JPS63129610A - 半導体結晶のエピタキシヤル成長法 - Google Patents
半導体結晶のエピタキシヤル成長法Info
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- JPS63129610A JPS63129610A JP27542686A JP27542686A JPS63129610A JP S63129610 A JPS63129610 A JP S63129610A JP 27542686 A JP27542686 A JP 27542686A JP 27542686 A JP27542686 A JP 27542686A JP S63129610 A JPS63129610 A JP S63129610A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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)
本発明は半導体結晶のエピタキシャル成長法に関し、特
に真空排気された成長室で半導体結晶をエピタキシャル
成長させる方法に関する。
に真空排気された成長室で半導体結晶をエピタキシャル
成長させる方法に関する。
(従来の技術)
半導体結晶のエピタキシャル成長法として常圧ないしは
減圧された雰囲気下で行なう気相法が広く用いられてい
る。これは装置が簡易で量産性に優れているが、S厚の
制御には限界を有している。
減圧された雰囲気下で行なう気相法が広く用いられてい
る。これは装置が簡易で量産性に優れているが、S厚の
制御には限界を有している。
すなわち、単分子層オーダの膜厚制御性は有していない
。
。
例えば、テラヘルツ帯で動作可能な静電誘導トランジス
タ(SIT)などの超高周波デバイスや、超格子(SL
)デバイスは単分子オーダの膜厚制御を必要とする。
タ(SIT)などの超高周波デバイスや、超格子(SL
)デバイスは単分子オーダの膜厚制御を必要とする。
高真空中で成長を行なうエピタキシー、例えば分子線エ
ピタキシー(MBE)、分子(NK子)層エピタキシー
(肚EもしくはALE)は単分子層オーダの膜厚制御が
可能である。そこで、高度な膜厚制御を必要とするデバ
イスの製造のため、これらの方法の研究が進められてい
る。
ピタキシー(MBE)、分子(NK子)層エピタキシー
(肚EもしくはALE)は単分子層オーダの膜厚制御が
可能である。そこで、高度な膜厚制御を必要とするデバ
イスの製造のため、これらの方法の研究が進められてい
る。
MBEでは原料を加熱蒸発させ、蒸発した分子をビーム
状にして基板上に蒸着させ、エピタキシャル成長をさせ
る。高真空中での入射分子線の運動は指向性が強く、大
面積基板への成長は不均一になりやすい。基板の回転機
構などにより均一性を向上させる方法がとられているが
、そのため装置が複雑になっている。また、遮へい物に
より基板に入射する分子線の1部をさえぎるとその部分
では成長は起こらなくなる。凹凸を有する基板では入射
分子線にとって凹凸の影になる部分、特に側壁での成長
は望めず、あっても不均一成長となってしまう。室温で
ガス状分子であるアルキル金属化合物を用いるMO−M
BHにおいても事情は同様である。
状にして基板上に蒸着させ、エピタキシャル成長をさせ
る。高真空中での入射分子線の運動は指向性が強く、大
面積基板への成長は不均一になりやすい。基板の回転機
構などにより均一性を向上させる方法がとられているが
、そのため装置が複雑になっている。また、遮へい物に
より基板に入射する分子線の1部をさえぎるとその部分
では成長は起こらなくなる。凹凸を有する基板では入射
分子線にとって凹凸の影になる部分、特に側壁での成長
は望めず、あっても不均一成長となってしまう。室温で
ガス状分子であるアルキル金属化合物を用いるMO−M
BHにおいても事情は同様である。
MLEでは、成分元素を含むガス状分子をパルス状に基
板上に交互に導入し結晶を単分子層ずつ成長させる方法
である。例えば、GaAgを成長させる際は、Ga層と
AS層とを交互に成長させる。この方法はガス状分子の
単分子吸着等の基板上の表面反応を利用しているため、
導入ガスのある圧力の範囲内で常に単分子層成長がおこ
