JPH0583067A - 表面弾性波素子 - Google Patents
表面弾性波素子Info
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- JPH0583067A JPH0583067A JP3242974A JP24297491A JPH0583067A JP H0583067 A JPH0583067 A JP H0583067A JP 3242974 A JP3242974 A JP 3242974A JP 24297491 A JP24297491 A JP 24297491A JP H0583067 A JPH0583067 A JP H0583067A
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- JP
- Japan
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- acoustic wave
- surface acoustic
- film
- zno
- zno film
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/08—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02582—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of diamond substrates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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- Y10T29/42—Piezoelectric device making
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- Acoustics & Sound (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来の表面弾性波素子に比べて、挿入損失の
小さい、高周波で動作する表面弾性波素子を提供する。 【構成】 ダイヤモンドと圧電体層と電極を積層してな
る表面弾性波素子においてレーザーアブレージョン法に
より圧電体層を形成したことを特徴とする。 【効果】 数100MHzからGHzの高周波帯で挿入
損失が小さいので、周波数フィルター,共振子,遅延
線,コンボルバー,コリレーター等として使用すること
ができる。
小さい、高周波で動作する表面弾性波素子を提供する。 【構成】 ダイヤモンドと圧電体層と電極を積層してな
る表面弾性波素子においてレーザーアブレージョン法に
より圧電体層を形成したことを特徴とする。 【効果】 数100MHzからGHzの高周波帯で挿入
損失が小さいので、周波数フィルター,共振子,遅延
線,コンボルバー,コリレーター等として使用すること
ができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高周波域で使用される表
面弾性波素子に関するものである。
面弾性波素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】固体の表面にエネルギーが集中して伝搬
する表面弾性波を利用した表面弾性波素子は、小型で性
能の安定な物を作れることからTV受信機の中間周波フ
ィルター等として用いられている。この表面弾性波は通
常、圧電体上の櫛型電極に交流電界を印加することで励
起される。圧電体材料としては、水晶、LiNbO、L
iTaO等のバルク単結晶やZnO薄膜を基板上に気相
成長させたものなどが用いられている。
する表面弾性波を利用した表面弾性波素子は、小型で性
能の安定な物を作れることからTV受信機の中間周波フ
ィルター等として用いられている。この表面弾性波は通
常、圧電体上の櫛型電極に交流電界を印加することで励
起される。圧電体材料としては、水晶、LiNbO、L
iTaO等のバルク単結晶やZnO薄膜を基板上に気相
成長させたものなどが用いられている。
【0003】表面弾性波素子の動作周波数fはf=v/
λ{v:表面弾性波の伝搬速度}で決定される。λは図
1に示す櫛型電極の周期で決定される。fを大きくする
にはvを大きくするかλを小さくすればよいが、vの値
は材料特性により制限され、また微細加工技術の限界
(フォトリソグラフィー技術では0.8μmまで、電子
ビーム露光技術を使用すればサブミクロンの加工が可能
であるが線幅が小さくなるほど歩留りは悪くなる)のた
め櫛型電極の周期サイズには下限がある。このような理
由から現在実用化されている表面弾性波素子の動作周波
数は900MHzまでである。
λ{v:表面弾性波の伝搬速度}で決定される。λは図
1に示す櫛型電極の周期で決定される。fを大きくする
にはvを大きくするかλを小さくすればよいが、vの値
は材料特性により制限され、また微細加工技術の限界
