JP2663641B2 - 電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents
電界効果トランジスタの製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はMOCVD法によるn+GaAs選択エピタキシャル成
長技術を用いた電界効果トランジスタの製造方法に係
り、特にショートチャネル効果を抑えるための低温プロ
セス技術に関する。
長技術を用いた電界効果トランジスタの製造方法に係
り、特にショートチャネル効果を抑えるための低温プロ
セス技術に関する。
[従来の技術] GaAsMESFETのオーミックコンタクト層にはn+GaAsが用
いられている。第6図に示すように、従来のMESFETはゲ
ート電極2を挟むソース電極1とドレイン電極3との下
にオーミックコンタクトを取るためにn+GaAs層4が形成
される。n+GaAs層4は通常、イオン打ち込み法により形
成されている。ところが、この方法ではn+GaAs層4から
ゲート下のnチャネル層(以下、単にn層という)への
不純物のにじみ出しにより、いわゆるショートチャネル
効果が生じる。そのため、ゲート長Lgを短くしても期待
したほどgm(相互コンダクタンス)が上がらず、しか
も、しきい値電圧Vthが低くなるという問題があった。
いられている。第6図に示すように、従来のMESFETはゲ
ート電極2を挟むソース電極1とドレイン電極3との下
にオーミックコンタクトを取るためにn+GaAs層4が形成
される。n+GaAs層4は通常、イオン打ち込み法により形
成されている。ところが、この方法ではn+GaAs層4から
ゲート下のnチャネル層(以下、単にn層という)への
不純物のにじみ出しにより、いわゆるショートチャネル
効果が生じる。そのため、ゲート長Lgを短くしても期待
したほどgm(相互コンダクタンス)が上がらず、しか
も、しきい値電圧Vthが低くなるという問題があった。
そこで、第7図に示すようなLDD(Lightly Doped Dor
ain)構造が採用された。これは基板上のn-層10よりは
高いが、n+GaAs層4よりキャリア濃度の低いn′層5
を、ゲート下のn層とn+GaAs層4との間にイオン打込み
により設けて、n+GaAs領域のにじみ出しによるショート
チャネル効果を低減するものである。
ain)構造が採用された。これは基板上のn-層10よりは
高いが、n+GaAs層4よりキャリア濃度の低いn′層5
を、ゲート下のn層とn+GaAs層4との間にイオン打込み
により設けて、n+GaAs領域のにじみ出しによるショート
チャネル効果を低減するものである。
しかし、この構造にも問題があった。それは、n+GaAs
層とゲート下のn層との間にn+GaAs層よりキャリア濃度
の低い層長Ln′のn′層が存在するため、ソース抵抗Rs
が上がり、その結果としてgmが低下する。またn′層が
イオン打ち込みで形成されるため、基本的にそのキャリ
ア濃度を約1×1018cm-3以上に上げられず、やはりソー
ス抵抗Rsを低くできないことなどである。
層とゲート下のn層との間にn+GaAs層よりキャリア濃度
の低い層長Ln′のn′層が存在するため、ソース抵抗Rs
が上がり、その結果としてgmが低下する。またn′層が
イオン打ち込みで形成されるため、基本的にそのキャリ
ア濃度を約1×1018cm-3以上に上げられず、やはりソー
ス抵抗Rsを低くできないことなどである。
そこで、この問題を解決するために第4図に示すよう
に、n′層5の上に積み上げてn+GaAs層6を選択的に再
成長することが行われている(例えば、文献;上武一孝
他“MOCVDによるn+GaAs選択成長を用いた高gmGaAsMESFE
Tの製作と特性",SSD84 122,1985.1.23,p7〜12)。即
ち、GaAs基板の結晶部のみに新たな物質であるn+GaAs層
6を選択的にエピタキシャル成長させている。この構造
ではn+GaAs層6をMOCVD法(有機金属気相成長法)によ
り成長させるためにn+GaAs層6のキャリア濃度を7×10
18cm-3程度まで上げることができる。しかも、ゲート電
極2とソース電極1下のn+GaAs層6との間の距離(目あ
きの部分)Lsを小さくできる。この結果ソース抵抗Rsの
大巾な低減が達成されている。
に、n′層5の上に積み上げてn+GaAs層6を選択的に再
