Защищенный и/или ценный документ с системой полупроводникового контакта ii типа
Изобретение касается защищенного и/или ценного документа, содержащего защитный признак с полупроводниковым участком. Документ содержит по меньшей мере один первый полупроводниковый слой и один второй полупроводниковый слой, которые контактируют друг с другом и образуют систему полупроводникового контакта II типа. Предложенный документ обеспечивает повышенную защиту от подделки, простую и надежную возможность проверки на подлинность при простоте его изготовления. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область изобретения
Изобретение относится к защищенному и/или ценному документу с защитным признаком, чернилам для изготовления защитного признака, способу изготовления такого защищенного и/или ценного документа, а также к способу проверки подлинности такого защищенного и/или ценного документа.
Уровень техники и предпосылки создания изобретения
Из практики известно большое количество защищенных и/или ценных документов, которые содержат защитные признаки с люминесцирующими, прежде всего, флюоресцирующими, веществами. Люминесцирующие вещества - это такие вещества, которые при возбуждении достаточной энергией света, например ультрафиолетового, флюоресцируют или фосфоресцируют. При этом речь идет об энергетических переходных процессах на молекулярном или атомарном уровне, переходный дипольный момент которых не равен нулю (флюоресценция) или равен нулю (фосфоресценция). Длины волн или же энергии флюоресценции или фосфоресценции являются специфическими для соответствующих веществ, так как они соответствуют разности энергетических уровней обоих состояний, между которыми происходит релаксация из возбужденного состояния, и в большинстве случаев находятся в видимом диапазоне. При этом флюоресценция типично имеет длительность затухания 10 нс и менее, так как речь идет о дипольно-разрешенном переходе (переходный дипольный момент не равен нулю), в то время как фосфоресценция имеет типичную длительность затухания в диапазоне от 1000 микросекунд до нескольких часов, так как речь идет о дипольно-запрещенных переходах (переходный дипольный момент равен нулю). Запрещенные переходы имеют сравнительно малую вероятность перехода, что приводит к сравнительно медленным переходам. Физическая природа этого поведения более детально излагается, например, в источнике П.В. Аткинс, Физическая химия (P.W. Atkins, Physikalische Chemie, 2. Auflage, VCH, Weinheim, New York, Basel, Cambridge, Tokyo, 1996), стр.563 и следующие страницы.
В частности, защитные признаки с флюоресцирующими веществами имеют то преимущество, что возможна проверка с помощью простейших средств при одновременном очень недорогом изготовлении. Если, например, такой защитный признак расположить под ультрафиолетовым источником, он начинает светиться и становится различим путем рассмотрения невооруженным глазом.
Защитные признаки с флюоресцирующими веществами обычно получают с помощью флуоресцентных красок или же чернил, например, способом печати. Флуоресцентные краски или же чернила очень распространены в торговле, и их нетрудно приобрести. Поэтому не имеющим на то разрешение лицам легко приобрести подходящую флуоресцентную краску или же чернила и с их помощью изготовить поддельные защищенные и/или ценные документы с флюоресцирующим защитным признаком.
Из других областей техники, прежде всего, структур с квантовыми ямами для лазерных диодов, известны так называемые полупроводниковые контакты II группы. В этой связи можно сделать ссылку на источники J. Am. Chem. Soc. 125:11466ff (2003), J. Appl. Phys. 87:1304ff (2000), Phys. Rev. В 36:3199ff (1987) и J. Am. Chem. Soc. 125:7100ff (2003). Из источника US 5,841,151 известны различные полупроводниковые контакты II группы на базе InAsxPy, а также InpGaqAsxPy, при этом оба указанных материала находятся в прямом контакте друг с другом, и x и y, с одной стороны, а p и q, с другой стороны, соответственно всегда в сумме дают 1. В этом источнике также описаны влияния на волновые функции дырок и электронов, которые возникают при приложении потенциала к контакту. Другие аналогичные контакты из двух разных полупроводников III/V группы известны, например, из источника US 6,734,464. Из источника Брагинский и др., «Кинетика фотолюминесценции экситона в полупроводниковых решетках II типа» (L.S. Braginsky et al. "Kinetics of exciton photoluminescence in type-II semiconductor lattices", 2006), известны величины времени затухания экситонов для системы GaAs/AlAs (нелегированной примесями), а также их измерение. Ниже представлено детальное описание связей зонных структур и волновых функций в контактах II типа.
Было бы желательно создать защищенный и/или ценный документ с люминесцирующим защитным признаком, который при простоте изготовления защищенного и/или ценного документа обеспечивал бы повышенную защиту от подделки, а также улучшенную возможность обнаружения подделок.
Техническая задача изобретения
Поэтому в основу изобретения положена техническая задача разработки защищенного и/или ценного документа, который имеет люминесцирующий защитный признак и повышенную защиту от подделки.
