JPH0364465A - Vapor growth method of organometallic compound - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔ヰ既 要〕
本発明は、原料ガスの利用効率を向上させた有機金属気
相成長法に関し、
基板の昇温も反応生成物の付着も起こさずに熱分解を促
進して原料ガスの利用効率を高めた有機金属気相成長法
を提供することを目的とし、原料ガスをキャリアガスで
結晶成長室内に導入する工程と上記原料ガスを熱分解す
る工程とを含む有機金属気相成長法において、加熱した
キャリアガスを結晶成長室内への導入直前に原料ガスと
混合することによって上記原料ガスを加熱するように構
成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] The present invention relates to an organometallic vapor phase epitaxy method that improves the utilization efficiency of raw material gas, and is capable of thermal decomposition without raising the temperature of the substrate or causing attachment of reaction products. The purpose of the present invention is to provide an organometallic vapor phase growth method that accelerates the utilization efficiency of raw material gas, and includes the steps of introducing raw material gas into a crystal growth chamber with a carrier gas and thermally decomposing the raw material gas. In the organometallic vapor phase epitaxy method, the raw material gas is heated by mixing a heated carrier gas with the raw material gas immediately before introduction into the crystal growth chamber.
本発明は、原料ガスの利用効率を向上させた有機金属気
相成長法に関する。The present invention relates to an organometallic vapor phase epitaxy method that improves the utilization efficiency of raw material gas.
有機金属気相成長(MOVPE)法においては、原料ガ
スを熱分解し結晶構成元素を原子状で生成させ、この原
子を加熱された基板上で化学結合させて結晶を成長させ
る。従来、この熱分解は基板での加熱によって行われて
いた。In the metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method, a raw material gas is thermally decomposed to generate crystal constituent elements in atomic form, and the atoms are chemically bonded on a heated substrate to grow a crystal. Traditionally, this thermal decomposition was performed by heating the substrate.
近年、有機金属気相成長法によって極めて高品質の結晶
を成長させることが可能になってきており、それに対応
してヘテロ界面の急峻性を高める等のために、より高精
度の界面制御が要求されている。そのための一つの手段
として低温成長が注目されている。低温成長では、基板
温度をたとえ(1)
(2)
ば400℃程度の低温に保持して結晶成長を行う。In recent years, it has become possible to grow extremely high-quality crystals using organometallic vapor phase epitaxy, and in order to increase the steepness of heterointerfaces, more precise interface control is required. has been done. Low-temperature growth is attracting attention as one means for achieving this goal. In low-temperature growth, crystal growth is performed while maintaining the substrate temperature at a low temperature of, for example, (1) (2) about 400°C.
しかし、基板温度を低下させると、それに伴って原料ガ
スの熱分解効率も急速に低下する。特に、■族元素供給
源であるホスフィン(PH3)、アルシン(Δ5Hs)
等のガスは、基板温度が約600℃以下になると分解効
率が著しく低下し、原料ガスの利用効率が極端に低下し
て実用上大きな問題となる。However, when the substrate temperature is lowered, the efficiency of thermal decomposition of the raw material gas also decreases rapidly. In particular, phosphine (PH3), arsine (Δ5Hs), which is a source of group
The decomposition efficiency of these gases significantly decreases when the substrate temperature becomes about 600° C. or lower, and the utilization efficiency of the raw material gas decreases extremely, which poses a serious problem in practice.
従来、これに対処するための一つの方法として、基板に
レーザー光を照射して、それに伴う紫外線によって原料
ガスの分解反応を促進する方法(光CVD法)が行われ
ている。しかし、この方法は、原料ガスの紫外線吸収効
率が低いこと、レーザー照射によって基板自体が昇温し
で低温成長の効果が十分に得られないこと等の問題があ
った。これに対して、基板の昇温を避けるため、原料ガ
ス自体を予め直接加熱またはプラズマで加熱して熱分解
させる方法(クララキンク法)が行われている。Conventionally, one method for dealing with this problem has been a method (photo-CVD method) in which the substrate is irradiated with laser light and the accompanying ultraviolet rays promote the decomposition reaction of the raw material gas. However, this method has problems such as low ultraviolet absorption efficiency of the raw material gas and the fact that the temperature of the substrate itself increases due to laser irradiation, making it impossible to obtain sufficient low-temperature growth effects. On the other hand, in order to avoid raising the temperature of the substrate, a method (Clara-Kink method) is used in which the raw material gas itself is thermally decomposed by heating it directly or by plasma in advance.
