JPS6135618A - 半導体パワースイツチ - Google Patents
半導体パワースイツチInfo
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- JPS6135618A JPS6135618A JP15333785A JP15333785A JPS6135618A JP S6135618 A JPS6135618 A JP S6135618A JP 15333785 A JP15333785 A JP 15333785A JP 15333785 A JP15333785 A JP 15333785A JP S6135618 A JPS6135618 A JP S6135618A
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- thyristor
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- blocking
- semiconductor power
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
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- 102100040631 Proton-activated chloride channel Human genes 0.000 description 2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/07—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
- H01L27/0744—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common without components of the field effect type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32135—Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
- H01L2224/32145—Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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- Power Engineering (AREA)
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- Electronic Switches (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、サイリスタを備えた半導体パワースイッチに
関する。
関する。
かかるパワースイッチは一般にゾーン列ｎ＋ｐｎｐ＋全
備えた対称阻止形サイリスタである。対称阻止形サイリ
スタは、サイリスタが順方向においても阻止方向におい
ても少くともほぼ等しい大きさの電圧を阻止し得ること
を意味する。導通状態においては、弱いドーピングのサ
イリスタ中間ゾーンには電荷キャリヤ４ｚ満ちている。
備えた対称阻止形サイリスタである。対称阻止形サイリ
スタは、サイリスタが順方向においても阻止方向におい
ても少くともほぼ等しい大きさの電圧を阻止し得ること
を意味する。導通状態においては、弱いドーピングのサ
イリスタ中間ゾーンには電荷キャリヤ４ｚ満ちている。
その際にかかる− サイリスタが阻止されるときに、サ
イリスタの半導体チップの内部に蓄積された電荷キャリ
ヤが取り除痴れなければならない。電荷が取り除かれて
−いると、サイリスタは阻止電圧を受けることができる
。したがって、電荷は阻止遅延電荷ｏ、ｒｒと称され、
各サイリスタの特性値である。これは主として中間ゾー
ンの厚さ、即ち最大可能な阻止電圧に依存し、中間ゾー
ンの厚さの自乗にｌ’ｔぼ比例する。したがって、最大
阻止電圧が増すにともなってＱｒｒが過比例的に増大す
る。
イリスタの半導体チップの内部に蓄積された電荷キャリ
ヤが取り除痴れなければならない。電荷が取り除かれて
−いると、サイリスタは阻止電圧を受けることができる
。したがって、電荷は阻止遅延電荷ｏ、ｒｒと称され、
各サイリスタの特性値である。これは主として中間ゾー
ンの厚さ、即ち最大可能な阻止電圧に依存し、中間ゾー
