強誘電体特性評価システム　FCE10シリーズ

特長仕様システム構成機能オプション強誘電体測定の基礎

FCE10-S型
ソフトウェア画面
製品ロゴ

FCE10シリーズでは従来の強誘電体特性評価システムのハードウェア・ソフトウェアを刷新。

最大周波数1MHz対応（FCE10-F型）
新測定機能「三角波ダブルパルス測定」実装
リモート制御対応

を実現しました。

電圧拡張や変位計、プロービング、温度・雰囲気等環境変化など、さまざまなオプションを用意しており、非常に拡張性に富んだシステムを構成することができます。

株式会社東陽テクニカ　理化学計測部
03-3245-1103
Mail：keisoku[at]toyo.co.jp

特長

強誘電体特性評価システムFCEシリーズのハードウエア、ソフトウエアを一新。
最大三角波周波数1MHz高速測定システムやローノイズシステム等を新規開発。

◆高速モデル：: ～1MHz

◆スタンダードモデル：: ～10kHz

◆ベーシックモデル：: ～1kHz

充実した測定機能

ヒステリシス測定
三角波ダブルパルス測定
リーク電流測定
疲労測定
飽和特性測定
シーケンス機能
PUND測定

豊富な各機種共通オプション

リモート制御オプション
温度制御リモート機能
電圧拡張オプション：±100V～±10kV
AFM・各種変位計拡張オプション
電磁石・カー効果測定等、マルチフェロイック向けオプション

バーチャルグラウンド・ローノイズQV＆IV変換器を自社開発

バーチャルグラウンド方式QV&IV 変換器を自社で設計・開発。
極低浮遊容量、ローノイズを実現！

IV&QV変換器　6252D型

分極測定時 QV変換器
リーク電流測定時 IV変換器

選択することにより、分極・電流を直接測定。
余計な演算が不要で正確。

旧製品からのアップグレードについては弊社営業へご相談ください。

仕様

		高速モデル	スタンダードモデル	ベーシックモデル
		FCE10-F	FCE10-S	FCE10-B
印加波形
三角波周波数		～1MHz	～10kHz	～1kHz
最小パルス幅		200ns	5μsec	×
印加電圧	標準	±10V	～±10V	～±10V
印加電圧	オプション	±100V	～±10kV	～±10kV
測定機能
ヒステリシス測定		○	○	○
リーク電流測定		○	○	×
PUNDパルス分極測定		○	○	×
三角波ダブルパルス測定		○	○	×
シーケンス機能		○	○	×
変位測定		○※1	○※1	○※1
リモート制御		△※2	△※2	△※2

※1　別途変位計が必要となります。

※2　△はオプションになります。

システム構成

任意波形発生器からサンプルへ電場を印加し、発生した分極電荷・リーク電流をQV/IV変換器で検出します。QV/IV変換器は自社開発品を採用し、ローノイズな測定を実現します。

バーチャルグラウンド・ローノイズQV＆IV変換器を自社開発

QV&IV変換器　6252D型

バーチャルグラウンド方式QV&IV 変換器を自社で設計・開発。極低浮遊容量、ローノイズを実現。

分極測定時 QV変換器
リーク電流測定時 IV変換器

と選択することにより、分極・電流を直接測定。余計な演算が不要で正確。

機能

ヒステリシス測定

ヒステリシス測定は、三角波または正弦波電圧を試料に印加し、その応答として分極を観測する測定法(測定モード)です。最も基本的な測定法でありながら、静電容量や抗電界などさまざまなパラメータを知り得ます。
通常、測定されたデータを、縦軸を分極量(P)または電荷(Q)、横軸を電界(E)または印加電圧(V)としてプロットし、ヒステリシスカーブとよばれる形で表示します。

リーク電流測定

リーク電流測定は、階段状の電圧波形を印加し、各電圧における応答電流を観察する測定法です。主に強誘電体のリーク電流の電圧依存性を調査するために使用します。

PUNDパルス分極測定

PUNDパルス分極測定では、2つの正のパルスと2つの負のパルスを印加します。(分極処理のために最初に負のパルスを印加する場合もあります。)
ダブルパルス測定の測定結果から、強誘電体の反転・非反転電荷量(分極)や残留電荷量(分極)などのパラメータを求めることが出来ます。

三角波ダブルパルス測定

三角波ダブルパルス測定は、2つの正の三角波パルスと2つの負の三角波パルスを印加し、その応答電荷を測定します。1つ目の三角波パルスで得た応答電荷から、2つ目の三角波パルスで得た応答電荷を引くことで、リーク電流などの影響を軽減したヒステリシス特性を得ることができます。
分極処理のために最初に負の三角波パルスを印加することもできます。

疲労測定

疲労測定では、疲労波形を指定した時間または回数繰り返し印加したのち、指定したシーケンス測定を行います。
疲労波形の印加による特性値の変化を観察することができます。

シーケンス機能

シーケンス機能は、上記の各測定を組み合わせて自動で連続測定を行うことのできる機能です。
例えば、いくつかの周波数におけるヒステリシス測定をひとまとめの測定シーケンスとして行うことや、各測定間に指定の疲労波形印加を行うことができます。

