高度集成与全自动化双重优势，是时候和测量小推车说再见了
发布日期：2024-02-26
曾几何时，我们还推着源表、锁相、测量表的小推车辗转于多个设备之间。记得刚进入实验室时，面对一堆测量表的茫然和不知所措，只能口口相传地学习如何使用测量软件。我们也曾忙于整理错综复杂的接线，由于信号线过长，较容易受到干扰，无法测量。除此之外，学习LabVIEW编程，甚至使用LabVIEW实现锁相放大器和信号处理，也成了每个低年级同学上手测量的必经之路。
传统的测量系统
传统的电学输运测量和表征应用通常需要结合专用的直流和交流源表，并匹配对应的电压或电流测量表。在这种不同仪表和线缆的搭配中，往往涉及到各类仪器复杂的设置方案。通常在仪表和被测样品之间测量线缆较长，随着测量通道数的增加，如何将系统噪声降至最低并确保各个通道之间的频率同步，是一个巨大的挑战。幸运的是，M81的出现提供了一种采用高度同步的交直流信号源和测量模块，并利用远程模块来实现最佳灵敏度和噪声抑制的方案，能够更方便客户对样品的特性进行准确的表征。
M81同步信号源测量系统
MeasureLINK控制软件是Lake Shore专门研发的一款实验测量序列自动执行软件。它通过预先编写的实验测量序列，自动进行实验，同样，用户也可以通过简单的拖放操作，完成测量序列的编写，无需编程。该软件可以实时对收集的数据实现可视化处理，方便客户直观地对测量结果进行判断。此外MeasureLINK还能够与Quantum Design测量平台的MultiVu软件联用，读取和控制PPMS 等测量平台的温度、磁场环境，实现一站式的管理，简单易用。
Lake Shore MeasureLINK软件
MeasureLINK 测量界面
近日Quantum Design公司联合北京大学量子中心，量身定制了结合PPMS DynaCool 14T强磁场极低温测量环境的Lake Shore M81测量解决方案。该方案有望在二维材料器件，超导测量等应用领域发挥关键作用，为微小信号测量提供更加准确的结果。
Lake Shore特有的小信号锁相测量技术，能够实现0.2欧姆以下的电阻测量，特别适合对超导材料超导转变的测试，弥补了在使用SR830锁相时仍需串联使用50欧姆电阻等的测量问题。
M81超导锁相相关小电阻测量
MeasureReady™ M81-SSM系统采用模块化设计，并利用自主研发的MeasureSync™信号同步技术实现信号源模块和测量模块的所有通道最高100kHz的信号实时同步。利用MeasureSync™技术，M81系统可以在同一时间对所有通道进行采样，确保在相同条件下对被测器件或样本进行测试，获得一致性的数据。
MeasureSync™信号同步技术
M81主机是M81 SSM系统的核心。根据订购的型号，仪器支持 2、4 或 6 个通道，分别包括 1、2 或 3 个信号源和 1、2 或 3 个测量单元。每台 M81 仪器可管理 1 至 3 个信号源通道和 1 至 3 个测量通道，以便在单个测试序列中测试多个被测器件或样品，而不会因线路复杂化和信号切换造成信号劣化。此外，还可以将多台仪器组合起来，进一步提高信号源和测量通道的能力，而不会降低模拟性能，同时利用 MeasureSync™ 对系统内所有信号通道进行定时同步。
M81采用主机与模块的搭配方案
该主机以 MeasureReady™ 仪器平台为基础，采用图形化触摸屏界面进行编程控制和监测。其符合人体工程学设计的前面板具有 TiltView™ 显示屏，无论是在工作台上还是安装在机架上，都能获得最佳的可视性。同时，它还支持标准 LAN、USB 和 GPIB 通信。
M81主机
M81-SSM采用主机和模块搭配使用的方案，一个主机可以同时扩展至多3个源表模块以及至多3个测量模块，每个模块均可以适配直流以及最高100kHz的测量范围。具体有以下模块可供选择：
1. VM-10 电压测量模块
该模块提供分辨率从低纳伏到 10 V 的直流至 100 kHz 电压测量，包括振幅、相位和谐波检测功能。专有的无缝量程技术允许在增减量程时进行连续测量。
VM-10 电压测量模块
2. CM-10电流测量模块
该模块可在直流至 100 kHz 范围内，以接近零的输入偏移电压测量 fA 至 100 mA 的电流，包括幅值、相位和谐波检测功能。该模块还具有可配置的硬件和软件滤波功能。
CM-10电流测量模块
3. BCS-10电流源模块
该模块提供 1 pA 至 100 mA 的可编程电流，最大符合 ±10 V 的直流输出至 100 kHz 正弦输出。BCS-10 源自 Lake Shore 业界领先的 372 型交流电阻电桥，采用差分或平衡设计，有助于减少或消除低温恒温器和其他研究设备中经常遇到的接地回路。它扩展了 372 型平衡源的功能，增加了可变频率和振幅编程能力，在保持出色噪声性能的同时，提高了灵活性。
BCS-10电流源模块
4. VS-10电压源模块
该模块可提供 ±1 nV 至 ±10 V 的可编程电压，最大符合 100 mA 的直流至 100 kHz 正弦输出。VS-10 适用于栅极偏置、电压扫描 I-V 曲线剖析，以及需要高稳定电压并结合电流、电阻/电感和其他材料或电子器件测量的应用。
VS-10电压源模块
不同的模块搭配也为不同应用场景提供了不同的解决方案，常见的测量搭配有：
| 二维材料，纳米线，有机半导体 VS module + CM module, primarily I-V特性曲线，4引线法 M81优势：低电压源噪声，低电流测量噪声 |  | |
金属-绝缘体相变，二维材料，超导材料 BCS module + VM module 交流电阻，表面电阻，交流霍尔 M81优势：交流电流霍尔：电阻和霍尔电压的同步测量； 在不同频率的超低温恒温器中同时测量多达三个器件 | ||
光电二极管和光电晶体管 CM module + occasionally VS module M81优势：可编程偏置电压源 | ||
自旋输运 DC/AC: BCS module + VM module M81优势：同步测量电阻、霍尔电压和谐波霍尔电压 | ||
MIS结、约瑟夫森结、晶体管中的缺陷表征 VS module + CM module M81优势：双 DAC 交流和直流电源 | ||
热电材料、一维材料 AC, BCS module + VM module M81优势：相位相关电流源，同步谐波检测 |
综合以上先进的测量方案，M81-SSM 的强大功能不言而喻，能够为广大科研工作者提供表征多种测试结构（包括纳米结构、单层和多层原子结构、MEM、量子结构、有机半导体和超导材料）的卓越解决方案。