しかし、この方法も、原料ガスの流れを乱さずに効率良
く分解するのが非常に困難である。例えば、熱分解効率
を向上させるためには、原料ガスの供給源〈ボンベ、バ
ブラ等)から結晶成長室までのガス搬送経路のどこで加
熱するかが重要である。However, with this method as well, it is very difficult to efficiently decompose the raw material gas without disturbing the flow of the raw material gas. For example, in order to improve the thermal decomposition efficiency, it is important to determine where in the gas transport path from the raw material gas supply source (cylinder, bubbler, etc.) to the crystal growth chamber is heated.
第5図に、従来の有機金属気相成長法における原料ガス
供給系の典型例を模式的に示す。ボンベ11またはバブ
ラ12から供給された原料ガスは配管13または工4を
通ってブロックバルブ30に達する。ボンベ21から純
化袋M22を介して供給されたキャリアガスは配管23
を通ってブロックバルブ30に達する。この例では、ボ
ンベ21からはキャリアガスと同じガス(例えばH2)
がバブリングガスとして供給され、配管15を介してバ
ブラ↓2に達し、必要な原料ガスをそこで発生させるよ
うにしである。ボンベから供給された高圧状態のガスは
流量調節装置(マスフローコントローラ)35を介して
減圧した状態で用いられる。ブロックバルブ30に達し
たキャリアガスと原料ガスはブロックバルブ30内で混
合された後直ちに結晶成長室40内に進入する。使用済
みのガスは排気系45によって結晶成長装置40外(3
)
(4)
へ排出される。FIG. 5 schematically shows a typical example of a source gas supply system in a conventional metal organic vapor phase epitaxy method. The raw material gas supplied from the cylinder 11 or the bubbler 12 passes through the pipe 13 or the pipe 4 and reaches the block valve 30. The carrier gas supplied from the cylinder 21 through the purification bag M22 is transferred to the pipe 23.
The block valve 30 is reached through the block valve 30. In this example, the same gas as the carrier gas (for example, H2) is supplied from the cylinder 21.
is supplied as bubbling gas and reaches the bubbler ↓2 via piping 15, where necessary raw material gas is generated. The high-pressure gas supplied from the cylinder is used in a reduced pressure state via a flow rate controller (mass flow controller) 35. The carrier gas and source gas that have reached the block valve 30 are mixed within the block valve 30 and then immediately enter the crystal growth chamber 40 . The used gas is removed from the crystal growth apparatus 40 (3) by the exhaust system 45.
) (4) is discharged to.
上記の供給系において、(A)の位置ずなわち結晶成長
室40内でガス導入後基板到達までの間に効率的に加熱
できれば理想的であるが、実際にはこの位置では加熱範
囲を十分にとれないため、非接触方式で十分に加熱する
ことが困難である。In the above supply system, it would be ideal if the heating could be performed efficiently at the position (A), that is, within the crystal growth chamber 40, after the gas is introduced until it reaches the substrate, but in reality, at this position, the heating range is sufficiently limited. This makes it difficult to heat the product sufficiently using a non-contact method.
一方、直接方式で加熱しようとして表面積の大きな加熱
体をこの位置に挿入すると、加熱体の表面に分解生成物
が付着腰微粉末となって基板42の表面での欠陥発生の
原因となる。On the other hand, if a heating element with a large surface area is inserted into this position in order to perform direct heating, decomposition products will adhere to the surface of the heating element and turn into fine powder, causing defects on the surface of the substrate 42.
