Lake Shore Cryotronics Inc.（レイクショア / USA）

多ch同期ロックインアンプ搭載ソースメジャーユニット　M81型

特長高感度測定のための機器構成 M81型　使用例・アプリケーション温度･磁場統合　I-V 計測制御ソフトウエア（option）ソースモジュール測定モジュール M81型　本体概略仕様技術資料仕様･カタログ／アプリケーションノート

M81型ロックインアンプ搭載ソースメジャーユニット
M81型ロックインアンプ搭載ソースメジャーユニット
M81型背面モジュール接続　６端子モデル（３組のＩ-Ｖ測定）
ソースモジュール／計測モジュール
測定結線例
MeasureLINK ソフトウエアオプション（印加、温度、磁場スイープ）

多ch同期、DCとロックインアンプ両方の高感度抵抗測定が可能

M81型は、電流/電圧ソースと電圧/電流測定を任意に組合せ、DC 及びロックインアンプ両方の高感度測定が可能な最新のソースメジャーユニット(SMU)です。ソース/測定モジュールの組合せにより最大６端子 (３組の I-V抵抗測定) の同期測定を行えます。
電流/電圧ソースは、DCだけでなく内蔵ロックインアンプの同期変調ソースとして機能する AC, AC+DC 出力も可能で、ロックインアンプによる I-V抵抗測定を M81型１台で容易に構築･実行することを可能にします。測定感度：電圧測定<1nV, 電流測定<10fAで、印加ソース / 温度 / 磁場をスイープさせながら測定できるソフトウエアオプション（MeasureLINK）も用意しています。
測定サンプル冶具の直近に本体と独立したプリアンプ内蔵の測定モジュールを配置することで、計測線路を最短にし外部からのノイズや測定誤差の影響を最小限に抑える構造です。

(株)東陽テクニカ　理化学計測部
03-3245-1103
e-mail：keisoku[at]toyo.co.jp　

特長

M81型は、従来のDC印加 I-V抵抗測定機能に加えて、変調電流/電圧ソースを内蔵しロックインアンプＩ-V抵抗測定機能を搭載した、最新のソースメジャーユニット（SMU）です。プログラマブル変調ソース内蔵により、従来のロックインアンプでは難しかったサンプルへの正確な電流/電圧印加・スイープが可能で、多ch同期測定、オートレンジング機能と合わせて、煩雑なsetupで高感度な測定を必要とする基礎物性やデバイス評価を容易に行えます。
ナノ構造、単層および多層原子構造、量子･スピン、ゼーベック、超伝導、有機半導体などの先端デバイスの測定に適しています。

　測定事例：超伝導転移測定、抵抗温度センサCernox™の抵抗値測定 ☞

結線を変えずに、DCとロックインアンプ両方の I-V抵抗測定が可能

高感度測定：電圧感度 <1nV、電流感度 <10fA
　　　　　　ロックインアンプダイナミックリザーブ >120dB typ.
結線を変えずに1台で従来のDC印加I-V測定とロックインアンプI-V抵抗計測が可能
　（100µHz～100kHz）
６端子 (3組のI-V) までの同期印加/測定が可能
　量子ホール効果、FET構造、多pinデバイス計測、バイアススイープなど
独立モジュール構成（プリアンプ内蔵リモートヘッド）
　サンプル治具の直近に配置、計測線路を最短にしてノイズや誤差要因を低減

ソースモジュール、測定モジュール（プリアンプ）

測定モジュール：プリアンプ内蔵リモートヘッド
　VM-10型：電圧測定 <1nV感度　（シームレスなレンジ切替）
　CM-10型：電流測定 <10fA感度　（電圧オフセットバイアス内蔵）
ソースモジュール：低ノイズ、ロックインアンプ計測用変調ACソースとしても機能
　VS-10型：電圧ソース ±10nV～±10V　（AC+DC デュアルレンジ･ソーシング）
　BCS-10型：電流ソース ±1pA～±100mA　（平衡･差動出力）

