JP4893908B2 - 情報記録素子 - Google Patents
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Description
で表わされるポリマーを、陽極と陰極の間に少なくとも一層の有機薄膜としての誘電体として用いることを特徴とする情報記録素子である。
また本発明は、基板上に、ゲート電極、誘電体層、半導体層、ドレイン及びソース電極を有する電界効果型トランジスタであって、上記誘電体層が一般式(1)(2)または(3)で表されるポリマー材料で構成されることを特徴とする電界効果型トランジスタにより構成される情報記録素子である。
さらに、本発明は当該情報記録素子において、半導体層が有機半導体材料で構成することができる。
また本発明は、ポリマー材料が、ポリマー材料を溶解した溶液を塗布乾燥させることによって作製することができる。
さらに、本発明は、上記誘電体ポリマーが、アミノ酸を基本構成単位とし、そのアミノ酸を1種もしくは複数種ペプチド結合により重合したことで構成されていることを特徴とする情報記録素子を提供することができる。
従来、誘電体層を用いてメモリー素子を作製する場合、多くの場合誘電体材料の分極が外部電界により変化する現象を利用する。特に、可塑性を備えた有機材料を用いる場合、材料としてはポリフッ化ビニリデンなどの強誘電性ポリマー材料が多く用いられる。これらの材料は、その側鎖に大きな分極を有するが、その側鎖の分極は、電界印加により変化しやすいことを利用するものである。
これに対して本発明で用いる、一般式(1)または(2)または(3)に示される材料は、固体薄膜中において主査が螺旋状に巻いて柱状となるαへリックス構造をとる。このため、側鎖の分極成分のみならず、その螺旋状の主鎖方向にも大きな分極成分を有する。このポリマー材料では、主鎖ならびに側鎖の分極成分が、外部電界の印加により共に変化する現象が、得られ、このために大きな電圧−電流曲線においてヒステリシスが発現する。これがメモリー効果として利用できるのである。
また、本発明によれば、上記情報記録素子の製造方法において、上記情報記録素子を構成する要素の少なくとも一部が、溶液を塗布するあるいは付着させることによって作製されることを特徴とする情報記録素子の製造方法が提供される。
アントラセン、テトラセン、ペンタセンまたはその末端が置換されたこれらの誘導体。α−セクシチオフェン。ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)およびその末端が置換された誘導体。ナフタレンテトラカルボン酸二無水物(NTCDA)およびその末端が置換された誘導体。銅フタロシアニン及びその末端がフッ素などで置換された誘導体。銅フタロシアニンの銅が、ニッケル、酸化チタン、フッ素化アルミニウム等で置換された誘導体及びそれぞれの末端がフッ素などで置換された誘導体。フラーレン、ルブレン、コロネン、アントラジチオフェンおよびそれらの末端が置換された誘導体。ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレン、ポリアセチレンおよびこれらの末端もしくは側鎖が置換された誘導体のポリマー。
実施例1
作製した素子の断面図を示す。ゲート電極20としてパターン化されたITO電極を作製したガラス基板10を、純水にて5倍希釈した中性洗剤(井内盛栄堂社:ピュアソフト)にて15分間超音波洗浄を行い、その後、純水中にて15分間超音波洗浄を行い、洗剤除去を行った。
さらにその後、基板を紫外線-オゾン洗浄器を用いて、酸素雰囲気下において20分間紫外線照射洗浄を行った。このようにして洗浄した基板上に、誘電体層30として、ポリ(γ-メチル-L-グルタメート)をジクロロエタンに溶解した溶液(11wt.%)から、1cm/secの速度でディップコートしてポリペプチドの薄膜を作製した。