(フォトリソグラフィー技術では0.8μmまで、電子
ビーム露光技術を使用すればサブミクロンの加工が可能
であるが線幅が小さくなるほど歩留りは悪くなる)のた
め櫛型電極の周期サイズには下限がある。このような理
由から現在実用化されている表面弾性波素子の動作周波
数は900MHzまでである。
【0004】一方、衛星通信や移動体通信等の通信の高
周波化が進むに伴ってより高周波(GHz帯)で利用で
きる表面弾性波素子が必要とされている。ダイヤモンド
は物質中最高の音速を有しており(横波の速度=130
00m/s,縦波の速度=16000m/s)これを基
材に用いれば10000m/s以上のvを実現でき開発
が進んでいる。ダイヤモンド状炭素膜もダイヤモンドと
同等の音速を有しておりこれを基材に用いても同様に大
きいvを実現できる。このようなダイヤモンドと圧電体
の積層構造は特開平01-20714、特開平01-62911などに示
されている。
周波化が進むに伴ってより高周波(GHz帯)で利用で
きる表面弾性波素子が必要とされている。ダイヤモンド
は物質中最高の音速を有しており(横波の速度=130
00m/s,縦波の速度=16000m/s)これを基
材に用いれば10000m/s以上のvを実現でき開発
が進んでいる。ダイヤモンド状炭素膜もダイヤモンドと
同等の音速を有しておりこれを基材に用いても同様に大
きいvを実現できる。このようなダイヤモンドと圧電体
の積層構造は特開平01-20714、特開平01-62911などに示
されている。
【0005】この構造の表面弾性波素子においては、圧
電体の性質が素子の特性に大きく影響する。具体的に
は、たとえばダイヤモンド上に圧電体材料であるZnO
膜を形成して利用する場合には従来通常高周波スパッタ
リング法により形成したc軸配向多結晶膜を応用する
が、このc軸配向ZnO膜のc軸配向性、粒径、表面平
坦性、抵抗率、膜のダイヤモンド基板への密着性、等が
表面弾性波の励起効率や波の伝搬損失に影響する。
電体の性質が素子の特性に大きく影響する。具体的に
は、たとえばダイヤモンド上に圧電体材料であるZnO
膜を形成して利用する場合には従来通常高周波スパッタ
リング法により形成したc軸配向多結晶膜を応用する
が、このc軸配向ZnO膜のc軸配向性、粒径、表面平
坦性、抵抗率、膜のダイヤモンド基板への密着性、等が
表面弾性波の励起効率や波の伝搬損失に影響する。
【0006】たとえばc軸配向性が不十分であるとZn
O膜の圧電性が不十分になり表面弾性波が励起されなく
なってしまう。通常膜のX線ロッキングカーブ分析によ
るσ値が5度以内の配向性がないと実用にはならずこの
値は小さいほど好ましい。RFスパッタリング法でダイ
ヤモンド基板上にZnO膜を形成する場合にはこの値は
通常2〜3度である。
O膜の圧電性が不十分になり表面弾性波が励起されなく
なってしまう。通常膜のX線ロッキングカーブ分析によ
るσ値が5度以内の配向性がないと実用にはならずこの
値は小さいほど好ましい。RFスパッタリング法でダイ
ヤモンド基板上にZnO膜を形成する場合にはこの値は
通常2〜3度である。
【0007】膜の粒径は小さいほど表面平坦性は良好
で、表面が平坦なほど表面弾性波の伝搬損失は小さく抑
えられる。伝搬損失が大きくなりすぎると素子での損失
が大きくなることになり実用できなくなる。つまり膜の
表面は平坦であることが望まれる。RFスパッタリング
法によるダイヤモンド基板上のZnO膜でσ値が2〜3
度程度のものは膜厚が1μmで粒径が50nm程度にな
りこれに対応して〜数10nm程度の表面凹凸がある。
で、表面が平坦なほど表面弾性波の伝搬損失は小さく抑
えられる。伝搬損失が大きくなりすぎると素子での損失
が大きくなることになり実用できなくなる。つまり膜の
表面は平坦であることが望まれる。RFスパッタリング
法によるダイヤモンド基板上のZnO膜でσ値が2〜3
度程度のものは膜厚が1μmで粒径が50nm程度にな
りこれに対応して〜数10nm程度の表面凹凸がある。
【0008】圧電体膜で表面弾性波を励起するためには
膜は高抵抗である必要がある。RFスパッタリングによ
るZnO膜はZnとOのストイキオメトリが1:1にな
りにくい性質があり、Znが過剰になるためn型半導体
になり導電性を持つ性質がある。これを高抵抗な膜にす
るために通常スパッタリングの際にZnOにLiをドー
ピングすることで電荷を補償し膜の高抵抗化を図って実
用している。このRFスパッタリングによるLiドープ
されたc軸配向ZnO膜の抵抗率は通常106Ω・cm
程度に制御することができる。
膜は高抵抗である必要がある。RFスパッタリングによ
るZnO膜はZnとOのストイキオメトリが1:1にな
りにくい性質があり、Znが過剰になるためn型半導体
になり導電性を持つ性質がある。これを高抵抗な膜にす
るために通常スパッタリングの際にZnOにLiをドー
ピングすることで電荷を補償し膜の高抵抗化を図って実
用している。このRFスパッタリングによるLiドープ
されたc軸配向ZnO膜の抵抗率は通常106Ω・cm
