＜ホール効果の知識＞
2007/09/10 日記<ホール効果>
ホール効果
ホール効果 (Hall effect)とは、電流の流れているものに対し、電流に垂直に磁場をかけると、電流と磁場の両方に直交する方向に起電力が現れる現象。主に半導体素子で応用される。1879年、米国の物理学者エドウィン・ホール(Edwin Herber Hall, 1855-1938)によって発見された。
概要
の流れている向きとは逆).番号:
1. 電子 (電流の流れている向きとは逆！)
2. ホール素子
3. 磁石
4. 磁場
5. 電源
解説:
図Ａでは、ホール素子の上部は負に帯電しており（青色で表現）下部は正に帯電している (赤色)。 図Ｂ、図Ｃはそれぞれ電流の向き、または磁場の向きが図Ａとは逆になっており、帯電の極性が逆転する。 図Ｄでは電流の向きと磁場の向きの両方が図Ａとは逆であり、極性は図Ａと同じく、上部が負に帯電する。p型又はn型の半導体試料において、x方向に電流を流し、y方向に磁場をかける。この時試料を流れている荷電粒子（半導体#キャリア|キャリア）は磁場によるローレンツ力を受けてz方向に動く。これによって電流と磁場の両方に直交する方向に電場（ホール電場）が現れる。これがホール効果である。ホール素子などによる磁場の検出に用いられるほか、半導体の電気的特性の測定などに応用される。これは以下に示されているようにホール電圧がキャリア密度の逆数に比例するためである。ゆえにキャリア密度の大きい金属ではホール電圧が半導体に比較して微小な値となるため、この現象を利用した物性測定は半導体が主である。しかしながら、強磁性金属など磁化を帯びた物質中では、この磁化に起因するホール電圧が生じることもある。このような強磁性体の磁化に起因するホール効果を特に異常ホール効果と呼ぶ。また物質中のスピン軌道相互作用に起因してそれぞれ逆向きのスピンを有するキャリアが逆方向へと散乱されるスピンホール効果も近年注目を集めている。キャリア（正孔或は電子）がローレンツ力を受けるとするのは便宜的方便である。実際に運動するのは電子であるから、ホール効果の根源が、実はp型もn型も電子（正孔ではない）に作用するローレンツ力である点に関しては何等異なるものではない。右図の解説ではPとN型半導体の相違を明確にできない。電流密度が大であっても電荷密度が大となる訳ではない。右図がP型半導体なら下方は電流が流れないので、アクセプタはイオン化したままで電荷密度は負となる。上方は電流が流れアクセプタはイオン化したままと言う事もなく電荷密度は零となる。
関係式
簡単な古典論では、ホール電場をEH、電流密度をJ、磁場をBとして
:
の関係がある。比例係数RHをホール係数と呼び、材質や温度などで決まる。
一般にキャリア密度をn、キャリアの電荷をeとして
:
の関係がある。ここでγHは散乱因子と呼ばれる。電流方向の電場をEjとして、
:
をホール角(Hall angle)と呼ぶ。また、電気伝導度σとホール係数Rの積
:
をホール移動度(Hall mobility) と呼ぶ。ここでμはドリフト移動度である。
補足
正孔（Hole）も日本語では呼び方が同じ「ホール」になるが、全く異なるものである（正孔も電荷を担っているので関連はある）。関連項目
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◆ホール効果についてピックアップ 簡単な古典論では、ホール電場をEH、電流密度をJ、磁場をBとして の関係がある。比例係数RHをホール係数と呼び、材質や温度などで決まる。 一般にキャリア密度をn、キャリアの電荷をeとして の関係がある。ここでγHは散乱因子と呼ばれる。電流方向の電場をEjとして、 をホール角(Hall angle)と呼ぶ。また、電気伝導度σとホール係数Rの積 をホール移動度(... |