ンの厚さの自乗にｌ’ｔぼ比例する。したがって、最大
阻止電圧が増すにともなってＱｒｒが過比例的に増大す
る。
蓄積された電荷は、サイリスタが電流零通過直後にはま
だ阻止し得ないという結果をもたらす。
だ阻止し得ないという結果をもたらす。
したがって、サイリスタには電荷キャリヤが中間ゾーン
からほぼ取り除かれるまで逆電流が流れ続ける。はぼ逆
電流のピーク点においてサイリスタは阻止電圧を受は始
める。かかるサイリスタが誘導性負荷で運転される場合
には、インダクタンスにサイリスタを阻止方向に応答さ
せる電圧が生じる。この電圧の高さは逆電流の大きさく
したがって阻止遅延電荷）並びに電流回路パラメータお
よびＲＣ回路によって決まる。
からほぼ取り除かれるまで逆電流が流れ続ける。はぼ逆
電流のピーク点においてサイリスタは阻止電圧を受は始
める。かかるサイリスタが誘導性負荷で運転される場合
には、インダクタンスにサイリスタを阻止方向に応答さ
せる電圧が生じる。この電圧の高さは逆電流の大きさく
したがって阻止遅延電荷）並びに電流回路パラメータお
よびＲＣ回路によって決まる。
蓄積電荷はサイリスタのアノードゾーンヲ弱くドーピン
グすることによって減らすことができる。
グすることによって減らすことができる。
しかしアノードサイリスタの導通電圧が大きくなり、サ
イリスタにおける損失電力が増大する。
イリスタにおける損失電力が増大する。
本発明の目的は、サイリスタを備えた半導体パワースイ
ッチを次の如く構成すること、即ち所定の阻止電圧にお
いて、導通電圧ＴＪＴを増大させることなしに阻止遅延
電荷を低減し、それによりターンオフ時間を短縮するこ
とができるように構成することにある。
ッチを次の如く構成すること、即ち所定の阻止電圧にお
いて、導通電圧ＴＪＴを増大させることなしに阻止遅延
電荷を低減し、それによりターンオフ時間を短縮するこ
とができるように構成することにある。
上記の目的は本発明によれば、サイリスタが非対称阻止
形サイリスタであり、このサイリスタにダイオードが直
列接続されることによって達成される。
形サイリスタであり、このサイリスタにダイオードが直
列接続されることによって達成される。
非対称阻止形サイリスタとは、主として順方向において
のみ阻止電圧ＵＤＲＭを取り得るサイリスタのことであ
る。かかるサイリスタは逆方向には数１０゛ｖの極めて
僅かの阻止電圧しか取ることができない。
のみ阻止電圧ＵＤＲＭを取り得るサイリスタのことであ
る。かかるサイリスタは逆方向には数１０゛ｖの極めて
僅かの阻止電圧しか取ることができない。
特に有利な実施態様では、サイリスタに補助ダイオード
が逆並列接続されている。
が逆並列接続されている。
以下図面を参照しながら本発明を実施例について、更に
詳細に説明する。
詳細に説明する。
第１図による半導体パワースイッチは非対称阻止形サイ
リスタ１とダイオード２とからなり、このダイオード２
はサイリスタ１に直列接続されている。その場合にダイ
オード２は図示の如くサイリスタ１に対して７ノード側
またはカソード側に直列接続することができる。非対称
阻止形サイリスタ１の構造は第３図に概略的に示されて
いる。
リスタ１とダイオード２とからなり、このダイオード２
はサイリスタ１に直列接続されている。その場合にダイ
オード２は図示の如くサイリスタ１に対して７ノード側
またはカソード側に直列接続することができる。非対称
阻止形サイリスタ１の構造は第３図に概略的に示されて
いる。
これは２つの高ド°−ピングの外側シー７４，８からな
り、これらは強ぐｎもしくはｐドーピングされている。
り、これらは強ぐｎもしくはｐドーピングされている。
強くドーピングされている外側ゾーン４には弱くｐドー
ピングされているゾーン５が続いている。ゾーン５には
弱くｎドーピングされたシー７６が続いている。このシ
ー７６は他のすべてのゾーンに比べて最大の厚さを有す
る。弱くｎドーピングされたゾーン６と強くｐドーピン
グされたゾーン８との間にいわゆる阻止層７があり、こ
れは強くｎドーピングされて込る７このゾーン７はサイ
リスタ１の空間電荷ゾーンがゾーン５゜６間のｐｎ接合
から出発してゾーン７へまで広がり得ることを生じさせ
る。それによシ、ゾーン６における好都合な電界強度推
移のおかげで弱くｎドーピングされたゾーンの等しい厚
さを有する対称阻止形サイリスタに対する順方向阻止電
圧ＵＤＲＭの倍増が生じる。
ピングされているゾーン５が続いている。ゾーン５には
弱くｎドーピングされたシー７６が続いている。このシ
ー７６は他のすべてのゾーンに比べて最大の厚さを有す
る。弱くｎドーピングされたゾーン６と強くｐドーピン
