ホール効果(Hall Effect)
「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。」
p型または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(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、ホールIC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。
【ホール効果の解説図】
丸は電子の流れ (電流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N型ホール素子の場合、下部はイオン化したドナーにより正に帯電する(P型の場合は、イオン化したアクセプタにより負に帯電する)。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、図Aと同じ向きに帯電する。
