問題文
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 \([\mathrm{m}^{3}/\mathrm{C}]\) である。
上記の記述中の空白箇所(ア)~(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
図はタップで拡大できます。
選択肢
p形半導体のキャリアは正孔(正電荷)である。電流の向きに正孔が移動する。
フレミングの左手の法則より、電流 \(I\) と磁界 \(B\) によって正孔が受けるローレンツ力は、図の手前側(電極①側)に向かう。したがって電極①に正電荷が蓄積し、(ア)は「正」、(イ)は「負」となる。
n形半導体のキャリアは電子(負電荷)である。電流と逆向きに移動するが、負電荷であるためローレンツ力の向きは正孔と同じく電極①側となる。しかし蓄積されるのが負電荷(電子)なので、電界の向きはp形と逆になる。(ウ)は「反対」。
ホール電圧の式は \(V_{H} = R_{H} \dfrac{BI}{d}\) であるため、(エ)は \(\dfrac{BI}{d}\) となる。