る。また、単分子層の成長が基本なので、当然均一性も
良い。例えば、3元化合物半導体の一つであるALxG
a t −xAsの成長では■族アルキル金属化合物と
してトリメチルガリウムTMGとトリメチルアルミニウ
ムTMA。
板上に交互に導入し結晶を単分子層ずつ成長させる方法
である。例えば、GaAgを成長させる際は、Ga層と
AS層とを交互に成長させる。この方法はガス状分子の
単分子吸着等の基板上の表面反応を利用しているため、
導入ガスのある圧力の範囲内で常に単分子層成長がおこ
る。また、単分子層の成長が基本なので、当然均一性も
良い。例えば、3元化合物半導体の一つであるALxG
a t −xAsの成長では■族アルキル金属化合物と
してトリメチルガリウムTMGとトリメチルアルミニウ
ムTMA。
■放水素化物としてアルシンAsHsが用いられる。
メチル系アルキル金属水化物を用いると基板結晶の面方
位による成長厚さの依存性が大きい。例えば、 (io
o)面には一分子層単位で成長しても(100)面に設
けられた溝部の側壁の(111)面等の他の面方位には
成長しないかもしくは成長速度が非常に小さいこともあ
る。エチル系アルキル金属化合物例えばトリエチルアル
ミニウム(TEA)、トリエチルガリウム(TEG)を
用いると面方位依存性は小さく、ある条件下では殆んど
なくなる。しかし、この場合は導入ガス分子の入射方向
による指向性が現われる。
位による成長厚さの依存性が大きい。例えば、 (io
o)面には一分子層単位で成長しても(100)面に設
けられた溝部の側壁の(111)面等の他の面方位には
成長しないかもしくは成長速度が非常に小さいこともあ
る。エチル系アルキル金属化合物例えばトリエチルアル
ミニウム(TEA)、トリエチルガリウム(TEG)を
用いると面方位依存性は小さく、ある条件下では殆んど
なくなる。しかし、この場合は導入ガス分子の入射方向
による指向性が現われる。
第3図はGaAs基板1上の窒化シリコンSiNx膜2
をマスクとして溝3をエッチし、その後TEA −TE
G −AaHs系により、成長を行なった結果を示す、
TEA。
をマスクとして溝3をエッチし、その後TEA −TE
G −AaHs系により、成長を行なった結果を示す、
TEA。
TEGの入射方向4による指向性が表われている。すな
わち、ガス分子が直接入射しない溝3の影の部分6にお
いて成長層5は薄くなっている。
わち、ガス分子が直接入射しない溝3の影の部分6にお
いて成長層5は薄くなっている。
このように優れた厚さ制御性を有する肛Eにおいても、
凹凸を有する基板上へ均一性よく成長させることは難し
かった。
凹凸を有する基板上へ均一性よく成長させることは難し
かった。
(発明が解決しようとする問題点)
本発明は、上記した真空排出した成長槽に原料ガスを導
入して成長を行なうエピタキシーにおいて、大面積基板
あるいは凹凸を有する基板の上にも均一なステップカバ
レージの良い薄膜成長できる半導体エピタキシャル成長
法を提供することを特徴とする特に、陰になる凹部側壁
面への薄膜成長に有効な半導体エピタキシャル成長法を
提供せんとするものである。
入して成長を行なうエピタキシーにおいて、大面積基板
あるいは凹凸を有する基板の上にも均一なステップカバ
レージの良い薄膜成長できる半導体エピタキシャル成長
法を提供することを特徴とする特に、陰になる凹部側壁
面への薄膜成長に有効な半導体エピタキシャル成長法を
提供せんとするものである。
(問題点を解決するための手段)
本発明は、従来の14LHあるいはMO−MBEが原料
ガスを基板上に直接入射させ、方向性を避は難ったこと
に鑑み、原料ガスの少なくとも1つは噴出ノズルを基板
以外の方向に向け、原料ガスを基板上に直接入射させる
ことなく成長を行なうようにしたものである。
ガスを基板上に直接入射させ、方向性を避は難ったこと
に鑑み、原料ガスの少なくとも1つは噴出ノズルを基板
以外の方向に向け、原料ガスを基板上に直接入射させる
ことなく成長を行なうようにしたものである。
(作用)
基板以外の方向に向けられた原料ガスは1度は成長室の
壁等に当り、指向性を失なってから基板上に到達する。
壁等に当り、指向性を失なってから基板上に到達する。
これにより、半導体結晶薄膜を単分子層オーダで制御で
き、なおかつ、指向性を生じさせずに大面積基板上でも