程度に制御することができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来のRFスパッタリ
ング法によると、ダイヤモンド基板上に良好なc軸配向
ZnO多結晶膜を形成した場合、膜厚1μmで粒径が5
0nm程度になり、また、ZnとOのストイキオメトリ
が1:1でなく高抵抗化するためにLi不純物をドーピ
ングしているといった結晶の不完全性が伴っていること
から、表面弾性波の伝搬損失が大きくなってしまう(1
GHzで約70dB/cm)という問題があった。
ング法によると、ダイヤモンド基板上に良好なc軸配向
ZnO多結晶膜を形成した場合、膜厚1μmで粒径が5
0nm程度になり、また、ZnとOのストイキオメトリ
が1:1でなく高抵抗化するためにLi不純物をドーピ
ングしているといった結晶の不完全性が伴っていること
から、表面弾性波の伝搬損失が大きくなってしまう(1
GHzで約70dB/cm)という問題があった。
【0010】このため素子の入出力間での挿入損失が大
きく応用用途が制限されていた。伝搬損失の問題は特に
素子の使用周波数が高くなってくるほど大きな問題にな
っていた。本発明はこのような従来の素子の欠点を除
き、高周波帯域で挿入損失が少ない表面弾性波素子を提
供することを目的とする。
きく応用用途が制限されていた。伝搬損失の問題は特に
素子の使用周波数が高くなってくるほど大きな問題にな
っていた。本発明はこのような従来の素子の欠点を除
き、高周波帯域で挿入損失が少ない表面弾性波素子を提
供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の表面弾性波素子
は従来のRFスパッタリング法に変わってレーザーアブ
レージョン法によりダイヤモンド基板上にZnO膜を形
成したものを用いることを特徴とする。
は従来のRFスパッタリング法に変わってレーザーアブ
レージョン法によりダイヤモンド基板上にZnO膜を形
成したものを用いることを特徴とする。
【0012】
【作用】レーザーアブレージョン法とはパルスレーザー
を集光しターゲットに照射し、イオン、原子、クラスタ
ーなどを発生させ基板に成膜させる方法である(例えば
「機能材料」1989年4月号第43頁)。本発明者ら
はこのレーザーアブレージョン法によりダイヤモンド基
板上へのZnO膜形成を試み、良好なc軸配向性を有し
ているだけでなく、粒径が小さく(膜厚1μmで粒径1
0nm)表面平坦性に優れており(表面凹凸10nm以
下)、さらに従来のRFスパッタリングと異なりLiを
ドープしなくても106Ω・cm程度の高抵抗を有する
ZnO膜を形成できることを見いだした。
を集光しターゲットに照射し、イオン、原子、クラスタ
ーなどを発生させ基板に成膜させる方法である(例えば
「機能材料」1989年4月号第43頁)。本発明者ら
はこのレーザーアブレージョン法によりダイヤモンド基
板上へのZnO膜形成を試み、良好なc軸配向性を有し
ているだけでなく、粒径が小さく(膜厚1μmで粒径1
0nm)表面平坦性に優れており(表面凹凸10nm以
下)、さらに従来のRFスパッタリングと異なりLiを
ドープしなくても106Ω・cm程度の高抵抗を有する
ZnO膜を形成できることを見いだした。
【0013】そしてこのZnO膜とダイヤモンドの積層
構造では表面弾性波の伝搬損失を小さく(1GHzで2
0dB/cm)できることを見いだし、従来のRFスパ
ッタリングによるZnO膜を用いたものより挿入損失の
小さい表面弾性波素子を作成できるに至った。レーザー
光としてはエキシマレーザー,YAGレーザー,CO2
レーザー,等が有効である。成膜時の雰囲気は減圧であ
ることが好ましく特に膜成長の制御性の良さから13P
a〜1.3×10-3Paの圧力が好ましく酸素ガス雰囲
気であることが特に好ましい。
構造では表面弾性波の伝搬損失を小さく(1GHzで2
0dB/cm)できることを見いだし、従来のRFスパ
ッタリングによるZnO膜を用いたものより挿入損失の
小さい表面弾性波素子を作成できるに至った。レーザー
光としてはエキシマレーザー,YAGレーザー,CO2
レーザー,等が有効である。成膜時の雰囲気は減圧であ
ることが好ましく特に膜成長の制御性の良さから13P
a〜1.3×10-3Paの圧力が好ましく酸素ガス雰囲
気であることが特に好ましい。
【0014】ターゲットはZnOの焼結セラミクスやそ
の他のZn化合物が良い。成膜時の基板温度は高いほど
ZnO膜の配向性が良くなり好ましいが500℃もあれ
ば充分でありそれ以上の温度は必要ない。また基板温度
が高くなるほどZnO膜の粒成長が激しくなり粒径が大
きくなって表面凹凸も激しくなるので好ましくない。こ
れらの理由から室温〜400℃さらに好ましくは100
℃〜350℃が適している。
の他のZn化合物が良い。成膜時の基板温度は高いほど
ZnO膜の配向性が良くなり好ましいが500℃もあれ
ば充分でありそれ以上の温度は必要ない。また基板温度
が高くなるほどZnO膜の粒成長が激しくなり粒径が大
きくなって表面凹凸も激しくなるので好ましくない。こ
れらの理由から室温〜400℃さらに好ましくは100
℃〜350℃が適している。
