ビジョン 測定データ管理ソフト

ビジョン測定データ管理システムはラジアント社のプレシジョンファミリー製品に付随する集積型のテストソフトウェアで、 データの収集、加工、解析を実行します。

内蔵するテストエディター、Sensor端子やGPIBコマンドによる他の機器とのコミュニケーションが可能な為、 ビジョン測定データ管理システムは研究施設において革命的!です。

Vision 4.2.0
ビジョンによる試験環境では、それぞれの試験で順番に得られたデータを収集しそのテストの方法、 データ解析ツール、結果表示の順番に従って組織的にデータを目的の形に加工します。
実験の結果は何時でも取り出せて、再生が可能です。
VisionソフトウェアはメインのVisionプログラムと、すべてのTaskからなる独立したプログラムの集合体として考えることが出来ます。メインのVisionプログラムはTask操作のための枠組みを与えています。Visionプログラムはライブラリー、エディター、DataSetエクスプローラーウィンドウを提供します。それぞれの関係は下記の図のようになります。
Vision Softwareでは、Library内から各種Tasksを呼び出し、Test Editor内で計測定義を設定・作成し、計測実行後に計測結果と計測条件をDataSetのArchiveに保存します。

Vision Version 3.0.0.から4.2.6.への更新に伴い、多くの新機能・変更点を加えました。

●計測結果をVision特有の形式で外部出力し、他時期の計測との比較が容易になりました。
  Visionソフトウェア内で過去のデータと現在のデータ等との重ね合わせや、各種Filter Taskによる差分データの表示等が可能になりました。
GPIB Set Temperature Taskの温度制御方式が、より高精度になりました。
●DataSets Explorer内のDataSetをSub、SubSubフォルダーに収納可能になりました。
●計測済みのDataSetもSub、SubSubフォルダーに収納可能です。
●Visionの各Task内に書き込めるコメントが増えました。
●Taskアイコンの種類が増えました。実験エラーが生じたTaskを開かずに判断可能です。
●計測時に生じたエラー内容を計測結果画面に表示します。
●浮遊容量を計測し、計測結果から除去するTaskが追加されました。
●Taskの役割に応じ、Library内のSub、SubSubフォルダーにTaskを再配置しました。
  下図及び下記の説明を参照してください。

他にも多くの追加、変更がなされています。
具体的な変更については、こちらをクリックしてください。



Library

Libraryには、Filters(フィルター)、Hardware(ハードウェア)、Parasitics(浮遊容量)とProgram Control(プログラム制御)の4つのフォルダーから構成され、Hardware(ハードウェア)のフォルダー内にMeasurement(計測)とGPIBの各種Taskが収納されています。


Tasks

以下にビジョン・テスト管理ソフト操作システムに含まれる幾つかのタスクを紹介します。
記載されている測定の全てが仮想接地回路(Virtual Ground measurement circuit)の下で行われているので、 プレシジョン・テスターはRT6000と同じ精度を維持しています。 違いは100万分の1秒の精度です(μsec precision)。 Test Editor を用いれば下記に記載されているタスクの任意のコンビネーションでリンクが可能で、求める物質の特性を追求できます。

フィルタータスク
フィルタータスクは以下の6つのフォルダー内の計17のTaskで構成されています。
Visionで計測した計測結果の平均化、増減、外部データへの出力等を行います。
フォルダーはAveraging(平均化)、Collect/Plot(センサーポートを含めたデータの収集)、Math(計算、除算や微分等の処理)、Noise Reduction(ノイズ除去)、Special Purpose(特別な目的、RT6000、RT66Aからのデータの読み込みや外部データへの出力)、Task-Specific(タスク固有処理)があり、目的に応じた細かな計測定義の設計が可能です。

グラフ作成とデータ収集
一連のテスト・シーケンスの間に、収集されたデータを元にグラフ作成のフィルタータスクを挿入出来ます。 グラフ作成タスクが働いている間でもその他のタスクは試験中のデータを収集し、以後の解析用にデータをアーカイブの中に保存します。 この機能は特に統計解析を行う場合や、全ての測定をグラフのために待つ事なしにテストが早く進む様な場合には特に有効です。