また、(B)の位置すなわち結晶成長室40への最終バ
ルブであるブロックバルブ30の手前で加熱すれば、加
熱範囲は十分とれるが、分解生成物の一部が原料ガス流
切り換え制御の心臓部であるブロックバルブ30に付着
してバルブの制御性を阻害する。Furthermore, if heating is performed at the position (B), that is, before the block valve 30 which is the final valve to the crystal growth chamber 40, a sufficient heating range can be obtained, but some of the decomposition products It adheres to the block valve 30 and impedes controllability of the valve.
(C)の位置すなわち原料ガス供給源11,12とマス
フローコントローラ35との間についても事情は(B)
の場合と同様である。Regarding the position (C), that is, between the raw material gas supply sources 11 and 12 and the mass flow controller 35, the situation is also as shown in (B).
The same is true for .
本発明は、基板の昇温も反応生成物の付着も起こさずに
熱分解を促進して原料ガスの利用効率を高めた有機金属
気相成長法を提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide an organometallic vapor phase epitaxy method that promotes thermal decomposition without raising the temperature of the substrate or causing attachment of reaction products, thereby increasing the utilization efficiency of raw material gas.
上記の目的は、本発明によれば、原料ガスをキャリアガ
スで結晶成長室内に導入する工程と上記原料ガスを熱分
解する工程とを含む有機金属気相成長法において、加熱
したキャリアガスを結晶成長室内への導入直前に原料ガ
スと混合することによって上記原料ガスを加熱すること
を特徴とする有機金属気相成長法によって達成される。According to the present invention, the above object is achieved by using a heated carrier gas to crystallize in an organometallic vapor phase growth method including a step of introducing a raw material gas as a carrier gas into a crystal growth chamber and a step of thermally decomposing the raw material gas. This is achieved by a metal organic vapor phase growth method characterized by heating the source gas by mixing it with the source gas immediately before introducing it into the growth chamber.
本発明においては、原料ガスの熱分解を、原料ガスの直
接加熱ではなく、加熱されたキャリアガスを介した間接
的な加熱によって行う。In the present invention, thermal decomposition of the raw material gas is performed not by direct heating of the raw material gas but by indirect heating via a heated carrier gas.
キャリアガスとしては、従来有機金属気相成長法でキャ
リアガスとして用いられているガス、たとえばH2,4
r、N2等のガスを用いる。As the carrier gas, gases conventionally used as carrier gas in organometallic vapor phase epitaxy, such as H2, 4
A gas such as r, N2, etc. is used.
原料ガスは、成長させる結晶の種類に応して従来のよう
に選択すればよく、例えばInP結晶の層とQaInA
s結晶の層とを成長させる場合には、TM■ (トリメ
チルインジウム) 、TMG(トリメチルガリウム)、
PH3(ホフィン)、ASH3(アルシン)を用いる。The raw material gas may be selected in the conventional manner depending on the type of crystal to be grown; for example, an InP crystal layer and a QaInA layer.
When growing a layer of s crystal, TM■ (trimethylindium), TMG (trimethylgallium),
PH3 (Hoffine) and ASH3 (Arsine) are used.
原料ガスは、通常、従来と同様に必要量の希釈ガスで希
釈して用いられる。すなわち、ホスフィン等は極めて毒
性が高いので、作業時の安全性の観点から通常は10%
程度に希釈された状態でボンベに貯蔵されている。また
、成長させる結晶の組成によって非常に微量の原料ガス
を安定して流す必要がある場合には、希釈ガスで希釈す
ることによってガス流量の絶対値を大きくして流量制御
の精度を確保する。通常、希釈ガスとしては、キャリア
ガスと同じガスが用いられる。The raw material gas is normally used after being diluted with a required amount of diluent gas, as in the past. In other words, phosphine etc. are extremely toxic, so from the viewpoint of safety during work, usually 10%
It is stored in cylinders in a moderately diluted state. Furthermore, if it is necessary to stably flow a very small amount of raw material gas depending on the composition of the crystal to be grown, the absolute value of the gas flow rate is increased by diluting it with a diluent gas to ensure the accuracy of flow rate control. Usually, the same gas as the carrier gas is used as the diluent gas.