Основные черты изобретения и предпочтительные формы реализации
Для решения этой технической задачи в изобретении заявлен защищенный и/или ценный документ, содержащий защитный признак с полупроводниковым участком, который содержит по меньшей мере один первый полупроводниковый слой и один второй полупроводниковый слой, которые находятся в контакте друг с другом и образуют систему полупроводникового контакта II типа.
Изобретение основано на том факте, что полупроводниковые контакты II типа в силу особой физики связей имеют люминесценцию, длительность затухания которой при соответствующем выборе и расчете материалов находится в диапазонах, которые занимают среднее положение между диапазонами классической флюоресценции и фосфоресценции. Хотя полупроводниковые контакты II типа применяются и в других областях техники, например в структурах с квантовыми ямами для лазерных диодов, однако при этом длительность затухания, пожалуй, играет второстепенную роль.
С помощью настоящего изобретения достигается то, что защищенный и/или ценный документ может по-прежнему быть подвергнут проверке на подлинность посредством простого осмотра, однако при этом он за счет измерения длительности затухания люминесценции дополнительно содержит второй неотъемлемый и скрытый защитный признак, который может быть считан и проверен на подлинность. Речь идет о скрытом защитном признаке, так как длительность затухания является определяемой исключительно аппаратным способом и нераспознаваемой путем осмотра невооруженным глазом. Если длительность затухания, замеренная на исследуемом защищенном и/или ценном документе, не соответствует эталонной длительности затухания для подлинного защитного признака, то исследованный защищенный и/или ценный документ может быть распознан как подделка и отклонен или же изъят даже несмотря на распознаваемую и при необходимости измеряемую длину волны флюоресценции или люминесценции. Полупроводниковые контакты II типа не имеются в свободной продаже, к тому же, фальсификатору пришлось бы сделать правильный выбор или же расчет полупроводниковых материалов, что для специалиста в области физики твердого тела просто и привычно, однако не относится к основным знаниям в кругах фальсификаторов. Наконец, изготовление полупроводниковых контактов II типа стоит дорого, если в распоряжении отсутствует необходимая для этого аппаратура, а также обслуживающий персонал.
Как правило, защитный признак согласно изобретению будет выполнен так, что полупроводниковый участок или полупроводниковые участки образуют рисунок. Такой рисунок может быть одинаковым для различных защищенных и/или ценных документов. Тогда рисунок подходит для проверки подлинности одного типа защищенного и/или ценного документа. Примерами таких латеральных рисунков, специфических для документов определенного типа, являются: печать, герб, регулярные или нерегулярные двухмерные образы, такие как множества линий или гильоши, одномерные или двухмерные штрихкоды. При этом речь может идти о видимых или невидимых при нормальном свете рисунках, при этом невидимые рисунки отличаются от видимых рисунков тем, что невидимые рисунки становятся видимыми лишь с помощью вспомогательных технических средств, таких как источники ультрафиолетового излучения. Но рисунок может быть и индивидуальным для различных защищенных и/или ценных документов (одного и того же типа документа) и закодирован, прежде всего, для идентификационной информации защищенного и/или ценного документа. Для индивидуальных рисунков возможно использование, например, следующих (кодированных согласно рисунку) данных: цепочки буквенно-цифровых символов, например наборы личных данных, части наборов личных данных, таких как фамилия, имя, адрес, дата рождения, место рождения, и/или данные документов, части данных документов, такие как серийный номер, место выдачи, дата выдачи, дата истечения срока действия, а также другие данные, прежде всего, цифровые данные, открытый ключ (Public Key) (в случае с документом со считываемым чипом или документом для доступа к централизованным или децентрализованным банкам данных) и/или контрольные суммы, и биометрические данные, такие как фото, отпечатки пальцев, венозный рисунок, например, кисти руки или пальца, радужная оболочка и/или сетчатая оболочка глаза. Предпочтительно, речь идет о цепочке символов, однозначно идентифицирующей документ и/или владельца документа. Но эта цепочка символов может быть цепочкой символов, не представленной в документе по-иному. Могут быть предусмотрены и несколько рисунков, которые могут (латерально) быть наложены друг на друга и, тем не менее, являются раздельно считываемыми, будь то посредством установленной (обнаруженной) длины волны люминесценции, будь то посредством измеренного времени затухания. Само собой разумеется, могут быть предусмотрены и несколько рисунков, которые (латерально) не накладываются друг на друга. В обоих случаях возможны и предпочтительны, прежде всего, комбинации рисунков, специфических для определенного типа документов, и индивидуальных рисунков.
В рамках изобретения понятие «ценный и/или защищенный документ» включает в себя, прежде всего, удостоверения личности, заграничные паспорта, удостоверения личности в виде карточек, контрольные удостоверения доступа, визы, знаки уплаты налога, билеты, водительские удостоверения, документы на автомобиль, банкноты, чеки, знаки почтовой оплаты, кредитные карты, любые чип-карты и самоклеящиеся этикетки (например, для защиты изделий). Обычно такие защищенные и/или ценные документы имеют подложку (субстрат), печатный слой и, факультативно, прозрачный покровный слой. Подложка является несущей структурой, на которую наносится печатный слой с информацией, изображениями, рисунками и т.п. В качестве материалов для подложки могут быть использованы все обычные в данной области техники материалы на бумажной и/или пластмассовой основе.
