JP2020523726A - デュアル・モード強誘電体メモリ・セル動作 - Google Patents
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Abstract
Description
本特許出願は、2017年6月9日に出願され、本出願の譲受人に譲渡された、Vimercatiによる「Dual Mode Ferroelectric Memory
Cell Operation」という名称の米国特許出願第15/618,393号に対する優先権を主張するものである。
逆であるとき、メモリ・セルの動作を減速させるまたは損なうことがある。
化中にメモリ・アレイ内の内容を失うことがあり、不揮発性モードで動作するメモリ・セルは、メモリ・アレイ内の内容を保持することがある。メモリ・アレイ内容におけるこの損失は、メモリ・セルまたは他の構成要素の動作を損なうことがある。
ば、充電されたキャパシタおよび充電されていないキャパシタはそれぞれ、2つの論理状態を表す。DRAMアーキテクチャは、通例、そのような設計を使用してよく、用いられるキャパシタは、絶縁体として線形電気分極性または常誘電性電気分極性をもつ誘電材料を含むことがある。対照的に、強誘電体メモリ・セルは、絶縁材料として強誘電体をもつキャパシタを含むことがある。強誘電体キャパシタの電荷の異なるレベルは、異なる論理状態を表し得る。強誘電材料は、非線形分極性を有する。強誘電体メモリ・セル105のいくつかの詳細および利点は、以下で説明される。
するために、感知構成要素125によって、読まれることがある、または感知されることがある。たとえば、メモリ・セル105にアクセスした後、メモリ・セル105の強誘電体キャパシタは、その対応するディジット線115の上に放電することがある。強誘電体キャパシタを放電することは、強誘電体キャパシタに電圧をバイアスまたは印加することから生じることがある。放電は、ディジット線115の電圧の変化を引き起こすことがあり、この感知構成要素125は、メモリ・セル105の記憶された状態を決定するために基準電圧(図示せず)と比較し得る。たとえば、ディジット線115が基準電圧よりも高い電圧を有する場合、感知構成要素125は、メモリ・セル105内の記憶された状態が論理1であったことと、その逆も同様であることを決定することがある。感知構成要素125は、信号の差を検出および増幅するためにさまざまなトランジスタまたは増幅器を含むことがあり、これは、ラッチングと呼ばれることがある。次いで、メモリ・セル105の検出された論理状態は、列デコーダ130を通して、出力135として出力されることがある。場合によっては、感知構成要素125は、列デコーダ130または行デコーダ120の一部であることがある。または、感知構成要素125は、列デコーダ130または行デコーダ120に接続されてもよいし、これと電子通信してもよい。
によっては、行デコーダ120、列デコーダ130、および感知構成要素125のうちの1つまたは複数は、メモリ・コントローラ140と同じ場所に設置されることがある。メモリ・コントローラ140は、所望のワード線110およびディジット線115を活性化するために、行アドレス信号および列アドレス信号を生成し得る。メモリ・コントローラ140はまた、メモリ・アレイ100の動作中に使用されるさまざまな電圧または電流を生成および制御し得る。たとえば、メモリ・コントローラ140は、1つまたは複数のメモリ・セル105にアクセスした後、ワード線110またはディジット線115に放電電圧を印加することがある。一般に、本明細書において論じられる印加された電圧または電流の振幅、形状、または継続時間は、調整または変化されてよく、メモリ・アレイ100を動作させる際に論じられるさまざまな動作に対して異なってよい。そのうえ、メモリ・アレイ100内の1つの、複数の、またはすべてのメモリ・セル105は、同時にアクセスされることがある。たとえば、メモリ・アレイ100の複数またはすべてのセルは、すべてのメモリ・セル105、またはメモリ・セル105のグループが単一の論理状態に設定されるリセット動作中に、同時にアクセスされることがある。
大きさは、トランジスタの閾値の大きさよりも大きい。ワード線110−aは、選択構成要素220を活性化することがある。たとえば、ワード線110−aに印加された電圧がトランジスタ・ゲートに印加され、キャパシタ205をディジット線115−aと接続する。
