JPH0757933A - 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果膜及びその製造方法Info
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- JPH0757933A JPH0757933A JP5201522A JP20152293A JPH0757933A JP H0757933 A JPH0757933 A JP H0757933A JP 5201522 A JP5201522 A JP 5201522A JP 20152293 A JP20152293 A JP 20152293A JP H0757933 A JPH0757933 A JP H0757933A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
- H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
- H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 安定に巨大磁気抵抗効果を得ることが可能な
磁気抵抗効果膜及びその製造方法を提供する。 【構成】 導体層と磁性体層とが交互に積層されてなる
人工格子膜よりなる磁気抵抗効果膜において、人工格子
膜中の酸素量を７原子％以下とする。人工格子膜中の酸
素量を７原子％以下にするには、バックグラウンド真空
度を良くする、あるいはスパッタガス中に水素ガスを導
入する。水素ガスの導入量は、スパッタガス中０．０１
〜５０％とする。
磁気抵抗効果膜及びその製造方法を提供する。 【構成】 導体層と磁性体層とが交互に積層されてなる
人工格子膜よりなる磁気抵抗効果膜において、人工格子
膜中の酸素量を７原子％以下とする。人工格子膜中の酸
素量を７原子％以下にするには、バックグラウンド真空
度を良くする、あるいはスパッタガス中に水素ガスを導
入する。水素ガスの導入量は、スパッタガス中０．０１
〜５０％とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、人工格子膜構造を有し
巨大磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果膜及びその製造方
法に関するものであり、特に磁気センサや磁気ディスク
駆動装置用再生ヘッド等に適した高感度の磁気抵抗効果
膜及びその製造方法に関する。
巨大磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果膜及びその製造方
法に関するものであり、特に磁気センサや磁気ディスク
駆動装置用再生ヘッド等に適した高感度の磁気抵抗効果
膜及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、磁気抵抗効果膜としては、Ｆｅ−
Ｎｉ合金膜（いわゆるパーマロイ膜）等が使用されてき
たが、それらの膜の磁気抵抗変化率は最大でも数％程度
しかなく、磁気抵抗効果素子として使用する場合、十分
な感度とは言えない。
Ｎｉ合金膜（いわゆるパーマロイ膜）等が使用されてき
たが、それらの膜の磁気抵抗変化率は最大でも数％程度
しかなく、磁気抵抗効果素子として使用する場合、十分
な感度とは言えない。
【０００３】一方、近年、異種の金属を数原子層ずつ交
互に積層した人工格子膜が注目されており、その中で、
磁性体層（Ｆｅ）と導体層（Ｃｒ）よりなる人工格子膜
において、数十％もの磁気抵抗変化率（以下、巨大磁気
抵抗効果と言う。）が報告され、磁気抵抗効果素子への
応用が期待されている（フィジカル・レビュー・レター
ズ、61巻、2472ページ、1988年）。
互に積層した人工格子膜が注目されており、その中で、
磁性体層（Ｆｅ）と導体層（Ｃｒ）よりなる人工格子膜
において、数十％もの磁気抵抗変化率（以下、巨大磁気
抵抗効果と言う。）が報告され、磁気抵抗効果素子への
応用が期待されている（フィジカル・レビュー・レター
ズ、61巻、2472ページ、1988年）。
【０００４】また、ＦｅとＣｒの組み合わせ以外にも、
磁性体層をＣｏ、導体層をＣｕとした組み合わせでも巨
大磁気抵抗効果が報告されている（フィジカル・レビュ
ー・レターズ、66巻、2152ページ、1991年）。
磁性体層をＣｏ、導体層をＣｕとした組み合わせでも巨
大磁気抵抗効果が報告されている（フィジカル・レビュ
ー・レターズ、66巻、2152ページ、1991年）。
【０００５】しかしながら、人工格子膜の巨大磁気抵抗
効果は再現性に乏しく、例えば成膜装置が異なると巨大
磁気抵抗効果が発生しない場合や、また同一の成膜装置
で同一の条件で成膜を行っても巨大磁気抵抗効果が発生
しない場合が多いというように、安定した膜の作製が困