先端デバイス計測のための優れた独自機能

MeasureSync™アーキテクチャ
共通clock動作により全てのチャンネルで同期計測
Autoレンジ＆シームレスな電圧測定レンジ切替
ロックインアンプモードでもAutoレンジ測定が可能、抵抗変化の大きなデバイスに
レンジ切替時に生じる電圧測定値の不連続を大幅に改善（VM-10型）
AC+DC デュアルレンジ･ソーシング（VS-10型）
DCオフセットに微小AC信号を重畳可能、高精度･高分解能な dI/dVの取得などに

ナノ材料における量子ホール効果測定 ☞
ナノ構造材料の微小信号測定の信頼性を上げる新たなアプローチ ☞

スイープ I-V抵抗測定対応　計測制御ソフトウエア

MeasureLINKソフトウエア（option）
温度、磁場、印加電流/電圧 をスイープ測定、リアルタイムグラフ表示、データ収集
ロックインアンプモードでもAutoレンジ測定が可能
抵抗変化の大きなデバイスの自動スイープ測定も可能に

実測定画面

　① 1Ω抵抗測定（電圧表示）　　　　　　　　　②1GΩ抵抗測定（電流表示）　　　　　　　　③1GΩ抵抗測定（抵抗表示）

高感度測定のための機器構成

ノイズや誤差要因低減のためのモジュール構成

M81型は、小型ハーフラックサイズの本体背面に、計測用途に応じて本体と独立した測定(プリアンプ)モジュール[電圧測定or電流測定] 及びソースモジュール[電圧ソースor電流ソース] を最大3台ずつまで接続して構成します。
サンプル冶具の直近にモジュールを配置し計測線路を最短にすることでノイズや誤差要因を低減します。M81型本体ーモジュール間のケーブルは、標準で2m、8mの拡張オプションで計10mを選択できます。

電圧/電流－測定/印加　構成をユーザー選択、変更可能

本体モデル	ソースch数	測定ch数
M81-SSM-2型	1ch	1ch
M81-SSM-4型	2ch	2ch
M81-SSM-6型	3ch	3ch

M81型本体は、測定用途に合わせて初期導入時に最大接続モジュール数：計2, 4, 6台(ch)から選択します。M81-SSM-6の場合、最大で3台の測定モジュールと3台のソースモジュールを接続できます。
モジュールは測定要件が変わるたびに自由に接続･構成を変更でき、モジュールのみの追加導入も可能です。（M81型本体のchは増設できません）
また、従来の複数機器を組み合わせた計測システムでは難しかった同期測定も、M81型ではMeasureSync™技術により全てのチャンネルで同期計測が可能です。

モジュール	機能	印加/測定範囲	モード
VM-10型	電圧測定	<1nV～10V	DC測定, AC測定, ロックインアンプ測定（DC, 100µHz～100kHz*）
CM-10型	電流測定	<10fA～100mA	DC測定, AC測定, ロックインアンプ測定（DC, 100µHz～100kHz*）
BCS-10型	電流ソース	1pA～100mA	DC出力, AC出力, AC+DC出力（DC, 100µHz～100kHz*）
VS-10型	電圧ソース	10nV～10V	DC出力, AC出力, AC+DC出力（DC, 100µHz～100kHz*）

*：周波数帯域はレンジによる

基本結線例

使いやすいユーザーインターフェイス

M81型の前面パネルは、タッチスクリーンを採用しスマートフォンの様に簡単に操作できます。また、卓上に置いてもラックに取付けても見やすい角度に調整できるTiltView™ディスプレイを採用しています。
標準で Ethernet、USB、GPIBインターフェイスを装備し、MeasureLink, LabVIEW, Python, IVI.NET もサポートしています。

M81型　使用例・アプリケーション

●DC I-V抵抗測定 〔モジュール構成：VS+CM〕

サンプル：2次元材料、ナノワイヤ、有機半導体など
M81の利点：低ノイズ電圧源、低ノイズ電流測定

●AC抵抗、シート抵抗、AC電流ホール測定 〔モジュール構成：BCS+VM〕
サンプル：超伝導材料、金属系材料、2次元材料など
M81の利点：AC電流ホール測定：抵抗とホール電圧の同期測定、クライオスタット内で異なる周波数で最大3つのデバイスを同時測定
測定事例：超伝導転移測定、抵抗温度センサCernox™の抵抗値測定 ☞

