Recombinación Auger

La recombinación Auger es un proceso no radiativo de tres partículas en el que la energía liberada por la recombinación de un par electrón–hueco no se emite como luz ni como fonones, sino que se transfiere a un tercer portador (otro electrón u hueco). Este portador adicional es excitado a un estado de energía más alto dentro de su banda y posteriormente se relaja disipando energía en forma de calor. La recombinación Auger representa por lo tanto un mecanismo de pérdida parasitario, particularmente importante a altas densidades de portadores.

La tasa de recombinación Auger se expresa como

\[R^{AU} = \big(C^{AU}_{n} n + C^{AU}_{p} p\big)\,(np - n_{0}p_{0}) \]

donde \(n\) y \(p\) son las densidades de electrones y huecos, \(n_{0}\) y \(p_{0}\) son sus valores de equilibrio, y \(C^{AU}_{n}\) y \(C^{AU}_{p}\) son los coeficientes Auger asistidos por electrones y huecos con unidades de m⁶s⁻¹. Estos coeficientes establecen la probabilidad de que la energía de recombinación de un par electrón–hueco se transfiera a un electrón libre (\(C^{AU}_{n}\)) o a un hueco libre (\(C^{AU}_{p}\)).

La característica clave de la recombinación Auger es su fuerte dependencia de la densidad de portadores: la tasa escala con el cuadrado de la densidad de portadores (a través del término \(np\)) y además está ponderada por \(n\) o \(p\) mediante el prefactor. Esto hace que la recombinación Auger sea despreciable a baja inyección pero dominante bajo inyección de alto nivel o en semiconductores fuertemente dopados.

En la práctica, la recombinación Auger es un canal de pérdida crítico en semiconductores III–V (por ejemplo GaAs, InGaN), células solares de silicio bajo fuerte iluminación, LEDs de alto brillo y láseres semiconductores, donde están presentes densidades de portadores muy elevadas. También se ha identificado como un factor limitante en algunas perovskitas inorgánicas bajo luz solar concentrada o excitación con láser pulsado. Por el contrario, en semiconductores orgánicos y en dispositivos de película delgada típicos que operan bajo condiciones de célula solar de 1 sol, las densidades de portadores son demasiado bajas para que la recombinación Auger desempeñe un papel significativo, y dominan en su lugar los procesos asistidos por trampas o bimoleculares.

En OghmaNano, los valores de \(C^{AU}_{n}\) y \(C^{AU}_{p}\) pueden establecerse directamente en el Electrical parameter editor. Esto permite incluir la recombinación Auger al modelar dispositivos donde se espera que altas densidades de portadores influyan en la eficiencia y en las pérdidas de rendimiento.