曾幾何時(shí)，我們還推著源表、鎖相、測(cè)量表的小推車輾轉(zhuǎn)于多個(gè)設(shè)備之間。記得剛進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)，面對(duì)一堆測(cè)量表的茫然和不知所措，只能口口相傳地學(xué)習(xí)如何使用測(cè)量軟件。我們也曾忙于整理錯(cuò)綜復(fù)雜的接線，由于信號(hào)線過(guò)長(zhǎng)，較容易受到干擾，無(wú)法測(cè)量。除此之外，學(xué)習(xí)LabVIEW編程，甚至使用LabVIEW實(shí)現(xiàn)鎖相放大器和信號(hào)處理，也成了每個(gè)低年級(jí)同學(xué)上手測(cè)量的必經(jīng)之路。
傳統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)
傳統(tǒng)的電學(xué)輸運(yùn)測(cè)量和表征應(yīng)用通常需要結(jié)合專用的直流和交流源表，并匹配對(duì)應(yīng)的電壓或電流測(cè)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(fù)雜的設(shè)置方案。通常在儀表和被測(cè)樣品之間測(cè)量線纜較長(zhǎng)，隨著測(cè)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(gè)通道之間的頻率同步，是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。幸運(yùn)的是，M81的出現(xiàn)提供了一種采用高度同步的交直流信號(hào)源和測(cè)量模塊，并利用遠(yuǎn)程模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳靈敏度和噪聲抑制的方案，能夠更方便客戶對(duì)樣品的特性進(jìn)行準(zhǔn)確的表征。
M81同步信號(hào)源測(cè)量系統(tǒng)
MeasureLINK控制軟件是Lake Shore專門研發(fā)的一款實(shí)驗(yàn)測(cè)量序列自動(dòng)執(zhí)行軟件。它通過(guò)預(yù)先編寫的實(shí)驗(yàn)測(cè)量序列，自動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同樣，用戶也可以通過(guò)簡(jiǎn)單的拖放操作，完成測(cè)量序列的編寫，無(wú)需編程。該軟件可以實(shí)時(shí)對(duì)收集的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)可視化處理，方便客戶直觀地對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行判斷。此外MeasureLINK還能夠與Quantum Design測(cè)量平臺(tái)的MultiVu軟件聯(lián)用，讀取和控制PPMS 等測(cè)量平臺(tái)的溫度、磁場(chǎng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)一站式的管理，簡(jiǎn)單易用。
Lake Shore MeasureLINK軟件
MeasureLINK 測(cè)量界面
近日Quantum Design公司聯(lián)合北京大學(xué)量子中心，量身定制了結(jié)合PPMS DynaCool 14T強(qiáng)磁場(chǎng)極低溫測(cè)量環(huán)境的Lake Shore M81測(cè)量解決方案。該方案有望在二維材料器件，超導(dǎo)測(cè)量等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用，為微小信號(hào)測(cè)量提供更加準(zhǔn)確的結(jié)果。
Lake Shore特殊的小信號(hào)鎖相測(cè)量技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)0.2歐姆以下的電阻測(cè)量，特別適合對(duì)超導(dǎo)材料超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的測(cè)試，彌補(bǔ)了在使用SR830鎖相時(shí)仍需串聯(lián)使用50歐姆電阻等的測(cè)量問題。
M81超導(dǎo)鎖相相關(guān)小電阻測(cè)量
MeasureReady™ M81-SSM系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，并利用MeasureSync™特殊的信號(hào)同步技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)源模塊和測(cè)量模塊的所有通道高達(dá)100kHz的信號(hào)實(shí)時(shí)同步。利用MeasureSync™技術(shù)M81系統(tǒng)可以在同一時(shí)間對(duì)所有通道進(jìn)行采樣，確保在相同條件下對(duì)被測(cè)器件或樣本進(jìn)行測(cè)試，獲得一致性的數(shù)據(jù)。
MeasureSync™特殊的信號(hào)同步技術(shù)
M81主機(jī)是M81 SSM系統(tǒng)的核心。根據(jù)訂購(gòu)的型號(hào)，儀器支持 2、4 或 6 個(gè)通道，分別包括 1、2 或 3 個(gè)信號(hào)源和 1、2 或 3 個(gè)測(cè)量單元。每臺(tái) M81 儀器可管理 1 至 3 個(gè)信號(hào)源通道和 1 至 3 個(gè)測(cè)量通道，以便在單個(gè)測(cè)試序列中測(cè)試多個(gè)被測(cè)器件或樣品，而不會(huì)因線路復(fù)雜化和信號(hào)切換造成信號(hào)劣化。此外還可以將多臺(tái)儀器組合起來(lái)，進(jìn)一步提高信號(hào)源和測(cè)量通道的能力，而不會(huì)降低模擬性能，同時(shí)利用 MeasureSync™ 對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有信號(hào)通道進(jìn)行定時(shí)同步。
M81采用主機(jī)與模塊的搭配方案
該主機(jī)以 MeasureReady™ 儀器平臺(tái)為基礎(chǔ)，采用圖形化觸摸屏界面進(jìn)行編程控制和監(jiān)測(cè)。其符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)的前面板具有 TiltView™ 顯示屏，無(wú)論是在工作臺(tái)上還是安裝在機(jī)架上，都能獲得更佳的可視性。它還支持標(biāo)準(zhǔn) LAN、USB 和 GPIB 通信。
M81主機(jī)
M81-SSM采用主機(jī)和模塊搭配使用的方案，一個(gè)主機(jī)可以同時(shí)擴(kuò)展至多3個(gè)源表模塊以及至多3個(gè)測(cè)量模塊，每個(gè)模塊均可以適配直流以及最高100kHz的測(cè)量范圍。具體有以下模塊可供選擇：
1. VM-10 電壓測(cè)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(cè)量，包括振幅、相位和諧波檢測(cè)功能。專有的無(wú)縫量程技術(shù)允許在增減量程時(shí)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。
VM-10 電壓測(cè)量模塊
2. CM-10電流測(cè)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(cè)量 fA 至 100 mA 的電流，包括幅值、相位和諧波檢測(cè)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(cè)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(jì)，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(kuò)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(shí)，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(cè)量的應(yīng)用。
VS-10電壓源模塊
不同的模塊搭配也為不同應(yīng)用場(chǎng)景提供了不同的解決方案，常見的測(cè)量搭配有：
二維材料，納米線，有機(jī)半導(dǎo)體 VS module + CM module, primarily I-V特性曲線，4引線法
M81優(yōu)勢(shì)：低電壓源噪聲，低電流測(cè)量噪聲 | .png) |
金屬-絕緣體相變，二維材料，超導(dǎo)材料 BCS module + VM module 交流電阻，表面電阻，交流霍爾
M81優(yōu)勢(shì)：交流電流霍爾：電阻和霍爾電壓的同步測(cè)量；
在不同頻率的超低溫恒溫器中同時(shí)測(cè)量多達(dá)三個(gè)器件 |
光電二極管和光電晶體管
CM module + occasionally VS module
M81優(yōu)勢(shì)：可編程偏置電壓源 |
自旋輸運(yùn)
DC/AC: BCS module + VM module
M81優(yōu)勢(shì)：同步測(cè)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(shì)：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(shì)：相位相關(guān)電流源，同步諧波檢測(cè) |
綜合以上這些測(cè)量方案， M81-SSM 的強(qiáng)大功能不言而喻，能夠?yàn)閺V大科研工作者提供表征多種測(cè)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(jī)半導(dǎo)體和超導(dǎo)材料）的超卓解決方案。
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更新時(shí)間：2024-03-26
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