●微分コンダクタンス 〔モジュール構成：VS+CM〕

サンプル：MIS接合、ジョセフソン接合、トランジスタの欠陥評価など
M81の利点：接合デバイス：デュアル AC&DCソースレンジ機能

●スピン･トランスポート 〔モジュール構成：BCS+VM〕
サンプル：スピン軌道トルク(SOT)、非局所抵抗、スピンバルブなど
M81の利点：SOT：同期抵抗, ホール電圧, 高調波ホール測定
ナノ材料における量子ホール効果測定 ☞

●熱･トランスポート 〔モジュール構成：BCS+VM〕

サンプル：熱電材料、1次元材料など
M81の利点：位相相関電流ソース、同期高調波測定

●フォトダイオード及びフォトトランジスタ 〔モジュール構成：CM(+VM)〕
サンプル：赤外感光材料、ソーラーブラインド材料、2次元材料など
M81の利点：プログラム可能なオフセット電圧源

温度･磁場統合　I-V 計測制御ソフトウエア（option）

MeasureLINK™は、M81型ロックインアンプ搭載ソースメジャーユニットをリモート制御、データ取得を行うためのソフトウエアツールです。
MeasureLINK™を用いることにより、印加電流/電圧のスイープ I-V抵抗測定を自動で行うことが可能になります。さらに、温度や磁場をスイープしながら M81型で電気特性を測定することも可能になります。操作はドラッグ＆ドロップによりプログラミング不要で、容易にユーザー独自の測定シーケンスを設定、実行することが出来ます。

M81型を PCリモート制御、リアルタイムグラフ表示、データ取得
M81型で電圧/電流スイープ I-V抵抗測定が可能に
　ロックインアンプモードでもAutoレンジ測定が可能
　⇒ 抵抗変化が大きなデバイスの自動スイープ測定を実現
温度、磁場のスイープ測定も可能
ドラッグ＆ドロップ操作で容易に測定シーケンスを設定、実行
　（プログラミング不要）

■ドラッグ＆ドロップ操作によりスイープ設定もプログラミング不要

MeasureLINK™は、プログラミングが不要でドラッグ＆ドロップ操作によって設定を行えます。印加電流/電圧をスイープしながらの I-V抵抗測定も、Loop機能によりスイープ範囲とstepを入力するだけで、簡単に測定ルーチンを設定できます。

■ユーザー定義の測定シーケンスを設定、実行

印加・測定の条件、グラフ表示などの一連のルーチンを、測定シーケンスとしてあらかじめユーザー設定し、[START▶] ボタンを押すことで順番に測定シーケンスが自動で実行されます。
測定中はリアルタイムグラフ表示が可能で、データ収集の途中経過の視覚化を可能にします。

■印加電圧/電流だけでなく、温度、磁場のスイープも可能

MeasureLINK™は、M81型だけでなく、Lake Shore 336型温度コントローラ、F71/41型電磁石電源制御付きガウスメータとも接続が可能で、極低温から高温まで、また磁場スイープしながら、M81による電気特性評価を行えます。いずれも実際の温度、磁場をモニタしてフィードバック制御を行います。
100Vまで印加可能な155型電源も接続できます。

■カスタムスクリプト機能

MeasureLINK™には、Microsoft®VisualBasic.NETをベースにした統合スクリプト言語が搭載されています。
これにより、ユーザーが独自で測定スクリプトを作成したり、既存の測定スクリプトを編集したりできるため、データ収集、表示、処理するためのカスタムアプリケーションを開発することができます。任意の測定シーケンスをスクリプトにエクスポートし、変更して実行することもできます。

ソースモジュール

BCS-10型　バランス･電流ソースモジュール　(ロックインアンプ計測の同期変調ACソースとしても機能)

電流出力： 1pA～100mA
　　　　　 DC、AC、DC＋AC（100µHz～100kHz、レンジによる）
　　　　　平衡･差動出力 or シングルエンド（切替可）
電流レンジ： Auto, 10nA, 100nA, 1µA, 10µA, 100µA, 1mA, 10mA, 100mA
コンプライアンス：差動20V、シングルエンド10V
最大電力： 1W（4象限）
ガードドライブ： On / Off
CMR(同相信号除去)モード： On(内部、外部)/ Off

