JP2811695B2 - 放射線検出器 - Google Patents
放射線検出器Info
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- JP2811695B2 JP2811695B2 JP63313414A JP31341488A JP2811695B2 JP 2811695 B2 JP2811695 B2 JP 2811695B2 JP 63313414 A JP63313414 A JP 63313414A JP 31341488 A JP31341488 A JP 31341488A JP 2811695 B2 JP2811695 B2 JP 2811695B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は放射線線量計、医用放射線診断装置、工業用
X線非破壊検査装置などに用いられる放射線検出器に関
するものである。
X線非破壊検査装置などに用いられる放射線検出器に関
するものである。
従来の技術 放射線検出器には、電離箱、GM計数管などの気体放電
現象を利用したものやシンチレーション検出器、TLD、
半導体検出器等の固体検出器がある。最近では、測定と
同時に線量を知ることができ、小型で高感度が得られ、
多チャンネル化が容易な半導体検出器が用いられるよう
になった。
現象を利用したものやシンチレーション検出器、TLD、
半導体検出器等の固体検出器がある。最近では、測定と
同時に線量を知ることができ、小型で高感度が得られ、
多チャンネル化が容易な半導体検出器が用いられるよう
になった。
半導体検出器においては入射した放射線は直接、電荷
に変換され、半導体検出器内部に印加されている電界に
より電荷が移動して誘導電流が発生するが、この誘導電
流の大きさは極めて小さいため、増幅器により増幅して
電気信号パルスとする必要がある。この信号を高い計数
効率で計数するためには、一般に第6図に示すような回
路が用いられる。検出器51からの信号を電界効果型トラ
ンジスタ(FET)からなるヘッドアンプ52、プリアンプ5
3、メインアンプ55で増幅したのち、パルスカウンター
やパルス波高弁別器54などの計数回路に入力される。
に変換され、半導体検出器内部に印加されている電界に
より電荷が移動して誘導電流が発生するが、この誘導電
流の大きさは極めて小さいため、増幅器により増幅して
電気信号パルスとする必要がある。この信号を高い計数
効率で計数するためには、一般に第6図に示すような回
路が用いられる。検出器51からの信号を電界効果型トラ
ンジスタ(FET)からなるヘッドアンプ52、プリアンプ5
3、メインアンプ55で増幅したのち、パルスカウンター
やパルス波高弁別器54などの計数回路に入力される。
発明が解決しようとする課題 検出器の出力信号を前記の方法により増幅する場合、
浮遊容量等を出来る限り小さくすることが望ましく、検
出器の近くにFETチップを設ける。このため、第7図に
示すように、半導体検出器上の電極を分割電極とし多チ
ャンネル型検出器とする場合に、空間分解能を高くする
うに分解電極の分割ピッチを小さくすると、ヘッドアン
プとして機能するFETのチップを含めた回路が分割電極
より大きいため半導体検出器に近づけて配置するのが困
難であり、また、半導体検出器にくらべて周辺回路の方
が大きくなり、高い空間分解能を有する検出器の製作が
困難になる。
浮遊容量等を出来る限り小さくすることが望ましく、検
出器の近くにFETチップを設ける。このため、第7図に
示すように、半導体検出器上の電極を分割電極とし多チ
ャンネル型検出器とする場合に、空間分解能を高くする
うに分解電極の分割ピッチを小さくすると、ヘッドアン
プとして機能するFETのチップを含めた回路が分割電極
より大きいため半導体検出器に近づけて配置するのが困
難であり、また、半導体検出器にくらべて周辺回路の方
が大きくなり、高い空間分解能を有する検出器の製作が
困難になる。
1次元あるいは2次元の放射線情報をアレイ型または
2次元の多チャンネル型半導体検出器で測定する場合に
は、各検出チャンネルの測定結果を順次読み出すための
トランジスタなどで構成された回路系が必要となり検出
器周辺回路系が大型化してしまう問題がある。
2次元の多チャンネル型半導体検出器で測定する場合に
は、各検出チャンネルの測定結果を順次読み出すための
トランジスタなどで構成された回路系が必要となり検出
器周辺回路系が大型化してしまう問題がある。
さらに、一般に薄膜トランジスタには、プラズマCVD
