M91FastHall™
ホール効果測定コントローラ

M91 FastHall™ ホール効果測定コントローラ▶ホール測定への新しいアプローチ
M91 型 FastHall™ ホール効果測定コントローラは、より高速、高精度、高利便性を提供する画期的なオールインワンのホール電圧測定器です。
米国 Lake Shore 社が特許取得済みの FastHall™ 測定技術は、ホール電圧測定時に印加される磁場の極性を反転せずにホール効果測定を可能にしました。
これにより、特に高磁場の超伝導磁石を使用する場合は、従来と比較してより高速、高感度な測定を実現できます。
米国特許番号：9797965、10073151▶特長
・

抵抗測定レンジ：10m Ω -10M Ω* 高抵抗オプション最大 200G Ωまで対応

・

ホール移動度測定範囲：0.001㎠ / V・s 以上

・シートキャリア濃度測定範囲：1017cm-2 以下・

van der Pauw および Hall bar サンプル対応

・

FastHall™ 技術により van der Pauw サンプルの場合は磁場反転が不要で従来比 100 倍の高速測定を実現・

オートカレント / レンジにより自動測定が可能

・

全てのパラメータ制御を手動操作でも可能

・

全ての測定結果と算出されるパラメータの値を出力

・

MeasureLINK-MCS と組合せて電磁石、温調制御などが可能▶オールインワンパッケージ
従来のホール効果測定システム（HMS）は、サンプルの抵抗率とホール電圧を測定するための電流源、電圧測定器、スイッチユニットなどを組み合わせた測定部と磁石部からなります。そのため、研究者はキャリアタイプ、キャリア濃度、移動度、およびホール係数は演算をしなければなりませんでした。しかし、M91 型 FastHall™ ホール測定コントローラは、必要なすべての測定機能を一つに統合し、自動化しました。これにより、測定プロセスを最適化し、目的のパラメータを直接算出するためのホール効果測定を、より簡単に実現できます。

▶短時間で高精度測定を実現
FastHall™ 測定技術では、磁場反転が不要なため、測定精度を低下させることなく時間を大幅に短縮可能です。実際、測定時間が短いと、自己発熱や周囲温度の変化によるサンプルパラメータがドリフトする可能性が少なくなります。また、磁場反転をしな
いということは磁場のアライメント誤差もなく、測定結果の精度をより向上させます。
M91 型 FastHall™ ホール効果測定コントローラでは、どんな種類の磁石も使用できるため、高磁場な超伝導磁石を有する研究者にとっては特に有効と考えられます。

2

M91 型 vs 従来の Hall 測定の測定時間比較（サンプル：IGZO）

▶高速 - 低移動度な材料に最適ホール効果測定は、新しい電子材料およびデバイスの輸送特性を評価するためにとても重要です。一般的に従来の DC 磁場法は高い移動度の材料や測定が容易で信頼性のある材料に有効です。また、これらは高精度な電流源、電圧計、スイッチおよび磁石を必要としません。 しかしながら、材料の移動度が低下するにつれて、測定の難しさは増し、測定の確度は低下します。 例えば、この事象は太陽光発電、熱電素子、有機物などの有望な新規半導体材料によく見受けられます。今までは、これ
ら低移動度材料の測定には高精度なロックインアンプで積分時間を長くし、小さなホール起電圧を検出する AC ホール測定法が用いられてきました。しかし、積分時間を長くすると、サーマルドリフトの影響から新たな誤差が生じる可能性があり、さらに測定結果が出るまでに時間がかかります。中にはとても低い移動度の材料の場合には、何時間も測定する場合もあります。FastHall™ 測定技術は数秒で、しかも正確に低移動度材料の測定を可能にするため、これら両方の問題を解決します。

▶ MeasureLINK-MCS ソフトウェア
M91 型には Lake Shore 社製 MeasureLINK-MCS アプリケーションソフトウェアが付属されています。本ソフトウェアにはプログラミングなし
でホール効果測定が可能な測定項目が標準で用意されています。また、より高度な測定のご要求にも応えられるように測定シーケンスをカスタマイズ可能で、磁場の制御、サンプル温度コントロールおよび他の機器の制御も可能にします。
レポート機能も備わっています。

