Recombinação Auger

A recombinação Auger é um processo não radiativo de três partículas no qual a energia liberada pela recombinação de um par elétron–lacuna não é emitida como luz ou fônons, mas é transferida para um terceiro portador (outro elétron ou lacuna). Esse portador adicional é excitado para um estado de energia mais alto dentro de sua banda e, posteriormente, relaxa dissipando energia como calor. A recombinação Auger representa, portanto, um mecanismo parasítico de perda, particularmente importante em altas densidades de portadores.

A taxa de recombinação Auger é expressa como

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

onde \(n\) e \(p\) são as densidades de elétrons e lacunas, \(n_{0}\) e \(p_{0}\) são seus valores de equilíbrio, e \(C^{AU}_{n}\) e \(C^{AU}_{p}\) são os coeficientes Auger assistidos por elétrons e por lacunas, com unidades de m⁶s⁻¹. Esses coeficientes definem a probabilidade de que a energia de recombinação de um par elétron–lacuna seja transferida para um elétron livre (\(C^{AU}_{n}\)) ou para uma lacuna livre (\(C^{AU}_{p}\)).

A principal característica da recombinação Auger é sua forte dependência da densidade de portadores: a taxa escala com o quadrado da densidade de portadores (por meio do termo \(np\)) e é adicionalmente ponderada por \(n\) ou \(p\) através do fator multiplicativo. Isso torna a recombinação Auger desprezível em baixa injeção, mas dominante sob alta injeção ou em semicondutores fortemente dopados.

Na prática, a recombinação Auger é um canal crítico de perda em semicondutores III–V (por exemplo GaAs, InGaN), células solares de silício sob forte iluminação, LEDs de alto brilho e lasers semicondutores, onde densidades muito altas de portadores estão frequentemente presentes. Ela também foi identificada como um fator limitante em alguns perovskitas inorgânicos sob luz solar concentrada ou excitação por laser pulsado. Em contraste, em semicondutores orgânicos e dispositivos típicos de filmes finos operando sob condições de célula solar de 1 sol, as densidades de portadores são muito baixas para que a recombinação Auger desempenhe um papel significativo, e mecanismos assistidos por armadilhas ou vias bimoleculares dominam em vez disso.

No OghmaNano, os valores de \(C^{AU}_{n}\) e \(C^{AU}_{p}\) podem ser definidos diretamente no editor de parâmetros elétricos. Isso permite que a recombinação Auger seja incluída ao modelar dispositivos nos quais altas densidades de portadores devem influenciar a eficiência e as perdas de desempenho.