この際、ポリペプチド薄膜の厚さは、400nmである。次に、この上から半導体活性層40としてペンタセンの薄膜を真空蒸着法で作製した。ペンタセンは、昇華精製を5回繰り返して精製したものを用いた。真空蒸着条件は、基板を蒸着用ボートの上方に固定し、基板温度を約30℃に調整し、真空度を2×10−6Torrにまで減圧した。その後毎分2nmの速度で30nmの厚さに真空蒸着を行った。その後、図1に示すように、ソースおよびドレイン電極60として、金を幅100μm、厚さ0.05μmのサイズとなるようニッケル製のマスクを利用して真空蒸着した。
この時のソース−ドレイン間の間隔は、20μmである。このようにして作製した素子において、ITOのゲート電極からゲートバイアスを印加した時に、ソースとドレイン間に流れる電流を測定した。ソースとドレイン間の電圧を100Vに固定し、ゲート電圧を+100Vまで印加した。その後ゲート電圧を−100Vまでステップで電圧掃印し、その後連続して+100Vまで掃印した。電圧ステップ1秒後にソースとドレイン間に流れる電流IDSを測定した。この時の測定図を図3に示す。電流曲線に履歴が現れ、メモリー性が発現される事を確認した。
次に、さらに低電圧での駆動を確認するために、ソースとドレイン間の電圧を5Vに固定して、電流履歴の変化を観測した。ゲート電圧は、最初に+20Vまで印加した。その後ゲート電圧を−20Vまでステップで電圧掃印し、その後連続して+20Vまで掃印した。電圧ステップ1秒後にソースとドレイン間に流れる電流IDSを測定した。この時の測定図を図4に示す。電流曲線に履歴が現れ、低電圧下でもメモリー性が発現される事を確認した。
パターン化されたITO電極を作製したガラス基板を、純水にて5倍希釈した中性洗剤(井内盛栄堂社:ピュアソフト)にて15分間超音波洗浄を行い、その後、純水中にて15分間超音波洗浄を行い、洗剤除去を行った。さらにその後、基板を紫外線-オゾン洗浄器を用いて、酸素雰囲気下において20分間紫外線照射洗浄を行った。このようにして洗浄した基板上に、ポリメチルメタクリレート(PMMA)をクロロフォルムに溶解した溶液(3wt.%)から、1cm/secの速度でディップコートしてPMMAの薄膜を作製した。この際、PMMA薄膜の厚さは、150nmである。次に、この上からペンタセンの薄膜を真空蒸着法で作製した。ペンタセンは、昇華精製を5回繰り返して精製したものを用いた。真空蒸着条件は、基板を蒸着用ボートの上方に固定し、基板温度を約30℃に調整し、真空度を2×10−6Torrにまで減圧した。その後毎分2nmの速度で30nmの厚さに真空蒸着を行った。その後、図1に示すように、ソースおよびドレイン電極60として、金を幅100μm、厚さ0.05μmのサイズとなるようニッケル製のマスクを利用して真空蒸着した。
この時のソースとドレイン電極間の間隔は20μmである。このようにして作製した素子において、ITOのゲート電極からゲートバイアスを印加した時に、ソースとドレイン間に流れる電流を測定した。ソースとドレイン間の電圧を100Vに固定し、ゲート電圧を+100Vまで印加した。その後ゲート電圧を−100Vまでステップで電圧掃印し、その後連続して+100Vまで掃印した。電圧ステップ1秒後にソースとドレイン間に流れる電流IDSを測定した。この時の測定図を図2に示す。特に電流曲線に履歴のようなものは現れていない。
ゲート電極20としてパターン化されたITO電極を作製したガラス基板10を、純水にて5倍希釈した中性洗剤(井内盛栄堂社:ピュアソフト)にて15分間超音波洗浄を行い、その後、純水中にて15分間超音波洗浄を行い、洗剤除去を行った。さらにその後、基板を紫外線-オゾン洗浄器を用いて、酸素雰囲気下において20分間紫外線照射洗浄を行った。このようにして洗浄した基板上に、誘電体層30として、ポリ(γ-ベンジル-L-グルタメート)をジクロロエタンに溶解した溶液(5wt.%)から、1000 rpmの速度でスピンコートしてポリ(γ-ベンジル-L-グルタメート)の薄膜を作製した。この際、ポリ(γ-ベンジル-L-グルタメート)薄膜の厚さは、600nmである。次に、この上から半導体活性層40としてペンタセンの薄膜を真空蒸着法で作製した。ペンタセンは、昇華精製を5回繰り返して精製したものを用いた。真空蒸着条件は、基板を蒸着用ボートの上方に固定し、基板温度を約30℃に調整し、真空度を2×10−6Torrにまで減圧した。その後毎分2nmの速度で30nmの厚さに真空蒸着を行った。その後、ソースおよびドレイン電極60として、金を幅100μm、厚さ0.05μmのサイズとなるようニッケル製のマスクを利用して真空蒸着した。この時のソース−ドレイン間の間隔は、20μmである。
