小林 大輔

Ultrathin perovskite solar cells (PSCs), defined as flexible devices with total thicknesses below 10$\mu$m, are promising candidates for next‐generation space photovoltaics owing to their extremely low weight and high mechanical compliance. Although the radiation tolerance of rigid PSCs has been widely studied, that of flexible—particularly ultrathin—PSCs remains insufficiently explored, mainly due to radiation‐induced staining and degradation of conventional plastic substrates under high‐dose gamma‐ray irradiation. Here, we demonstrate 4 $\mu$m‐thick ultrathin flexible PSCs fabricated on radiation‐stable parylene/SU‐8 substrates, exhibiting exceptional gamma‐ray tolerance under severe total ionizing dose (TID) conditions. The parylene/SU‐8 substrate preserves optical transparency and mechanical compliance after irradiation, effectively suppressing substrate‐induced staining artifacts. Consequently, the ultrathin PSCs retain 99% of their initial power conversion efficiency after exposure to 890 krad (Si). By comparison with rigid PSCs, we show that irradiation‐induced short‐circuit current loss and fill‐factor enhancement originate from the PSC stack itself rather than from the substrate, with the current reduction being consistent with phase segregation in the perovskite layer. These results highlight radiation‐stable ultrathin substrates and interface design as key enablers for highly radiation‐tolerant ultrathin PSCs for future space applications.

半導体デバイスのシングルイベントアップセット（SEU）頻度を予測することは、それらを宇宙空間および地上の宇宙線環境で用いるために不可欠である。この目的のためにさまざまなSEU頻度方程式が導出されてきた。重イオンSEU断面積曲線の近似の仕方に違いがあるが、指数関数近似を用いた例はない。本研究の目的は、この指数近似からSEU頻度方程式を導出し、その妥当性を評価することである。導出された方程式は簡単な閉形式であり、物理的に直観的でわかりやすい3つのパラメータだけから成る。この方程式には、静止軌道での銀河宇宙線（重イオン放射線）および地上での大気宇宙線（中性子放射線）に対するデバイスのSEU頻度を、統一的、すなわち係数を換えるだけで予測できる可能性がある。250 nmから7 nmのテクノロジーノードで製造されたデバイスの実験データでこの方程式を検証したところ、銀河宇宙線についてはファクター2以内、大気宇宙線についてはファクター3以内の精度でSEU頻度を推定した。これは著名なPetersenの性能指数（FOM: figure of merit）公式と同程度の精度であった。さらに我々の方程式とPetersenの公式との類似性を詳しく調べた結果、両者は単に似ているだけでなく、むしろ同一であることが示唆された。すなわち現在のPetersenの公式は、その予測精度を高めるために後から校正をしている（＊）。この校正は指数関数近似によって説明することができる。 （＊和訳にあたっての筆者注：Petersenの公式では、別の方法で求めたSEU頻度を再現するようにパラメータが調整されている。）

集積回路の開発史は人類の宇宙への挑戦のもう一つの記録である。集積回路をシングルイベント効果（SEE）による突然の誤動作から守る努力が続いている。シングルイベント効果はたった一発の粒子放射線が当たることで生じる。この粒子放射線は、例えばアルファ線や宇宙線といったものであり、太陽活動や銀河で事象（超新星爆発など）に由来する。本記事ではシングルイベント効果が、初期のミクロン世代から現在のナノメーター世代に至る相補型金属酸化膜半導体（CMOS）デジタル集積回路技術の発展、すなわちデバイススケーリングに伴って、どのように変化してきたか探求する。そのために、インバーターやSRAM と言った基本的なデジタル回路要素に焦点を当てて、シングルイベント・アップセット（SEU）とシングルイベント・トランジェント（SET）に関する4 つの特徴パラメーターを100以上収集した。SEUとSETはどちらもデジタル論理状態の反転であり、本来起きてほしくないものである。調査結果から、SEU臨界電荷量など調査した全てのパラメーターが、デバイスの技術寸法の減少に沿って小さくなってきたことがわかる。構造による分類（バルク基板か絶縁体上シリコン（SOI）基板か、プレーナー型チャネル構造かフィン型チャネル構造か）などを用いて解析し、調査したシングルイベント効果のパラメーターが電源電圧のようなデバイスの特徴量とどのような関係にあるか示す。将来の集積回路信頼性の探求に役立つよう本調査で収集した全てのデータは表にまとめてある。