曾幾何時，我們還推著源表、鎖相、測量表的小推車輾轉(zhuǎn)于多個設(shè)備之間。記得剛進入實驗室時，面對一堆測量表的茫然和不知所措，只能口口相傳地學習如何使用測量軟件。我們也曾忙于整理錯綜復雜的接線，由于信號線過長，較容易受到干擾，無法測量。除此之外，學習LabVIEW編程，甚至使用LabVIEW實現(xiàn)鎖相放大器和信號處理，也成了每個低年級同學上手測量的必經(jīng)之路。
傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)
傳統(tǒng)的電學輸運測量和表征應用通常需要結(jié)合專用的直流和交流源表，并匹配對應的電壓或電流測量表。在這種不同儀表和線纜的搭配中，往往涉及到各類儀器復雜的設(shè)置方案。通常在儀表和被測樣品之間測量線纜較長，隨著測量通道數(shù)的增加，如何將系統(tǒng)噪聲降至最丶低并確保各個通道之間的頻率同步，是一個巨大的挑戰(zhàn)。幸運的是，M81的出現(xiàn)提供了一種采用高度同步的交直流信號源和測量模塊，并利用遠程模塊來實現(xiàn)最佳靈敏度和噪聲抑制的方案，能夠更方便客戶對樣品的特性進行準確的表征。
M81同步信號源測量系統(tǒng)
MeasureLINK控制軟件是Lake Shore專門研發(fā)的一款實驗測量序列自動執(zhí)行軟件。它通過預先編寫的實驗測量序列，自動進行實驗，同樣，用戶也可以通過簡單的拖放操作，完成測量序列的編寫，無需編程。該軟件可以實時對收集的數(shù)據(jù)實現(xiàn)可視化處理，方便客戶直觀地對測量結(jié)果進行判斷。此外MeasureLINK還能夠與Quantum Design測量平臺的MultiVu軟件聯(lián)用，讀取和控制PPMS 等測量平臺的溫度、磁場環(huán)境，實現(xiàn)一站式的管理，簡單易用。
Lake Shore MeasureLINK軟件
MeasureLINK 測量界面
近日Quantum Design公司聯(lián)合北京大學量子中心，量身定制了結(jié)合PPMS DynaCool 14T強磁場極低溫測量環(huán)境的Lake Shore M81測量解決方案。該方案有望在二維材料器件，超導測量等應用領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用，為微小信號測量提供更加準確的結(jié)果。
Lake Shore特殊的小信號鎖相測量技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)0.2歐姆以下的電阻測量，特別適合對超導材料超導轉(zhuǎn)變的測試，彌補了在使用SR830鎖相時仍需串聯(lián)使用50歐姆電阻等的測量問題。
M81超導鎖相相關(guān)小電阻測量
MeasureReady™ M81-SSM系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，并利用MeasureSync™特殊的信號同步技術(shù)實現(xiàn)信號源模塊和測量模塊的所有通道高達100kHz的信號實時同步。利用MeasureSync™技術(shù)M81系統(tǒng)可以在同一時間對所有通道進行采樣，確保在相同條件下對被測器件或樣本進行測試，獲得一致性的數(shù)據(jù)。
MeasureSync™特殊的信號同步技術(shù)
M81主機是M81 SSM系統(tǒng)的核心。根據(jù)訂購的型號，儀器支持 2、4 或 6 個通道，分別包括 1、2 或 3 個信號源和 1、2 或 3 個測量單元。每臺 M81 儀器可管理 1 至 3 個信號源通道和 1 至 3 個測量通道，以便在單個測試序列中測試多個被測器件或樣品，而不會因線路復雜化和信號切換造成信號劣化。此外還可以將多臺儀器組合起來，進一步提高信號源和測量通道的能力，而不會降低模擬性能，同時利用 MeasureSync™ 對系統(tǒng)內(nèi)所有信號通道進行定時同步。