【0015】ZnO以外の圧電体材料例えばAlN,P
b(Zr,Ti)O3,(Pb,La)(Zr,Ti)
O3,LiTaO3,LiNbO3,SiO2,Ta2O5,
Nb2O5,BeO,Li2B4O7,KNbO3,ZnS,
ZnSe,CdS等においても同様の効果が得られる。
以上のことは図2に示したいずれの電極配置構造の場合
にも同様に有効である。
b(Zr,Ti)O3,(Pb,La)(Zr,Ti)
O3,LiTaO3,LiNbO3,SiO2,Ta2O5,
Nb2O5,BeO,Li2B4O7,KNbO3,ZnS,
ZnSe,CdS等においても同様の効果が得られる。
以上のことは図2に示したいずれの電極配置構造の場合
にも同様に有効である。
【0016】
【実施例】(実施例)図1に示した構造の表面弾性波フ
ィルターを作成した。Si基板1上にH2,CH4を原料
ガスとしてマイクロ波プラズマCVD法により多結晶ダ
イヤモンド層2を形成し、表面研磨後、2対の(入力及
び出力用)Alくし型電極3(線幅:2μm,交差幅:
600μm,対数:50対,伝搬距離:500μm)を
形成した。この上からレーザーアブレージョン法により
膜厚1μmのZnO膜4を形成した。成長条件は、基板
温度:300℃,使用レーザー:エキシマレーザー,レ
ーザー強度:2J/cm2,成膜雰囲気:酸素4×10
-2Pa,ターゲット材料:ZnOセラミクスであった。
ィルターを作成した。Si基板1上にH2,CH4を原料
ガスとしてマイクロ波プラズマCVD法により多結晶ダ
イヤモンド層2を形成し、表面研磨後、2対の(入力及
び出力用)Alくし型電極3(線幅:2μm,交差幅:
600μm,対数:50対,伝搬距離:500μm)を
形成した。この上からレーザーアブレージョン法により
膜厚1μmのZnO膜4を形成した。成長条件は、基板
温度:300℃,使用レーザー:エキシマレーザー,レ
ーザー強度:2J/cm2,成膜雰囲気:酸素4×10
-2Pa,ターゲット材料:ZnOセラミクスであった。
【0017】このZnO膜のc軸配向性はσ=1.0度
と良好で、また粒径は10nm,表面平坦性は数nm〜
10nmで、抵抗率は106Ω・cmであった。こうし
て作成した表面弾性波フィルターの周波数特性を測定し
たところ、1次モードの表面弾性波によるバンドパスフ
ィルターの特性は中心周波数1GHzのバンドパスフィ
ルターの特性を示し、中心周波数での挿入損失は10d
Bであった。
と良好で、また粒径は10nm,表面平坦性は数nm〜
10nmで、抵抗率は106Ω・cmであった。こうし
て作成した表面弾性波フィルターの周波数特性を測定し
たところ、1次モードの表面弾性波によるバンドパスフ
ィルターの特性は中心周波数1GHzのバンドパスフィ
ルターの特性を示し、中心周波数での挿入損失は10d
Bであった。
【0018】(比較例)RFスパッタリング法によりZ
nO膜を形成し、実施例と同様の構造の表面弾性波フィ
ルターを形成した。スパッタリング条件は、RFパワ
ー:150W、ガス:Ar50%酸素50%,圧力:
1.3Pa,基板温度300℃,ターゲット材料:Zn
O+1%Li2CO3のセラミクスであった。このZnO
膜のc軸配向性はσ=2.5度,粒径は50nm,表面
平坦性は〜30nm、抵抗率は106Ω・cmであっ
た。この表面弾性波フィルターの周波数特性は、中心周
波数1GHz,挿入損失は25dBであった。
nO膜を形成し、実施例と同様の構造の表面弾性波フィ
ルターを形成した。スパッタリング条件は、RFパワ
ー:150W、ガス:Ar50%酸素50%,圧力:
1.3Pa,基板温度300℃,ターゲット材料:Zn
O+1%Li2CO3のセラミクスであった。このZnO
膜のc軸配向性はσ=2.5度,粒径は50nm,表面
平坦性は〜30nm、抵抗率は106Ω・cmであっ
た。この表面弾性波フィルターの周波数特性は、中心周
波数1GHz,挿入損失は25dBであった。
【0019】
【発明の効果】本発明の表面弾性波素子は数100MH
zからGHz帯で挿入損失が小さく、周波数フィルタ
ー,共振子,遅延線,コンボルバー,コリレーター等と
して使用することができる。
zからGHz帯で挿入損失が小さく、周波数フィルタ
ー,共振子,遅延線,コンボルバー,コリレーター等と
して使用することができる。
【図1】本発明の実施例を示す、表面弾性波素子の構造
断面略図である。
断面略図である。
【図2】表面弾性波素子の、各種の電極配置構造を示す
断面略図である。
断面略図である。
1:Si基板 2:ダイヤモンド層 3:くし型電極 4:ZnO膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤森 直治 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内
Claims (1)
- 【請求項1】ダイヤモンドと圧電体層と電極を積層して
なる表面弾性波素子においてレーザーアブレージョン法
により圧電体層を形成したことを特徴とする表面弾性波