がある。他の感知プロセスも使用されてよい。たとえば、キャパシタ205上の電荷が、メモリ・セルが揮発性モードで動作しているか不揮発性モードで動作しているかとは無関係に、感知されることがある。いくつかの例では、電圧信号が、キャパシタ205によって記憶された電荷の量に基づいて、アクセス線110上で誘発されることがある。場合によっては、感知構成要素125−aが、電圧信号に基づいて、対応する論理値を決定することがある。場合によっては、感知スキームが、動作の揮発性モード、または動作の不揮発性モード、または両方のために使用されることがある。
0−aを通して活性化されることがある。電圧は、(プレート線210を通しての)セル・プレート230および(ディジット線115−aを通しての)セル底部215の電圧を制御することによって、キャパシタ205にわたって印加されることがある。論理0を書き込むために、セル・プレート230はハイとみなされることがある、すなわち、正の電圧がプレート線210に印加されることがあり、セル底部215は、ローとみなされることがある、たとえば、ディジット線115−aを仮想的に接地するまたは負の電圧をディジット線115−aに印加することがある。逆のプロセスは、論理1を書き込むために実行され、セル・プレート230はローとみなされ、セル底部215はハイとみなされる。いくつかの例では、キャパシタ205が、揮発性モードでデータを記憶するためにバイアスされた後、ワード線110−aが選択解除されることがある。他の例では、メモリ・セル105−aが不揮発性モードで動作するとき、キャパシタ205がゼロ・ボルト(0V)にバイアスされた後、ワード線110−aが選択解除されることがある。
配置され、電圧構成要素270を電気的に接続する、または電圧構成要素270を感知構成要素125−aから絶縁することがある。
ン310内で動作を異なるモードで実行しながら、アレイ・セクション305をあるモードで動作させることがある。たとえば、アレイ・セクション305内のメモリ・セル105−bは不揮発性モードで動作することがあり、アレイ・セクション310内のメモリ・セル105−cは揮発性モードで動作することがある。すなわち、モード・スイッチ235−cは、メモリ・セル105−bを第1の電圧スイッチ240−aに結合させるように動作可能なトランジスタを備えることがあり、モード・スイッチ235−dは、メモリ・セル105−cを第2の電圧スイッチ245−bに結合させるように動作可能なトランジスタを備える。いくつかの例では、アレイ・セクション305内のメモリ・セル105−bは揮発性モードで動作することがあり、アレイ・セクション310内のメモリ・セル105−cは不揮発性モードで動作することがある。すなわち、モード・スイッチ235−cは、メモリ・セル105−bを第2の電圧スイッチ240−aに結合させるように動作可能なトランジスタを備えることがあり、モード・スイッチ235−dは、メモリ・セル105−cを第2の電圧スイッチ245−bに結合させるように動作可能なトランジスタを備えることがある。いくつかの例では、アレイ・セクション305内のメモリ・セル105−bとアレイ・セクション310内のメモリ・セル105−cは両方とも、同じモード(たとえば、動作の揮発性モードまたは不揮発性モードのどちらか)で動作することがある。
性が減少され得る。
る。そのため、感知構成要素において測定される電圧は、電圧435に等しくないことがあり、その代わりに、ディジット線の電圧に依存することがある。したがって、ヒステリシス・プロット401上での最終的な電荷状態405−cおよび410−cの位置は、ディジット線の容量に依存することがあり、ロードライン解析を通して決定されることがある。すなわち、電荷状態405−cおよび410−cは、ディジット線容量を参照して規定されることがある。その結果、キャパシタの電圧、電圧450、または電圧455は、異なってよく、キャパシタの初期状態に依存してよい。
を感知したことに基づいて電圧450−b(たとえば、第2の電圧)にバイアスされることがある。電圧450−bに応じて、電荷状態405−fは、経路445−bをたどることがある。正の電圧450−bを除去した後、電荷状態410−gは、ゼロ電圧において電荷状態410−fに到達するまで直線状経路510をたどる。いくつかの例では、揮発性モードで論理1を読み取ることは、キャパシタ上の残余分極電荷(たとえば、ヒステリシス・プロット500−b上の電荷状態410−fの場所)とは無関係であることがある。場合によっては、電圧455−bは、電圧450−bよりも大きいことがある。
