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ホール効果についてです。どうしてキャリアの正負(電子か正孔か)に関係なく電流の...

v4xxxxxさん

2017/11/901:29:57

ホール効果についてです。どうしてキャリアの正負(電子か正孔か)に関係なく電流の方向によりローレンツ力を受けるのでしょうか。n型半導体で自由電子がローレンツ力を受けるという場合、鉛直上

向きに磁場、右向きに電流が流れてるとすると奥の方に自由電子が力を受けるのではとフレミングの法則から思ってしまいます。キャリアの正負に関係なく力を受けるからp型かn型か判別できるというのがホール効果の特徴であると思うのですがどうしてそうなるのかがわかりません。よろしくお願いします。

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eknninさん

2017/11/1519:33:09

電子の移動は共有結合の相手が変わるだけで通常のローレンツ力は適用できない。
しかし機序は不明乍ら事実として、確率的にローレンツ力の方向の相手が選ばれる。
又キャリアにローレンツ力が働くと仮定すると、実験事実が上手く説明出来てしまう。
これは仮想の筈であったキャリアの実在を示唆するものとも言われる。
帯電の存否はキャリアの電荷のみではなく、全荷電粒子の電荷の総和を考えなくてはならない。
p型の場合荷電粒子は2種で
[シリコン正イオン]
キャリアの移動ルート上で密度が大
[アクセプタ負イオン]
均一分布
従ってp型の場合キャリアの移動ルートは正に帯電する。

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nsporiginalさん

2017/11/1012:57:23

ご質問「どうしてキャリアの正負(電子か正孔か)に関係なく電流の方向によりローレンツ力を受けるのでしょうか。」
それはあなたがご指摘しているように、フレミングの左手の法側から来ているからです。
ご質問「p型かn型か判別できるというのがホール効果の特徴であると思うのですがどうしてそうなるの」
その力同じ向きであっても、それが電子にかかるのか、ホールにかかるのかによって
発生する電圧の向きが変わるからです。

推定質問 キャリアー「N型 電子」「P型 ホール」が違っているとしても、もともとホールは 電子の抜けなので、これも電子の運動で説明できるものです。であれば N、であろうとP であろうと同じ電圧が出なければならないのでは?

これは、キャリアーのスピードが関連しています。銅線の中の電子は その流速がカタツムリよりも遅いので、ホール効果が弱すぎて起きません。 その理由は、自由電子が多すぎて、大河のように緩やかなのです。 それに対して半導体は、アクセプタやドナーにより、キャリアーが100万分の1に制限されるので、流速が100万倍になっているのです。その結果、新幹線並みのキャリアースピードが出ています。
ホール効果は、そのスピードに対して発生するのです。

ホールの流れを電子に置き換えるのは可能ですが、その電子は遅すぎて、ホール効果の対象外です。 よって、キャリアースピードがあるものだけを対象にすればよい。となります。

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2017/11/907:20:04

n型もp型も同じ方向に電流を流します。

下図のようにp型ではホールが電流と同じ方向に進み、ローレンツ力は下側に働き、試料の下側にホールが偏るため下がプラスになります。

n型では電子が電流と反対の方向に進む、ローレンツ力は下側に働き、試料の下側に電子が偏るため下がマイナスになります。

このように試料の上下の電圧が異なるので、これを測定することによりp型かn型か判断することができます。

n型もp型も同じ方向に電流を流します。...

mpcsp079さん

2017/11/901:40:13

これをご覧ください
https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q111816789...
中での実行質量は、有効質量に訂正です。

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