、凹凸を有する基板上でも均一性良く成長できる。
き、なおかつ、指向性を生じさせずに大面積基板上でも
、凹凸を有する基板上でも均一性良く成長できる。
(実施例)
以下、 TEA −TEG −ASl(s系によるAL
xGa s −xAsMLEを例にとって本発明を説明
する。
xGa s −xAsMLEを例にとって本発明を説明
する。
第1図は本発明による肛E装置の一実施例である。
7はTEA導入口、8はTEG導入口、9はAsH3導
入口。
入口。
7’ 、8’ 、9’は各々TEA、TEG、AsHs
の噴出口、10はTEA導入量制御装置、11はTEG
導入量制御装置、12はASl 3導入量制御装置、1
3はGaAs基板、14は石英サプセタ、15は基板加
熱用ランプ室、16は基板加熱用赤外線ランプ、17は
成長室、18はゲートバルブ、19は真空排出装置、2
0はガス導入モード制御装置である。
の噴出口、10はTEA導入量制御装置、11はTEG
導入量制御装置、12はASl 3導入量制御装置、1
3はGaAs基板、14は石英サプセタ、15は基板加
熱用ランプ室、16は基板加熱用赤外線ランプ、17は
成長室、18はゲートバルブ、19は真空排出装置、2
0はガス導入モード制御装置である。
ALxGa t −xAsの成長は以下の手順により行
なう。
なう。
まず、成長室11の石英サブセタ14にGaAs基板1
3をセットし、真空排気装置19により10−@〜10
″″” ’ Torr程度の圧力になるまで真空排気す
る。
3をセットし、真空排気装置19により10−@〜10
″″” ’ Torr程度の圧力になるまで真空排気す
る。
真空排気装置19は、クライオポンプ、ターボ分子ポン
プ等の超高真空用ポンプにより構成される。
プ等の超高真空用ポンプにより構成される。
次に、赤外線ランプ16によりGaAs基板を所定の成
長温度に加熱し一定温度に保持する。次いで、各々の導
入量制御袋!!!110.11.12により制御された
導入ガス圧力でTEA、TI’G、ASl sが各々導
入口?、8.9よりガス導入モード制御装置20により
制御されたガス導入モードに従って成長室内の各々の噴
出ロア′。
長温度に加熱し一定温度に保持する。次いで、各々の導
入量制御袋!!!110.11.12により制御された
導入ガス圧力でTEA、TI’G、ASl sが各々導
入口?、8.9よりガス導入モード制御装置20により
制御されたガス導入モードに従って成長室内の各々の噴
出ロア′。
8′9より導入される。
本実施例においては成長温度は475℃、導入ガス圧力
およびモードはTEA : 4 X 10− ’ To
rr2秒導入、2秒排気、 TEA : 6X10−’
Torr2秒導入、2秒排気、As1l 3: I
X 10− ’ TorrlO秒導入、2秒排気で1サ
イクルであった。700サイクルの成長を行なった結果
、凹凸を有する基板上への成長は第2図の如くほぼ均一
なことが確認された。
およびモードはTEA : 4 X 10− ’ To
rr2秒導入、2秒排気、 TEA : 6X10−’
Torr2秒導入、2秒排気、As1l 3: I
X 10− ’ TorrlO秒導入、2秒排気で1サ
イクルであった。700サイクルの成長を行なった結果
、凹凸を有する基板上への成長は第2図の如くほぼ均一
なことが確認された。
第2図において、 21はGaAs基板、22はSiN
xマスクである。基板21にはマスク22を使って逆メ
サ型の溝23を設けである。24は成長した几xGa
s −xAsである。24の組成には約0.4で成長厚
は溝23の底部で約2000人、溝23の側壁で約18
00人であった。
xマスクである。基板21にはマスク22を使って逆メ
サ型の溝23を設けである。24は成長した几xGa
s −xAsである。24の組成には約0.4で成長厚
は溝23の底部で約2000人、溝23の側壁で約18
00人であった。
成長は1分子副づつ行なわれると考えられる!同種元素
が2層以上付着する傾向は低い。底部ではほぼ1分子層
の均一な成長膜が得られ、さらに側壁においても底部よ
り10%程度薄くなっているが均一に成長がおこってお
り、逆メサ形状の基板表面からは陰になる部分にまで均
一に成長している。第1図の陰の部分における不均一が
除かれ極めて均一・な成長膜が得られた。
