ホール素子について

質問

ホール素子では磁界をかけ、電流を流すことで電流と磁界とは直角方向に力がかかり、それにより発生する電位差の極性でキャリアの正負を判別できる、と言う風に認識しています。しかし、この原理が理解ができません。
フレミングの左手の法則によりキャリアは電流と磁界の直角方向に力を受けます。ホール(正電荷)と電子(負電荷)では極性が異なるので力を受ける方向が逆になります。電流の方向が同じなのでフレミングの左手の法則によるとホールが+の方向に力を受けたとすると、電子は-の方向に力を受けます。その結果、ホールの場合では+方向が正に帯電し、電子の場合では-方向が負に帯電し、結局は発生する電位差の方向は同じになると考えています。この理解に誤りはあるでしょうか。

それともキャリアが異なる場合はフレミングの法則の電流の方向が逆になったりするのでしょうか。フレミングの左手の法則はもともとローレンツ力のかかる方向をわかりやすくしたものであり、F=qvBであらわすこともできます。(qは電荷、vは速度、B磁界)この式で同一方向の電流を考えるとキャリアの極性が逆になってもq→-q、v→-vとなり、受ける力の方向は等しくなるように思います。このようにキャリアによってフレミングの電流方向がかわりますか。

回答No.1

inara1 · ベストアンサー

ここ（http://w3p.phys.chs.nihon-u.ac.jp/~takizawa/tex/semicon/node3.html）の図３にあるように、電流と磁界の向きが同じとき、電子と正孔は同じ側に引き寄せられるので、Hall電圧は反対になります。

一般にn型半導体やp型半導体では、電子と正孔のどちらか一方がはるかに多いので、Hall係数（Hall電圧の極性）から、伝導型が分かります。しかし、真性半導体とか、高温で価電子帯の電子が伝導帯に励起されている場合、ドナーとアクセプタが両方ある場合など、電子と正孔の数が近い場合には、Hall係数から、どちらの荷電キャリアが多いのかは判定できない場合があります。電子と正孔が両方存在するときのHall係数は、ここ（http://www.kochi-tech.ac.jp/library/ron/2005/2005ele/1060271.pdf）の20ページの式(3-6)で表されるように、キャリア濃度と移動度の積の大小でその符号が決まります。

お礼

つまりは電流は同じ方向だけどフレミングの左手で考えると電子と正孔で向きが異なるということですね。