2023年度 上期 理論 問11
問題文
この問題の誤りを報告次の文章は、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 (エ) [V]が発生する。
ただし、d [m]は半導体の厚さを示し、 は比例定数 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。
出典：第三種電気主任技術者 2023年度 上期 理論 問11
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正答：(5)
要点
正解は(5)。キャリアの向きとローレンツ力の向きから、電極の極性とホール電圧の比例関係を判断する問題です。 p形とn形でキャリアに働く力の向きがどう変わるかを追い、ホール電圧の極性と比例関係を整理することが要点です。
詳細解説を読む
この問題では、p形とn形でキャリアに働く力の向きがどう変わるかを追い、ホール電圧の極性と比例関係を整理することがポイントです。
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 と磁界 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 であるため、(エ)は となる。