が2層以上付着する傾向は低い。底部ではほぼ1分子層
の均一な成長膜が得られ、さらに側壁においても底部よ
り10%程度薄くなっているが均一に成長がおこってお
り、逆メサ形状の基板表面からは陰になる部分にまで均
一に成長している。第1図の陰の部分における不均一が
除かれ極めて均一・な成長膜が得られた。
TEA、TEG噴出ロア’ 、8’ が基板方向でなく
、上向きになっているため、成長室に導入されたTEA
。
、上向きになっているため、成長室に導入されたTEA
。
TEGは基板表面に達する前に1回以上成長室壁面と衝
突することになり、 TEA、TEGガス分子は殆んど
指向性をなくし、全方位から基板上へ入射するため、均
一性良く成長がおこったと考えられる。
突することになり、 TEA、TEGガス分子は殆んど
指向性をなくし、全方位から基板上へ入射するため、均
一性良く成長がおこったと考えられる。
本実施例においては噴出口方向を上向きとしたが基板方
向以外の方向へ噴出口を向けた場合にも 。
向以外の方向へ噴出口を向けた場合にも 。
同様の効果が現われるのは言う迄もない、As113噴
出口が基板方向を向いているのはAsH3の場合。
出口が基板方向を向いているのはAsH3の場合。
圧力が比較的高いこと、GaAs基板にTEA、TUG
あるいはその一部分解したもの、あるいはAQ、Ga金
属がある場合のみGaAs基板上に吸着され反応するこ
と等のため、特に方向性について考慮する必要はないた
めである。
あるいはその一部分解したもの、あるいはAQ、Ga金
属がある場合のみGaAs基板上に吸着され反応するこ
と等のため、特に方向性について考慮する必要はないた
めである。
原料ガスとして、例えばGaCQ s 、AlCf1
s等の吸着エネルギーの大きな化合物を用いる場合は成
長室壁面に吸着され再放出ガスが少なくなり成長に支障
をきたすが、壁面温度を適当な温度1例えばGaCn3
.AICQ s等の場合は200〜250℃に加熱すれ
ば吸着されずに、壁面より再放出され、上記実施例同様
の効果が得られる。
s等の吸着エネルギーの大きな化合物を用いる場合は成
長室壁面に吸着され再放出ガスが少なくなり成長に支障
をきたすが、壁面温度を適当な温度1例えばGaCn3
.AICQ s等の場合は200〜250℃に加熱すれ
ば吸着されずに、壁面より再放出され、上記実施例同様
の効果が得られる。
第4図は1本発明を適用して製造した理想型MISSI
Tの一例を示す断面図である。
Tの一例を示す断面図である。
N÷−GaAs基板31上にP−GaAs32およびN
” −GaAs33を肚Eにより成長させ、5iN3
4をマスクとしてドライエッチにより逆メサ型の溝を設
け、本発明の方法によりA Q GaAs35を溝側壁
も含めて成長させる。その後、指向性蒸着によりSiO
236を蒸着し、次いでAQ電極37をななめ蒸着によ
り側壁のAQGaAsおよびSi02上に蒸着する。さ
らに。
” −GaAs33を肚Eにより成長させ、5iN3
4をマスクとしてドライエッチにより逆メサ型の溝を設
け、本発明の方法によりA Q GaAs35を溝側壁
も含めて成長させる。その後、指向性蒸着によりSiO
236を蒸着し、次いでAQ電極37をななめ蒸着によ
り側壁のAQGaAsおよびSi02上に蒸着する。さ
らに。
SiO: 38の蒸着を行ない、ソース39およびゲー
ト40の窓開けを行ない、 Au−Ga−Niにより、
ソース39およびゲート40、次いで裏面にドレイン4
1のメタライゼイションを行なう。A Q GaAs3
5はMIS構造の絶縁ゲート膜として働き、GaAs表
面電位を変化させP−GaAs32表面を流れる電流を
制御する。この場合、A Q GaAs35の厚さが不
均一であると、 P−GaAs32表面の電位制御が不
均一になり良好な理想型MISSITは作製できない。
ト40の窓開けを行ない、 Au−Ga−Niにより、
ソース39およびゲート40、次いで裏面にドレイン4
1のメタライゼイションを行なう。A Q GaAs3
5はMIS構造の絶縁ゲート膜として働き、GaAs表
面電位を変化させP−GaAs32表面を流れる電流を
制御する。この場合、A Q GaAs35の厚さが不
均一であると、 P−GaAs32表面の電位制御が不
均一になり良好な理想型MISSITは作製できない。