リアパネル①⑫⑪⑩⑨⑧②③④⑤⑥⑦① Triaxial コネクタ

⑤デジタル出力⑨ USB 通信用

②アナログ入力⑥デジタル入力⑩ USB ファームウェアアップデート用③アナログ出力⑦ WLAN アンテナ

⑪電源部

④ Signal RTN⑧ RJ-45 イーサネット⑫シャシー GND

3▶仕様
ホール測定
FastHall™ 法 ( 磁場反転無し ) — van der Pauw サンプル
DC 法 — ホールバー および van der Pauw サンプル得られるパラメータ
比抵抗、ホール係数 , ホール移動度 , キャリア濃度

ホール移動度測定レンジ
0.001 to 106㎠ /V・S

USB デバイス
タイプ
機能
プロトコル
ボーレート
コネクタ
ソフトウェアサポート

設定限界値
電流出力：コンプライアンス電圧
電圧出力：コンプライアンス電流
正の出力：設定値の± 5% (@ フルスケールの 10% 未満 )負の出力：定値の± 5% (@ フルスケールの 10% 未満 )電流リミット設定分解能：電流レンジ（自動設定される）のフルスケールの 0.1%
電圧リミット設定分解能：10 mV

Ethernet
機能
アプリケーションコントロール
コネクタ
スピード
ソフトウェアサポート

シート抵抗
最小レンジ : 10 mΩ
最大レンジ : 10 MΩ＊ M9-ADD-HR 高抵抗オプション：～ 200 GΩ

アナログ入力アナログ入力精度：
アナログ入力レンジ：
許容アナログ入力レンジ：コンプライアンス電圧 (typical)：
最大電流値 (typical)：
アナログ出力アナログ出力精度：
アナログ出力レンジ：

読み値の± 300mV± 11V± 15V≤ 10V≤ 0.1A

設定値の± 300 mV± 11 V, ± 15 V max @ オーバロード

デジタル入力独立した ch 数：
入力抵抗：最大の小さなレベル入力：
最小の大きなレベルの入力：
推奨入力レンジ：

4
光絶縁
1V
4V
-5V ～ 32V

デジタル出力独立した ch 数： 4
リレーの種類： 半導体リレー
リレー最大電流：1.5 A
リレー最大電圧：32 V
リアパネルコネクタ
サンプル用コネクタ : 3-lug triaxial コネクタ 6 個
アナログ入力 / 出力 BNC
デジタル入力 / 出力 10 ピンコネクタ
SIG-RTN（シグナル－リターン） 2 ピンコネクタ
フロントパネル
ディスプレイ :4インターフェイス
USB ホストタイプ
USB 3.0機能
ファームウェアアップデート用、フラッシュドライブ
位置
リアパネル
コネクタ USB Type-C™

5 インチタッチパネル ,TFT-LCD WVGA (800 × 480) のLED バックライトタイプ

Wi-Fiタイプ
機能
アプリケーションコントロール
アンテナ
ソフトウェアサポート

WPAN機能アンテナ

USB 2.0
標準 RS-232 シリアルポートのエミュレーション
SCPI
921,600
USB Type-B
LabVIEW™ and IVI.NET drivers( お問い合わせください )TCP/IP コマンドコントロール、モバイル app
SCPI
RJ-45
1 Gb/sLabVIEW™ and IVI.NET drivers（お問い合わせください）

802.11 b/g/n
TCP/IP コマンドコントロール、モバイル app
SCPI
外部 , 同軸タイプ
LabVIEW™ and IVI.NET drivers( お問い合わせください )ショートレンジ、ワイヤレスインターコネクション
外部 , 同軸タイプ

一般
周囲温度 :

磁場の影響 :
電源 :
大きさ :

重量 :
規格 :
FCC ID (wireless radio):
ウォームアップ時間 :消費電力 :

23℃ ± 5℃にて仕様付け、10℃～ 35℃にて仕様値を減ずる
湿度 70% 未満で結露無し
動作限界：10 mT DC, 1 mT RMS 未満
保証：2 mT RMS 未満
100 V ～ 240 V ユニバーサル入力
50 ～ 60 Hz、30 VA
216 mm W × 87 mm H × 369 mm D
(8.5 in × 3.4 in × 14.5 in)
ハーフラックサイズ
3.2 kgCE mark
TFB-TIWI1-01
30 分
最大 35W測定性能
電圧測定レンジ
1 mV
1 µA