グされたゾーン８との間にいわゆる阻止層７があり、こ
れは強くｎドーピングされて込る７このゾーン７はサイ
リスタ１の空間電荷ゾーンがゾーン５゜６間のｐｎ接合
から出発してゾーン７へまで広がり得ることを生じさせ
る。それによシ、ゾーン６における好都合な電界強度推
移のおかげで弱くｎドーピングされたゾーンの等しい厚
さを有する対称阻止形サイリスタに対する順方向阻止電
圧ＵＤＲＭの倍増が生じる。
非対称阻止形サイリスタについてと同様の関係がダイオ
ードについても生じる。なぜならばダイオードは一般に
ゾーン列ｐ”ｐｎ−ｎ＋を持つからである。それにより
ダイオードも、弱くドーピングされた中間ゾーンの幅を
、同じ高さの阻止電圧を有する対称阻止形サイリスタに
おける幅の半分程度しか必要でない。冒頭に述べたよう
に、阻止遅延電荷は弱くドーピングされた中間ゾーンの
厚さの自乗にｔｔｔｘ比例するので、第１図による半導
体パワースイッチについては、同じ阻止電圧の対称阻止
形サイリスタの場合のほぼ４分の１の蓄積電荷が生じる
。同じ阻止遅延電荷に設計した場合に第１図による半導
体パワースイッチの導通電圧は司じ阻止電圧の対称阻止
形サイリスタの導通電圧よりも低い。なぜならばダイオ
ードは同じ阻止電圧で同じ活性面積のサイリスタに比べ
て低い導通インピーダンスを示すからである。サイリス
タ１の順方向阻止電圧”ＤＲＭがダイオード２の逆方向
阻止電圧”ＤＲＭに等しいならば、対称阻止特性を有す
る半導体パワースイッチが得られる。
ードについても生じる。なぜならばダイオードは一般に
ゾーン列ｐ”ｐｎ−ｎ＋を持つからである。それにより
ダイオードも、弱くドーピングされた中間ゾーンの幅を
、同じ高さの阻止電圧を有する対称阻止形サイリスタに
おける幅の半分程度しか必要でない。冒頭に述べたよう
に、阻止遅延電荷は弱くドーピングされた中間ゾーンの
厚さの自乗にｔｔｔｘ比例するので、第１図による半導
体パワースイッチについては、同じ阻止電圧の対称阻止
形サイリスタの場合のほぼ４分の１の蓄積電荷が生じる
。同じ阻止遅延電荷に設計した場合に第１図による半導
体パワースイッチの導通電圧は司じ阻止電圧の対称阻止
形サイリスタの導通電圧よりも低い。なぜならばダイオ
ードは同じ阻止電圧で同じ活性面積のサイリスタに比べ
て低い導通インピーダンスを示すからである。サイリス
タ１の順方向阻止電圧”ＤＲＭがダイオード２の逆方向
阻止電圧”ＤＲＭに等しいならば、対称阻止特性を有す
る半導体パワースイッチが得られる。
第１図によるパワースイッチが変換器、例えば直流チョ
ッパにて運転される場合には、サイリスタ１は逆電流を
負わされ、すなわちサイリスタは′アバランシェ・ブレ
ークオーバとなる。この運転のためにあらゆるＡＳＯＲ
が等しく良好に適しているわけではなく、例えば明らか
なターンオフ時間増大が生じるために、第２図に示され
ているように、サイリスタ１にはとくにダイオード６が
逆並列接続される。この場合には逆電流は逆並列接続さ
れた補助ダイオード６を通して流れ、ＡＳＯＲの高い阻
止責務が回避される。
ッパにて運転される場合には、サイリスタ１は逆電流を
負わされ、すなわちサイリスタは′アバランシェ・ブレ
ークオーバとなる。この運転のためにあらゆるＡＳＯＲ
が等しく良好に適しているわけではなく、例えば明らか
なターンオフ時間増大が生じるために、第２図に示され
ているように、サイリスタ１にはとくにダイオード６が
逆並列接続される。この場合には逆電流は逆並列接続さ
れた補助ダイオード６を通して流れ、ＡＳＯＲの高い阻
止責務が回避される。
ダイオード２は、その阻止遅延電荷Ｑｒｒがサイリスタ
１のそれよりも大きくなるように設計するのがよい。こ
の場合にはサイリスタは高速に蓄積電荷を取り除ぐこと
ができる。ダイオードの阻止遅延電荷がサイリスタの阻
止遅延電荷よりも小さいときには、サイリスタにおける
電荷キャリアはダイオードの蓄積電荷除去終了後に再結
合によって消え、このことはターンオフ時間増大を意味
する。
１のそれよりも大きくなるように設計するのがよい。こ
の場合にはサイリスタは高速に蓄積電荷を取り除ぐこと
ができる。ダイオードの阻止遅延電荷がサイリスタの阻
止遅延電荷よりも小さいときには、サイリスタにおける
電荷キャリアはダイオードの蓄積電荷除去終了後に再結
合によって消え、このことはターンオフ時間増大を意味
する。
第１図および第２図によるスイッチはディスクリートデ
バイスにて構成することができる。しかし、例えばサイ
リスタ１０半導体チップ中に補助ダイオード３を集積す
ることができる。かかるサイリスタは逆導通サイリスタ