難であるという欠点を有する。
効果は再現性に乏しく、例えば成膜装置が異なると巨大
磁気抵抗効果が発生しない場合や、また同一の成膜装置
で同一の条件で成膜を行っても巨大磁気抵抗効果が発生
しない場合が多いというように、安定した膜の作製が困
難であるという欠点を有する。
【０００６】前述の再現性不良を解消するために、Ｆｅ
の下地膜を敷く方法も提案されているが（フィジカル・
レビュー・レターズ、66巻、2152ページ、1991年）、こ
れらの下地膜はシャント抵抗として働いてしまうため、
下地膜の無い場合に比べて磁気抵抗変化率が減少してし
まうという問題がある。
の下地膜を敷く方法も提案されているが（フィジカル・
レビュー・レターズ、66巻、2152ページ、1991年）、こ
れらの下地膜はシャント抵抗として働いてしまうため、
下地膜の無い場合に比べて磁気抵抗変化率が減少してし
まうという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、人工格
子膜構造を有する磁気抵抗効果膜においては、安定に巨
大磁気抵抗効果を得ることが困難であり、下地膜等を用
いることのない抜本的な改善が望まれている。そこで本
発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたもの
であって、安定に巨大磁気抵抗効果を得ることが可能な
磁気抵抗効果膜を提供することを目的とし、さらにはそ
の製造方法を提供することを目的とする。
子膜構造を有する磁気抵抗効果膜においては、安定に巨
大磁気抵抗効果を得ることが困難であり、下地膜等を用
いることのない抜本的な改善が望まれている。そこで本
発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたもの
であって、安定に巨大磁気抵抗効果を得ることが可能な
磁気抵抗効果膜を提供することを目的とし、さらにはそ
の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】人工格子膜で巨大な磁気
抵抗効果が観測される原因としては、導体層中の伝導電
子を介し、磁性層間でＲＫＫＹ（ルーダーマン、キッテ
ル、糟谷、芳田）相互作用が働き、相対する磁性体層が
反強磁性的に結合し、スピン依存散乱が生じるためと考
えられている。
抵抗効果が観測される原因としては、導体層中の伝導電
子を介し、磁性層間でＲＫＫＹ（ルーダーマン、キッテ
ル、糟谷、芳田）相互作用が働き、相対する磁性体層が
反強磁性的に結合し、スピン依存散乱が生じるためと考
えられている。
【０００９】本発明者らは、人工格子膜中に成膜時に取
り込まれる酸素量がこの相互作用の大きさに大きな影響
を与え、その結果、巨大磁気抵抗効果の発現に大きく影
響することを見出した。本発明は、かかる知見に基づい
て完成されたものである。すなわち、本発明の磁気抵抗
効果膜は、導体層と磁性体層とが交互に積層されてなる
人工格子膜よりなり、前記人工格子膜中の酸素量が７原
子％以下であることを特徴とするものである。
り込まれる酸素量がこの相互作用の大きさに大きな影響
を与え、その結果、巨大磁気抵抗効果の発現に大きく影
響することを見出した。本発明は、かかる知見に基づい
て完成されたものである。すなわち、本発明の磁気抵抗
効果膜は、導体層と磁性体層とが交互に積層されてなる
人工格子膜よりなり、前記人工格子膜中の酸素量が７原
子％以下であることを特徴とするものである。
【００１０】また、本発明の製造方法は、導体層と磁性
体層をスパッタリングにより交互に積層し人工格子膜構
造を形成する磁気抵抗効果膜の製造方法において、スパ
ッタリングガスが水素ガスを０．０１％以上、５０％以
下の割合で含むことを特徴とするものである。
体層をスパッタリングにより交互に積層し人工格子膜構
造を形成する磁気抵抗効果膜の製造方法において、スパ
ッタリングガスが水素ガスを０．０１％以上、５０％以
下の割合で含むことを特徴とするものである。
【００１１】本発明が適用される磁気抵抗効果膜は、人
工格子膜構造を有する磁気抵抗効果膜であり、例えば主
にＣｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｒｈもしくはこれらの合金よりな
る導体層と、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉもしくはこれらの合金よ
りなる磁性体層とが交互に積層されてなる人工格子膜で
ある。
工格子膜構造を有する磁気抵抗効果膜であり、例えば主
にＣｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｒｈもしくはこれらの合金よりな