10 µA

電流 100 µA
印
加レン 1 mA
ジ10 mA

100 mA

10mV

100 mV

1V

10V

抵抗レンジ

1 kΩ

10kΩ

100 kΩ

1 MΩ

10MΩ

精度（1 year）校正温度℃±5℃±%読み値¹0.2%

0.06%

0.06%

**

**

0.001%

0.001%

0.001%

****

100 Ω

1kΩ

10kΩ

100 kΩ

1MΩ

0.2%

0.06%0.06%0.06%**

0.001%

0.001%

0.001%

0.001%

**

10Ω

100Ω

1 kΩ

10kΩ

100kΩ

0.2%

0.2%

0.06%

0.06%

0.06%

0.001%

0.001%

0.001%

0.001%

0.5%

温度係数/℃ 10℃～35℃ 湿度65%以下で結露無し±%読み値（typical）
抵抗レンジ
精度（1 year）校正温度℃±5℃±%読み値¹
温度係数/℃ 10℃～35℃ 湿度65%以下で結露無し±%読み値（typical）
抵抗レンジ
精度（1 year）校正温度℃±5℃±%読み値¹
温度係数/℃ 10℃～35℃ 湿度65%以下で結露無し±%読み値（typical）
抵抗レンジ
精度（1 year）校正温度℃±5℃±%読み値¹
温度係数/℃ 10℃～35℃ 湿度65%以下で結露無し±%読み値（typical）
抵抗レンジ
精度（1 year）校正温度℃±5℃±%読み値¹
温度係数/℃ 10℃～35℃ 湿度65%以下で結露無し±%読み値（typical）
抵抗レンジ
精度（1 year）校正温度℃±5℃±%読み値¹
温度係数/℃ 10℃～35℃ 湿度65%以下で結露無し±%読み値（typical）

1Ω

10Ω

100 Ω

1 kΩ

10kΩ

0.2%

0.2%

0.2%

0.06%

0.06%

0.001%

0.001%

0.001%

0.001%

0.5%

0.1Ω

1Ω

10Ω

100 Ω

1kΩ

0.5%

0.2%

0.2%

0.2%

0.2%

0.001%

0.001%

0.001%

0.001%

0.5%

0.01 Ω

0.1Ω

1Ω10Ω

100Ω

0.5%

0.2%

0.2%

0.2%

**

0.001%

0.001%

0.001%

0.001%**** レンジ使用可能ですが、仕様付けはされていません。
¹ 校正温度は校正の周囲温度です。通常は 23℃。すべての精度は電流反転測定に基づいています。

高抵抗オプション
電流測定レンジ

10 mV

10nA

100µA

10mA

100 mA

抵抗レンジ

1 MΩ

1kΩ

1Ω

0.1Ω

精度（1 year）校正温度℃±5℃±%読み値¹0.5%

**

**

**

0.001%

**

**

**

10MΩ

10kΩ

10Ω

1Ω

0.5%

**

**

**

0.001%

**

**

**

100MΩ

100kΩ

100 Ω

10Ω

0.8%

0.5%

**

**

0.001%

0.001%****

温度係数/℃ 10℃～35℃ 湿度65%以下で結露無し±%読み値（typical）
抵抗レンジ

電精度（1 year）校正温度℃±5℃±%読み値¹
圧 100 mV
温度係数/℃ 10℃～35℃ 湿度65%以下で結露無し
印±%読み値（typical）
加抵抗レンジ
レ精度（1 year）校正温度℃±5℃±%読み値¹ン 1V
温度係数/℃ 10℃～35℃ 湿度65%以下で結露無し
ジ±%読み値（typical）
10 V

抵抗レンジ

1 GΩ

1MΩ

1 kΩ

100 Ω

精度（1 year）校正温度℃±5℃±%読み値¹0.5%

0.5%

**

**

0.001%

0.001%****

温度係数/℃ 10℃～35℃ 湿度65%以下で結露無し±%読み値（typical）** レンジ使用可能ですが、仕様付けはされていません。
¹ 校正温度は校正の周囲温度です。通常は 23℃。すべての精度は電流反転測定に基づいています。

