次の文章は、図1及び図2に示す原理図を用いてホール素子の動作原理について述べたものである。
図1に示すように、p形半導体に直流電流 \(I\) [A] を流し、半導体の表面に対して垂直に下から上向きに磁束密度 \(B\) [T] の平等磁界を半導体にかけると、半導体内の正孔は進路を曲げられ、電極①には ( ア ) 電荷、電極②には ( イ ) 電荷が分布し、半導体の内部に電界が生じる。また、図2のn形半導体の場合は、電界の方向はp形半導体の方向と ( ウ ) である。この電界により、電極①-②間にホール電圧 \(V_{H} = R_{H} \times\) ( エ ) [V] が発生する。ただし、\(d\) [m] は半導体の厚さを示し、\(R_{H}\) は比例定数 [m\(^3\)/C] である。
上記の記述中の空白箇所(ア), (イ), (ウ)及び(エ)に当てはまる語句又は式として、正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
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要点
正解は(5)。ローレンツ力の方向。電流 \(I\) と磁束密度 \(B\) の向きから、フレミングの左手の法則（または \(q(\boldsymbol{v} \times \boldsymbol{B})\)）を適用します。
詳細解説
正解は(5)です。
1. ローレンツ力の方向: 電流 \(I\) と磁束密度 \(B\) の向きから、フレミングの左手の法則（または \(q(\boldsymbol{v} \times \boldsymbol{B})\)）を適用します。
図の電流の向きと磁界の向き（下から上）を考慮すると、正孔（p形キャリア）は電極①（左側）の方向に力を受けます。
よって、正孔は電極①側に蓄積し、(ア)電極①は 正、(イ)電極②は 負 に帯電します。
2. n形半導体: キャリアは電子（負電荷）です。電子は電流と逆向きに移動しますが、負電荷であるためローレンツ力の向きは正孔と同じ（電極①方向）になります。しかし、蓄積するのが負電荷であるため、電極①が負、電極②が正になります。
よって、発生する電界の方向はp形と 反対 (ウ) になります。
3. ホール電圧の式: ホール電圧の公式は \(V_H = R_H \dfrac{BI}{d}\) です。よって (エ) は \(\dfrac{BI}{d}\) です。
以上より、選択肢(5)が正解です。