素子。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24297491A JP3170819B2 (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 表面弾性波素子 |
US07/947,283 US5320865A (en) | 1991-09-24 | 1992-09-16 | Method of manufacturing a surface acoustic wave device |
EP92116158A EP0534355B1 (en) | 1991-09-24 | 1992-09-21 | Method of manufacturing a surface acoustic wave device |
DE69209760T DE69209760T2 (de) | 1991-09-24 | 1992-09-21 | Herstellungsverfahren für akustische Oberflächenwellenanordnungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24297491A JP3170819B2 (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 表面弾性波素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0583067A true JPH0583067A (ja) | 1993-04-02 |
JP3170819B2 JP3170819B2 (ja) | 2001-05-28 |
Family
ID=17097009
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24297491A Expired - Fee Related JP3170819B2 (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 表面弾性波素子 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5320865A (ja) |
EP (1) | EP0534355B1 (ja) |
JP (1) | JP3170819B2 (ja) |
DE (1) | DE69209760T2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9362378B2 (en) | 2011-10-28 | 2016-06-07 | Indian Institute Of Technology Madras | Piezoelectric devices and methods for their preparation and use |
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US5959389A (en) * | 1995-08-08 | 1999-09-28 | Sumitomo Electronic Industries, Ltd. | Diamond-ZnO surface acoustic wave device |
US5783896A (en) * | 1995-08-08 | 1998-07-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Diamond-Zn0 surface acoustic wave device |
US5838089A (en) * | 1997-02-18 | 1998-11-17 | Kobe Steel Usa Inc. | Acoustic wave devices on diamond with an interlayer |
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JP2002057549A (ja) * | 2000-08-09 | 2002-02-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 表面弾性波素子用基板及び表面弾性波素子 |
US6858969B2 (en) * | 2002-01-25 | 2005-02-22 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Surface acoustic wave devices based on unpolished nanocrystalline diamond |
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JP4841640B2 (ja) * | 2009-03-25 | 2011-12-21 | 太陽誘電株式会社 | 弾性波デバイスおよびその製造方法 |
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