計測・GPIBタスク
 それぞれのTaskの特性に合わせて、Hysteresis、Pulse等のTask毎に分類されています。
 強誘電体の特性を知るために良く使用される代表的なTaskについて、いくつかご紹介します。

Hysteresis
強誘電体メモリー試料の非線形分極応答を計測し、分極が不揮発性である事を確認し、メモリーデバイス等での試料を性格づけします。
RT6000 の CHARGE4 と MANUAL4 によって以前に改造された全ての機能を引き継いでいますが、そのスピードはμsecのタイミングです。 ヒステリシス・ループは最速で 40μsec、或いは、マイクロ秒のステップで1サイクル当り 30 sec 迄、可能です。 キャパシターの自動スケーリングは1pF〜50μFまでと広範囲です。 RT6000 の場合はプリセット・ループとデータ・ヒステリシスループとの間の遅延時間は自動的に1秒にセットされますが、Vision Softwareのヒステリシス・タスクを用いるとループ間の遅延は、100μsec〜30 secまで可変です。 自動増幅機能(スケーリング)は手動に、或いは顧客の設定したプロファイルにも変更が可能です。 これらは全て Radiant社の過去の経験を基に組みこまれました。
現在、電位挿引の種類は、標準分極、標準単極、標準分極の2回繰り返し等が組み込まれています。

Remanent Hysteresis
上記のヒステリシスの標準的な計測は印加電圧に対する試料の全体的な応答を示す方法としては特に効果的なツールです。この応答は幾つかの線形容量源と非線形強誘電性メカニズムとのミックス状態を代表しています。残留分極値と非残留分極の混在です。残留分極が重要な値になります。非残留成分も残留分極と共にスイッチしますが、試料への印加電圧がゼロボルトに戻ると、非残留分極はスイッチ状態には留まらず、散逸します。よって、この分極成分は非線形であっても試料のメモリー特性には貢献しません。
このレマネントヒステリシスタスクは、どれだけの量の非残留分極成分が試料の中に有るのかを測定します。

PUND
PUND Taskは5つのパルスを使用して強誘電体メモリーの特徴を計測する標準的な計測タスクです。レマネントヒステリシスタスクと同じように、非残留成分と残留分極を計測することが可能です。
計測結果からEffective Capacitance: Cef (nF)、Dielectric Constant: Kefを計算します。

Leakage
Leakage Task は印加 DCバイアスの関数としてサンプル・デバイスを通過する電流リークを測定します。 ユーザーが DC バイアス電圧を決定し、その電圧でのデバイスの測定時間を決め、入力電流の集積時間長を決めます。 集積時間は1m秒〜30秒までを選択出来ます。このタスクに於いては 1pA或いはそれ以下の電流も捕獲します。

Simple Pulse
Simple Pulse Task は単一の測定パルスを実行、或いはパルス高等の設定を行います。 ユーザーは General Pulse Tasks で独自パルスを設定するのと同じようにパルスのパラメーターを決めます。 即ち、電圧、パルス幅、プリセット DCバイアス、およびプリセット・バイアス時間です。 パルスを繋ぎ合わせて計測定義を計画することで、Multiple Simple Pulse Tasks (重複シンプル・パルス形成)として思うままのリテンション試験やインプリント・テストが実行出来ます。

Advanced C/V
Advanced C/V Task は一連の微小パルス信号(電圧印加)に対する試料の応答であるCapacitance(キャパシタンス: 静電容量)を計測するCV測定の1つです。 ユーザーは 測定用信号のDCバイアス電圧、パルス電圧高、パルス幅、計測点数を指定します。 分極有、無の場合のcapactor容量が各電圧のレンジで計測できます。