（ＲＬＴ）として知られてらる。サイリスタ１およびダ
イオード２の半導体チップを１つのユニットにまとめる
こともできる。第１の可能性が第４図に示されている。
バイスにて構成することができる。しかし、例えばサイ
リスタ１０半導体チップ中に補助ダイオード３を集積す
ることができる。かかるサイリスタは逆導通サイリスタ
（ＲＬＴ）として知られてらる。サイリスタ１およびダ
イオード２の半導体チップを１つのユニットにまとめる
こともできる。第１の可能性が第４図に示されている。
この図ではサイリスタ１０半導体チップが１１で示され
、ダイオード２０半導体チップが１２で示されている。
、ダイオード２０半導体チップが１２で示されている。
半導体チップ１１および１２は合金層９によって互いに
接続することができる。その場合にサイリスタ１０半導
体チップ１１のアノード側はダイオード２０半導体チッ
プ１２のカソード側にあることが望ましい。このユニッ
トは、合金層１０によって該ユニットに結合されている
基板１３によって補強されている。基板１６は公知の如
くモリブデンまたはタングステンからなる。
接続することができる。その場合にサイリスタ１０半導
体チップ１１のアノード側はダイオード２０半導体チッ
プ１２のカソード側にあることが望ましい。このユニッ
トは、合金層１０によって該ユニットに結合されている
基板１３によって補強されている。基板１６は公知の如
くモリブデンまたはタングステンからなる。
第５図のように、半導体チップ１１および１２を基板１
６の両側に接合することもできる。この場合にもサイリ
スタ１の半導体チップ１１はアノード側を基板１３に接
合されることが望ましい。
６の両側に接合することもできる。この場合にもサイリ
スタ１の半導体チップ１１はアノード側を基板１３に接
合されることが望ましい。
なぜならばカソード側は一般にゲート構造を有するから
である。この場合に、ダイオード２の半導体チンプ１２
はアノードで基板１６と接続されている。
である。この場合に、ダイオード２の半導体チンプ１２
はアノードで基板１６と接続されている。
第１図は本発明による半導体パワースイッチの第一の実
施例を示す回路図、第２図・は本発明による半導体パワ
ースイッチの第二の実施例を示す回路図、第３図は非対
称阻止形サイリスタの断面を示す構造図、第４図および
第５図は非対称阻止形サイリスタおよびダイオードの半
導体チップからなる半導体ユニットにおける側面を示す
構造図である。 １・・・サイリスタ、２・・・ダイオード、３・・・補
助ダイオード、１１・・・サイリスタの半導体チップ、
１２・・・ダイオードの半導体チップ、１６・・・基板
。 ＦＩＧ Ｉ ＦＩＧ ２ＩＧ３ ＦＩＧ４ ＦＩＧ ５
施例を示す回路図、第２図・は本発明による半導体パワ
ースイッチの第二の実施例を示す回路図、第３図は非対
称阻止形サイリスタの断面を示す構造図、第４図および
第５図は非対称阻止形サイリスタおよびダイオードの半
導体チップからなる半導体ユニットにおける側面を示す
構造図である。 １・・・サイリスタ、２・・・ダイオード、３・・・補
助ダイオード、１１・・・サイリスタの半導体チップ、
１２・・・ダイオードの半導体チップ、１６・・・基板
。 ＦＩＧ Ｉ ＦＩＧ ２ＩＧ３ ＦＩＧ４ ＦＩＧ ５
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）サイリスタを備えた半導体パワースイッチにおいて
、サイリスタ（１）は非対称阻止形サイリスタであり、
このサイリスタにダイオード（２）が直列接続されてい
ることを特徴とする半導体パワースイッチ。 ２）サイリスタ（１）に補助ダイオード（３）が逆並列
接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の半導体パワースイッチ。 ３）前記補助ダイオード（３）はサイリスタ（１）の半
導体チップ内に集積されていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項または第２項記載の半導体パワースイッ
チ。 ４）前記ダイオード（２）は、これにおいてサイリスタ
（１）におけるよりも高い阻止遅延電荷が蓄積されるよ
うに設計されていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項ないし第３項のいずれか１項に記載の半導体パワー
スイッチ。 ５）サイリスタおよびダイオードの半導体チップ（１１
、１２）は、サイリスタの半導体チップのアノード側が
ダイオードの半導体チップ（１２）のカソード側に接す