Далее представлена физическая суть изобретения. Коэффициенты спонтанного излучения (а) и индуцированной абсорбции (б) взаимосвязаны согласно Эйнштейну:
Далее, B определяется как
При этом µEA - это переходный дипольный момент рассматриваемого перехода, который определяется как:
При этом ψ - это соответствующая волновая функция основного состояния A, а также возбужденного состояния E, а r - это пространственная координата. dт - временной дифференциал, «int» означает знак интеграла. В обобщенном виде получается:
Важной для понимания изобретения является вышеуказанная пропорциональность между A и 
. В формулах h - это постоянная Планка, c - это скорость света, ε0 - это диэлектрическая постоянная, υ - это частота, а r - это расстояние. Поскольку векторы подлежат сложению или умножению, имеются в виду их величины.
Таким образом, коэффициент Эйнштейна для спонтанного излучения пропорционален квадрату интеграла перекрытия. Если этот факт применить к полупроводниковым контактам из различных проводников, получаются связи, представленные на фигурах 1a и 1b.
На фигуре 1a показан контакт типа I между полупроводниковыми материалами A и B, при этом абсцисса - это координата места, а ордината - это энергия. Сплошные линии показывают характер изменения зоны проводимости (CB) и валентной зоны (VB). Видно, что в полупроводниковом материале B зона проводимости и валентная зона в каждом случае с разными знаками смещены по энергетическому уровню по сравнению с зоной проводимости и валентной зоной полупроводникового материала A. Энергетическая щель в области полупроводника В является наименьшей. Волновые функции ψ (пунктирные линии) имеют в области полупроводникового материала В, т.е. близко по месту по отношению друг к другу, экстремальное значение, так что интеграл перекрытия максимален.
На фигуре 1b показан контакт типа II между полупроводниковыми материалами A и B в аналогичном представлении. Здесь, в полупроводниковом материале В зона проводимости и валентная зона в каждом случае с одинаковыми знаками смещены по энергетическому уровню по сравнению с зоной проводимости и валентной зоной полупроводникового материала A. Видно, что экстремальные значения волновых функций ψ пространственно отделены друг от друга, а именно, с одной стороны, в полупроводниковом материале A (GS), а с другой стороны, в полупроводниковом материале B (ES), что характерно для полупроводниковых контактов II типа. Из-за пространственной удаленности экстремальных значений волновых функций образуется меньшая вероятность спонтанного излучения с непосредственным последствием удлинения времени затухания люминесценции по сравнению с системой полупроводникового контакта I типа.
К тому же, эти зависимости, как показано на фигуре 1c, могут усиливаться еще и тем, что между полупроводниковыми материалами A и B размещается разделительный слой C, при этом энергия его зоны проводимости расположена ближе к зоне проводимости полупроводникового материала A, а энергия его валентной зоны расположена ближе к валентной зоне полупроводникового материала B. В результате этого экстремальные значения волновых функций ψ пространственно расположены еще дальше друг от друга, так что происходит дополнительное снижение вероятности спонтанного излучения, а следовательно, и дополнительное удлинение времени затухания.
Из вышеуказанных зависимостей вытекает, что в системе согласно изобретению полупроводникового контакта II типа время затухания может быть установлено как бы «на заказ» по определенным заданным величинам, а именно посредством выбора соответствующих энергетических щелей обоих полупроводниковых материалов или расстояний между соответствующими валентными зонами и зонами проводимости и/или посредством размещения разделительного слоя и изменения его толщины. Измеренное время затухания очень специфично для использованного для защитного признака полупроводникового материала.
К тому же, посредством приложения потенциала между полупроводниковыми материалами A и B можно создать как бы модуляцию времени затухания (а в целом и длины волны излучения). Это позволяет дополнительно динамически проверять время затухания, а именно, с одной стороны, без потенциала, а с другой стороны, с потенциалом, и наряду со временем затухания использовать для проверки подлинности и установленную таким образом разность величин времени затухания. Дело в том, что разность величин времени затухания будет опять же зависеть от выбранных материалов для полупроводниковых слоев и, при известных обстоятельствах, для разделительного слоя и будет для них специфической. В этой связи дополнительно делается ссылка на примеры реализации изобретения.
Понятие «полупроводниковый участок» означает участок защищенного и/или ценного документа согласно изобретению, который образуется полупроводниковым контактом типа II. При этом в виде сверху на защищенный и/или ценный документ речь может идти о макроскопической структуре, например, порядка величины в 1 мм2 и больше. Однако речь может идти и о микроскопических структурах, прежде всего, о микро- или наночастицах, как это описано в другом месте.