ることがある。電荷状態410−iは、データを再プログラムするために、電荷状態410−iがゼロ電圧において電荷状態405−hに到達するまで、経路440−cの逆をたどることがある。
。
ることがある。場合によっては、事前充電動作は、感知動作の後で発生することがあり、揮発性領域615−a内で時間t2、t4、t6、およびt8において(例の1セットとして)実行されることがある。場合によっては、書き込み動作は、1つまたは複数の時間t1、t3、t5、t7、およびt9において揮発性領域615−a内で発生することがある。
に提供することがある。
55を使用して実行することがある。たとえば、タイミング構成要素855は、本明細書において論じられる、読み取りおよび書き込みなどのメモリ機能を実行するために、スイッチングおよび電圧印加のためのタイミングを含む、さまざまなワード線選択またはプレートバイアスのタイミングを制御する。場合によっては、タイミング構成要素855は、バイアス構成要素850の動作を制御することがある。
メモリ・セル内に記憶された論理状態を感知し、感知したことに基づいて論理状態をメモリ・アレイの感知構成要素内に記憶し、論理状態を記憶したことに基づいて第1の強誘電体メモリ・セルを不揮発性モードで動作させることがある。場合によっては、第1の強誘電体メモリ・セルは、メモリ・アレイの第1の部分の中にあることがある。場合によっては、トランジスタが、第1の強誘電体メモリ・セルに結合されることがある。場合によっては、コントローラは、トランジスタおよび感知構成要素と電子通信することがあり、コントローラは、第1の強誘電体メモリ・セルが不揮発性モードである間、第1の強誘電体メモリ・セルに対してコマンドを開始するように構成される。場合によっては、第1の強誘電体メモリ・セルは、メモリ・アレイの第1の部分の中にあることがある。場合によっては、トランジスタが、第1の強誘電体メモリ・セルに結合されることがある。場合によっては、コントローラは、トランジスタおよび感知構成要素と電子通信することがあり、コントローラは、第1の強誘電体メモリ・セルが揮発性モードである間、第1の強誘電体メモリ・セルに対してコマンドを開始するように構成される。
がある。
電体メモリ・セルと関連づけられた記憶構成要素内に記憶することがある。ブロック1115の動作は、図2から図5を参照して説明される方法により実行され得る。いくつかの例では、ブロック1115の動作の例は、図6から図9を参照して説明される記憶構成要素によって実行されることがある。
セットを実行することがある。加えて、または代替的に、メモリ・アレイ100は、特殊目的ハードウェアを使用して、以下で説明される機能の例を実行することがある。
る」は、約0Vに接続されることを意味する。
チャネルがp形(すなわち、多数キャリアが正孔である)場合、FETは、p形FETと呼ばれることがある。チャネルは、絶縁性ゲート酸化物によってキャップされることがある。チャネル導電性は、ゲートに電圧を印加することによって制御されることがある。たとえば、n形FETまたはp−タイプ形に正の電圧または負の電圧をそれぞれ印加すると、チャネルが導電性になるという結果になることがある。トランジスタは、トランジスタの閾値電圧よりも大きいまたはこれに等しい電圧がトランジスタ・ゲートに印加されるとき、「オン」であるまたは「活性化される」ことがある。トランジスタは、トランジスタの閾値電圧よりも小さい電圧がトランジスタ・ゲートに印加されるとき、「オフ」であるまたは「非活性化される」ことがある。
の部分が異なる物理的な場所において実施されるように分散されることを含めて、さまざまな位置に物理的に設置されてよい。また、特許請求の範囲内を含めて本明細書で使用されるとき、項目のリスト(たとえば、「のうちの少なくとも1つ」または「のうちの1つまたは複数」などの句が前に置かれる項目のリスト)内で使用される「または」は包括的なリストを示し、したがって、たとえば、A、B、またはCのうちの少なくとも1つというリストは、AまたはBまたはCまたはABまたはACまたはBCまたはABC(すなわち、AおよびBおよびC)を意味する。また、本明細書で使用されるとき、「〜に基づく」という句は、条件の閉集合への言及として解釈されるべきでない。たとえば、「A条件に基づく」として説明される例示的なステップは、本開示の範囲から逸脱することなく、条件Aと条件Bの両方に基づいてよい。言い換えれば、本明細書で使用されるとき、「〜に基づく」という句は、「〜に少なくとも一部は基づく」という句と同じ様式で解釈されるべきでない。