成長することが行われている(例えば、文献;上武一孝
他“MOCVDによるn+GaAs選択成長を用いた高gmGaAsMESFE
Tの製作と特性",SSD84 122,1985.1.23,p7〜12)。即
ち、GaAs基板の結晶部のみに新たな物質であるn+GaAs層
6を選択的にエピタキシャル成長させている。この構造
ではn+GaAs層6をMOCVD法(有機金属気相成長法)によ
り成長させるためにn+GaAs層6のキャリア濃度を7×10
18cm-3程度まで上げることができる。しかも、ゲート電
極2とソース電極1下のn+GaAs層6との間の距離(目あ
きの部分)Lsを小さくできる。この結果ソース抵抗Rsの
大巾な低減が達成されている。
[発明が解決しようとする課題] ところが、このn+GaAs層の選択再成長はMOCVD法で行
われるため、その成長温度は通常650〜800℃と高い。上
記文献でも620゜以上である。成長温度が高いと不純物
の広がりが短時間に起こってしまう。従って、この再成
長中にn層やn′層の不純物が拡散し、キャリアプロフ
ァイルの劣化やn+GaAs層のにじみ出しが生じる恐れがあ
った。
われるため、その成長温度は通常650〜800℃と高い。上
記文献でも620゜以上である。成長温度が高いと不純物
の広がりが短時間に起こってしまう。従って、この再成
長中にn層やn′層の不純物が拡散し、キャリアプロフ
ァイルの劣化やn+GaAs層のにじみ出しが生じる恐れがあ
った。
また、特に、第5図に示すようなヘテロ構造のFETにn
+GaAs層6をMOCVDで選択再成長する場合には、再成長温
度が高いとチャネル層を形成するヘテロ界面の急峻性の
劣化が生じFET特性が低下してしまうという欠点があっ
た。
+GaAs層6をMOCVDで選択再成長する場合には、再成長温
度が高いとチャネル層を形成するヘテロ界面の急峻性の
劣化が生じFET特性が低下してしまうという欠点があっ
た。
因に、この第5図に示すヘテロ構造のFETはDC HIG FE
T(Doped−Channel Heterostructure Insulated Gate F
ET)と呼ばれる。ソース,ドレインのn+GaAs層6を選択
的にMOCVDで形成する。チャネル領域より高い位置にソ
ース,ドレインを作るので、ショートチャネル効果が抑
えられることは第4図と同じである。特に基板とゲート
の間に絶縁性のAlGaAs層を挟む構造にして、ゲートにか
ける電圧の上限を上げて動作マージンを向上し、高速化
を図ったものである。
T(Doped−Channel Heterostructure Insulated Gate F
ET)と呼ばれる。ソース,ドレインのn+GaAs層6を選択
的にMOCVDで形成する。チャネル領域より高い位置にソ
ース,ドレインを作るので、ショートチャネル効果が抑
えられることは第4図と同じである。特に基板とゲート
の間に絶縁性のAlGaAs層を挟む構造にして、ゲートにか
ける電圧の上限を上げて動作マージンを向上し、高速化
を図ったものである。
このような高温プロセスによる欠点をなくすため、低
温プロセスの必要性が叫ばれているが、イオン打込み層
の活性化やひずみ除去が難しくなること、薄膜を低温で
堆積する必要があること等未解決の課題が残るため、未
だ実現していない。
温プロセスの必要性が叫ばれているが、イオン打込み層
の活性化やひずみ除去が難しくなること、薄膜を低温で
堆積する必要があること等未解決の課題が残るため、未
だ実現していない。
本発明の目的は、n+GaAs層のMOCVD法による低温の選
択的再成長を可能とする最適な成長温度範囲を見い出す
ことによって、上記した従来技術の欠点を解消し、不純
物拡散やヘテロ界面の急峻性の劣化を防止し、良質なn+
GaAs層の選択成長を可能とする電界効果トランジスタの
製造方法を提供することにある。
択的再成長を可能とする最適な成長温度範囲を見い出す
ことによって、上記した従来技術の欠点を解消し、不純
物拡散やヘテロ界面の急峻性の劣化を防止し、良質なn+
GaAs層の選択成長を可能とする電界効果トランジスタの
製造方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、GaAs基
板上にそれぞれn型のソース、ゲート及びドレインとな
る領域を形成した後、ソース及びドレイン上にそれぞれ
オーミックコンタクトをとるためのn+GaAs層をMOCVD法
