Auger 재결합

Auger 재결합은 전자–정공 쌍의 재결합에서 방출되는 에너지가 빛이나 포논으로 방출되지 않고 대신 세 번째 캐리어(또 다른 전자 또는 정공)로 전달되는 세 입자 비방사 과정입니다. 이 추가 캐리어는 자신의 밴드 내에서 더 높은 에너지 상태로 여기되고, 이후 에너지를 열 형태로 방출하며 완화됩니다. 따라서 Auger 재결합은 특히 높은 캐리어 밀도에서 중요한 기생 손실 메커니즘을 나타냅니다.

Auger 재결합 속도는 다음과 같이 표현됩니다

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

여기서 \(n\)과 \(p\)는 전자와 정공 밀도이며, \(n_{0}\)과 \(p_{0}\)는 평형 값이고, \(C^{AU}_{n}\)과 \(C^{AU}_{p}\)는 전자 보조 및 정공 보조 Auger 계수로 단위는 m⁶s⁻¹입니다. 이러한 계수는 전자–정공 쌍의 재결합 에너지가 자유 전자(\(C^{AU}_{n}\)) 또는 자유 정공(\(C^{AU}_{p}\))으로 전달될 확률을 결정합니다.

Auger 재결합의 핵심 특징은 캐리어 밀도에 대한 강한 의존성입니다: 재결합 속도는 캐리어 밀도의 제곱에 비례하며(\(np\) 항을 통해) 계수 앞에 곱해지는 \(n\) 또는 \(p\)에 의해 추가적으로 가중됩니다. 따라서 Auger 재결합은 낮은 주입에서는 무시할 수 있지만 고주입 조건이나 고농도 도핑된 반도체에서는 지배적이 됩니다.

실제로 Auger 재결합은 다음과 같은 경우에 중요한 손실 채널입니다: III–V 반도체(예: GaAs, InGaN), 강한 조명 하의 실리콘 태양전지, 고휘도 LED, 그리고 반도체 레이저, 이들에서는 매우 높은 캐리어 밀도가 일반적으로 존재합니다. 또한 일부 무기 페로브스카이트에서는 집광 태양광 또는 펄스 레이저 여기 조건에서 제한 요인으로 확인되었습니다. 반대로 유기 반도체 및 일반적인 박막 장치에서 1-sun 태양전지 조건으로 동작할 때는 캐리어 밀도가 너무 낮아 Auger 재결합이 중요한 역할을 하지 않으며, 대신 트랩 보조 또는 이분자 경로가 지배적입니다.

OghmaNano에서는 \(C^{AU}_{n}\)과 \(C^{AU}_{p}\) 값을 Electrical parameter editor에서 직접 설정할 수 있습니다. 이를 통해 높은 캐리어 밀도가 효율과 성능 손실에 영향을 미치는 장치를 모델링할 때 Auger 재결합을 포함할 수 있습니다.