制出高性能的HfAlyOx基RRAM单元，高温保持时间大于10年，比特良率超过99.9%，实现了优异的可靠性和无关联的电阻分布随机性。（2）提出了新型差分单元结构和窗口加强方法，解决了熵源提取时均匀性不足和抗机器学习攻击能力差的问题。（3）设计并研制了首款完整的RRAM PUF芯片，RRAM集成规模16K，芯片通过了NIST标准测试，原始错误率比此前PUF芯片的最好水平低两个数量级，实现了优异的性能，并具有独特的可重构能力。该项目执行期间，共发表论文29篇，包括1篇集成电路顶级会议ISSCC、5篇顶级会议IEDM，相关论文被Nature Electronics作为研究亮点重点报道。该项目申请专利10项，部分专利已转化给厦门半导体工业技术研发有限公司，相关技术已在北京宏思电子科技有限责任公司的密码芯片产品中得到了初步的应用。相关成果多次在北京科技周、国家军民融合展等场合进行科普展示。通过本项目的研究，验证了RRAM PUF芯片技术的可行性，为信息安全领域提供了可靠的硬件解决方案。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（18）
专利数量（10）
Optimization of RRAM-Based Physical Unclonable Function With a Novel Differential Read-Out Method
采用新颖的差分读出方法优化基于 RRAM 的物理不可克隆功能
  • DOI：
    10.1109/led.2016.2647230
  • 发表时间：
    2017-02
  • 期刊：
    IEEE Electron Device Letters
  • 影响因子：
    4.9
  • 作者：
    Yachuan Pang;Huaqiang Wu;Bin Gao;Ning Deng;Dong Wu;Rui Liu;Shimeng Yu;An Chen;He Qian
  • 通讯作者：
    He Qian
Thermal Stability of HfOx-Based Resistive Memory Array: A Temperature Coefficient Study
基于 HfOx 的电阻式存储阵列的热稳定性：温度系数研究
  • DOI：
    10.1109/led.2017.2787124
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    IEEE Electron Device Letters
  • 影响因子：
    4.9
  • 作者：
    Xiaohu Wang;Huaqiang Wu;Bin Gao;Xinyi Li;Ning Deng;He Qian
  • 通讯作者：
    He Qian
Impact of variations of threshold voltage and hold voltage of threshold switching selectors in 1S1R crossbar array
1S1R纵横阵列中阈值开关选择器阈值电压和保持电压变化的影响
  • DOI：
    10.1088/1674-1056/27/11/118502
  • 发表时间：
    2018-11
  • 期刊：
    中国物理 B Chinese Physics B
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Yujia Li;Huaqiang Wu;Bin Gao;Qilin Hua;Zhao Zhang;Wanrong Zhang;He Qian
  • 通讯作者：
    He Qian
Improving Analog Switching in HfOx-Based Resistive Memory With a Thermal Enhanced Layer
使用热增强层改进基于 HfOx 的电阻式存储器中的模拟开关
  • DOI：
    10.1109/led.2017.2719161
  • 发表时间：
    2017-08-01
  • 期刊：
    IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS
  • 影响因子：
    4.9
  • 作者：
    Wu, Wei;Wu, Huaqiang;Qian, He
  • 通讯作者：
    Qian, He
A Unified Memory and Hardware Security Module Based on the Adjustable Switching Window of Resistive Memory
基于电阻式存储器可调切换窗口的统一存储器和硬件安全模块
  • DOI：
    10.1109/jeds.2020.3019266
  • 发表时间：
    2020-01-01
  • 期刊：
    IEEE JOURNAL OF THE ELECTRON DEVICES SOCIETY
  • 影响因子：
    2.3
  • 作者：
    Lin, Bohan;Gao, Bin;Wu, Huaqiang
  • 通讯作者：
    Wu, Huaqiang

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其他文献

宏观经济周期对企业外部融资的影响研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    金融研究
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    吴华强;才国伟;徐信忠
  • 通讯作者：
    徐信忠
不同采收期枳实促胃肠动力作用及其辛弗林含量的比较研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    中国民族民间医药
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    邓可众;陈虹;吴华强;熊英
  • 通讯作者：
    熊英
进取、公平与社会信任
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    才国伟;吴华强
  • 通讯作者：
    吴华强
石墨烯射频器件研究进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    卢琪;吕宏鸣;伍晓明;吴华强;钱鹤
  • 通讯作者：
    钱鹤
Research progress of graphene radio frequency devices
石墨烯射频器件研究进展
  • DOI：
    10.7498/aps.66.218502
  • 发表时间：
    2017-11
  • 期刊：
    ACTA PHYSICA SINICA
  • 影响因子：
    1
  • 作者：
    卢琪;吴华强
  • 通讯作者：
    吴华强

其他文献

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AI技术路线图

吴华强的其他基金

石墨烯/铁电异质结构纵向器件性能研究
  • 批准号：
    61474072
  • 批准年份：
    2014
  • 资助金额：
    84.0 万元
  • 项目类别：
    面上项目
低维纳米结构量子电容的表征与其在场效应管中的应用研究
  • 批准号：
    61006067
  • 批准年份：
    2010
  • 资助金额：
    26.0 万元
  • 项目类别：
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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