この問題文の「電流の担い手が電子、ホールの各場合について」とはどういう意味でしょうか。電流の流れる

Question

この問題文の「電流の担い手が電子、ホールの各場合について」とはどういう意味でしょうか。
電流の流れる原因は電子と勉強したので電子だけではないのですか？

また、問題の解説で
(1)電子の場合
(2)ホールの場合

と分かれて解説が書いてあるのですが電子の場合の解説も式の意味も分かるのですが「ホールの場合」は電子の場合と高電位側が逆になるようですがなぜでしょうか

電流の向きも磁界の向きも全部同じ条件なのだから電子はα側に片寄りα側が高電位になり、どのような見方、考え方をしてもそれは変わらないのではないのでしょうか。

yhr2 · Accepted Answer

質問者さんの疑問は、よくあるものです。
ここでは、「磁場中を運動する荷電粒子に働く力＝ローレンツ力」が働きます。この「方向」が問題なのですね。

ローレンツ力の方向は「フレミング左手の法則」に従います。人差し指が「磁場の方向」（Forefinger が Field）、中指が「電流の方向」（Center finger が Current）のときに、「働く力」が親指というわけです。（私はこの語呂合わせで覚えています。「右手」でも同じ）
このときの「電流の方向」とは「正電荷の動く方向」です。

ここで「ホール（正孔）」を考えると、図では正孔は「左→右」に移動し、電流もその方向ですから、力はα側向きに働きます。これはすんなり理解できると思います。

「電子」（負電荷）を考えると、図では電子は「右→左」に移動し、電流は逆方向の「左→右」ということになります。つまり、やはり力はα側向きに働きます。

つまり、電荷が正であっても負であっても、力の方向はα側向きということなのです。
ここのところを、もう一度確認することがポイントです。

これを普通の「導線」で考えれば、「導線に電流が流れると、導線に「フレミング左手の法則」の方向の力か働く」ということです。「電子」に対しても、「電子が抜けた正の原子＝正孔」に対しても、同じ方向に力が働き、結果として「導線全体」にその方向の力が働くのです。
決して、導線の中では「電子」と「電子が抜けた正の原子＝正孔」の数が同じなので、「右向きと左向きの力が相殺して、どちらにも力が働かない」ということはありません。「電子と正孔の両方に同じ方向の力が働くので、導線全体がその方向に力を受ける」のです。
つまり、ふつうの導線でも、「電子」にも「正孔」にも同じ方向の力が働くのです。

半導体がふつうの導線と違うのは、「電子」と「正孔」の数が等しくない、ということです。「電子」の方が多い「ｎ型半導体」と、「正孔」の方が多い「ｐ型半導体」があります。

そのため、「正孔」も「電子」もα側向きに動くのですが、トータルしたときに「電子＝負電荷」の方が多いか、「正孔＝正電荷」の方が多いか、という違いが生じます。それによって、「電子＝負電荷」の方が大きいときには反対側のβ側の電位が高くなり、「正孔＝正電荷」の方が大きいときにはα側の電位が高くなるのです。この結果、磁場、電流と直角方向に「電場」ができることになります。
導体では、「正孔」と「電子」の数が等しいので、このような「電荷の偏り」や「それによる電流と直角方向の電場」は発生しません。

「電子の場合」「正孔の場合」で分けているのは、この「どちらがリッチか」ということが異なるためです。
その「半導体」特有の条件が、通常の導線と異なるところなのです。

ナッキーナッキー · Answer

電子とホールの場合で電流の向きは変わらないのですから、
フレミングの左手の法則を使うと、ローレンツ力の向きは電子でもホールでも同じになりますね(^^)

電子が電流の担い手の場合は、電子はα側に集まる事になります。
つまりα側に負の電荷が現れ、そのためα側が低電位になります。

それに対して、ホールが電流の担い手の場合は、ホールがα側に集まるります。
つまり、α側に正の電荷が現れ、そのためα側が高電位になります。

つまり、電流の担い手が電子であるか、ホールであるかで高電位側が逆になるんですね(^^)

「ホール」とは、実は、電子が不足しているために正に帯電しているように見える電子の「穴（孔）」の事です。
ホールが電流の担い手の場合でも、実際には、電子が移動しているのですが、これを電子の移動ととらえるより、
正に帯電している「穴（孔）」を+eの粒子と考えて、この+eが移動しているとみた方が考えやすいんですね(^^)

普通、金属などでは、電流の担い手は電子なのですが、
半導体の場合は、電流の担い手が電子の場合とホールの場合があります。
電子が電流の担い手になる半導体を「Ｎ型半導体」
ホールが電流の担い手になる半導体を「Ｐ型半導体」
と呼んでいます。

この問題で現れている実験を「ホール効果」と呼んでいるのですが（「ホール効果」の「ホール」は人の名前です）
これにより、電流の担い手を調べることができると言うことです。

この問題文の「電流の担い手が電子、ホールの各場合について」とはどういう意味でしょうか。 電流の流れる

質問者さんの疑問は、よくあるものです。

電子とホールの場合で電流の向きは変わらないのですから、

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