510mA

DC精度（1 year）
校正温度℃ ±5℃ ±% 読み値¹0.3%

100 mA

0.3%

電流測定レンジ¹オーダーインフォメーション
M91

ホール測定コントローラ（M91-ACC-KIT 付属）

校正温度は校正の周囲温度です。通常は 23℃。
全ての精度は電流反転測定に基づいています。

M91-ACC-KIT

10mV

USBA オスから USB-B オスケーブル、
デジタル I/0 用ターミナルコネクタ、

温度係数/℃
10℃～35℃ ±設定分解能(0.001%)（設定値の%+オフセット）

100nV

0.06% + 4 µV

シャシー GND 用ターミナルコネクタ、電源ケーブル、ワイヤレスアンテナ、

typicalクイックスタートガイド
M9-ADD-HR

M91 型高抵抗オプション（～ 200GΩ）GPIB-LAN-CONVERTGPIB から LAN へのコンバータ。

100 mV

1µV

0.005% + 4µV

1V

10µV

0.0004% + 20µV

GPIB 通信と LAN 機器の制御を可能

10V

100µV

0.0004% + 200µVにします。GPIB データ転送速度は

電流印加レンジ

設定分解能(0.001%)

温度係数/℃
10℃～35℃ ±（設定値の%+オフセット）

typical

1 µA

10pA

0.002% + 9pA

10µA

100pA

0.0004% + 20pA

100 µA

1nA

0.0004% + 90pA

1 mA

10nA

0.0004% + 40pA

10mA

100nA

0.0004% + 4nA

100 mA

1µA

0.0004% + 40nA

電圧および電流測定仕様
電圧印加レンジ
1 mV

温度係数/℃ 10℃～35℃ ±（設定値の%+オフセット）typical
50 nV

10mV

50 nV

100 mV

200 nV

1V

2 µV

10V

20 µV

電流印加レンジ
10nA
10µA

6M91 アクセサリキット：
USB-A から USB-C アダプタ、

電圧および電流印加仕様
電圧印加レンジM91 型 FastHall™

温度係数/℃ 10℃～35℃ ±（設定値の%+オフセット）typical
2 pA
7 pA

10mA

7 nA

100 mA

70 nA保証されておらず、LAN 転送速度によって制限されます。
112-5193m（10ft）triaxial ケーブル

P12379BNC - triaxial アダプタ

RMX-FULL

フルラックマウントキット

RMX-HALF

ハーフラックマウントキット

FastHall™ 測定の原理▶印加磁場の反転が不要に
ホール測定を行う際、実際に測定される電圧信号には、ホール電圧のほかに、「不平衡電圧」と呼ばれる、サンプルの抵抗分布の偏りに起因するオフセット信号が含まれます。このオフセット信号は印加磁場に依存しないため、従来のホール測定においては、印加する磁場を反転して測定を 2 度行い、その差分を取ることでこれらを除去していました。しかし、印加磁場の反転は手間や時間がかかることに加え、反転時に印加磁場の大きさを厳密に同じにすることが難しいなどの問題から、素早く正確な測定を行うことが困難でした。しかしながら、M91 型が採用した FastHall™ 測定技術は、電気回路と磁界に関する「相反定理」を利用し、従来の印加磁界を反転する代わりに測定端子の切り替えを行うことで、容易にオフセット信号を除去することが可能となり、より素早く、より正確なホール測定を実現しました。

▶相反定理
外部磁場が無い場合、サンプルが線形・受動素子であり、印加電流が同じであれば、電流印加端子と電圧測定端子を入れ替えても、得られる測定電圧は同じになります。これを相反定理といいます。( 図 1)
一方で、外部磁場が存在する場合には、電流・電圧端子の入れ替えとともに、印加磁場の極性を反転することで、得られる測定電圧が同じになります。（図 2）
このことから、図 3 のように、磁場反転して測定する代わりに、電流・電圧端子を切り替えて測定を行っても、同じ結果が得られることがわかります。FastHall™ 測定では、一定の印加磁場のもとで、電流印加端子と電圧測定端子を入れ替えて測定し、得られた結果の差分をとることで、不平衡電圧の除去を行います。磁場の反転が不要となるため、短時間で正確な測定を行うことができます。