る導体層と、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉもしくはこれらの合金よ
りなる磁性体層とが交互に積層されてなる人工格子膜で
ある。
【００１２】本発明においては、前記人工格子膜中に含
まれる酸素量を７原子％以下とする。人工格子膜中に含
まれる酸素量が７原子％を越えると、巨大磁気抵抗効果
を安定に得ることは難しい。
まれる酸素量を７原子％以下とする。人工格子膜中に含
まれる酸素量が７原子％を越えると、巨大磁気抵抗効果
を安定に得ることは難しい。
【００１３】人工格子膜中に含まれる酸素量を７原子％
以下とする具体的方法としては、スパッタリングの際の
バックグラウンド真空度を良くする方法や、スパッタ雰
囲気中に水素ガスを導入する方法が挙げられる。前者の
場合、スパッタ装置にもよるが、バックグラウンド真空
度を４．５×１０-4Ｐａよりも良くすれば良い。後者の
場合、水素ガスをスパッタガス中に０．０１％以上添加
すれば良い。ただし、水素ガスの添加量が５０％を越え
ると、膜質が損なわれ磁気抵抗効果率が低下するので、
５０％以下、好ましくは１０％以下とする。
以下とする具体的方法としては、スパッタリングの際の
バックグラウンド真空度を良くする方法や、スパッタ雰
囲気中に水素ガスを導入する方法が挙げられる。前者の
場合、スパッタ装置にもよるが、バックグラウンド真空
度を４．５×１０-4Ｐａよりも良くすれば良い。後者の
場合、水素ガスをスパッタガス中に０．０１％以上添加
すれば良い。ただし、水素ガスの添加量が５０％を越え
ると、膜質が損なわれ磁気抵抗効果率が低下するので、
５０％以下、好ましくは１０％以下とする。
【００１４】
【作用】導体層と磁性体層を交互に積層してなる人工格
子膜中の酸素量を７原子％以下とすることにより、巨大
磁気抵抗効果が安定に得られる。また、スパッタリング
装置のバックグラウンド真空度を良くすることにより、
あるいはスパッタガス中に水素を導入することで、成膜
される人工格子膜中の酸素量が抑制される。
子膜中の酸素量を７原子％以下とすることにより、巨大
磁気抵抗効果が安定に得られる。また、スパッタリング
装置のバックグラウンド真空度を良くすることにより、
あるいはスパッタガス中に水素を導入することで、成膜
される人工格子膜中の酸素量が抑制される。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を適用した実施例について、具
体的な実験結果を基に詳細に説明する。
体的な実験結果を基に詳細に説明する。
【００１６】実施例１ 図１に示すように、スライドガラス基板１上に、ＤＣマ
グネトロン型スパッタ装置を使用して磁性体層２および
導体層３を１００周期積層した。
グネトロン型スパッタ装置を使用して磁性体層２および
導体層３を１００周期積層した。
【００１７】成膜に使用したＤＣマグネトロン型スパッ
タ装置は、図２に示すように、真空容器１５内にＣｕタ
ーゲット１１とＣｏターゲット１２を備えた２元スパッ
タ装置であり、各ターゲットに対向してそれぞれシャッ
タ１３が設けられている。基板を支持固定する基板ホル
ダ１４は、ヒータ１７によって加熱されるとともに、タ
ーンテーブル１６によって回転操作され、上記Ｃｕター
ゲット１１とＣｏターゲット１２上を交互に通過する。
タ装置は、図２に示すように、真空容器１５内にＣｕタ
ーゲット１１とＣｏターゲット１２を備えた２元スパッ
タ装置であり、各ターゲットに対向してそれぞれシャッ
タ１３が設けられている。基板を支持固定する基板ホル
ダ１４は、ヒータ１７によって加熱されるとともに、タ
ーンテーブル１６によって回転操作され、上記Ｃｕター
ゲット１１とＣｏターゲット１２上を交互に通過する。
【００１８】スパッタ条件は次の通りである。 バックグラウンド真空度：１．３×１０-4〜９×１０-4
Ｐａ 基板温度：室温 スパッタガス圧：０．５Ｐａ スパッタガス：Ａｒ スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ 積層法：Ｃｏ、Ｃｕ２元による回転スパッタ 成膜速度：Ｃｏ、Ｃｕともに２〜２．５ｎｍ／秒 膜構成：（Ｃｏ1nm ／Ｃｕ1nm ）100
Ｐａ 基板温度：室温 スパッタガス圧：０．５Ｐａ スパッタガス：Ａｒ スパッタガス流量：１００ｓｃｃｍ 積層法：Ｃｏ、Ｃｕ２元による回転スパッタ 成膜速度：Ｃｏ、Ｃｕともに２〜２．５ｎｍ／秒 膜構成：（Ｃｏ1nm ／Ｃｕ1nm ）100
【００１９】本実施例においては、成膜前の排気によっ
て得られるバックグラウンド真空度を変えて人工格子膜
を作製した。このときの人工格子膜中の酸素濃度とバッ
クグラウンド真空度との関係を次の表１に示す。
て得られるバックグラウンド真空度を変えて人工格子膜
を作製した。このときの人工格子膜中の酸素濃度とバッ