るように接合され、ダイオードの半導体チップ（１２）
のアノード側には基板（１３）が接合されていることを
特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
か１項に記載の半導体パワースイッチ。 ６）サイリスタの半導体チップ（１１）はアノード側を
基板（１３）の一方の面上に接合されていて、ダイオー
ドの半導体チップ（１２）はカソード側を基板（１３）
の他方の面上に接合されていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の半
導体パワースイッチ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3425719.5 | 1984-07-12 | ||
| DE3425719 | 1984-07-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6135618A true JPS6135618A (ja) | 1986-02-20 |
Family
ID=6240491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15333785A Pending JPS6135618A (ja) | 1984-07-12 | 1985-07-11 | 半導体パワースイツチ |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4825272A (ja) |
| EP (1) | EP0167929B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6135618A (ja) |
| AT (1) | ATE32483T1 (ja) |
| BR (1) | BR8503318A (ja) |
| CA (1) | CA1231466A (ja) |
| DE (1) | DE3561610D1 (ja) |
| IN (1) | IN164047B (ja) |
| MX (1) | MX158084A (ja) |
| NO (1) | NO852635L (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62273771A (ja) * | 1986-05-13 | 1987-11-27 | シ−メンス、アクチエンゲゼルシヤフト | 半導体デバイス |
| US5331234A (en) * | 1992-06-12 | 1994-07-19 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Solid state switch |
| US5434770A (en) * | 1992-11-20 | 1995-07-18 | United States Department Of Energy | High voltage power supply with modular series resonant inverters |
| GB2309343B (en) * | 1996-01-16 | 2000-05-03 | Cegelec Controls Ltd | Protection arrangement for a switching device |
| FR2773021B1 (fr) | 1997-12-22 | 2000-03-10 | Sgs Thomson Microelectronics | Commutateur bidirectionnel normalement ferme |
| US6666481B1 (en) * | 2002-10-01 | 2003-12-23 | T-Ram, Inc. | Shunt connection to emitter |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49107166A (ja) * | 1973-02-12 | 1974-10-11 | ||
| JPS5784175A (en) * | 1980-11-13 | 1982-05-26 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device |
Family Cites Families (13)
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