実施例
第1図に、本発明の方法を行うための装置の配置例を示
す。ボンベ11またはバブラ12から供給された原料ガ
スは配管13または14を通ってブロックバルブ30に
達する。ブロックバルブ30は、複数のバルブを共通の
流路に沿って配置して一体化したバルブ装置である。ボ
ンベ21から純化装置22を介して供給されたキャリア
ガスは配管23から配管24を通って、ヒーター50で
所定温度に加熱された後、ブロックバルブ30に達する
。この例では、ボンベ21からはキャリアガスと同じガ
ス(例えばN2)がバブリングガスとして供給され、配
管15を介してバブラ12に達し、必要な原料ガスをそ
こで発生させるようにしである。ボンベから供給された
高圧状態のガスは流量調節装置(マスフローコントロー
ラ)35を介して減圧した状態で用いられる。ブロック
バルブ30に達したキャリアガスと原料ガスはブロック
バルブ30内で混合された後直ちに結晶成長室40内に
進入する。使用済みのガスは排気系45によって結晶成
長装置40外へ排出される。Embodiment FIG. 1 shows an example of the arrangement of equipment for carrying out the method of the present invention. The raw material gas supplied from the cylinder 11 or the bubbler 12 passes through the pipe 13 or 14 and reaches the block valve 30. The block valve 30 is a valve device in which a plurality of valves are arranged along a common flow path and integrated. The carrier gas supplied from the cylinder 21 via the purification device 22 passes through the pipes 23 and 24, is heated to a predetermined temperature by the heater 50, and then reaches the block valve 30. In this example, the same gas (for example, N2) as the carrier gas is supplied from the cylinder 21 as a bubbling gas, reaches the bubbler 12 via the pipe 15, and generates the necessary raw material gas there. The high-pressure gas supplied from the cylinder is used in a reduced pressure state via a flow rate controller (mass flow controller) 35. The carrier gas and source gas that have reached the block valve 30 are mixed within the block valve 30 and then immediately enter the crystal growth chamber 40 . The used gas is exhausted to the outside of the crystal growth apparatus 40 by an exhaust system 45.
キャリアガスは予めヒーター50で加熱された後、ブロ
ックバルブ30内で原料ガスと混合されることによって
原料ガスを加熱する。このプロッ(7)
(8)
クバルブ30はガス供給源から結晶成長室までのガス搬
送経路の最後、ずなわち結晶成長室40の直前に配置さ
れる。そのため、ブロックバルブ30内で混合されて熱
分解された混合ガスは直ちに結晶成長室40内に進入す
る。したがって、原料ガスの分解生成物によるブロック
バルブの制御性を低下させることなく高い効率で原料ガ
スの加熱を行うことができる。The carrier gas is heated in advance by the heater 50 and then mixed with the source gas in the block valve 30 to heat the source gas. This block valve 30 is placed at the end of the gas transport path from the gas supply source to the crystal growth chamber, that is, immediately before the crystal growth chamber 40. Therefore, the mixed gas mixed and thermally decomposed in the block valve 30 immediately enters the crystal growth chamber 40. Therefore, the raw material gas can be heated with high efficiency without reducing the controllability of the block valve due to the decomposition products of the raw material gas.
ヒーター50は、配管の外部に必要長さにわたって電気
抵抗式等の発熱体を配置する間接加熱方式で容易に設け
ることができる。あるいは、キャリアガスの流路内に発
熱体を設置した直接加熱方式も用いることができる。キ
ャリアガスは直接方式でも発熱体との反応に起因する問
題は生じない。The heater 50 can be easily installed using an indirect heating method in which a heating element, such as an electric resistance type, is placed outside the piping over a required length. Alternatively, a direct heating method in which a heating element is installed in the carrier gas flow path can also be used. Even if the carrier gas is used directly, there will be no problem caused by reaction with the heating element.
なお、配管23から配管25へ分岐したキャリアガスは
ブロックバルブで複数種類の流量に設定され、複数種類
の原料ガスの切り換えに対応するバランス用のダミーガ
スとして用いられる。Note that the carrier gas branched from the pipe 23 to the pipe 25 is set at a plurality of flow rates by a block valve, and is used as a dummy gas for balance corresponding to switching of a plurality of types of raw material gas.