・セルを不揮発性モードで動作させている間、第1のコマンドを開始するための手段と、第1のコマンドに少なくとも一部は基づいて強誘電体メモリ・セルを揮発性モードで動作させるための手段とを含むことがある。
る。いくつかの例は、第1のコマンドに少なくとも一部は基づいて強誘電体メモリ・セルの第1の論理状態を感知するための手段をさらに含むことがある。いくつかの例は、感知された第1の論理状態を、強誘電体メモリ・セルと関連づけられた記憶構成要素内に記憶するための手段をさらに含むことがある。
とも一部は基づいて第1の強誘電体メモリ・セルの第1のディジット線を第1の電圧にバイアスするためのプロセス、特徴、手段、または命令をさらに含むことがある。上記で説明された方法および装置のいくつかの例は、論理状態を感知したことに少なくとも一部は基づいて第1の電圧とは異なる第2の電圧に第1の強誘電体メモリ・セルの第1のディジット線をバイアスするためのプロセス、特徴、手段、または命令をさらに含むことがある。上記で説明された方法および装置のいくつかの例では、第1の電圧は、第2の電圧よりも大きいことがある。
本特許出願は、2017年6月9日に出願されたVimercatiによる「Dual
Mode Ferroelectric Memory Cell Operation」という名称の米国特許出願第15/618,393号に対する優先権を主張する2018年5月30日に出願されたVimercatiによる「Dual Mode Ferroelectric Memory Cell Operation」という名称のPCT出願番号PCT/US2018/035092に対する優先権を主張し、その各々は、本願の出願人に譲渡され、その各々は、参照によりその全体が本明細書に明白に組み込まれる。
Claims (35)
- メモリ・アレイの強誘電体メモリ・セルを不揮発性モードで動作させることと、
前記強誘電体メモリ・セルを前記不揮発性モードで動作させている間、第1のコマンドを開始することと、
前記第1のコマンドに少なくとも一部は基づいて前記強誘電体メモリ・セルを揮発性モードで動作させることと
を含む方法。 - 前記第1のコマンドに少なくとも一部は基づいて前記強誘電体メモリ・セルの第1の論理状態を感知すること
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記感知された第1の論理状態を前記強誘電体メモリ・セルと関連づけられた記憶構成要素内に記憶すること
をさらに含む、請求項2に記載の方法。 - 前記第1のコマンドを開始することは、
前記メモリ・アレイの第1の部分を選択すること
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記強誘電体メモリ・セルを前記揮発性モードで動作させている間、第2のコマンドを開始することと、
前記第2のコマンドに少なくとも一部は基づいて前記強誘電体メモリ・セルを前記不揮発性モードで動作させることと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記第2のコマンドを開始することは、
前記メモリ・アレイの第1の部分を選択解除すること
を含む、請求項5に記載の方法。 - 前記強誘電体メモリ・セルを前記揮発性モードで動作させている間、前記メモリ・アレイの第2の強誘電体メモリ・セルを前記不揮発性モードで動作させること
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記強誘電体メモリ・セルを前記揮発性モードで動作させている間、前記メモリ・アレイの第2の強誘電体メモリ・セルを前記揮発性モードで動作させること
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記強誘電体メモリ・セルが第1の時間において前記不揮発性モードであるか前記揮発性モードであるかを決定することと、