このようにして作製した素子において、ITOのゲート電極からゲートバイアスを印加した時に、ソースとドレイン間に流れる電流を測定した。ソースとドレイン間の電圧を100Vに固定し、ゲート電圧を+100Vまで印加した。その後ゲート電圧を−100Vまでステップで電圧掃印し、その後連続して+100Vまで掃印した。電圧ステップ1秒後にソースとドレイン間に流れる電流IDSを測定した。この時の測定図を図5に示す。電流曲線に履歴が現れ、メモリー性が発現される事を確認した。
次に、さらに低電圧での駆動を確認するために、ソースとドレイン間の電圧を−10Vに固定して、電流履歴の変化を観測した。ゲート電圧は、最初に+50Vまで印加した。その後ゲート電圧を−50Vまでステップで電圧掃印し、その後連続して+50Vまで掃印した。電圧ステップ1秒後にソースとドレイン間に流れる電流IDSを測定した。この時の測定図を図6に示す。電流曲線に履歴が現れ、低電圧下でもメモリー性が発現される事を確認した。
ゲート電極20としてパターン化されたITO電極を作製したガラス基板10を、純水にて5倍希釈した中性洗剤(井内盛栄堂社:ピュアソフト)にて15分間超音波洗浄を行い、その後、純水中にて15分間超音波洗浄を行い、洗剤除去を行った。さらにその後、基板を紫外線-オゾン洗浄器を用いて、酸素雰囲気下において20分間紫外線照射洗浄を行った。このようにして洗浄した基板上に、誘電体層30として、ポリ(L-アルギニン)を超純水に溶解した溶液(10wt.%)から、1000 rpmの速度でスピンコートしてポリ(L-アルギニン)の薄膜を作製した。この際、ポリ(L-アルギニン)薄膜の厚さは、200nmである。次に、この上から半導体活性層40としてペンタセンの薄膜を真空蒸着法で作製した。ペンタセンは、昇華精製を5回繰り返して精製したものを用いた。真空蒸着条件は、基板を蒸着用ボートの上方に固定し、基板温度を約30℃に調整し、真空度を2×10−6Torrにまで減圧した。その後毎分2nmの速度で30nmの厚さに真空蒸着を行った。その後、ソースおよびドレイン電極60として、金を幅100μm、厚さ0.05μmのサイズとなるようニッケル製のマスクを利用して真空蒸着した。この時のソース−ドレイン間の間隔は、20μmである。
このようにして作製した素子において、ITOのゲート電極からゲートバイアスを印加した時に、ソースとドレイン間に流れる電流を測定した。ソースとドレイン間の電圧を−10Vに固定し、ゲート電圧を+20Vまで印加した。その後ゲート電圧を−20Vまでステップで電圧掃印し、その後連続して+100Vまで掃印した。電圧ステップ1秒後にソースとドレイン間に流れる電流IDSを測定した。この時の測定図を図7に示す。電流曲線に履歴が現れ、メモリー性が発現される事を確認した。
次に、さらに低電圧での駆動を確認するために、ソースとドレイン間の電圧を−2Vに固定して、電流履歴の変化を観測した。ゲート電圧は、最初に+10Vまで印加した。その後ゲート電圧を−10Vまでステップで電圧掃印し、その後連続して+10Vまで掃印した。電圧ステップ1秒後にソースとドレイン間に流れる電流IDSを測定した。この時の測定図を図8に示す。電流曲線に履歴が現れ、低電圧下でもメモリー性が発現される事を確認した。
ゲート電極20としてパターン化されたITO電極を作製したガラス基板10を、純水にて5倍希釈した中性洗剤(井内盛栄堂社:ピュアソフト)にて15分間超音波洗浄を行い、その後、純水中にて15分間超音波洗浄を行い、洗剤除去を行った。さらにその後、基板を紫外線-オゾン洗浄器を用いて、酸素雰囲気下において20分間紫外線照射洗浄を行った。このようにして洗浄した基板上に、誘電体層30として、ゲルパーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)法により測定した重合度が70のポリ(γ-メチル-L-グルタメート)をジクロロエタンに溶解した溶液(2.8wt.