法、ECR−CVD法などにより形成する非晶質、微結晶、あ
るいは多結晶のシリコン薄膜半導体が用いられるが、こ
れらの薄膜半導体の移動度が小さいため半導体検出器の
ヘッドアンプを構成しても高い周波数で検知することが
できず、パルスカウント方式で計測する際には入射した
放射線を数え落とすなどの問題があり、各チャンネルか
らの読み出し用トランジスタを構成しても高速に読み出
すことができず、計測に長い時間を要する検出器となる
問題がある。という問題がある。
法、ECR−CVD法などにより形成する非晶質、微結晶、あ
るいは多結晶のシリコン薄膜半導体が用いられるが、こ
れらの薄膜半導体の移動度が小さいため半導体検出器の
ヘッドアンプを構成しても高い周波数で検知することが
できず、パルスカウント方式で計測する際には入射した
放射線を数え落とすなどの問題があり、各チャンネルか
らの読み出し用トランジスタを構成しても高速に読み出
すことができず、計測に長い時間を要する検出器となる
問題がある。という問題がある。
課題を解決するための手段 本発明は上述の問題点にかんがみ発明されたものであ
る。
る。
本発明は、放射線に有感な半導体材料と、この半導体
材料の面上に設けた電荷収集電極と、薄膜トランジスタ
を有し、電荷収集電極から出力される放射線により前記
半導体材料内に発生した電気信号を薄膜トランジスタの
ゲートに入力することを特徴とする。
材料の面上に設けた電荷収集電極と、薄膜トランジスタ
を有し、電荷収集電極から出力される放射線により前記
半導体材料内に発生した電気信号を薄膜トランジスタの
ゲートに入力することを特徴とする。
また、放射線に有感な半導体材料と、前記半導体材料
の少なくとも一方の面上の1次元あるいは2次元に配列
された複数個の電荷収集電極と、前記半導体材料上の前
記電荷収集電極1つにつき2つの前記半導体材料に設け
た薄膜トランジスタを有し、一方の薄膜トランジスタを
ヘッドアンプとして他方をスイッチング素子としたこと
を特徴とする。
の少なくとも一方の面上の1次元あるいは2次元に配列
された複数個の電荷収集電極と、前記半導体材料上の前
記電荷収集電極1つにつき2つの前記半導体材料に設け
た薄膜トランジスタを有し、一方の薄膜トランジスタを
ヘッドアンプとして他方をスイッチング素子としたこと
を特徴とする。
作用 本発明によれば、半導体材料上に電荷収集用電極と対
応して形成した薄膜トランジスタをヘッドアンプとし、
放射線により発生した信号をゲートに入力し増幅する。
応して形成した薄膜トランジスタをヘッドアンプとし、
放射線により発生した信号をゲートに入力し増幅する。
叉、1次元、あるいは2次元の放射線検出を行なう場
合、放射線に対して感度のある半導体材料に、放射線が
入射して発生した電荷による電気信号パルスを半導体材
料の面上に形成した電荷収集電極を通じて、前記半導体
材料に設けた薄膜トランジスタのドレインまたはソース
に入力し、ゲート信号によりスイッチングして走査す
る。
合、放射線に対して感度のある半導体材料に、放射線が
入射して発生した電荷による電気信号パルスを半導体材
料の面上に形成した電荷収集電極を通じて、前記半導体
材料に設けた薄膜トランジスタのドレインまたはソース
に入力し、ゲート信号によりスイッチングして走査す
る。
更に、薄膜トランジスタの薄膜半導体がレーザアニー
ルされたものであれば、非晶質もしくは微結晶あるいは
多結晶の薄膜半導体が単結晶化し、膜内の欠陥などが減
少し、移動度などの特性が向上するため薄膜トランジス
タが高速に動作する。
ルされたものであれば、非晶質もしくは微結晶あるいは
多結晶の薄膜半導体が単結晶化し、膜内の欠陥などが減
少し、移動度などの特性が向上するため薄膜トランジス
タが高速に動作する。
実施例 本発明の実施例を以下に図面を参照しながら説明す
る。
る。
実施例1 第1図は本発明の第1の実施例の断面図である。放射
線に対して高い感度を持つ化合物半導体であるCdTe基板
1の対向する面に電荷収集電極として電極2、電性印加
用電極として電極3を白金の無電解めっきにより形成し
た通常の放射線検出器の上に以下の方法で薄膜トランジ
スタを構成した。電極2の上にCdTe基板1の表面を劣化
させないよう基板温度が室温で行えるECR−CVD法により
窒化シリコンを絶縁膜4として形成したのち、非晶質シ
リコン膜(a−Si)7を同様にECR−CVD法により形成し
た。次に、ドレイン電極5、ソース電極6をAlの真空蒸
着とフォトリソグラフィーにより形成成した。
線に対して高い感度を持つ化合物半導体であるCdTe基板
1の対向する面に電荷収集電極として電極2、電性印加