Такой полупроводниковый участок защищенного и/или ценного документа согласно изобретению является изготавливаемым следующим образом: а) на подложке факультативно, предпочтительно, эпитаксиально наращивается первый барьерный слой, б) на барьерный слой, предпочтительно, эпитаксиально наращивается первый полупроводниковый слой из первого полупроводникового материала, в) факультативно, на первом полупроводниковом слое, предпочтительно, эпитаксиально наращивается разделительный слой из полупроводникового материала разделительного слоя, г) на первом полупроводниковом слое или разделительном слое наращивается, предпочтительно, эпитаксиально второй полупроводниковый слой из второго полупроводникового материала, д) факультативно, на втором полупроводниковом слое наращивается, предпочтительно, эпитаксиально второй барьерный слой, е) факультативно, полученная на стадиях а)-д) слоистая структура делится на частицы при сохранении слоистой структуры посредством деления в направлениях вертикально плоскостям слоистой структуры, при этом первый полупроводниковый материал и второй полупроводниковый материал выбраны и, в случае необходимости, легированы примесями так, что валентная зона и зона проводимости второго полупроводникового материала смещены в каждом случае с одинаковым знаком по энергетическому уровню по отношению к валентной зоне и зоне проводимости первого полупроводникового материала, и при этом полупроводниковый материал разделительного слоя имеет зону проводимости, которая по энергетическому уровню расположена ближе к зоне проводимости первого полупроводникового материала, и валентную зону, которая по энергетическому уровню расположена ближе к валентной зоне второго полупроводникового материала, или наоборот.
Изготовление слоев, прежде всего, эпитаксиальных слоев, может осуществляться обычным для данной области техники способом. Могут быть использованы, например, МВЕ (Molecular Beam Epitaxy - молекулярно-пучковая эпитаксия) и MOVPE (Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy - металлорганическая эпитаксия из паровой фазы). Эти способы с применяемой аппаратурой, материалами и условиями осаждения в соответствии с составом желаемого полупроводникового слоя хорошо известны специалистам в области полупроводниковой техники и не требуют более детального пояснения. При необходимости один или несколько полупроводниковых слоев, например барьерные слои, могут быть легированы примесями. При этом полупроводник, легированный примесью n-типа, является таким проводником, в котором электрическая проводимость осуществляется через электроны на основе донорных атомов с избыточными валентными электронами. Для легирования кремния примесью n-типа в расчет принимаются, например, азот, фосфор, мышьяк и сурьма. Для легирования полупроводников GaP или (AlGa)P примесью n-типа может использоваться, например, кремний или теллур. В полупроводнике, легированном примесью p-типа, электрическая проводимость осуществляется через дырки посредством встраивания акцепторных атомов. Для кремния в качестве акцепторов может использоваться бор, алюминий, галлий и индий. Для GaP или (AlGa)P могут применяться такие акцепторы, как, например, магний, цинк или углерод.
В качестве альтернативы, частицы согласно изобретению могут быть синтезированы в растворе согласно вышеприведенным литературным источникам.
Понятие контакта между первым полупроводниковым слоем и вторым полупроводниковым слоем обозначает плоскостное соединение таких слоев либо непосредственно, либо через промежуточное включение разделительного слоя или нескольких непосредственно соединенных друг с другом разделительных слоев из различных полупроводниковых материалов разделительного слоя.
Толщина первого и второго полупроводниковых слоев, а также, при известных обстоятельствах, барьерных слоев не является критической и может быть в пределах от 0,1 нм до 1 мм, однако, предпочтительно, составляет от 5 нм до 10 мкм. Толщина разделительного слоя или же сумма толщин нескольких разделительных слоев должна быть скорее меньше, чем вышеуказанная, и составлять от 0,1 до 100 нм, предпочтительно, от 0,5 до 50 нм, прежде всего, от 0,5 до 20 нм.
В рамках изобретения полупроводниковый участок может быть выполнен различно.
В особо простом варианте изобретения полупроводниковые участки выполнены в виде полупроводниковых частиц, которые расположены в защищенном и/или ценном документе или на его поверхности. В самой простой конструктивной форме частицы не имеют электрического контакта, электролюминесценция происходить не может. Это может происходить посредством внедрения в подложку, например, из бумаги или пластмассы, в расположенный на подложке печатный слой, например в чернила, и/или в покровный слой на печатном слое, например, из прозрачного пластика. Технологически является особо предпочтительным, если в печатные чернила, введенные или нанесенные на защищенный и/или ценный документ, внедрено или замешено множество полупроводниковых частиц, так как в таком случае весь производственный процесс отличается от обычных производственных процессов лишь тем, что используются чернила, дополненные полупроводниковыми частицами согласно изобретению. Этот вариант изобретения может применяться практически для всех рассматриваемых защищенных и/или ценных документов.