%)から、1cm/secの速度でディップコートしてポリ(γ-メチル-L-グルタメート)の薄膜を作製した。この際、ポリ(γ-メチル-L-グルタメート)薄膜の厚さは、1000nmである。次に、この上から半導体活性層40としてペンタセンの薄膜を真空蒸着法で作製した。ペンタセンは、昇華精製を5回繰り返して精製したものを用いた。真空蒸着条件は、基板を蒸着用ボートの上方に固定し、基板温度を約30℃に調整し、真空度を2×10−6Torrにまで減圧した。その後毎分2nmの速度で30nmの厚さに真空蒸着を行った。その後、ソースおよびドレイン電極60として、金を幅100μm、厚さ0.05μmのサイズとなるようニッケル製のマスクを利用して真空蒸着した。この時のソース−ドレイン間の間隔は、20μmである。
このようにして作製した素子において、ITOのゲート電極からゲートバイアスを印加した時に、ソースとドレイン間に流れる電流を測定した。ソースとドレイン間の電圧を50Vに固定し、ゲート電圧を+50Vまで印加した。その後ゲート電圧を−50Vまでステップで電圧掃印し、その後連続して+50Vまで掃印した。電圧ステップ1秒後にソースとドレイン間に流れる電流IDSを測定した。この時の測定図を図9に示す。電流曲線に履歴が現れ、メモリー性が発現される事を確認した。
次に、さらに低電圧での駆動を確認するために、ソースとドレイン間の電圧を−5Vに固定して、電流履歴の変化を観測した。ゲート電圧は、最初に+20Vまで印加した。その後ゲート電圧を−20Vまでステップで電圧掃印し、その後連続して+20Vまで掃印した。電圧ステップ1秒後にソースとドレイン間に流れる電流IDSを測定した。この時の測定図を図10に示す。電流曲線に履歴が現れ、低電圧下でもメモリー性が発現される事を確認した。
ゲート電極20としてパターン化されたITO電極を作製したガラス基板10を、純水にて5倍希釈した中性洗剤(井内盛栄堂社:ピュアソフト)にて15分間超音波洗浄を行い、その後、純水中にて15分間超音波洗浄を行い、洗剤除去を行った。さらにその後、基板を紫外線-オゾン洗浄器を用いて、酸素雰囲気下において20分間紫外線照射洗浄を行った。このようにして洗浄した基板上に、誘電体層30として、ゲルパーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)法により測定した重合度が185のポリ(γ-メチル-L-グルタメート)をジクロロエタンに溶解した溶液(2.8wt.%)から、1cm/secの速度でディップコートしてポリ(γ-メチル-L-グルタメート)の薄膜を作製した。この際、ポリ(γ-メチル-L-グルタメート)薄膜の厚さは、1000nmである。次に、この上から半導体活性層40としてペンタセンの薄膜を真空蒸着法で作製した。ペンタセンは、昇華精製を5回繰り返して精製したものを用いた。真空蒸着条件は、基板を蒸着用ボートの上方に固定し、基板温度を約30℃に調整し、真空度を2×10−6Torrにまで減圧した。その後毎分2nmの速度で30nmの厚さに真空蒸着を行った。その後、ソースおよびドレイン電極60として、金を幅100μm、厚さ0.05μmのサイズとなるようニッケル製のマスクを利用して真空蒸着した。この時のソース−ドレイン間の間隔は、20μmである。
このようにして作製した素子において、ITOのゲート電極からゲートバイアスを印加した時に、ソースとドレイン間に流れる電流を測定した。ソースとドレイン間の電圧を50Vに固定し、ゲート電圧を+50Vまで印加した。その後ゲート電圧を−50Vまでステップで電圧掃印し、その後連続して+50Vまで掃印した。電圧ステップ1秒後にソースとドレイン間に流れる電流IDSを測定した。この時の測定図を図11に示す。電流曲線に履歴が現れ、メモリー性が発現される事を確認した。
次に、さらに低電圧での駆動を確認するために、ソースとドレイン間の電圧を−20Vに固定して、電流履歴の変化を観測した。ゲート電圧は、最初に+5Vまで印加した。その後ゲート電圧を−5Vまでステップで電圧掃印し、その後連続して+5Vまで掃印した。電圧ステップ1秒後にソースとドレイン間に流れる電流IDSを測定した。この時の測定図を図12に示す。電流曲線に履歴が現れ、低電圧下でもメモリー性が発現される事を確認した。