第2図に本発明の方法を行うための装置の別の配置例を
示す。同図ではマスローコントローラは省略しである。FIG. 2 shows another example of the arrangement of the apparatus for carrying out the method of the invention. In the figure, the Maslow controller is omitted.
第3図には第2図の装置のブロックバルブおよび結晶成
長室近傍の詳細を示す。FIG. 3 shows details of the block valve and the vicinity of the crystal growth chamber of the apparatus shown in FIG. 2.
第2図において、例えば基板温度400℃でI nP、
Ga InAsを成長させる場合、■の位置で取り分け
たキャリアガス(例えばN2、N2等)を■の位置でヒ
ーター50によって400℃〜600℃程度に加熱する
。加熱されたキャリアガスは■の位置のブロックバルブ
30に達する。In FIG. 2, for example, at a substrate temperature of 400°C, InP,
When growing Ga InAs, the carrier gas (for example, N2, N2, etc.) separated at the position (2) is heated to about 400° C. to 600° C. by the heater 50 at the position (2). The heated carrier gas reaches the block valve 30 at position (3).
一方、InおよびGaの原料ガスTMI()リメチルイ
ンジウム)およびTMG(トリメチルガリウム)は、キ
ャリアガスと同じガスをバブリングガスとして用いてそ
れぞれバブラ12a、12b内で発生させられ、またP
およびAsの原料ガスPH3(ホフィン)およびΔs■
−■3(アルシン)はそれぞれボンベlla llb
から供給される。On the other hand, In and Ga source gases TMI (trimethylindium) and TMG (trimethylgallium) are generated in bubblers 12a and 12b, respectively, using the same gas as the carrier gas as bubbling gas, and P
and As source gas PH3 (hofin) and Δs■
-■3 (Arsine) is a cylinder lla llb
Supplied from.
これらの原料ガスは■の位置のブロックバルブ30に達
し、そこでキャリアガスと混合されて加熱され、そのま
まキャリアガスに搬送されて結晶成長室40内に導入さ
れる。These raw material gases reach the block valve 30 at the position (3), where they are mixed with the carrier gas and heated, and are carried as they are by the carrier gas and introduced into the crystal growth chamber 40.
第3図には、第2図の■から■の位置を拡大しく9)
(10)
て示しである。同図の左端からキャリアガスが流入する
。同図において、A1およびA2はInP成長用に流量
を調整したそれぞれTMIおよびPH3のブロックバル
ブ流入口、B1.、B2.およびB3はGaInAs成
長用に流量を調整したそれぞれTM I A s H
3,およびTMGのブロックバルブ流入口である。また
、Cは何れもダミーガス(キャリアガスとおなしガス)
のブロックバルブ流入口である。成長させる結晶の種類
に応じた種類および流量の原料ガスをブロックバルブ内
に流入させるが、その陰性の原料ガスの流入は停止させ
る。このように成長層を変える都度原料ガスを切り換え
るので、結晶成長室内の圧力を常に一定に維持するため
に、停止した原料ガスと等しい流入量のダミーガスを原
料ガスの切り換えと同期させて流入させる。In FIG. 3, the positions from ■ to ■ in FIG. 2 are shown in an enlarged scale. Carrier gas flows in from the left end in the figure. In the figure, A1 and A2 are block valve inlets of TMI and PH3, respectively, whose flow rates were adjusted for InP growth, and B1. , B2. and B3 are TM I A s H, respectively, with flow rates adjusted for GaInAs growth.
3, and the TMG block valve inlet. Also, C is a dummy gas (carrier gas and dummy gas)
This is the inlet of the block valve. Raw material gas of a type and flow rate depending on the type of crystal to be grown is caused to flow into the block valve, but the flow of the negative raw material gas is stopped. In this way, the source gas is switched each time the growth layer is changed, so in order to keep the pressure inside the crystal growth chamber constant, a dummy gas of an inflow amount equal to the stopped source gas is introduced in synchronization with the switching of the source gas.
