1. ホール効果とは何ですか?

ホール効果は、電子などの荷電粒子の対応する電場と磁場の相互作用によって発生します。より鮮明で直感的な理解のために、以下のホール効果の原理を示すアニメーション図をご覧ください。

2. ホール効果の原理

導電板を電池付きの回路に接続すると、電流が流れ始めます。電荷キャリアは板の端から端まで直線状に移動します。電荷キャリアの動きによって磁場が発生します。磁石を板の近くに置くと、電荷キャリアの磁場が歪み、電荷キャリアの直線的な流れが乱されます。この電荷キャリアの流れの方向を乱す力はローレンツ力と呼ばれます。

電荷キャリアの磁場の歪みにより、負に帯電した電子はプレートの片側に偏向し、正に帯電した正孔は反対側に偏向します。プレートの両側にホール電圧と呼ばれる電位差が発生し、これは機器で測定できます。

ホール効果とローレンツ力：青い矢印Bは、導体板を垂直に通過する磁場を表しています。

ホール効果の原理は、電流が流れる導体または半導体を垂直な磁場に導入すると、電流経路に垂直な位置で電圧を測定できるというものです。

ホール電圧（VH）は次の式で表されます。

· VHは導電板上のホール電圧である

· Iはセンサーを流れる電流です

· Bは磁場の強さ

· qは電荷

· nは単位体積あたりの電荷キャリアの数である

· dはセンサーの厚さ

3. ホール効果センサの原理

センサ周囲の磁束密度があらかじめ設定された閾値を超えると、センサはそれを検知し、ホール電圧（VH）と呼ばれる出力電圧を生成します。具体的な原理は下図に示されています。

ホール効果センサーは基本的に、連続電流が流れるガリウムヒ素 (GaAs)、インジウムアンチモン (InSb)、インジウムヒ素 (InAs) などの p 型半導体材料の薄い長方形片で構成されています。

ホール効果センサーの概略図

ホール効果センサーを磁場内に置くと、磁束線が半導体材料に力を加え、電荷キャリア（電子と正孔）を半導体基板のどちらかの側へ偏向させます。この電荷キャリアの動きは、半導体材料を通過する際に磁力によって生じます。

これらの電子と正孔が横方向に移動すると、これらの電荷キャリアの蓄積により、半導体材料の両面に電位差が生じます。半導体材料中の電子の移動は、電子に垂直な外部磁場の影響を受け、この影響は平らな長方形の材料ではより顕著になります。

ホール効果は、磁極の種類と磁場の強さに関する情報を提供します。例えば、S極ではデバイスは電圧を出力しますが、N極では何も起こりません。通常、ホール効果センサーとスイッチは、磁場が存在しない状態では「オフ」（開回路状態）になるように設計されています。十分な強度と極性を持つ磁場にさらされた場合にのみ、「オン」（閉回路状態）になります。

4. ホール効果センサー

最も単純な形態では、このセンサーはアナログセンサーとして動作し、直接電圧を返します。既知の磁場があれば、ホール素子からの距離を測定できます。また、複数のセンサーを組み合わせることで、磁石の相対位置を推定できます。

通常、ホール効果センサーは、デバイスをデジタル（オン/オフ）モードで動作させる回路と組み合わせられており、この構成ではスイッチと呼ばれることもあります。下の図は、2つの磁石がホール効果センサーを通過するホイールを示しています。