ゲート電極20としてパターン化されたITO電極を作製したガラス基板10を、純水にて5倍希釈した中性洗剤(井内盛栄堂社:ピュアソフト)にて15分間超音波洗浄を行い、その後、純水中にて15分間超音波洗浄を行い、洗剤除去を行った。さらにその後、基板を紫外線-オゾン洗浄器を用いて、酸素雰囲気下において20分間紫外線照射洗浄を行った。このようにして洗浄した基板上に、誘電体層30として、ポリ(DL-アラニン)を超純水に溶解した溶液(20wt.%)から、1000 rpmの速度でスピンコートしてポリ(DL-アラニン)の薄膜を作製した。この際、ポリ(DL-アラニン)薄膜の厚さは、800nmであった。次に、この上から半導体活性層40としてペンタセンの薄膜を真空蒸着法で作製した。ペンタセンは、昇華精製を5回繰り返して精製したものを用いた。真空蒸着条件は、基板を蒸着用ボートの上方に固定し、基板温度を約30℃に調整し、真空度を2×10−6Torrにまで減圧した。その後毎分2nmの速度で30nmの厚さに真空蒸着を行った。その後、ソースおよびドレイン電極60として、金を幅100μm、厚さ0.05μmのサイズとなるようニッケル製のマスクを利用して真空蒸着した。このようにして、メモリー素子を作製することができた。
ゲート電極20としてパターン化されたITO電極を作製したガラス基板10を、純水にて5倍希釈した中性洗剤(井内盛栄堂社:ピュアソフト)にて15分間超音波洗浄を行い、その後、純水中にて15分間超音波洗浄を行い、洗剤除去を行った。さらにその後、基板を紫外線-オゾン洗浄器を用いて、酸素雰囲気下において20分間紫外線照射洗浄を行った。このようにして洗浄した基板上に、誘電体層30として、ポリ(L-リジン)を超純水に溶解した溶液(0.1wt.%)から、300 rpmの速度でスピンコートしてポリ(L-リジン)の薄膜を作製した。この際、ポリ(L-リジン)薄膜の厚さは、200nmである。次に、この上から半導体活性層40としてペンタセンの薄膜を真空蒸着法で作製した。ペンタセンは、昇華精製を5回繰り返して精製したものを用いた。真空蒸着条件は、基板を蒸着用ボートの上方に固定し、基板温度を約30℃に調整し、真空度を2×10−6Torrにまで減圧した。その後毎分2nmの速度で30nmの厚さに真空蒸着を行った。その後、ソースおよびドレイン電極60として、金を幅100μm、厚さ0.05μmのサイズとなるようニッケル製のマスクを利用して真空蒸着した。このようにして、メモリー素子を作製することができた。
ゲート電極20としてパターン化されたITO電極を作製したガラス基板10を、純水にて5倍希釈した中性洗剤(井内盛栄堂社:ピュアソフト)にて15分間超音波洗浄を行い、その後、純水中にて15分間超音波洗浄を行い、洗剤除去を行った。さらにその後、基板を紫外線-オゾン洗浄器を用いて、酸素雰囲気下において20分間紫外線照射洗浄を行った。このようにして洗浄した基板上に、誘電体層30として、ポリ(L-チロシン)を超純水に溶解した溶液(5wt.%)から、1000 rpmの速度でスピンコートしてポリ(L-チロシン)の薄膜を作製した。この際、ポリ(L-チロシン)薄膜の厚さは、400nmである。次に、この上から半導体活性層40としてペンタセンの薄膜を真空蒸着法で作製した。ペンタセンは、昇華精製を5回繰り返して精製したものを用いた。真空蒸着条件は、基板を蒸着用ボートの上方に固定し、基板温度を約30℃に調整し、真空度を2×10−6Torrにまで減圧した。その後毎分2nmの速度で30nmの厚さに真空蒸着を行った。その後、ソースおよびドレイン電極60として、金を幅100μm、厚さ0.05μmのサイズとなるようニッケル製のマスクを利用して真空蒸着した。このようにして、メモリー素子を作製することができた。
