Source Measure Unit Keithley 2400/Keysight B2900A 1976-2026（ソースメジャーユニットケースリーキーサイト）
電圧源+電流源+測定一体化のSMU。1976年Keithley 220原点+Keithley 2401(¥800,000)/2461(¥1,500,000)/B2902B(¥1,200,000)+I-V特性カーブトレース+半導体パラメータ測定+1pA分解能+10A大電流
概要
Source‑Measure Unit（SMU）は、電圧源・電流源・電圧・電流計測機能を一体化した測定器で、半導体デバイスの I‑V 特性やトランジスタパラメータ、電荷保存特性などを高精度に取得するために不可欠です。
1976 年に Keithley 220 を起点に開発が始まり、1980 年代に登場した Keithley 2400 系列は、業界標準として広く採用されました。2025‑2026 年に入ってからは、Keysight（旧 Agilent）に統合され、B2900A 系列が最新の SMU となっています。これらは 1 pA までの分解能と 10 A までの大電流を同時に扱える点が特徴で、研究開発・製造品質管理の両面で重宝されています。
主な特徴・仕組み
| 特徴 | 内容 |
|---|---|
| 電圧源 | ±10 V から ±1000 V までの可変電圧を出力。 |
| 電流源 | 1 pA から 10 A までの電流を正確に供給。 |
| 分解能 | 電流分解能 1 pA、電圧分解能 1 µV。 |
| 測定精度 | 電圧 ±0.01 %、電流 ±0.02 %。 |
| ノイズフロア | 電流ノイズ 0.5 fA/√Hz。 |
| サンプリング速度 | 1 kS/s で I‑V カーブを高速取得。 |
| メモリ | 1 Mポイントの内部記憶。 |
| インタフェース | GPIB、USB‑TMC、LAN、PXI、PXI‑e。 |
| 制御 | SCPI コマンドで自動化可能。 |
| 保護機能 | 過電流・過電圧・過熱保護。 |
SMU は内部に高精度のオペアンプと電流/電圧変換回路を備え、測定対象に対して安定した電圧または電流を供給しながら、同時に測定値を取得します。電流源モードでは、電流を一定に保つために電圧を動的に調整し、逆に電圧源モードでは電流を最小化します。これにより、デバイスの特性を正確に把握できます。
具体例・対応製品 (テーブル必須)
| 型番 | 主要スペック | 主な用途 |
|---|---|---|
| Keithley 2400 | 電圧 ±10 V / 電流 1 pA‑10 A | 半導体 I‑V、メモリセル評価 |
| Keithley 2401 | 電圧 ±100 V / 電流 1 pA‑10 A | 高電圧デバイス、パワーMOSFET |
| Keithley 2405 | 電圧 ±1000 V / 電流 1 pA‑10 A | 高電圧絶縁試験 |
| Keysight B2900A | 電圧 ±10 V / 電流 1 pA‑10 A | 低電圧・高精度測定 |
| Keysight B2902B | 電圧 ±100 V / 電流 1 pA‑10 A | 高電圧・高速 I‑V |
| Keysight B2903B | 電圧 ±1000 V / 電流 1 pA‑10 A | 高電圧・高電流 |
| Keysight B2904B | 電圧 ±10 V / 電流 1 pA‑10 A | 高精度低電圧 |
| Keysight B2905B | 電圧 ±100 V / 電流 1 pA‑10 A | 高電圧・高精度 |
選び方・注意点
- 電圧・電流範囲
- 研究対象が 1 V 以下の場合は 2400 系列で十分。
- 100 V 超を扱う場合は 2401 以上、または B2902B 以上を検討。
- 分解能とノイズ
- 微小電流（pA 程度）が重要な場合は、1 pA 分解能を持つモデルを選ぶ。
- 低ノイズ環境が必要なら、電流ノイズ 0.5 fA/√Hz の B2903B がおすすめ。
- 測定速度
- 高速 I‑V カーブ取得が必要なら、1 kS/s 以上のサンプリング速度を備えた B2902B 以上を優先。
- インタフェース
- 既存の自動化システムに合わせて GPIB・USB・PXI などを選択。
- 予算
- 2400 系列は 800 000 円前後、B2900A 系列は 1 200 000 円前後。
- 予算に余裕がある場合は B2905B で高電圧・高精度を両立。
関連用語との違い
- 電圧源（Voltage Source）
- 電圧を一定に保つのみ。電流測定は別機器で行う。
- 電流源（Current Source）
- 電流を一定に保つのみ。電圧測定は別機器で行う。
- SMU（Source Measure Unit）
- 電圧・電流源と測定機能を同一機器で実現。
- LCR メータ
- インダクタンス・キャパシタンス・抵抗を測定。電圧源・電流源は備えていない。
よくある質問（FAQ）
-
SMU で測定した I‑V 曲線の信頼性はどの程度ですか？
SMU は電圧・電流を同時に制御し、測定するため、外部ノイズの影響が少なく、測定精度は ±0.02 % 程度です。実験条件を安定させれば、再現性は 99 % 以上となります。 -
高電圧デバイスを測定する際に注意すべき点は？
高電圧時は絶縁抵抗が低下し、放電リスクが増します。測定環境を絶縁したケースで行い、過電圧保護機能を有効にしてください。 -
SMU のメモリ容量が足りない場合、どう対処すれば良いですか？
1 Mポイントの内部メモリが不足する場合は、外部ストレージにデータを転送するか、サンプリングレートを下げてデータ量を削減してください。
まとめ
Keithley 2400 系列と Keysight B2900A 系列は、電圧源・電流源・測定機能を統合した SMU の代表格です。1976 年に始まった開発の歴史を経て、2025‑2026 年の最新モデルでは 1 pA 分解能と 10 A 大電流を同時に扱える性能が実現され、半導体・パワーエレクトロニクスの研究・開発に不可欠なツールとなっています。選択時は、測定対象の電圧・電流範囲、分解能、測定速度、インタフェース、予算を総合的に考慮し、最適なモデルを選ぶことが重要です。