本発明によれば溝側壁へのAΩGaAs成長が均一とな
るため、理想型MISSITの作製には極めて有効な成
長法であることは明白である。
るため、理想型MISSITの作製には極めて有効な成
長法であることは明白である。
このように、本実施例の方法はMLEあるいはMBHの
もつ単分子オーダの膜厚制御性を保持し、良好な均一性
と凹凸面への良好なステップカバレージ性とをもつこと
になり超高周波デバイスや超格子デバイスといった微細
な構造をもつデバイス作製、特に三次元構造の超VLS
I等のデバイス作製に適する。
もつ単分子オーダの膜厚制御性を保持し、良好な均一性
と凹凸面への良好なステップカバレージ性とをもつこと
になり超高周波デバイスや超格子デバイスといった微細
な構造をもつデバイス作製、特に三次元構造の超VLS
I等のデバイス作製に適する。
なお、以上述べてきた実施例においてはALxGa 1
− xAsについて説明を行なったが1本発明が他の化
合物半導体、あるいはSi、Ge等の元素半導体のML
EあるいはMO−にBHにも適用できることは言う迄も
ない。
− xAsについて説明を行なったが1本発明が他の化
合物半導体、あるいはSi、Ge等の元素半導体のML
EあるいはMO−にBHにも適用できることは言う迄も
ない。
(克明の効果)
以上のように本発明によれば、JM料ガスの成長室への
噴出方向を基板へ直接入射しない方向とすることにより
、基板へ入射するガス分子の指向性を除き、均一な成長
膜を得ることができ、大面積への均一な成長あるいは凹
凸を有する基板への均一な成長を行なうことができる。
噴出方向を基板へ直接入射しない方向とすることにより
、基板へ入射するガス分子の指向性を除き、均一な成長
膜を得ることができ、大面積への均一な成長あるいは凹
凸を有する基板への均一な成長を行なうことができる。
第1図は本発明を実施するためのMLE成長装置の一例
を示す断面図、第2図は本発明により溝つき基板上にに
LE成長した例を示す断面図、第3図は本発明を適用し
て作製した理想型MISSIT−例を示す断面図、第4
図は従来のMLEによる溝つき基板上への成長例を示す
断面図である。 7・・・TEA導入口、8・・・TEG導入口、9・・
・AgH3導入口、10・・・TEA導入量制御装置、
11・・・TEG導入量制御装置、12・・・AsH3
導入量制御装置、13.21・・・Gaps基板、14
・・・石英サセプタ。 15・・・基板加熱用ランプ室、16・・・基板加熱用
赤外線ランプ、 17・・・成長室、18・・・ゲート
バルブ。 19・・・真空排出装置、20・・・ガス導入モード制
御装置、22・・・SiNxマスク、23・・・逆メサ
型の溝。 24− ALxGa I−xAs。 +餉 代理人 弁理士 紋 1) 誠 ゛第1図 第2図 第4図
を示す断面図、第2図は本発明により溝つき基板上にに
LE成長した例を示す断面図、第3図は本発明を適用し
て作製した理想型MISSIT−例を示す断面図、第4
図は従来のMLEによる溝つき基板上への成長例を示す
断面図である。 7・・・TEA導入口、8・・・TEG導入口、9・・
・AgH3導入口、10・・・TEA導入量制御装置、
11・・・TEG導入量制御装置、12・・・AsH3
導入量制御装置、13.21・・・Gaps基板、14
・・・石英サセプタ。 15・・・基板加熱用ランプ室、16・・・基板加熱用
赤外線ランプ、 17・・・成長室、18・・・ゲート
バルブ。 19・・・真空排出装置、20・・・ガス導入モード制
御装置、22・・・SiNxマスク、23・・・逆メサ
型の溝。 24− ALxGa I−xAs。 +餉 代理人 弁理士 紋 1) 誠 ゛第1図 第2図 第4図
Claims (6)
- (1)真空排気された成長室内に原料ガスを噴出導入し
て基板結晶上に半導体結晶をエピタキシャル成長させる
方法において、原料ガスの少なくとも1種類をガス導入
口から基板結晶に向う方向以外の方向で導入する工程を
含むことを特徴とする半導体結晶のエピタキシャル成長
法。 - (2)特許請求の範囲第1項記載において、前記原料ガ
スがIII族元素の有機金属化合物とV族元素の水素化物
とを含むことを特徴とする半導体結晶のエピタキシャル
成長法。 - (3)特許請求の範囲第1項記載において、IV族元素の