Технологически более трудоемкий вариант отличается тем, что полупроводниковый участок содержит электрические контакты, которые, с одной стороны, соединены с первым полупроводниковым слоем, а с другой стороны, со вторым полупроводниковым слоем, например, посредством барьерных слоев, при этом электрические контакты в каждом случае электрически соединены с электрическими контактными полями, которые расположены в области поверхности защищенного и/или ценного документа. Благодаря этому посредством приложения потенциала можно осуществлять описанную выше модуляцию времени затухания. Этот вариант, прежде всего, рекомендуется для защищенных и/или ценных документов, которые и без того содержат контактное поле, например для чипов, таких как чип-карты, удостоверения, паспорта и т.п. Вместо электрических контактов могут быть также внедрены проводящие слои, которые образуют конденсатор, что детально изложено в следующих вариантах осуществления исполнения. В этом варианте контактные поля обычно не предназначены для возбуждения электролюминесценции или же при приложении разности потенциалов электролюминесценции не происходит.
Полупроводниковый участок, обычно используемый в рамках настоящего изобретения, имеет время затухания люминесценции от 1 до 100000 нс, предпочтительно, от 10 до 10000 нс. Временем затухания называется время, которое проходит между начальной интенсивностью люминесценции непосредственно после окончания возбуждения и падением интенсивности люминесценции до 1/e начальной интенсивности. В качестве альтернативы, временем затухания также может быть время падения до 1/10 начальной интенсивности; обе величины отличаются друг от друга на фактор примерно 2,3. Время затухания может измеряться либо селективно для заданной длины волны, либо неселективно в отношении длины волны.
В рамках изобретения первый полупроводниковый слой и второй полупроводниковый слой, по существу, могут быть образованы из любых полупроводниковых материалов при необходимости с легированием примесью, при этом выбор и состав осуществляются с оговоркой, что должен возникать полупроводниковый контакт II типа. Прежде всего, подходят все полупроводниковые контакты II типа, которые известны в разнообразных вариантах из области технологии структур с квантовыми ямами. Слои этих контактов в большинстве случаев образованы из полупроводников III/V или II/IV групп. При этом в качестве элементов III группы, наряду с Ga, во внимание принимаются также B, Al и In. В качестве элементов группы V, наряду с As, во внимание принимаются также N, P и Sb. Часто в одном слое применяются разные элементы соответствующих групп, благодаря чему можно моделировать желаемые зонные структуры слоев путем изменения стехиометрии различных элементов III группы, с одной стороны, и/или различных элементов V группы, с другой стороны, в связи с чем делается ссылка на специальную литературу по полупроводникам III/V групп. Аналогичное относится к компонентам разделительного слоя и/или барьерного слоя (слоев), при этом барьерный слой, по существу, может выполнять ту же функцию, что и в структурах с квантовыми ямами, и в остальном может быть также проводящим, например, за счет легирования примесью и, таким образом, служить для электрического контакта.
Кроме того, изобретение относится к чернилам для печати на подложке защищенного и/или ценного документа, содержащим с частицы по меньшей мере двумя полупроводниковыми слоями, которые образуют систему полупроводникового контакта II типа. Другие компоненты чернил согласно изобретению совпадают с компонентами известных из уровня техники чернил и обычным образом включают обычные для данной области техники другие компоненты красок или чернил, такие как связующие, пенетрационные средства, загущающие средства, биоциды, поверхностно-активные вещества, буферные вещества, растворители (вода и/или органические растворители), наполнители, пигменты, красители, эффектные пигменты, антивспениватели, антиседиментационные средства, ультрафиолетовые стабилизаторы и пр. Подходящие рецептуры красок и чернил для различных способов печати хорошо известны специалисту из уровня техники, а применяемые согласно изобретению частицы примешиваются вместо или дополнительно к традиционным красителям или пигментам. Доля частиц в чернилах может быть в пределах от 0,01 до 50 вес.%, предпочтительно, от 0,01 до 10 вес.%, а наиболее предпочтительно, от 0,1 до 2 вес.% от общего веса чернил. Частицы могут иметь максимальную протяженность в пространстве от 0,001 до 100 мкм, предпочтительно, от 0,01 до 20 мкм, в случае со струйными чернилами от 0,001 до 0,1 мкм или 1 мкм. Максимальная протяженность в пространстве означает длину того прямого соединения между двумя точками поверхности частицы, которое является максимальным для частицы.
В качестве способа печати для нанесения печатного слоя чернилами согласно изобретению на подложку подходят хорошо знакомые специалисту способы глубокой, высокой, плоской и трафаретной печати. Например, могут быть использованы: металлографская печать, растровая глубокая печать, печать с упругих форм, типоофсет, офсетная печать или (шелко)трафаретная печать. Помимо этого, подходят способы цифровой печати, такие как термографическая печать с термокопировальной лентой, струйная печать или термосублимационная печать.
