半導体2【電験3種 理論】ホール素子の動作原理（電荷の分布と電界の向き）を判別する！令和7年度上期 A問題11 完全解説

今回は令和7年度上期 理論科目 A問題11を解説します。ホール素子（図1のp形半導体、図2のn形半導体）に電流Iと磁束密度Bを加えたときの、電極①②に分布する電荷・p形とn形での電界の向き・ホール電圧と電流の関係を問う穴埋め問題です。

ホール効果は、キャリヤ（p形は正孔、n形は電子）が磁界からローレンツ力を受けて片側に偏り、横方向に電界（ホール電圧）を生じる現象です。p形とn形ではキャリヤの符号が逆なので電界の向きが反対になり、ホール電圧は電流にほぼ比例します。

出題のポイント

令和7年度上期 理論科目 A問題11：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 理論科目 【電子理論（半導体等）】 令和7年度上期 A問題11

　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加えると、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、電界の向きはp形半導体の場合と(ウ)である。この電界により、電極①-②間にホール電圧V_H〔V〕が発生し、それは直流電流I〔A〕にほぼ(エ)する。

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。

	(ア)	(イ)	(ウ)	(エ)
(1)	負	正	同じ	反比例
(2)	正	負	同じ	反比例
(3)	負	正	同じ	比例
(4)	正	負	反対	比例
(5)	負	正	反対	比例

ポイント解説：p形は正孔で電極①正、n形は電界反対、V_H∝I

ホール効果：電流を流した半導体に垂直な磁界を加えると、キャリヤがローレンツ力を受けて片側に偏り、横方向に電界（ホール電圧）が生じる。p形のキャリヤは正孔（正電荷）、n形は電子（負電荷）。

p形（図1）では、正孔がフレミングの左手の法則の向きに曲げられ電極①側に偏るので、電極①が正・電極②が負になる。n形（図2）はキャリヤが電子（負）なので、同じ磁界・電流でも偏る電荷の符号が逆になり、電界の向きは反対になる。ホール電圧V_Hは電流Iにほぼ比例する。

問題の解説

STEP1　(ア)(イ) p形の電荷分布

p形のキャリヤは正孔。磁界で電極①側へ偏るため、電極①に正電荷、電極②に負電荷が分布。(ア)＝正、(イ)＝負。

STEP2　(ウ) n形の電界の向き

n形のキャリヤは電子（負電荷）。同じI・Bでも偏る電荷の符号が逆になるため、電界の向きはp形と反対。(ウ)＝反対。

STEP3　(エ) ホール電圧と電流

ホール電圧V_Hは V_H＝R_H·I·B/d のように電流Iに比例する。(エ)＝比例。よって(ア)正・(イ)負・(ウ)反対・(エ)比例の(4)。

答え：(4)

まとめ

(ア)(イ)	p形:電極①正・②負
(ウ)	n形は電界反対
(エ)	VH∝I（比例）
答え	(4)

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