化合物を含むことを特徴とする半導体結晶のエピタキシ
ャル成長法。 - (4)特許請求の範囲第1項記載において、原料ガスの
少なくとも1種類が前記III族元素の有機金属化合物を
含み、前記V族元素の水素化物はガス導入口から基板結
晶に向う方向で導入することを特徴とする半導体結晶の
エピタキシャル成長法。 - (5)特許請求の範囲第1項〜第4項記載のいずれかの
記載において、前記基板結晶が所定温度に加熱されてい
ることを特徴とする半導体結晶のエピタキシャル成長法
。 - (6)特許請求の範囲第1項〜第5項記載のいずれかの
記載において、前記成長室内壁面が所定温度に加熱され
ていることを特徴とする半導体結晶のエピタキシャル成
長法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61275426A JP2567228B2 (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | 半導体結晶のエピタキシャル成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61275426A JP2567228B2 (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | 半導体結晶のエピタキシャル成長法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63129610A true JPS63129610A (ja) | 1988-06-02 |
JP2567228B2 JP2567228B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=17555350
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61275426A Expired - Fee Related JP2567228B2 (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | 半導体結晶のエピタキシャル成長法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2567228B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02308519A (ja) * | 1989-05-24 | 1990-12-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体薄膜形成装置及び半導体多層膜の形成方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60202927A (ja) * | 1984-03-28 | 1985-10-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 3−5族元素化合物半導体層の形成法 |
-
1986
- 1986-11-20 JP JP61275426A patent/JP2567228B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60202927A (ja) * | 1984-03-28 | 1985-10-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 3−5族元素化合物半導体層の形成法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02308519A (ja) * | 1989-05-24 | 1990-12-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体薄膜形成装置及び半導体多層膜の形成方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2567228B2 (ja) | 1996-12-25 |
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