Кроме того, изобретение относится к способу изготовления защищенного и/или ценного документа согласно изобретению, в котором полупроводниковый участок, включающий по меньшей мере один первый полупроводниковый слой и один второй полупроводниковый слой, которые образует систему полупроводникового контакта II типа, внедряют в подложку защищенного и/или ценного документа или наносят на его поверхность, при этом первый полупроводниковый слой электрически контактирует с первым электрическим контактным полем, а второй полупроводниковый слой электрически контактирует со вторым электрическим контактным полем. В простейшем случае на подложку защищенного и/или ценного документа наносится печать чернилами согласно изобретению.
В общем случае изобретение в конструктивной форме с приложением разности потенциалов между первым полупроводниковым слоем и вторым полупроводниковым слоем может быть реализовано так, что вместо контакта указанных полупроводниковых слоев они расположены между двумя слоями, электрически проводящими и электрически изолированными по отношению к полупроводниковым слоям. Тогда эти электрически проводящие слои контактируют в каждом случае с электрическими контактными полями. В результате этого образуется конденсатор, в поле которого (при приложении разности потенциалов к обоим электрически проводящим слоям) находятся полупроводниковые слои, и вследствие этого на граничном слое между полупроводниковыми слоями возникают соответствующие поля.
Кроме того, изобретение относится к способу проверки подлинности защищенного и/или ценного документа согласно изобретению, в котором защищенный и/или ценный документ облучают световым излучением, энергии которого достаточно для возбуждения люминесценции полупроводникового участка, при этом длительность затухания возбужденной люминесценции измеряется и сравнивается с первой опорной величиной времени затухания. Измерение длительности затухания можно проводить с помощью обычных приборов, для чего лишь в качестве примера делается ссылка на примеры осуществления изобретения.
В усовершенствованном варианте вышеуказанного способа проверки подлинности защищенного и/или ценного документа с электрически контактирующим полупроводниковым участком к первому электрическому контактному полю и второму электрическому контактному полю прикладывается заданная разность потенциалов, при этом защищенный и/или ценный документ облучается световым излучением, энергии которого достаточно для возбуждения люминесценции полупроводникового участка, а длительность затухания возбужденной люминесценции измеряется и сравнивается со второй опорной величиной длительности затухания. Подходящими являются разности потенциалов, которые в области контакта генерируют силовые поля в диапазоне от 0,1 до 100000 или 10000 кВ/см, предпочтительно, от 5 до 200 кВ/см. Дополнительно, можно измерять длительность затухания возбужденной люминесценции без приложения разности потенциалов, при этом разность измеренных длительностей затухания без приложения и с приложением потенциала сравнивается с опорной величиной разности длительностей затухания. Прилагаемая разность потенциалов является заданной, а ее величина соотносится с защитным признаком, а также, при необходимости, с опорной величиной разности длительностей затухания. Измерение длительности затухания можно повторять при различных разностях потенциалов, чтобы повысить надежность проверки подлинности.
В рамках изобретения возбуждение люминесценции может осуществляться не только облучением, энергия которого равна или больше разности энергий обоих люминесцентных состояний, но и облучением, энергия которого меньше, чем эта разность энергий. Тогда возбуждение может осуществляться посредством двух- или многофотонного возбуждения или повышающего преобразования обычным для данной области техники способом.
Далее, изобретение поясняется более детально на примерах реализации, представляющих лишь его конструктивные формы.
Пример 1. Полупроводниковый контакт II типа, применяемый согласно изобретению
Первый полупроводниковый слой A образован из InAs0.43P0.57 толщиной 9,0 нм (стехиометрические показатели элементов III группы и V группы суммируются соответственно в 1). Речь идет о слое для электронов. Зонная энергия зоны проводимости составляет -8,295 эВ. Зонная энергия для тяжелых дырок в валентной зоне составляет -9,220 эВ. Зонная энергия для легких дырок в валентной зоне составляет -9,307 эВ.
Второй полупроводниковый слой образован из In0.53Ga0.47As0.71P0.29 толщиной 12,0 нм. Речь идет о слое для дырок. Зонная энергия зоны проводимости составляет -8,169 эВ. Зонная энергия для тяжелых дырок составляет -9,178 эВ. Зонная энергия для легких дырок составляет -9,105 эВ.
С обеих сторон вышеуказанной структуры имеются барьерные слои из In0.73Ga0.27As0.49P0.51 толщиной 30 нм. Зонная энергия зоны проводимости составляет -8,173 эВ. Зонная энергия для тяжелых дырок составляет -9,228 эВ. Зонная энергия для легких дырок составляет -9,206 эВ.
На фигуре 2 показано схематичное представление нормализованной волновой функции ψ. Видно, что соответствующие максимумы пространственно разделены, что приводит к более длительному времени затухания по сравнению с люминесценцией в контактах I типа.
Пример 2. Изменение времени затухания путем приложения потенциала к контакту II типа из Примера 1
На фигуре 3 представлены нормализованные волновые функции ψ, как они получаются из приложения потенциалов, которые получаются в полях в контактной области -100 кВ/см (a), -50 кВ/см (b), +50 кВ/см (в) и +100 кВ/см (г). Видно, что пространственное разделение максимумов с изменением силы поля, а поэтому и с прилагаемым потенциалом, является изменяемым и поддающимся управлению, следствием чего является возможность варьирования и управления временем затухания. С определенной силой поля или же разностью потенциалов может быть соотнесено конкретное смещение времени затухания.