用電極として電極3を白金の無電解めっきにより形成し
た通常の放射線検出器の上に以下の方法で薄膜トランジ
スタを構成した。電極2の上にCdTe基板1の表面を劣化
させないよう基板温度が室温で行えるECR−CVD法により
窒化シリコンを絶縁膜4として形成したのち、非晶質シ
リコン膜(a−Si)7を同様にECR−CVD法により形成し
た。次に、ドレイン電極5、ソース電極6をAlの真空蒸
着とフォトリソグラフィーにより形成成した。
この実施例の検出器においては、CdTe基板1に発生し
た電荷が電界により移動することによって生ずる電気信
号を引き出す電荷収集電極である電極2が薄膜トランジ
スタのゲート電極を兼ねており、放射線によりCdTe内に
発生した電荷による電気信号パルスが直接ヘッドアンプ
に入力されることになる。また、ドレイン電極5、ソー
ス電極6をワイヤーリングなどにより、プリアンプ以降
の増幅器に接続する。
た電荷が電界により移動することによって生ずる電気信
号を引き出す電荷収集電極である電極2が薄膜トランジ
スタのゲート電極を兼ねており、放射線によりCdTe内に
発生した電荷による電気信号パルスが直接ヘッドアンプ
に入力されることになる。また、ドレイン電極5、ソー
ス電極6をワイヤーリングなどにより、プリアンプ以降
の増幅器に接続する。
この実施例の構成の放射線検出器は容易に一次元ある
いは2次元の検出器とすることができる。第2図は一次
元のアレイとした例である。CdTe基板1の一方の面の上
に電荷収集電極として複数に分割して形成した分割電極
の上に上記の薄膜成長方法とフォトリソグラフィー技術
により薄膜トランジスタアレイを構成した。
いは2次元の検出器とすることができる。第2図は一次
元のアレイとした例である。CdTe基板1の一方の面の上
に電荷収集電極として複数に分割して形成した分割電極
の上に上記の薄膜成長方法とフォトリソグラフィー技術
により薄膜トランジスタアレイを構成した。
この実施例においては、CdTe基板から電荷を収集する
電極をオーミック性のよい白金めっき電極としたが、金
のめっき電極でもよい。あるいは、Alなどの表面障壁型
の金属を蒸着した検出器でもよい。放射線に感度を持つ
半導体材料としてCdTeを用いたが、GaAs、Si、HgI2、Cd
Seなどの材料を用いてもよい。また絶縁膜としては、酸
化シリコン、酸化タンタルなどを、薄膜半導体として
は、非晶質シリコンのかわりに微結晶もしくは多結晶シ
リコン薄膜、単結晶シリコン薄膜、テルル化カドミウム
薄膜をプラズマCVD法、光CVD法、レーザCVD法、スパッ
タ法、真空蒸着法などによって形成しても同様の結果が
得られる。
電極をオーミック性のよい白金めっき電極としたが、金
のめっき電極でもよい。あるいは、Alなどの表面障壁型
の金属を蒸着した検出器でもよい。放射線に感度を持つ
半導体材料としてCdTeを用いたが、GaAs、Si、HgI2、Cd
Seなどの材料を用いてもよい。また絶縁膜としては、酸
化シリコン、酸化タンタルなどを、薄膜半導体として
は、非晶質シリコンのかわりに微結晶もしくは多結晶シ
リコン薄膜、単結晶シリコン薄膜、テルル化カドミウム
薄膜をプラズマCVD法、光CVD法、レーザCVD法、スパッ
タ法、真空蒸着法などによって形成しても同様の結果が
得られる。
実施例2 第3図に本発明の第2実施例の断面図を示す。この検
出器は、1次元または2次元の検出器の信号の読みだし
を電気的に行なうためのものである。実施例1の場合と
同様にCdTe基板1に電荷収集電極として電極2と、電圧
印加用電極として電極3を設けた検出器を製作する。電
荷収集電極である電極2は分割され各々が1次元、ある
いは2次元に配列されている。まず、絶縁膜4として窒
化シリコン膜をプラズマCVDで形成したのち、非晶質シ
リコン膜をプラズマCVDで形成した。次に、CW−Arレー
ザにより、非晶質シリコンをレーザアニールして単結晶
化させた。ゲート絶縁膜4を同様に窒化シリコン膜で形
成したのち、電極2とドレイン電極5が導通するよう
に、Alを蒸着し、ソース電極6、ドレイン電極5、ゲー
ト電極8を構成した。
出器は、1次元または2次元の検出器の信号の読みだし
を電気的に行なうためのものである。実施例1の場合と
同様にCdTe基板1に電荷収集電極として電極2と、電圧
印加用電極として電極3を設けた検出器を製作する。電
荷収集電極である電極2は分割され各々が1次元、ある
いは2次元に配列されている。まず、絶縁膜4として窒
化シリコン膜をプラズマCVDで形成したのち、非晶質シ
