空间限域下固态去湿法制备多级杂化防伪标签及其在光学安全编码中的应用

这篇研究报道了一种创新的杂化编码技术，通过光刻（photolithography）制备确定性图案与银膜固态去湿（solid-state dewetting）形成的随机特征相结合，实现了微米/纳米尺度的三级防伪编码。第一级QR码可通过智能手机读取，第二级（明场显微）和第三级（暗场多色散射）基于银纳米结构的不可克隆特性，结合深度学习算法实现高精度认证，为半导体兼容工艺的防伪技术提供了新思路。

　　

1 引言

数字时代的安全需求催生了结合确定性与随机层的多级编码方案。全球假冒产业对经济和公共安全构成威胁，传统防伪标签因可复制性存在漏洞。物理不可克隆功能（PUF）通过随机物理特征生成独特响应，而光学PUF利用光-物质相互作用增强安全性。本研究提出将半导体光刻与银膜固态去湿结合，在空间限域下实现微米级平面内和纳米级平面外的协同调控，形成兼具QR码可读性与银纳米结构随机性的三级标签。

2 结果与讨论

2.1 多级标签设计与表征

通过i线光刻制备微米级QR码模板，沉积50 nm银膜后经600°C退火诱导去湿，形成离散纳米岛（图1）。SEM显示银纳米颗粒呈半球形随机分布，AFM证实其高度均匀性。暗场显微镜下，纳米级限域激发的局域表面等离子体共振（LSPR）产生多色散射，而明场成像依赖微米级结构衍射（图2）。厚度实验表明50 nm银膜在特征尺寸（1.0±0.3 μm）与色彩多样性间取得最佳平衡，XRD和XPS验证了银的晶体纯度。

2.2 防伪性能量化

从60个QR码提取256位二进制密钥，NIST测试验证其随机性（p>0.01）。均匀性达0.4911（理想值0.5），汉明距离为0.4979±0.0435，接近理论最优（图3）。ORB算法实现特征点匹配，ResNet-50模型对240张图像分类准确率超85%，色度欧氏距离分析进一步保障认证可靠性（图4-5）。

2.3 环境稳定性

300°C高温和环境测试后，95-98%结构特征保留，暗场色彩相似度达83-99%（图6）。银纳米颗粒的熔点和化学惰性为其在极端条件下的持久性提供保障。

3 结论

该工作通过光刻与固态去湿的协同，开发出兼具确定性QR码和随机银纳米结构的三级防伪标签。50 nm银膜在600°C退火形成的特征兼具光学可读性与LSPR色彩编码，深度学习算法实现快速认证。未来可结合分子调控拓展响应维度。

4 实验方法

采用热蒸发（PVD）沉积银膜，i线光刻（AZ1518光刻胶，7秒曝光）定义图案，AZ100剥离后退火。通过SEM/AFM/XRD表征形貌，ORB和ResNet-50算法实现特征/色彩匹配，所有数据均经三次重复验证。