Пример 3. Измерение времени затухания на контакте II типа GaAs/AlAs
Исследуется время затухания люминесценции в системе контакта II типа из нелегированного примесью GaAs и AlAs (без разделительного слоя). Экситоны Xz возбуждаются импульсным лазером YAG:Nd с длины волны 532 нм и с длительностью импульса 15 мкс. Экситоны Xxy возбуждаются лазером N2 с длины волны 337 нм и с длительностью импульса 0,15 мкс. Люминесценция измеряется с помощью монохроматора с двумя решетками с фотоэлектронным умножителем в качестве детектора. Измерения времени затухания или же времени жизни производятся с помощью техники подсчета отдельных фотонов с корреляцией во времени. Интенсивность люминесценции на основе экситонов Xz в течение приблизительно 5,5 мкс снижается до 1/10 начальной интенсивности. Интенсивность люминесценции на основе экситонов Xxy в течение приблизительно 950 мкс снижается до 1/10 начальной интенсивности.
Соответствующим образом можно измерить время затухания при приложении потенциала между слоями GaAs и AlAs, при этом тогда можно зафиксировать повышение или понижение времени затухания в зависимости от полярности и величины потенциала, а тогда можно определить и разность величин времени затухания с приложением потенциала и без приложения потенциала.
Пример 4. Изготовление чернил согласно изобретению
Для струйной печати защитного признака красного цвета в паспорте смешиваются и гомогенизируются следующие компоненты:
20,0 вес.% Картасол (Cartasol) красный К-3В жидкий,
40,6 вес.% молочная кислота (80%-ная),
19,6 вес.% этандиол (этиленгликоль),
1,6 вес.% вода,
16,7 вес.% этиленгликоль-монобутиловый эфир,
0,2 вес.% парметол (Parmetol) A26,
1,3 вес.% раствор лактата натрия (50%-ный).
Общее содержание воды с учетом введенной с Картасолом воды, составляет около 30 вес.% от общего количества чернил. К тому же, в результате применения Картасола содержится 1 вес.% уксусной кислоты от общего количества чернил.
К изготовленным таким образом обычным чернилам примешивают в количестве 0,1 вес.% от общего количества чернил частицы с максимальной пространственной протяженностью 0, 1 мкм с полупроводниковым контактом II типа согласно Примеру 1 и чернила гомогенизируют.
Пример 5. Проверка подлинности защищенного и/или ценного документа согласно изобретению
Защищенный и/или ценный документ с защитным признаком с полупроводниковыми участками, например, в виде частиц в рамках печати чернилами по Примеру 4 облучается возбуждающим ультрафиолетовым излучением и подвергается измерению времени затухания аналогично Примеру 3. Измеренное время затухания сравнивается с опорной величиной времени затухания, которая была предварительно измерена на опорном защитном признаке. При превышении разности между измеренным временем затухания и опорной величиной времени затухания определенного допустимого окна отклонений (которое по существу определяется аппаратными допусками на ошибки измерения) защищенный и/или ценный документ квалифицируется как подделка и изымается.
Пример 6. Проверка подлинности другого защищенного и/или ценного документа согласно изобретению
Защищенный и/или ценный документ, который содержит защитный признак с используемым согласно изобретению полупроводниковым контактом II типа, при этом полупроводниковые материалы полупроводникового контакта соединены с соответствующими электрическими контактными полями, облучается возбуждающим ультрафиолетовым излучением, и измеряется время затухания. Затем на электрические контактные поля подается напряжение, например, 0,5 B, и снова производится замер времени затухания.
Сначала проводится сравнение времени затухания без напряжения с опорной величиной времени затухания согласно Примеру 5. Затем величины времени затухания обоих измерений вычитаются друг из друга, и полученная разность измеренных величин времени затухания сравнивается с опорной разностью аналогично вышеуказанному сравнению.
При превышении разности между измеренным временем затухания и опорной величиной времени затухания заданного допустимого окна отклонений и/или при превышении разности величин времени затухания и опорной разности величин времени затухания заданного второго допустимого окна отклонений защищенный и/или ценный документ квалифицируется как подделка и изымается.
1. Защищенный и/или ценный документ, содержащий защитный признак с полупроводниковым участком, содержащим по меньшей мере один первый полупроводниковый слой и один второй полупроводниковый слой, которые контактируют друг с другом и образуют систему полупроводникового контакта II типа.
