質問: 半導体の伝導型判定の方法 物理の基礎実験で半導体のホール測定をするなどして基本的なホール係数、担体濃度など測るなどしました。 それで、磁場、電場をかけてホール係数を測定すると、その正負によりp型またはn型が判定できるのですが、「質問」として半導体の電動型はホール測定をしなくても熱起電力の測定により判定できるがなぜかという問いがあり調べているところです。 半導体の基礎的な特徴は実験でわかったのですが、あまり突き詰めたところはまだわかりません。 わかりやすい説明またはurlの紹介をいただけるとありがたいです。 よろしくお願いします。
回答: d9win さんが主にテクニカルなことを書かれておられますので, 私は少し原理的なことを. 測定というのは,対象物質になにか問いかけをして, それに対する応答を見ていることになります. 例えば,電圧をかけるという問いかけをして,電流という応答を見れば, その比例係数がコンダクタンス(電気抵抗の逆数)ということになります. もう少し詳しく見るなら, (a) 電圧をかける(問いかけ) =(1)=> (b) 担体を動かそうとする力(駆動力) =(2)=> (c) 担体が動く =(3)=> (d) 担体の動きが電流として検知される です. で,担体の符号を変えたときに, (1)(3)のステップで向きが変わるかどうかを考えればよいのです. (2)のステップでは力の方向に担体が動きますから, 符号など関係ありません. 普通に電圧 e をかけて電流を流す場合ですと,担体電荷 q の符号を変えると (1) で符号が変わる(力が f=qe だから) (3) で符号が変わる(担体が速度 v で動けば,電荷の流れは qv だから) というわけで2度符号が変わり,結局 q の符号にはよらなくなります. つまり,電気抵抗を見ていては担体の電荷の符号は判定できません. では,ホール効果で判定できる理由は? ホール効果は,電流が流れている状態でさらに磁場をかけます. つまり(a)が磁場. ローレンツ力が f = q(v×b) で,上にあるように v も符号を変えますから. (1) は符号が変わりません. (3) は当然符号が変わります. したがって,結果的に符号が変わりますので, ホール電流(実際はホール電圧として検知しますが)の向きで担体符号の判別ができます. 熱起電力だと? (a)が温度差,というわけです. 高温部から低温部へ担体が拡散しますので,それは電荷には関係ありません. つまり(1)は符号を変えなません. (3) は当然符号が変わります. したがって,結果的に符号が変わり, 熱起電力の向きで担体の電荷が判定できます.