I/V
I/V Task は印加電圧プロファイルに従った階段状の電圧印加により試料を通過した電流を計測するIV計測を設定します。通常、そのプロファイルは標準的な分極ですが、標準的な単極やテキストファイルから読み込んだカスタムプロファイルも選択できます。ユーザーは 測定用信号のDCバイアス電圧、慣らし時間、計測時間、計測点数を指定します。 分極有、無の場合の電流値が各電圧のレンジで計測できます。

Imprint
Imprint Task は単一キャパシターについて手動で、あるいは設定に基づいて自動でインプリント・テストを実行します。 ユーザーはサーマル、ダイナミック、或は DC バイアスの何れかのインプリントのソフトを立ち上げ、そこに初期ファティーグ・ストレスを指定する事も出来ます。 ユーザーはファティーグ、インプリント周期、分極測定に対してGPIBを通じて異なる温度に設定出来ます。

Hardware タスク
 Waveform、DC Bias等のTaskが、この中に分類されています。
 ファティーグ、インプリント等の試験で使用する基本的なTaskが含まれます。

Waveform
WaveForm Task は任意波形発生ソフトです。Precision premier II の場合では、 Sine波、三角波、矩形波を正、負で、 1MHz 〜 0.03Hz 迄、15Volt(各PrecisionテスターのMAX値はそれぞれ異なります)までの振幅で形成します。 ユーザーは信号関数、最大電圧、周波数、および任意の DC バイアスを信号に重ねる事が出来ます。 Wave form Task の稼動中には進行状況が確認出来ます。

DC Bias
DC Bias TaskはDC電圧負荷を試料に設定時間だけ連続して印加します。負荷終了まで負荷持続時間を示す進捗状況確認画面が現れます。DC Biasは進捗画面のCancelボタンをクリックすることで終了することが可能です。負荷時間は1〜100,000秒を設定可能です。

GPIB タスク
 GPIBを用いた周辺機器の制御に用いるTaskが、この中に分類されています。
 主に恒温槽の温度制御に用いられます。

Generic GPIB
VisionをインストールしたホストPCのGPIB(Precision Workstationは本体にGPIBボードを内蔵)を介して、特定の装置から Precision Tester へのメッセージの送受信を可能にします。同様に、GPIB-RS232C及びGPIB-RS485変換コネクターを介した、特定装置との送受信が可能です。

GPIB Set Temperature 
VisionをインストールしたホストPCのGPIB(Precision Workstationは本体にGPIBボードを内蔵)を介して、GPIBを内蔵する恒温槽の温度制御を可能にします。Generic GPIB Taskと同様に、GPIB-RS232C変換コネクターを介した、恒温槽の制御が可能です。
Vision Version 4.3.0.では、16社25タイプ以上の恒温槽が標準で組み込まれており、Visionのインストールと同時に使用可能です。
Vision Version 4.3.0.のGPIB Set Temperature Taskで制御可能な恒温槽の詳細については、こちらをクリックしてください。

その他のタスク
FATIGUE、RETAIN、RESISTなど、 RT6000 における個々のタスクが Vision Test Management Software Package の中に含まれています。


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コントロール・タスク
 コントロール・タスクは4つのフォルダーと計16のTaskで構成されています。
 計測定義の繰り返しを含む各種制御や、計測の補助を行うタスクです。

Pause
Pause Task はPCの画面上に、ユーザーが任意に書き込んだコメントを表示するダイアログボックスを表示し、ユーザーがダイアログに応答するまで、実験の実行をいつまでも延期します。このコメントはユーザーに次の作業を教えてくれます。 例えば、「プローブ・ステーションに次のサンプルを乗せて下さい」とか、「テスト続行は、何かキーを押してください」等です。

Delay
Delay Taskは設定時間だけ実行を停止します。その休止間中、経過時間と残り時間を示す進捗画面が表示されます。1〜100,000秒を設定可能です。Cancelボタンを押すことで、その継続時間を省略できます。

General Information
General Information Taskは、試料名、面積、厚さなどの計測情報を1回で設定するために使用します。このTaskの主たる特徴は、半角文字で30,000文字までのコメントボックスです。計測定義の長く詳細な説明を書き込むことができます。