2. Защищенный и/или ценный документ по п.1, при этом полупроводниковый участок является изготавливаемым путем
а) факультативного, предпочтительно эпитаксиального, наращивания на подложке первого барьерного слоя,
б) предпочтительно эпитаксиального наращивания на барьерном слое первого полупроводникового слоя из первого полупроводникового материала,
в) факультативного, предпочтительно эпитаксиального, наращивания на первом полупроводниковом слое разделительного слоя из полупроводникового материала разделительного слоя,
г) предпочтительно эпитаксиального наращивания на первом полупроводниковом слое или разделительном слое второго полупроводникового слоя из второго полупроводникового материала,
д) факультативного, предпочтительно эпитаксиального, наращивания на втором полупроводниковом слое второго барьерного слоя,
е) факультативного разделения на частицы полученной на стадиях а)-д) слоистой структуры с сохранением слоистой структуры посредством деления в направлениях вертикально плоскостям слоистой структуры, при этом первый полупроводниковый материал и второй полупроводниковый материал выбраны и при необходимости легированы примесью так, что валентная зона и зона проводимости второго полупроводникового материала смещены в каждом случае с одинаковым знаком по отношению к валентной зоне и зоне проводимости первого полупроводникового материала, и
при этом полупроводниковый материал разделительного слоя имеет зону проводимости, которая расположена ближе к зоне проводимости первого полупроводникового материала, и валентную зону, которая расположена ближе к валентной зоне второго полупроводникового материала, или наоборот.
3. Защищенный и/или ценный документ по п.1 или 2, в котором полупроводниковый участок выполнен в виде по меньшей мере одной полупроводниковой частицы, которая расположена в защищенном и/или ценном документе или на его поверхности.
4. Защищенный и/или ценный документ по п.3, при этом несколько полупроводниковых частиц размещены в печатных чернилах, введенных в защищенный и/или ценный документ или нанесенных на защищенный и/или ценный документ.
5. Защищенный и/или ценный документ по п.1 или 2, в котором либо полупроводниковый участок содержит электрические контакты, которые с одной стороны соединены с первым полупроводниковым слоем, а с другой стороны - со вторым полупроводниковым слоем, при этом электрические контакты в каждом случае соединены с электрическими контактными полями, которые расположены в области поверхности защищенного и/или ценного документа,
либо полупроводниковый участок расположен между двумя электропроводящими слоями, каждый из которых имеет электрический контакт, при этом электрические контакты в каждом случае соединены с электрическими контактными полями, которые расположены в области поверхности защищенного и/или ценного документа, либо полупроводниковый участок расположен между двумя электрическими контактными полями, которые размещены в области поверхности защищенного и/или ценного документа.
6. Защищенный и/или ценный документ по п.1, в котором полупроводниковый участок имеет время затухания люминесценции от 1 до 100000 нс, предпочтительно от 10 до 10000 нс.
7. Защищенный и/или ценный документ по п.1, в котором первый полупроводниковый слой и второй полупроводниковый слой образованы в каждом случае из полупроводников III/V или II/VI групп.
8. Чернила для печати на подложке защищенного и/или ценного документа, содержащие частицы с по меньшей мере двумя полупроводниковыми слоями, которые образуют систему полупроводникового контакта II типа.
9. Чернила по п.8, в которых частицы имеют максимальную пространственную протяженность от 0,001 до 100 мкм, предпочтительно от 0,01 до 20 мкм.
10. Способ изготовления защищенного и/или ценного документа по одному из пп.1-7, в котором полупроводниковый участок, который содержит по меньшей мере один первый полупроводниковый слой и один второй полупроводниковый слой, которые образуют систему полупроводникового контакта II типа, внедряют в подложку защищенного и/или ценного документа или наносят на его поверхность, и при этом первый полупроводниковый слой электрически контактирует с первым электрическим контактным полем, а второй полупроводниковый слой электрически контактирует со вторым электрическим контактным полем.
11. Способ изготовления защищенного и/или ценного документа по одному из пп.1-7, в котором на подложку защищенного и/или ценного документа наносят печать чернилами по п.8 или 9.
12. Способ проверки подлинности защищенного и/или ценного документа по одному из пп.1-7, в котором защищенный и/или ценный документ облучают световым излучением, энергии которого достаточно для возбуждения люминесценции полупроводникового участка, или которое является подходящим для возбуждения люминесценции с помощью двух- или многофотонных процессов или же повышающего преобразования, и в котором измеряют длительность затухания возбужденной люминесценции и сравнивают ее с первой опорной величиной длительности затухания.
13. Способ по п.12, в котором к первому электрическому контактному полю и второму электрическому контактному полю прикладывают заданную разность потенциалов, при этом защищенный и/или ценный документ облучают световым излучением, энергии которого достаточно для возбуждения люминесценции полупроводникового участка, и при этом измеряют длительность затухания возбужденной люминесценции и сравнивают ее со второй опорной величиной длительности затухания.
14. Способ по п.13, в котором дополнительно измеряют длительность затухания возбужденной люминесценции без приложения разности потенциалов, и разность измеренных длительностей затухания без приложения потенциала и с приложением потенциала сравнивают с опорной величиной разности длительностей затухания.