ゲート電極20としてパターン化されたITO電極を作製したガラス基板10を、純水にて5倍希釈した中性洗剤(井内盛栄堂社:ピュアソフト)にて15分間超音波洗浄を行い、その後、純水中にて15分間超音波洗浄を行い、洗剤除去を行った。さらにその後、基板を紫外線-オゾン洗浄器を用いて、酸素雰囲気下において20分間紫外線照射洗浄を行った。このようにして洗浄した基板上に、誘電体層30として、ポリ(L-グリシン)を超純水に溶解した溶液(5wt.%)から、1000 rpmの速度でスピンコートしてポリ(L-グリシン)の薄膜を作製した。この際、ポリ(L-グリシン)薄膜の厚さは、400nmである。次に、この上から半導体活性層40としてペンタセンの薄膜を真空蒸着法で作製した。ペンタセンは、昇華精製を5回繰り返して精製したものを用いた。真空蒸着条件は、基板を蒸着用ボートの上方に固定し、基板温度を約30℃に調整し、真空度を2×10−6Torrにまで減圧した。その後毎分2nmの速度で30nmの厚さに真空蒸着を行った。その後、ソースおよびドレイン電極60として、金を幅100μm、厚さ0.05μmのサイズとなるようニッケル製のマスクを利用して真空蒸着した。このようにして、メモリー素子を作製することができた。
20 本発明の実施例におけるゲート電極
30 本発明の実施例における誘電体層
40 本発明の実施例のおける半導体活性層
50 本発明の実施例におけるドレインおよびソース電極
Claims (5)
- 誘電体層を有する電解効果型トランジスタにより構成される情報記録素子において、該誘電体層が下記一般式(3)で表される構成単位からなるαへリックス構造を含むポリマー材料で構成され、ポリマー材料を溶解した溶液を塗布乾燥させることによって作製されることを特徴とする情報記録素子。
(式中、R1は、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、ホルミル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、アミド基、スルホン酸基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、ヒドロキシアルキル基、アシル基、メルカプト基、アルキルチオ基、カルボキシルアルキル基、アルキルアミノ基、アルキルアミド基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、脂肪酸基、ベンジル基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基のひとつもしくは複数からなる群れより選ばれる置換基であり、nは10以上の整数、XおよびYは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、ホルミル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、アシル基、スルホン酸基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、ヒドロキシアルキル基、カルボキシルアルキル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基のひとつもしくは複数からなる群れより選ばれる置換基を表す。) - 上記請求項1記載のポリマー材料が、アミノ酸を繰返し単位とし、当該アミノ酸において、R1が同種若しくは異種であっても良いことを特徴とする情報記録素子。
- 上記請求項2に記載のアミノ酸が、グリシン、アラニン、フェニルアラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、メチオニン、リシン、アルギニン、セリン、トレオニン、チロシン、ヒスチジン、システイン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、グルタミン酸、トリプトファンの中から選択されることを特徴とする情報記録素子。
- 基板上に、ゲート電極、誘電体層、半導体層、ドレイン及びソース電極を有する電界効果型トランジスタであって、上記誘電体層が請求項1乃至3に記載されるポリマー材料で構成されることを特徴とする電界効果型トランジスタにより構成される情報記録素子。
- 上記請求項4記載の情報記録素子において、半導体層が有機半導体材料で構成されることを特徴とする情報記録素子。
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