により選択的に再成長させて形成し、その後ソース、ゲ
ート及びドレインの各電極を形成する電界効果トランジ
スタの製造方法において、 n+GaAs層をMOCVD法により選択的に再成長させるに際
し、 成長温度を450℃〜550℃とし、かつ、 V族原料及びIII族原料を、これらの原料から成長さ
せた時のGaAsのキャリア濃度が1015cm-3以下となる濃度
比に設定して供給し、かつ、 n+GaAs層のキャリア濃度を達成するのに必要な量のn
型ドーパント原料を供給して、電界効果トランジスタを
製造するものである。
板上にそれぞれn型のソース、ゲート及びドレインとな
る領域を形成した後、ソース及びドレイン上にそれぞれ
オーミックコンタクトをとるためのn+GaAs層をMOCVD法
により選択的に再成長させて形成し、その後ソース、ゲ
ート及びドレインの各電極を形成する電界効果トランジ
スタの製造方法において、 n+GaAs層をMOCVD法により選択的に再成長させるに際
し、 成長温度を450℃〜550℃とし、かつ、 V族原料及びIII族原料を、これらの原料から成長さ
せた時のGaAsのキャリア濃度が1015cm-3以下となる濃度
比に設定して供給し、かつ、 n+GaAs層のキャリア濃度を達成するのに必要な量のn
型ドーパント原料を供給して、電界効果トランジスタを
製造するものである。
[作用] MOCVD法によるGaAsエピタキシャル成長温度を600℃よ
りも低くすると、いかなる温度においても必ずGaAs結晶
の表面状態が悪化すると考えられていた。しかし、成長
温度が450〜550℃の範囲で、かつ、気相中のV族原料と
III族原料の濃度比を、アンドープのGaAsを成長した時
にそのキャリア濃度が1015cm-3以下となるように設定し
た場合には、例外的に鏡面成長が得られ、良質なn+GaAs
層が成長することがわかった。
りも低くすると、いかなる温度においても必ずGaAs結晶
の表面状態が悪化すると考えられていた。しかし、成長
温度が450〜550℃の範囲で、かつ、気相中のV族原料と
III族原料の濃度比を、アンドープのGaAsを成長した時
にそのキャリア濃度が1015cm-3以下となるように設定し
た場合には、例外的に鏡面成長が得られ、良質なn+GaAs
層が成長することがわかった。
[実施例] 以下、本発明の電界効果トランジスタの製造方法を第
1図〜第5図を用いて説明する。
1図〜第5図を用いて説明する。
本実施例の電界効果トランジスタの製造方法は、 第4図に示すn+GaAs選択再成長構造のGaAsMESFET、も
しくは第5図に示すn+GaAs選択再成長構造でヘテロ構造
を持つFETにおいて、そのオーミックコンタクトをとる
ためのn+GaAs層をMOCVD法により選択的に基板に再成長
させる際の成長条件に特徴がある。
しくは第5図に示すn+GaAs選択再成長構造でヘテロ構造
を持つFETにおいて、そのオーミックコンタクトをとる
ためのn+GaAs層をMOCVD法により選択的に基板に再成長
させる際の成長条件に特徴がある。
即ち、MOCVD法によるn+GaAs層の選択再成長を450〜55
0℃の低温の成長温度範囲で行う。
0℃の低温の成長温度範囲で行う。
しかも、その時の気相中のV族原料とIII族原料の濃
度比いわゆるV/III比をその温度で成長させたアンドー
プGaAsのキャリア濃度が1015cm-3以下となるようなV/II
I比に設定する。
度比いわゆるV/III比をその温度で成長させたアンドー
プGaAsのキャリア濃度が1015cm-3以下となるようなV/II
I比に設定する。
このようにすることにより、不純物拡散やヘテロ界面
急峻性の劣化を生じさせることなしに、良質なn+GaAs層
の選択再成長が可能となる。
急峻性の劣化を生じさせることなしに、良質なn+GaAs層
の選択再成長が可能となる。
ここで前提条件となる原料系としては、通常のMOCVD
法と同様に、キャリアガスとしてH2もしくはN2ガスを用
い、III族原料としてTMG(トリメチルガリウム)もしく
はTEG(トリエチルガリウム)、V族原料としてAsH
3(アルシン)もしくは有機Asを用いる。
法と同様に、キャリアガスとしてH2もしくはN2ガスを用
い、III族原料としてTMG(トリメチルガリウム)もしく
はTEG(トリエチルガリウム)、V族原料としてAsH
3(アルシン)もしくは有機Asを用いる。