クグラウンド真空度との関係を次の表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】この表１から、成膜前のバックグラウンド
真空度を変えることは、人工格子膜中に取り込まれる酸
素濃度を変えることにほかならないことがわかる。
真空度を変えることは、人工格子膜中に取り込まれる酸
素濃度を変えることにほかならないことがわかる。
【００２２】バックグラウンド真空度を変えて人工格子
膜を作製した場合の、バックグラウンド真空度と磁気抵
抗変化率との関係を図３に示す。バックグラウンド真空
度が良くなると、磁気抵抗変化率が増加することがわか
る。特にバックグラウンド真空度が４．５×１０-4Ｐａ
より悪くなると磁気抵抗変化率は急激に減少する。この
バックグラウンド真空度４．５×１０-4Ｐａは、表１か
ら人工格子膜中の酸素濃度７原子％に相当する。
膜を作製した場合の、バックグラウンド真空度と磁気抵
抗変化率との関係を図３に示す。バックグラウンド真空
度が良くなると、磁気抵抗変化率が増加することがわか
る。特にバックグラウンド真空度が４．５×１０-4Ｐａ
より悪くなると磁気抵抗変化率は急激に減少する。この
バックグラウンド真空度４．５×１０-4Ｐａは、表１か
ら人工格子膜中の酸素濃度７原子％に相当する。
【００２３】従って、安定に大きな磁気抵抗変化率を得
るには、例えばバックグラウンド真空度を良くすること
によって、人工格子膜中の酸素濃度を７原子％以下に規
制する必要があると言える。
るには、例えばバックグラウンド真空度を良くすること
によって、人工格子膜中の酸素濃度を７原子％以下に規
制する必要があると言える。
【００２４】なお、上述した実験において、磁気抵抗変
化率の測定は、幅５ｍｍ、長さ２５ｍｍの試料で行い、
４端子法にて抵抗を測定した。磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ
0 は、ある外部磁場での抵抗値をＲ、外部磁場１０ｋＯ
ｅでの抵抗値をＲ0 として、計算式ΔＲ／Ｒ0 ＝（Ｒ−
Ｒ0 ）／Ｒ0 に従い計算した。また、膜中の酸素濃度は
電子線プローブマイクロアナリシスによって測定した。
化率の測定は、幅５ｍｍ、長さ２５ｍｍの試料で行い、
４端子法にて抵抗を測定した。磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ
0 は、ある外部磁場での抵抗値をＲ、外部磁場１０ｋＯ
ｅでの抵抗値をＲ0 として、計算式ΔＲ／Ｒ0 ＝（Ｒ−
Ｒ0 ）／Ｒ0 に従い計算した。また、膜中の酸素濃度は
電子線プローブマイクロアナリシスによって測定した。
【００２５】実施例２ 本実施例は、スパッタガスに水素ガスを添加した場合の
効果を調べたものである。
効果を調べたものである。
【００２６】作製した人工格子膜の構成は、実施例１と
同様、図１に示す通りである。本実施例では、スライド
ガラス１上に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を使用し
て、Ｃｏからなる磁性体層２（層厚１．０ｎｍ）及びＣ
ｕからなる導体層３（層厚１．０ｎｍ）を１５周期積層
した。スパッタリングガスには、ＡｒとＨ2 の混合ガス
を使用し、全ガス圧は０．５Ｐａ、成膜速度は０．１〜
０．５ｎｍ／秒とした。
同様、図１に示す通りである。本実施例では、スライド
ガラス１上に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を使用し
て、Ｃｏからなる磁性体層２（層厚１．０ｎｍ）及びＣ
ｕからなる導体層３（層厚１．０ｎｍ）を１５周期積層
した。スパッタリングガスには、ＡｒとＨ2 の混合ガス
を使用し、全ガス圧は０．５Ｐａ、成膜速度は０．１〜
０．５ｎｍ／秒とした。
【００２７】スパッタガス中のＨ2 濃度を変えて成膜し
た場合の磁気抵抗変化率の測定結果を図４に、スパッタ
ガス中のＨ2 濃度と人工格子膜中の酸素量の関係を表２
に示す。
た場合の磁気抵抗変化率の測定結果を図４に、スパッタ
ガス中のＨ2 濃度と人工格子膜中の酸素量の関係を表２
に示す。
【００２８】
【表２】
【００２９】図４に示したように、０．０１％以上の水
素ガス添加により、磁気抵抗効果率は純Ａｒの場合に比
べて増加していることがわかる。水素ガスの濃度が約１
％の場合に磁気抵抗変化率が最大となっている。さらに
水素ガス濃度が高い領域では、５０％添加までは無添加
の場合より大きな磁気抵抗変化率が得られるが、磁気抵
抗変化率が濃度に比例して減少してくるため、水素ガス
濃度は１０％以下に設定することが望ましい。
素ガス添加により、磁気抵抗効果率は純Ａｒの場合に比
べて増加していることがわかる。水素ガスの濃度が約１
％の場合に磁気抵抗変化率が最大となっている。さらに