■抵抗ブリッジに採用されたローノイズ平衡･差動出力電流源

BCS-10モジュールは 1pA～100mA のプログラマブル電流ソースです。クライオスタットやその他の実験系でしばしば見られるグランドループの軽減に効果的で、抵抗ブリッジ(Lake Shore 372) で実績のある平衡･差動回路を採用しています。加えて周波数可変と振幅プログラム機能を追加することで、優れたノイズ性能を維持しつつ計測要件に対応する柔軟性が強化されました。

コモンモードノイズ干渉の影響を最小限に抑えるための実用的なガイド ☞

■低抵抗測定に最適、ユニークな外部CMR機能（同相信号除去）

BCS-10モジュールは、VM-10電圧測定モジュールと共に使用するように設計されており、特に低抵抗測定に優れた性能を発揮します。実験回路のリード線抵抗の不均衡によりコモンモード電圧が生じる場合は、ユニークな外部CMR（同相信号除去）機能により低減することができます。

BCS-10モジュールは、1台のM81型本体に最大3台(M81-SSM-6の場合)まで接続でき、それぞれ個別に機能をアサインして同期計測を行えます。

VS-10型　電圧ソースモジュール　(ロックインアンプ計測の同期変調ACソースとしても機能)

電圧出力： 10nV～10V
　　　　　 DC、AC、DC＋AC（100µHz～95kHz、レンジによる）
電圧レンジ： Auto, 10mV, 100mV, 1V, 10V
　　　　　　 ACレンジとDCレンジは独立： AC+DC デュアルレンジ･ソーシング
電流制限： 100mA
Settling time： <10µs(0.1%) 10MΩ負荷
最大電： 1W（4象限）
出力インピーダンス： <150mΩ

■AC+DC デュアルレンジ･ソーシング　微分コンダクタンス(dI/dV)測定に

VS-10モジュールは 10nV～10V のプログラマブル電圧ソースです。電圧スイープによるI-V測定や、ゲートバイアス印加など、非常に安定した電圧印加を必要とする材料や電子デバイスの特性評価に役立ちます。
VS-10モジュールは、独自のAC+DC デュアルレンジ･ソーシング機能により、DCとAC信号の振幅を独立に設定できます。これにより DCバイアスを印加しながら重畳する微小AC信号の振幅スイープを行え、VM-10電圧測定モジュールとの同期測定で微分コンダクタンス(dI/dV)などの特性評価を行うことができます。個別のDCソースおよびACソースを不要にし、setupの煩雑さや測定誤差要因を排除します。 AC+DC デュアルレンジ･ソーシングの利点については「M81型機能紹介④☞」を参照ください。

VS-10モジュールは、1台のM81型本体に最大3台(M81-SSM-6の場合)まで接続でき、それぞれ個別に機能をアサインして同期計測を行えます。

測定モジュール

VM-10型　電圧測定モジュール（プリアンプ内蔵･リモートヘッド）

測定モード： DC電圧、AC電圧（rms, peak）、ロックインアンプ（x-y, R-θ, 高調波）
測定感度： <1nV（10mVレンジ）
測定レンジ： Auto, 10mV, 100mV, 1V, 10V（シームレスなレンジ切換）
　　　　　　 ロックインアンプモードでも Autoレンジ測定が可能
周波数： DC、100µHz～100kHz（レンジによる）
入力インピーダンス： >1TΩ、120pF（DCカップリング）
入力：差動(A-B)、シングルエンド(A)
入力カップリング： DC、AC(0.1Hz）
ハードウェアフィルタ (x2)： Low Pass、High Pass

■高感度：nV、結線を変えずに DC測定とロックインアンプ測定両方が可能

VM-10モジュールは、振幅、位相、および高調波検出を含む、<1nV～10V の高感度電圧測定が可能です。電圧ノイズは最新ロックインアンプと同等性能でハードウェアローパス/ハイパスフィルタも備えており、高感度で微小レベルの電圧測定を行えます。高ゲイン、低ノイズのフロントエンドプリアンプ・モジュール設計で、従来しばしば必要だったプリアンプの追加が不要になります。また、ユーザーが選択可能なシングルエンド/差動入力接続により、外付けのコンバータやアダプタを使用することなく、ノイズやグランドループ干渉を最小にします。