なお、n型ドーパントとしてはSiH4,Si2H6,H2Se,H2S,
トリメチルスズなどが好ましい。
トリメチルスズなどが好ましい。
また、成長温度を450〜550℃に限定した理由は次の通
りである。
りである。
我々の実験によれば、600℃以上は問題はないが、成
長温度の低下と共にGaAs結晶の表面状態が悪化し、550
℃では必要とする鏡面が全く得られないことが分かっ
た。しかしながら、さらに温度を下げると、500℃及び4
50℃では鏡面となることも分かった。そして、400℃以
下ではTMGの分散効率が低下しほとんど成長しなくな
る。従って、低温成長の温度範囲は450℃〜550℃の範囲
にあり、特に500℃付近が良いとの結論を得た。何故な
らば第1図に示すように鏡面成長が得られた500℃成長G
aAsと450℃成長GaAsの4.2kのPL(フォトルミネッセン
ス)発光を比較すると、450℃ではPL発光ピークがブロ
ードで非常に弱く結晶性が悪いのに対して、500℃成長
では正常なPL発光ピークが観察されたからである。禁制
帯幅に相当するエネルギ(eV)に現れるPL発光ピークの
強度は、結晶性が良いほど強く現れる。従って、このピ
ークから結晶構造の良否を判定することができる。
長温度の低下と共にGaAs結晶の表面状態が悪化し、550
℃では必要とする鏡面が全く得られないことが分かっ
た。しかしながら、さらに温度を下げると、500℃及び4
50℃では鏡面となることも分かった。そして、400℃以
下ではTMGの分散効率が低下しほとんど成長しなくな
る。従って、低温成長の温度範囲は450℃〜550℃の範囲
にあり、特に500℃付近が良いとの結論を得た。何故な
らば第1図に示すように鏡面成長が得られた500℃成長G
aAsと450℃成長GaAsの4.2kのPL(フォトルミネッセン
ス)発光を比較すると、450℃ではPL発光ピークがブロ
ードで非常に弱く結晶性が悪いのに対して、500℃成長
では正常なPL発光ピークが観察されたからである。禁制
帯幅に相当するエネルギ(eV)に現れるPL発光ピークの
強度は、結晶性が良いほど強く現れる。従って、このピ
ークから結晶構造の良否を判定することができる。
さらに、V/III比をその温度で成長させたアンドープG
aAsのキャリア濃度が1015cm-3以下となるようなV/III比
に限定したのは、次の理由による。
aAsのキャリア濃度が1015cm-3以下となるようなV/III比
に限定したのは、次の理由による。
良質なn+GaAs層を成長するためには、ドーピングの母
体となるアンドープGaAsの純度、結晶性を良質にしてお
く必要がある。第2図は成長温度500℃でのアンドープG
aAsのキャリア濃度とPL発光特性のV/III比(この場合
[AsH3]/[TMG]比)依存性を示したものである。高
純度かつ結晶性のよい(高抵抗な)V/III比の範囲がV/I
II=40〜52にあることが分かる。しかも、第3図に示す
ようにV/III=50では、優れた結晶性を示すバンド端ピ
ーク(FE)が非常にシャープなピークとして存在してい
るからである。
体となるアンドープGaAsの純度、結晶性を良質にしてお
く必要がある。第2図は成長温度500℃でのアンドープG
aAsのキャリア濃度とPL発光特性のV/III比(この場合
[AsH3]/[TMG]比)依存性を示したものである。高
純度かつ結晶性のよい(高抵抗な)V/III比の範囲がV/I
II=40〜52にあることが分かる。しかも、第3図に示す
ようにV/III=50では、優れた結晶性を示すバンド端ピ
ーク(FE)が非常にシャープなピークとして存在してい
るからである。
次に具体例について述べる。
具体例1 第4図に示したn+GaAs選択再成長構造FETにおけるn+G
aAs層6の選択再成長をMOCVD法を用いて次の成長条件で
行った。
aAs層6の選択再成長をMOCVD法を用いて次の成長条件で
行った。
成長温度500℃、キャリアガス:H220/min、原料:TMG
45cc/min、AsH3(10%H2ベース)1000cc/min、ドーパン
ト:Si2H6(10ppmH2ベース)1000cc/min。この場合のV/I
II比は50である。この成長条件により成長したn+GaAs層
のキャリア濃度は7×1018cm-3であり、非常に高濃度の
ドーピング即ち低抵抗のn+GaAsオーミックコンタクト層
を形成できた。
45cc/min、AsH3(10%H2ベース)1000cc/min、ドーパン
