Konsentrasi P dalam Si adalah $1,0 \times 10^{-7} \text{ at}\%$. Berapakah konsentrasi P dalam satuan kilogram per meter kubik?
Untuk menghitung konsentrasi Fosfor (P) dalam satuan kilogram per meter kubik ($\text{kg/m}^3$) dari persen atom yang diketahui, kita perlu menghubungkan jumlah partikel atom tersebut dengan volume ruang nyata.
Mari kita kumpulkan data sifat fisik komponen dari tabel periodik:
Komponen 1 Fosfor (P):
- Persen atom ($C’_{\text{P}}$) = $1,0 \times 10^{-7}\% = 0,0000001 \text{ at}\%$
- Berat atom ($A_{\text{P}}$) = $30,97 \text{ g/mol}$
Komponen 2 Silikon (Si):
- Persen atom ($C’_{\text{Si}}$) = $100\% – 0,0000001\% = 99,9999999\% \approx 100 \text{ at}\%$
- Berat atom ($A_{\text{Si}}$) = $28,09 \text{ g/mol}$
- Massa jenis ($\rho_{\text{Si}}$) = $2,33 \times 10^3 \text{ kg/m}^3$
Jika total paduan semikonduktor ini adalah $100 \text{ mol}$, maka:
- Jumlah mol P ($n_{\text{P}}$) = $1,0 \times 10^{-7} = 0,0000001 \text{ mol}$
- Jumlah mol Si ($n_{\text{Si}}$) = $100 \text{ mol}$
Gunakan rumus massa: $m = n \cdot A$
- Massa P ($m_{\text{P}}$):
$$m_{\text{P}} = 1,0 \times 10^{-7} \times 30,97 = 3,097 \times 10^{-6} \text{ gram}$$
- Massa Si ($m_{\text{Si}}$):
$$m_{\text{Si}} = 100 \text{ mol} \times 28,09 \text{ g/mol} = 2809 \text{ gram}$$
Karena massa fosfor (P) sangat kecil, maka kita bisa menganggap bahwa massa silikon (Si) mendekati massa total
$$m_{total} \approx m_{Si} \approx 2809 \text{ gram}$$
Karena paduan ini diisi hampir 100% dengan silikon, kita bisa menghitung massa jenis volume total ruang menggunakan massa silikon (Si) dan massa jenis silikon (Si).
$$V_{total} = \frac{m_{total}}{\rho_{total}}$$
$$V_{total} = \frac{2,809}{2,33 \times 10^3}$$
$$V_{total} = 1,205 \times 10^{-3} \text{ m}^3$$
Kita tinggal membagi berat atom fosfor (P) dengan volume total paduan yang baru saja kita dapatkan:
$$C_P = \frac{m_p}{V_{total}}$$
$$C_P = \frac{3,097 \times 10^{-9}}{1,205 \times 10^{-3}}$$
$$C_P = 2,570 \times 10^{-6} \text{ kg/m}^3$$