前記メモリ・アレイの第2の強誘電体メモリ・セルが前記第1の時間において前記不揮発性モードであるか前記揮発性モードであるかを決定することと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記第2の強誘電体メモリ・セルが前記不揮発性モードであるか前記揮発性モードであるかを決定したことに少なくとも一部は基づいて前記第2の強誘電体メモリ・セルの動作モードを調整すること
をさらに含む、請求項9に記載の方法。 - メモリ・アレイの強誘電体メモリ・セルを不揮発性モードで動作させている間、第1のコマンドを開始することと、
前記第1のコマンドに少なくとも一部は基づいて前記強誘電体メモリ・セルの第1の論理状態を感知することと、
前記感知された第1の論理状態を前記強誘電体メモリ・セルと関連づけられた記憶構成要素内に記憶することと、
前記記憶した後、前記強誘電体メモリ・セルを揮発性モードで動作させることと
を含む方法。 - 前記強誘電体メモリ・セルを前記揮発性モードで動作させている間、第2のコマンドを開始することと、
前記第2コマンドに少なくとも一部は基づいて前記強誘電体メモリ・セルの第2の論理状態を感知することと、
前記感知された第2の論理状態を前記強誘電体メモリ・セルに書き込むことと
をさらに含む、請求項11に記載の方法。 - 前記記憶した後、前記第2のコマンドを開始することに少なくとも一部は基づいて、前記強誘電体メモリ・セルを前記不揮発性モードで動作させること
をさらに含む、請求項12に記載の方法。 - 前記メモリ・アレイの第1の部分が前記不揮発性モードで動作することに少なくとも一部は基づいて第1の基準電圧を前記強誘電体メモリ・セルに印加すること
をさらに含む、請求項11に記載の方法。 - 前記強誘電体メモリ・セルを前記揮発性モードで動作させることに少なくとも一部は基づいて、前記強誘電体メモリ・セルと関連づけられたディジット線を第2の基準電圧にあらかじめ充電すること
をさらに含む、請求項11に記載の方法。 - 前記メモリ・アレイの前記第1の部分が前記揮発性モードで動作することに少なくとも一部は基づいて、前記強誘電体メモリ・セルの前記第1の基準電圧とは異なる第2の基準電圧を印加すること
をさらに含む、請求項14に記載の方法。 - 前記第1のコマンドを開始することは、強誘電体メモリ・デバイスの電力レベルに基づいて自動的に発生する、請求項11に記載の方法。
- メモリ・アレイの第1の部分内の第1の強誘電体メモリ・セルと、
前記第1の強誘電体メモリ・セルに結合されたトランジスタと、
前記トランジスタおよび感知構成要素と電子通信するコントローラであって、
前記第1の強誘電体メモリ・セルが不揮発性モードである間、前記第1の強誘電体メモリ・セルに対してコマンドを開始し、
前記コマンドに少なくとも一部は基づいて、前記第1の強誘電体メモリ・セル内に記憶された論理状態を感知し、
前記感知したことに少なくとも一部は基づいて、前記メモリ・アレイの感知構成要素内に前記論理状態を記憶し、
前記論理状態を記憶したことに少なくとも一部は基づいて、前記第1の強誘電体メモリ・セルを揮発性モードで動作させる
ように構成された前記コントローラと
を備える電子メモリ装置。 - 前記コントローラは、
前記コマンドに少なくとも一部は基づいて前記第1の強誘電体メモリ・セルの動作モードを決定し、
前記動作モードを決定したことに少なくとも一部は基づいて、前記メモリ・アレイの前記第1の部分に対してリフレッシュ・コマンドを開始する
ように動作可能である、請求項18に記載の電子メモリ装置。 - 前記コントローラは、
前記第1の強誘電体メモリ・セルを前記揮発性モードで動作させている間、前記メモリ・アレイの第2の部分内の第2の強誘電体メモリ・セルを前記不揮発性モードで動作させるように動作可能であり、前記メモリ・アレイの前記第2の部分は、前記メモリ・アレイの前記第1の部分とは異なる、請求項18に記載の電子メモリ装置。 - 前記コントローラは、
前記第1の強誘電体メモリ・セルを前記揮発性モードで動作させることに少なくとも一部は基づいて、前記第1の強誘電体メモリ・セルと関連づけられたディジット線を第1の基準電圧にあらかじめ充電する
ように動作可能である、請求項18に記載の電子メモリ装置。 - メモリ・アレイの第1の部分内の第1の強誘電体メモリ・セルと、
前記第1の強誘電体メモリ・セルに結合されたトランジスタと、
前記トランジスタおよび感知構成要素と電子通信するコントローラであって、