ト:Si2H6(10ppmH2ベース)1000cc/min。この場合のV/I
II比は50である。この成長条件により成長したn+GaAs層
のキャリア濃度は7×1018cm-3であり、非常に高濃度の
ドーピング即ち低抵抗のn+GaAsオーミックコンタクト層
を形成できた。
具体例2 具体例1の成長において、Si2H6のかわりにH2Seをド
ーパントとして用いた場合にも同様の効果を得ることが
できた。
ーパントとして用いた場合にも同様の効果を得ることが
できた。
具体例3 第5図に示したヘテロ構造FETのn+GaAs層の選択再成
長を、具体例1もしくは具体例2に示した成長条件で行
ったところ、やはり同様な効果を得ることができた。特
に、ヘテロ界面急峻性の劣化は殆どなかった。
長を、具体例1もしくは具体例2に示した成長条件で行
ったところ、やはり同様な効果を得ることができた。特
に、ヘテロ界面急峻性の劣化は殆どなかった。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように本発明によれば、n+Ga
As選択再成長構造のFETにおいて、高濃度のn+GaAsオー
ミックコンタクト層をチャネル層のキャリアプロファイ
ルの劣化なしに形成できる。また、ヘテロ構造において
も同様であり、かつヘテロ界面急峻性の劣化も有効に抑
止できる。
As選択再成長構造のFETにおいて、高濃度のn+GaAsオー
ミックコンタクト層をチャネル層のキャリアプロファイ
ルの劣化なしに形成できる。また、ヘテロ構造において
も同様であり、かつヘテロ界面急峻性の劣化も有効に抑
止できる。
第1図はMOCVD法によるn+GaAs層の選択再成長温度に対
するフォトルミネッセンスの強度特性図、第2図は[As
H3]/[TMG]モル比、即ちV/III比に対する低温成長Ga
Asのキャリア濃度関係を示す特性図、第3図はV/III比
に対するフォトルミネッセンスの強度特性図、第4図は
n+GaAs選択再成長構造FETを示す断面図、第5図はn+GaA
s選択再成長構造ヘテロ構造FETを示す断面図、第6図は
従来構造FETの断面図、第7図はLDD構造FETの断面図で
ある。 1はソース電極、2はゲート電極、3はドレイン電極、
5はn′層、6はn+GaAs層、10は基板である。
するフォトルミネッセンスの強度特性図、第2図は[As
H3]/[TMG]モル比、即ちV/III比に対する低温成長Ga
Asのキャリア濃度関係を示す特性図、第3図はV/III比
に対するフォトルミネッセンスの強度特性図、第4図は
n+GaAs選択再成長構造FETを示す断面図、第5図はn+GaA
s選択再成長構造ヘテロ構造FETを示す断面図、第6図は
従来構造FETの断面図、第7図はLDD構造FETの断面図で
ある。 1はソース電極、2はゲート電極、3はドレイン電極、
5はn′層、6はn+GaAs層、10は基板である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 博 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電 線株式会社金属研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−223100(JP,A) 特開 昭63−90172(JP,A) 特開 昭62−182195(JP,A) 特開 昭62−143896(JP,A)
Claims (1)
- 【請求項1】GaAs基板上にそれぞれn型のソース、ゲー
ト及びドレインとなる領域形成した後、ソース及びドレ
イン上にそれぞれオーミックコンタクトをとるためのn+
GaAs層をMOCVD法により選択的に再成長させて形成し、
その後ソース、ゲート及びドレインの各電極を形成する
電界効果トランジスタの製造方法において、 n+GaAs層をMOCVD法により選択的に再成長させるに際
し、 成長温度を450℃〜550℃とし、かつ、 V族原料及びIII族原料を、これらの原料から成長させ
た時のGaAsのキャリア濃度が1015cm-3以下となる濃度比
に設定して供給し、かつ、 n+GaAs層のキャリア濃度を達成するのに必要な量のn型
ドーパント原料を供給することを特徴とする電界効果ト