M81采用主機與模塊的搭配方案
該主機以 MeasureReady™ 儀器平臺為基礎(chǔ)，采用圖形化觸摸屏界面進行編程控制和監(jiān)測。其符合人體工程學設(shè)計的前面板具有 TiltView™ 顯示屏，無論是在工作臺上還是安裝在機架上，都能獲得更佳的可視性。它還支持標準 LAN、USB 和 GPIB 通信。
M81主機
M81-SSM采用主機和模塊搭配使用的方案，一個主機可以同時擴展至多3個源表模塊以及至多3個測量模塊，每個模塊均可以適配直流以及最高100kHz的測量范圍。具體有以下模塊可供選擇：
1. VM-10 電壓測量模塊
該模塊提供分辨率從低納伏到 10 V 的直流至 100 kHz 電壓測量，包括振幅、相位和諧波檢測功能。專有的無縫量程技術(shù)允許在增減量程時進行連續(xù)測量。
VM-10 電壓測量模塊
2. CM-10電流測量模塊
該模塊可在直流至 100 kHz 范圍內(nèi)，以接近零的輸入偏移電壓測量 fA 至 100 mA 的電流，包括幅值、相位和諧波檢測功能。該模塊還具有可配置的硬件和軟件濾波功能。
CM-10電流測量模塊
3. BCS-10電流源模塊
該模塊提供 1 pA 至 100 mA 的可編程電流，最大符合 ±10 V 的直流輸出至 100 kHz 正弦輸出。BCS-10 源自 Lake Shore 的 372 型交流電阻電橋，采用差分或平衡設(shè)計，有助于減少或消除低溫恒溫器和其他研究設(shè)備中經(jīng)常遇到的接地回路。它擴展了 372 型平衡源的功能，增加了可變頻率和振幅編程能力，在保持出色噪聲性能的同時，提高了靈活性。
BCS-10電流源模塊
4. VS-10電壓源模塊
該模塊可提供 ±1 nV 至 ±10 V 的可編程電壓，最大符合 100 mA 的直流至 100 kHz 正弦輸出。VS-10 適用于柵極偏置、電壓掃描 I-V 曲線剖析，以及需要高穩(wěn)定電壓并結(jié)合電流、電阻/電感和其他材料或電子器件測量的應用。
VS-10電壓源模塊
不同的模塊搭配也為不同應用場景提供了不同的解決方案，常見的測量搭配有：
二維材料，納米線，有機半導體 VS module + CM module, primarily I-V特性曲線，4引線法
M81優(yōu)勢：低電壓源噪聲，低電流測量噪聲 | .png) |
金屬-絕緣體相變，二維材料，超導材料 BCS module + VM module 交流電阻，表面電阻，交流霍爾
M81優(yōu)勢：交流電流霍爾：電阻和霍爾電壓的同步測量；
在不同頻率的超低溫恒溫器中同時測量多達三個器件 |
光電二極管和光電晶體管
CM module + occasionally VS module
M81優(yōu)勢：可編程偏置電壓源 |
自旋輸運
DC/AC: BCS module + VM module
M81優(yōu)勢：同步測量電阻、霍爾電壓和諧波霍爾電壓 |
MIS結(jié)、約瑟夫森結(jié)、晶體管中的缺陷表征
VS module + CM module
M81優(yōu)勢：雙 DAC 交流和直流電源 |
熱電材料、一維材料
AC, BCS module + VM module
M81優(yōu)勢：相位相關(guān)電流源，同步諧波檢測 |
綜合以上這些測量方案， M81-SSM 的強大功能不言而喻，能夠為廣大科研工作者提供表征多種測試結(jié)構(gòu)（包括納米結(jié)構(gòu)、單層和多層原子結(jié)構(gòu)、MEM、量子結(jié)構(gòu)、有機半導體和超導材料）的超卓解決方案。
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更新時間：2024-03-26
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