水素ガス濃度が高い領域では、５０％添加までは無添加
の場合より大きな磁気抵抗変化率が得られるが、磁気抵
抗変化率が濃度に比例して減少してくるため、水素ガス
濃度は１０％以下に設定することが望ましい。
【００３０】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明においては、人工格子膜中の酸素量を７原子％以下と
しているので、安定に巨大磁気抵抗効果が得られる磁気
抵抗効果膜を提供することが可能である。また、本発明
の製造方法によれば、人工格子膜中の酸素量を抑制する
ことができ、巨大磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果膜
を安定に製造することが可能である。
明においては、人工格子膜中の酸素量を７原子％以下と
しているので、安定に巨大磁気抵抗効果が得られる磁気
抵抗効果膜を提供することが可能である。また、本発明
の製造方法によれば、人工格子膜中の酸素量を抑制する
ことができ、巨大磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果膜
を安定に製造することが可能である。
【図１】人工格子膜の構成を示す要部概略断面図であ
る。
る。
【図２】スパッタ装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】バックグラウンド真空度と成膜される人工格子
膜の磁気抵抗変化率の関係を示す特性図である。
膜の磁気抵抗変化率の関係を示す特性図である。
【図４】スパッタガス中の水素ガス濃度と成膜される人
工格子膜の磁気抵抗変化率の関係を示す特性図である。
工格子膜の磁気抵抗変化率の関係を示す特性図である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 43/02 Ｚ 9274−4Ｍ (72)発明者 鈴木 淳子 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 導体層と磁性体層とが交互に積層されて
なる人工格子膜よりなり、 前記人工格子膜中の酸素量が７原子％以下であることを
特徴とする磁気抵抗効果膜。 - 【請求項２】 導体層と磁性体層をスパッタリングによ
り交互に積層し人工格子膜構造を形成する磁気抵抗効果
膜の製造方法において、 スパッタリングガスが水素ガスを０．０１％以上、５０
％以下の割合で含むことを特徴とする磁気抵抗効果膜の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5201522A JPH0757933A (ja) | 1993-08-13 | 1993-08-13 | 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5201522A JPH0757933A (ja) | 1993-08-13 | 1993-08-13 | 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0757933A true JPH0757933A (ja) | 1995-03-03 |
Family
ID=16442446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5201522A Withdrawn JPH0757933A (ja) | 1993-08-13 | 1993-08-13 | 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0757933A (ja) |
Cited By (2)
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| JP2013084420A (ja) * | 2011-10-07 | 2013-05-09 | Nissan Motor Co Ltd | 積層型リチウムイオン電池 |
| JP2013178935A (ja) * | 2012-02-28 | 2013-09-09 | Tdk Corp | リチウムイオン二次電池及びそれを用いた組電池並びに蓄電装置 |
| CN104347880A (zh) * | 2014-10-14 | 2015-02-11 | 东莞新能源科技有限公司 | 可快充的锂离子电池 |
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-
1993
- 1993-08-13 JP JP5201522A patent/JPH0757933A/ja not_active Withdrawn
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