M81型機能紹介③　測定例：Cernox™抵抗温度センサ / 超伝導転移 ☞
M81型機能紹介⑤　ダイナミックレンジの大きなロックイン測定 ☞

■Autoレンジ＆シームレスな電圧測定レンジ切替

VM-10モジュールは、独自のシームレスレンジング機能により、レンジ切替時に起こりうる不連続を最小にし連続測定が可能になりました。シームレスレンジング機能については「M81型機能紹介②☞」を参照ください。

VM-10モジュールは、1台のM81型本体に最大3台(M81-SSM-6の場合)まで接続でき、それぞれ DC、AC、ロックインアンプ測定用に個別に機能をアサインして同期測定を行えます。

CM-10型　電流測定モジュール（プリアンプ内蔵･リモートヘッド）

測定モード： DC電流、AC電流（rms, peak）、ロックインアンプ（x-y, R-θ, 高調波）
測定感度： <10fV（1nAレンジ）
測定レンジ： Auto, 1nA, 10nA, 100nA, 1µA, 10µA, 100µA, 1mA, 10mA, 100mA
　　　　　　 ロックインアンプモードでも Autoレンジ測定が可能
周波数： DC、100µHz～95kHz（レンジによる）
入力オフセット電圧： 150µV
ハードウェアフィルタ (x2)： Low Pass、High Pass
バイアス電圧設定： ±10V （分解能 :320μV）

■高感度：10fA、結線を変えずに DC測定とロックインアンプ測定両方が可能

CM-10モジュールは、振幅、位相、および高調波検出を含む、<10fA～100mA の電流測定を行えます。電流ノイズは最新のピコアンメータ/エレクトロメータや TIA（トランスインピーダンスアンプ）と同等性能で、またハードウェアローパス/ハイパスフィルターを内蔵しており微小電流の測定が可能です。また、ロックインアンプ測定において、Autoレンジ切替により測定周波数帯域不足が生じないようユニークなAutoレンジ機能も有しています。Autoレンジ機能については「M81型機能紹介②☞」を参照ください。

■電圧オフセットバイアス内蔵

CM-10モジュールは、±10Vまでのバイアス電圧を印加しながら電流測定が可能で、フォトダイオードなどのデバイス測定に大変便利です。

CM-10モジュールは、1台のM81型本体に最大3台(M81-SSM-6の場合)まで接続でき、それぞれ DC、AC、ロックイン測定用に個別に機能をアサインして同期測定を行えます。

M81型　本体概略仕様

測定性能は各モジュールの仕様、カタログ ☞を参照

●測定チャンネル
測定：DC測定、AC測定(rms, peak)、ロックインアンプ測定(X-Y, R-θ)
サンプリングレート：375kSa/s
ロックインアンプ測定
　ダイナミックリザーブ：>120dB typical
　リファレンス：任意のソースチャンネル、又は外部参照
　リファレンス入力：≧1Vp-p(BNC)、サイン波：≧200Hz、矩形波≧10mHz
　リファレンス出力：3.3V矩形波(BNC)
アイソレーション：測定コモンはシャーシGND から絶縁
モニタ出力：M1、M2、M3、マニュアル出力(BNC)

●ソースチャンネル
ソース：DC、CW(サイン波)、三角形、矩形波
ソース同期：別のチャンネル、内部又は外部に同期
周波数：CW(サイン波)：100µHz～100kHz / 三角波とサイン波：～5kHz
　　　　　又はモジュールの帯域いずれか小さい方
周波数分解能：100µHz、6桁
周波数確度：0.06%

●一般仕様
インターフェイス：USB、Ethernet、GPIB
ウォームアップ時間：60分
電源：100V、120V、220V、240V、50Hz/60Hz、140VA
サイズ：216mm(W) × 87mm(H) × 369mm(D)、ハーフラック
重さ：5.7 kg
認証：CEマーク