磁場反転
サンプル

サンプル

（線形・受動素子）（線形・受動素子）

サンプル

サンプル

（線形・受動素子）（線形・受動素子）

端子入れ替え図1

端子入れ替え相反定理

図2

外部磁場を考慮した相反定理

従来のホール測定：
VH=｛V₂₄(B+) － V₂₄(B-)｝/2
FastHall™ 測定：
端VH=｛V₂₄(B+) － V₁₃(B+)｝/2

子Fa 入れ
stHa 替え
ll ™
）

磁場反転
（従来のホール測定）（（測定電圧は等しくなる（相反定理）

図3

端子入れ替えと磁場反転

7M91型 FastHall™ vs

ResiTest8400型

同一サンプルを M91 型と ResiTest8400 型にて測定したデータ（測定温度 : 室温 および 130K）を下記に記します。
比抵抗 / ホール測定において、M91 型は ResiTest8400 型と同等の測定精度であり、かつ磁場反転を必要としない FastHall™ 測定技術は、ResiTest8400 型と比較して短時間で測定できました。

測定温度:室温 (印加電流:100μA, 磁場:0.5T)

測定温度:130K (印加電流:1μA, 磁場:0.5T)

M91型 FastHall

8400DC型

8400AC型

M91型 FastHall

8400DC型

8400AC型

シート抵抗 [Ω/□]9.59E+02

9.61E+02

9.62E+02

1.94E+05

1.95E+05

1.94E+05

比抵抗 [Ω]7.23E-01

7.25E-01

7.26E-01

1.47E+02

1.47E+02

1.47E+02

PPPPPP

ホール移動度 [㎠/V･s]

6.57E+01

6.52E+01

6.50E+01

3.50E+02

3.51E+02

3.50E+02

1.31E+17

1.39E+17

1.32E+17

1.22E+14

1.21E+14

1.21E+14

9.90E+13

9.96E+139.97E+13

9.21E+10

9.14E+10

9.17E+104秒

126秒

126秒

10秒

126秒

126秒

3秒

164秒

446秒

6秒

167秒

キャリアタイプ

キャリア濃度 [1/㎤]シートキャリ濃度 [1/㎠]
測定時間 [秒]比抵抗測定時間
ホール測定時間(磁場周波数:250mHz)＊ M91 型（高抵抗オプション 無）にて測定445秒(磁場周波数:250mHz)( 大阪電気通信大学 松浦様 サンプルご提供 )M91-RTMG05型：比抵抗/ホール測定システム
M91-RTMG05 型は、オールインワンの M91 型と永久磁石、室温試料ホルダで構成される非常にコンパクトな比抵抗 / ホール測定システムです。
【試料ホルダー部】
サンプルサイズ：
一辺が 5mm ～ 10mm の正方形、厚みは 2mm 以下
4 本の爪電極（材質 : リン青銅上に金メッキ）を装備しており、四隅に電極を取付可能な Van der Pauw 型です。
本爪電極にてオーミック接触がとれない場合は、あらかじめオーミック接触となる電極材料を試料表面に形成（蒸着）してください。
【永久磁石部】
・磁場強度：0.5T 以上
・磁場均一度：± 1% 以内＠□ 10mm
＊ 永久磁石ユニット部

寸法（160 mm W × 160 mm H × 210 mm D 、突起部含まず ; 11kg）

理化学計測部〒 103-8284

東京都中央区八重洲 1-1-6

TEL : 03-3245-1103（直通） FAX : 03-3246-0645

www.toyo.co.jp/material/

Email : keisoku@toyo.co.jp

オンラインストア : https://www.material-store.toyo.co.jp※

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大阪支店〒532-0003

大阪府大阪市淀川区宮原 1-6-1（新大阪ブリックビル）

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名古屋営業所〒460-0008

愛知県名古屋市中区栄 2-3-1（名古屋広小路ビルヂング）

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TI センター〒103-0021

東京都中央区日本橋本石町 1-1-2

TEL : 03-3279-0771

FAX : 03-3246-0645

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