第4図に、ブロックバルブから結晶成長室の近傍の他の
配置例を示す。図中の各記号は第3図と同様の意味であ
る。熱分解に比較的高温を必要とするV族元素(P、A
s)の原料ガス(P H3ASH3)を■族元素(I
n、Ga)の原料ガス(TMI、TMG)よりも上流側
(A2.B3)で流入させることによって、特に■族元
素の原料ガスの熱分解を優先的に促進するようにしであ
る。FIG. 4 shows another example of the arrangement from the block valve to the vicinity of the crystal growth chamber. Each symbol in the figure has the same meaning as in FIG. 3. Group V elements (P, A
The raw material gas (P H3ASH3) of
In particular, thermal decomposition of the group Ⅰ element material gases is preferentially promoted by flowing in the material gases (A2, B3) upstream of the material gases (TMI, TMG) of group (n, Ga).
以上説明したように、本発明によれば、基板の昇温も反
応生成物の付着も起こさずに熱分解を促進して原料ガス
の利用効率を高めることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to promote thermal decomposition without raising the temperature of the substrate or causing attachment of reaction products, thereby increasing the utilization efficiency of raw material gas.
第1図は、本発明の方法を行うための装置の一例を示す
配置図、
第2図は、本発明の方法を行うための装置の他の例を示
す配置図、
第3図は、第2図の装置のブロックバルブ近傍の配置例
を示す配置図、
第4図は、第2図の装置のブロックバルブ近傍の他の配
置例を示す配置図、および
第5図は、従来の有機金属気相成長法におけるガス供給
系を示す配置図である。
(11)
(12)
1.1,21:ボンベ、12;バブラ、1.3. 14
. 15. 23. 24. 25:配管、30;ブロ
ックバルブ、40:結晶成長室、50:ヒーターFIG. 1 is a layout diagram showing an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention, FIG. 2 is a layout diagram showing another example of an apparatus for carrying out the method of the invention, and FIG. 2 is a layout diagram showing an example of the arrangement near the block valve of the device, FIG. 4 is a layout diagram showing another example of the arrangement near the block valve of the device of FIG. FIG. 2 is a layout diagram showing a gas supply system in a vapor phase growth method. (11) (12) 1.1, 21: cylinder, 12; bubbler, 1.3. 14
.. 15. 23. 24. 25: Piping, 30: Block valve, 40: Crystal growth chamber, 50: Heater
Claims (1)
工程と上記原料ガスを熱分解する工程とを含む有機金属
気相成長法において、加熱したキャリアガスを結晶成長
室内への導入直前に原料ガスと混合することによって上
記原料ガスを加熱することを特徴とする有機金属気相成
長法。1. In the organometallic vapor phase growth method, which includes a step of introducing a raw material gas into a crystal growth chamber using a carrier gas and a step of thermally decomposing the raw material gas, the heated carrier gas is mixed with the raw material gas immediately before introduction into the crystal growth chamber. An organometallic vapor phase epitaxy method characterized in that the above-mentioned raw material gas is heated by.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19923789A JPH0364465A (en) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | Vapor growth method of organometallic compound |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19923789A JPH0364465A (en) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | Vapor growth method of organometallic compound |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0364465A true JPH0364465A (en) | 1991-03-19 |
Family
ID=16404441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19923789A Pending JPH0364465A (en) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | Vapor growth method of organometallic compound |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0364465A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0758630A1 (en) | 1995-08-16 | 1997-02-19 | Basf Aktiengesellschaft | Slurry compositions for plastic molding purposes and products obtained thereof |
JP2009524244A (en) * | 2006-01-19 | 2009-06-25 | エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド | High temperature ALD inlet manifold |
-
1989
- 1989-08-02 JP JP19923789A patent/JPH0364465A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0758630A1 (en) | 1995-08-16 | 1997-02-19 | Basf Aktiengesellschaft | Slurry compositions for plastic molding purposes and products obtained thereof |
JP2009524244A (en) * | 2006-01-19 | 2009-06-25 | エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド | High temperature ALD inlet manifold |
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