ランジスタの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1185792A JP2663641B2 (ja) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | 電界効果トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1185792A JP2663641B2 (ja) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | 電界効果トランジスタの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0350744A JPH0350744A (ja) | 1991-03-05 |
JP2663641B2 true JP2663641B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=16176977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1185792A Expired - Lifetime JP2663641B2 (ja) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | 電界効果トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2663641B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011029648A (ja) * | 2010-09-07 | 2011-02-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05299441A (ja) * | 1992-04-24 | 1993-11-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電界効果トランジスタの製造方法 |
US5709745A (en) * | 1993-01-25 | 1998-01-20 | Ohio Aerospace Institute | Compound semi-conductors and controlled doping thereof |
CA2113336C (en) * | 1993-01-25 | 2001-10-23 | David J. Larkin | Compound semi-conductors and controlled doping thereof |
JP2010225981A (ja) | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Fujitsu Ltd | 光半導体素子、集積素子、光半導体素子の製造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62143896A (ja) * | 1985-12-16 | 1987-06-27 | Nec Corp | 化合物半導体結晶成長方法 |
JPS62182195A (ja) * | 1986-02-04 | 1987-08-10 | Nec Corp | 3−v族化合物半導体の成長方法 |
JPS62223100A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-10-01 | Sanyo Electric Co Ltd | GaAs単結晶の成長方法 |
JPS6390172A (ja) * | 1986-10-02 | 1988-04-21 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-07-18 JP JP1185792A patent/JP2663641B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011029648A (ja) * | 2010-09-07 | 2011-02-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0350744A (ja) | 1991-03-05 |
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