前記第1の強誘電体メモリ・セルが揮発性モードである間、前記第1の強誘電体メモリ・セルに対してコマンドを開始し、
前記コマンドに少なくとも一部は基づいて、前記第1の強誘電体メモリ・セル内に記憶された論理状態を感知し、
前記感知したことに少なくとも一部は基づいて、前記メモリ・アレイの感知構成要素内に前記論理状態を記憶し、
前記論理状態を記憶したことに少なくとも一部は基づいて、前記第1の強誘電体メモリ・セルを不揮発性モードで動作させる
ように構成された前記コントローラと
を備える電子メモリ装置。 - 前記コントローラは、
前記コマンドに少なくとも一部は基づいて前記第1の強誘電体メモリ・セルの動作モードを決定し、
前記動作モードを決定したことに少なくとも一部は基づいて、前記メモリ・アレイの前記第1の部分に対してリフレッシュ・コマンドを開始する
ように動作可能である、請求項22に記載の電子メモリ装置。 - 前記コントローラは、
前記第1の強誘電体メモリ・セルを前記不揮発性モードで動作させている間、前記メモリ・アレイの第2の部分内の第2の強誘電体メモリ・セルを前記揮発性モードで動作させるように動作可能であり、前記メモリ・アレイの前記第2の部分は、前記メモリ・アレイの前記第1の部分とは異なる、請求項22に記載の電子メモリ装置。 - 前記コントローラは、
前記論理状態を感知したことに少なくとも一部は基づいて、前記第1の強誘電体メモリ・セルの第1のディジット線を第1の電圧にバイアスする
ように動作可能である、請求項22に記載の電子メモリ装置。 - 前記コントローラは、
前記論理状態を感知したことに少なくとも一部は基づいて、前記第1の強誘電体メモリ・セルの前記第1のディジット線を、前記第1の電圧とは異なる第2の電圧にバイアスする
ように動作可能である、請求項25に記載の電子メモリ装置。 - 前記第1の電圧が前記第2の電圧よりも大きい、請求項26に記載の電子メモリ装置。
- 前記コントローラは、
前記第1の強誘電体メモリ・セルを前記揮発性モードで動作させることに少なくとも一部は基づいて、前記第1の強誘電体メモリ・セルと関連づけられたディジット線を第1の基準電圧にあらかじめ充電する
ように動作可能である、請求項22に記載の電子メモリ装置。 - 揮発性動作モードおよび不揮発性動作モードで動作するように構成された第1の強誘電体メモリ・セルであって、メモリ・アレイの第1の部分内の前記第1の強誘電体メモリ・セルと、
前記第1の強誘電体メモリ・セルに結合されたトランジスタと、
前記第1の強誘電体メモリ・セルと電子通信する感知構成要素と、
前記第1の強誘電体メモリ・セルと電子通信するスイッチであって、前記不揮発性動作モードと関連づけられた第1のセル・プレートまたは前記揮発性動作モードと関連づけられた第2のセル・プレートを選択するように構成された前記スイッチと
を備える電子メモリ装置。 - 前記感知構成要素と電子通信するタイミング構成要素であって、前記不揮発性動作モードまたは前記揮発性動作モードと関連づけられたタイミング信号を第1の時間において前記感知構成要素に提供する前記タイミング構成要素
をさらに備える、請求項29に記載の電子メモリ装置。 - 前記タイミング構成要素と電子通信する第2のスイッチであって、前記タイミング構成要素は、前記スイッチを使用して前記タイミング信号を提供する、前記第2のスイッチ
をさらに備える、請求項30に記載の電子メモリ装置。 - 前記感知構成要素と電子通信する電圧構成要素であって、前記不揮発性動作モードまたは前記揮発性動作モードと関連づけられた基準電圧信号を第1の時間において前記感知構成要素に提供する前記電圧構成要素
をさらに備える、請求項29に記載の電子メモリ装置。 - 前記電圧構成要素と電子通信する第3のスイッチであって、前記電圧構成要素は、前記スイッチを使用して前記基準電圧信号を提供する、前記第3のスイッチ
をさらに備える、請求項32に記載の電子メモリ装置。 - 前記第1の強誘電体メモリ・セルおよび第2の強誘電体メモリ・セルと電子通信するワード線であって、前記第1の強誘電体メモリ・セルおよび前記第2の強誘電体メモリ・セルを選択する前記ワード線
をさらに備える、請求項29に記載の電子メモリ装置。 - 前記第1の強誘電体メモリ・セルおよび前記第2の強誘電体メモリ・セルは前記揮発性
動作モードで動作する、請求項34に記載の電子メモリ装置。
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