Branch
Branch Task はプログラム制御を Test Sequence (実験の決められた順番)に有る特定のタスクにジャンプさせます。繰り返しの回数や目的の電圧、温度、パルス幅に到達するまでの繰り返し等を自由に設計できます。


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Test Editor

ビジョン測定データ管理ソフトは非線型リサーチにおける始めてのテストエディターです。 新しく考案したグラフィック・ユーザー・インターフェースを使用し、研究者が自身の順番で関連のタスクを構築出来、サンプルについてその順番通りのタスクを実行出来ます。 自身でカスタマイズしたテストの順番は以後に再使用出来るように Test Libraryに保存出来ます。

タスクとしては従来からある、ヒステリシスパルスリーク電流Advanced C/Vなどがあります。 テストの試料に波形変化、DCバイアスのタスクでストレスを付与出来ます。 一方、Test Library からコントロール・タスクのBranch Taskを用いればテストの順番の繰り返し(Looping)が可能となり、 GPIBタスクを用いれば GPIB や RS232C を用いている他の計測装置などを制御することも出来ます。 ラジアント社の RT6000 や RT66A で行ってきた全ての測定がこの Test Library の中に標準装備されています。

Radiant社では事実上、この標準ライブラリーの中には100を越えるタスクが収納される事を予想しています。 Precisionの使用者はRadiant社のウェブサイト(http://www.ferrodevices.com/)にアクセスする事で、 新しく出来た標準タスクをダウン・ロードする事も出来ます。 デバイス製品の分類や、48チャンネルマルチプレクサーによる品質管理などの複雑な TASK 等 (PARALLEL IMPRINT や PARALLEL FATIGUE 等)もラジアント社から購入可能です。 その他にも斬新なテスト・パッケージ(有償)が色々と用意されています。 例えば、PIEZOタスク は AFMやレーザー変位計 を用いてサンプルのピエゾ効果をサブ・オングストロームのオーダーまで測定する事も可能になります。

以下の図はラジアント社製1μmPNZT薄膜を使用し、SII社製SPA400を使用した際の変位計測結果です。Hysteresis結果と対応させて計測可能です。また、各社AFMやレーザー変位計等を使用した変位計測の実績がございます。


Butterfly displacement Curve for 1μm Thick 4/20/80 PNZT Film
変位量 vs 電圧

Nested Butterfly Loops for 40V, 30V, 20V, and 15V
変位量 vs 電圧 の繰り返し計測


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DataSet
DataSet は Vision Test Measurement Software 環境中の心臓部に当ります。 HDディスク上にあるデータ・コンテナです。実験の為にテスト・エディターで創造した全テスト法の仕様(Experiment Design)や、 これによって収集した全データ(Experiment Data)が Dataset 中のアーカイブに集積されます。 得られたデータは DataSet から実行されるそれぞれのテスト・シーケンスに関連付けて組織的に記録されます。 データ・セット・アーカイブに保存されたあらゆるタスクは特別の名前が付けられています。 時刻スタンプが押されているので、ユーザーは DataSet の中に保存されている過去のデータの完全な履歴を再現できます。

DataSet は解析の為に得られたデータをグラフにする時に頭脳的なツールを提供します。DataSet 内や別の DataSet 内にある別の記録として得られたデータを同じグラフに同時に書出して比較する事が出来ます。 また、全てのデータ・セットとテスト・シーケンスを社内 LAN や e-mailで他の研究者に送る事も出来ます。

Vision Softwareはテスターと接続していないパーソナルコンピューター上でも動作します。テスターを接続していないパソコンでは、直接的にテスト・シーケンスを実行するのではない点(テスト・シーケンスを実行しても正しいデータが得られない)を除けば、プレシジョン・テスター上のVision Softwareの全ての機能を実行します。テスト・シーケンスの構築を行い、それをプレシジョンテスターに接続しているホストPCに移植し、実行後に結果を回収できます。

このことは、実際の計測中に別のパソコン上のVision softwareでデータ解析、グラフ化やデータの外部出力を行えることを意味しています。


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