※ソフトウェアの画面は今後変更される可能性がございます。

オプション

さまざまなオプションを付加することにより測定機能が拡充されます。

リモート制御オプション

リモート制御は、外部ソフトウェアからのコマンドにより
各測定(e.g. ヒステリシス測定、リーク電流測定など)を行う機能です。
Windows Communications Fundationを使用し、リモートでFCEを制御可能となります。

温度制御リモート機能

FCE10シリーズと温度コントローラを組み合わせ、サンプルの温度制御を行いながら強誘電体特性の評価を行います。
順次目標温度を変えていくことで、強誘電物性の温度依存性を取得することができます。

AFM・各種変位計拡張オプション

強誘電体特性評価システムと各種変位測定システムを接続することにより、圧電特性評価を行うことができます。
また、弊社はAFM と強誘電体特性評価システム両方を販売しております。
それらを密に組み合わせたシステムを開発しております。

電圧拡張オプション

10V以上の電圧を必要とする場合に使用します。
200V以下の場合周波数帯域が広いので、100kHzでの三角波印加、ヒステリシス測定にも十分対応可能です。
※バーチャルグラウンド保護ユニットを同時に使用します。
※400V以上の電圧増幅器では一部PUNDパルス分極測定、ヒステリシス測定の機能が制限される場合がございます。

バーチャルグラウンド保護ユニット　6035

電圧増幅器使用時にサンプルショートした場合、瞬時電流をグラウンドへ流し、QV&IV変換器を保護します。

出力電圧	出力電流	周波数帯域
±100V	400mA	1MHz
±200V	100mA	1MHz
±400V	75mA	200kHz
±2kV	10mA	7.5kHz
±4kV	20mA	35kHz
±10kV	10mA	45kHz

※周波数帯域はアンプ単体での仕様です

電磁石・カー効果測定等、マルチフェロイック向けオプション

磁場印加分極測定

自社開発FCEシリーズに、弊社取扱い下記製品を組み合わせたシステム

Lake Shore社製　ヘルムホルツコイル
Lake Shore社製　ガウスメータ
KEPCO社製　電圧電流アンプ

QV&IV変換器の電圧出力を磁場印加用コイルの電流ソースとして用いることにより、マルチフェロイックサンプルの磁場印加分極測定が可能。

電場印加磁化測定

東陽テクニカ社製強誘電体特性評価システムとカー効果顕微鏡を組み合わせ、試料に電場(電界)を印加した際の磁化を測定します。

e31カンチレバー逆圧電測定システム

（IEC規格準拠 IEC62047-30審議中：神戸大学神野教授発案）

強誘電体測定の基礎

分極測定の基礎

分極量は直接測定する事ができません。そこで、サンプルに三角波電圧V を印加し、それにより生ずる分極が更に表面電荷を発生させます。
ヒステリシス測定では、この表面電荷を測定します。横軸：印加電圧V、縦軸：表面電荷量Q のグラフ（Q-Vカーブ）を描きます。更に、横軸の電圧Vをサンプル厚さdで除して電界Eに、縦軸の表面電荷量Qを電極面積Sで除して分極Pに変換します。（P-Eカーブ）電荷Qの測定には、ソーヤタワ方式とバーチャルグラウンド方式がありますが、後述の理由により微小容量・高分解能な測定の場合はバーチャルグラウンド方式の方が適しています。

ソーヤタワ方式

被測定キャパシタ(サンプル)の2次側(グラウンド側)に参照用キャパシタCrを置きます。

サンプルに生じた分極電荷Qの測定は、参照用キャパシタに生じた電荷量Q'と一致します。
Q'はそのキャパシタの1次側電圧Vrを測定し、それにそのキャパシタの容量Crを乗ずることで算出できます。Q=Q'=CrVrより、サンプルに生じた分極電荷を算出できます。

この手法はセットアップが簡易で、古くから行われてきた手法ですが、参照用キャパシタに生じる電圧降下が印加電圧誤差となる欠点があります。
たとえば印加電圧が小さい場合(10V等)、参照キャパシタの1次側電圧Vrが小さくなり測定が難しくなります。

バーチャルグラウンド方式

バーチャルグラウンドQV変換方式は、ソーヤタワ法の短所を克服し現在もっとも広く採用されている分極測定手法です。ソーヤタワの測定回路とは基本的に似ていますが、参照用キャパシタをオペアンプのフィードバックループに設置します。
　
そのことにより、以下の改善点が得られます。

・印加電圧誤差がなくなります。サンプルの2次側がグラウンドとなります。そのため、サンプルへの印加電圧は全てサンプルに印加されます。
・参照用キャパシタに現れる電圧が大きくなり、電圧測定が容易になります。（参照用キャパシタの電圧降下が印加電圧誤差にならなくなるため、参照用キャパシタとして小容量のキャパシタを用いることができます。）

上記より、バルクはもとより、薄膜・厚膜のサンプル、微小容量キャパシタも正確に測定することができます。