Эффе́кт Га́нна, генерация высокочастотных колебаний электрического тока в полупроводнике с $\text{N}$-образной вольт-амперной характеристикой (см. рис. 1). Обнаружен американским физиком Дж. Ганном в 1963 г. в кристалле $\text{GaAs}$ с электронной проводимостью. Генерация возникает, если постоянное напряжение $\textit{U}$, приложенное к образцу длиной $\textit{l}$, таково, что электрическое поле напряжённостью $\textit{E=U/l}$ соответствует падающему участку вольт-амперной характеристики $\textit({E}_{1}-\textit{E}_{2})$, на котором дифференциальное сопротивление отрицательно (плотность тока $\textit{j}$ падает с ростом $\textit{E}$). Колебания тока имеют вид периодической последовательности импульсов, а их частота обратно пропорциональна $\textit{l}$.

Рис. 1. N-образная вольт-амперная характеристика в кристалле с электронной проводимостью.Рис. 1. N-образная вольт-амперная характеристика в кристалле с электронной проводимостью.Эффект Ганна наблюдается главным образом в многодолинных полупроводниках, зона проводимости которых состоит из одной нижней и нескольких верхних долин (зонная теория). Подвижность электронов в верхних долинах значительно меньше, чем в нижней. В сильных электрических полях происходит разогрев электронов (горячие электроны) и часть электронов переходит из нижней долины в верхние. Вследствие этого средняя подвижность электронов, а следовательно, и электрическая проводимость уменьшаются, что приводит к уменьшению плотности тока $\textit{j}$ с ростом $\textit{E}$ в полях $\textit{E}>\textit{E}_{1}$.

Эффект Ганна обусловлен периодическим появлением, перемещением и исчезновением в образце области сильного электрического поля (электрического домена, или домена Ганна), которое возникает вследствие неустойчивости однородного распределения электрического поля при объёмном отрицательном дифференциальном сопротивлении. Действительно, если в полупроводнике случайно возникает неоднородное распределение концентрации электронов в виде дипольного слоя, то между заряженными областями создаётся дополнительное поле $\Delta\textit{E}$ (см. рис. 2), которое добавляется к внешнему, и поле внутри дипольного слоя становится больше, чем вне его. Если дифференциальное сопротивление положительно (ток растёт с ростом поля), то и ток внутри слоя больше, чем вне его. Поэтому, например, из области с повышенной плотностью электронов они вытекают в большем количестве, чем втекают в неё, в результате чего неоднородность рассасывается. При отрицательном дифференциальном сопротивлении $\textit{j}$ меньше там, где $\textit{E}$ больше, т. е. внутри слоя; неоднородность не рассасывается, а наоборот, нарастает. Растёт и падение напряжения на дипольном слое, а вне его – падает (т. к. полное напряжение на образце задано). В результате образуется электрический домен. Вне домена существует электрическое поле $\textit{E}$, благодаря чему новые домены не образуются. Устойчивое состояние образца – состояние с одним доменом.

Рис. 2. Развитие электрического домена. Электроны движутся слева направо, против поля.Рис. 2. Развитие электрического домена. Электроны движутся слева направо, против поля.Поскольку домен образован электронами проводимости, он движется в направлении их дрейфа со скоростью $\textit{v}$, близкой к дрейфовой скорости носителей вне домена. Обычно домен возникает вблизи катода и, дойдя до анода, исчезает. По мере его исчезновения падение напряжения на домене уменьшается, а на остальной части образца, соответственно, растёт. Одновременно возрастает ток в образце, т. к. увеличивается поле вне домена. По мере приближения поля к $\textit{E}_{1}$ ток $\textit{j}$ приближается к $\textit{j}_{макс}$. Когда вне домена поле $\textit{E}>\textit{E}_{1}$, вблизи катода начинает формироваться новый домен, ток уменьшается, и процесс повторяется. Частота колебаний тока в длинных образцах равна $\textit{f=v/l}$.

Эффект Ганна наблюдается в электронных полупроводниках $\text{GaAs}$, $\text{InP}$, $\text{CdTe}$, $\text{ZnS}$, $\text{InSb}$ и др., а также в $\text{Ge}$ с дырочной проводимостью. Эффект Ганна используется для создания генераторов и СВЧ-усилителей.