リコン膜をプラズマCVDで形成した。次に、CW−Arレー
ザにより、非晶質シリコンをレーザアニールして単結晶
化させた。ゲート絶縁膜4を同様に窒化シリコン膜で形
成したのち、電極2とドレイン電極5が導通するよう
に、Alを蒸着し、ソース電極6、ドレイン電極5、ゲー
ト電極8を構成した。
放射線によって発生した電荷により生じた電気信号
は、電荷収集電極である電極2から引き出されドレイン
電極に入力される。入力された信号は、ゲート電極に制
御信号が入力され、薄膜トランジスタがON状態になった
ときにソース電極から読み出すことができる。したがっ
て、ゲート電極に入力する制御信号をシフトレジスタで
制御することにより、任意の位置の放射線信号を高速に
電気的に読み出すことができる。また、レーザアニール
により、単結晶化したため、通常の非晶質シリコンの場
合よりさらに高速な動作が行える。
は、電荷収集電極である電極2から引き出されドレイン
電極に入力される。入力された信号は、ゲート電極に制
御信号が入力され、薄膜トランジスタがON状態になった
ときにソース電極から読み出すことができる。したがっ
て、ゲート電極に入力する制御信号をシフトレジスタで
制御することにより、任意の位置の放射線信号を高速に
電気的に読み出すことができる。また、レーザアニール
により、単結晶化したため、通常の非晶質シリコンの場
合よりさらに高速な動作が行える。
実施例3 第3実施例の検出器の断面図を第4図に示す。本実施
例の検出器は一方の面の電荷収集電極が分割された電極
22で、CdTe基板上に1次元または2次元に配列されてお
り、1つの分割電極22につき2つの薄膜トランジスタで
構成されている。薄膜トランジスタ1のソース電極と薄
膜トランジスタ31のゲートが共通電極33により形成され
ている。従って、放射線によりCdTe内に発生した信号は
まずドレイン電極16に入力され、ゲート電極8に制御信
号が入力され、薄膜トランジスタ31がON状態になると、
共通電極33に流れ込む。共通電極33は薄膜トランジスタ
32のゲート電極でもあるため、放射線信号は薄膜トラン
ジスタ33で増幅される。よって、薄膜トランジスタ32が
ヘッドアンプとして動作し、増幅された信号が薄膜トラ
ンジスタ31に入力される制御信号により外部のメインア
ンプに出力される。
例の検出器は一方の面の電荷収集電極が分割された電極
22で、CdTe基板上に1次元または2次元に配列されてお
り、1つの分割電極22につき2つの薄膜トランジスタで
構成されている。薄膜トランジスタ1のソース電極と薄
膜トランジスタ31のゲートが共通電極33により形成され
ている。従って、放射線によりCdTe内に発生した信号は
まずドレイン電極16に入力され、ゲート電極8に制御信
号が入力され、薄膜トランジスタ31がON状態になると、
共通電極33に流れ込む。共通電極33は薄膜トランジスタ
32のゲート電極でもあるため、放射線信号は薄膜トラン
ジスタ33で増幅される。よって、薄膜トランジスタ32が
ヘッドアンプとして動作し、増幅された信号が薄膜トラ
ンジスタ31に入力される制御信号により外部のメインア
ンプに出力される。
また、第5図は、放射線により発生した電気信号が、
電荷収集電極である分割電極22へ引き出され、同じく分
割電極22からなる薄膜トランジスタ31のゲート電極に入
力し、ヘッドアンプで増幅し、次にスイッチング用の薄
膜トランジスタ32で信号を読み出す放射線検出器の断面
図であり、第4図の場合と同様の効果を示す。
電荷収集電極である分割電極22へ引き出され、同じく分
割電極22からなる薄膜トランジスタ31のゲート電極に入
力し、ヘッドアンプで増幅し、次にスイッチング用の薄
膜トランジスタ32で信号を読み出す放射線検出器の断面
図であり、第4図の場合と同様の効果を示す。
以上の構成は第1実施例で述べたいずれの材料をいず
れの方法で形成してもよい。
れの方法で形成してもよい。
この実施例によれば、ヘッドアンプとしてFETチップ
を用いる場合より、空間分解能が高く、かつ信号読みだ
しが簡易かつ高速におこなえる検出器アレイまたは面検
出器が得られた。
を用いる場合より、空間分解能が高く、かつ信号読みだ
しが簡易かつ高速におこなえる検出器アレイまたは面検
出器が得られた。
発明の効果 本発明によれば、ヘッドアンプとして放射線に感度を
持つ半導体材料の上に形成した微細加工が容易な薄膜ト
ランジスタを用いるため、高密度に放射線検出素子を配
置することができ、容易に高い空間分解能を持つ1次元
または2次元の検出器が提供される。
持つ半導体材料の上に形成した微細加工が容易な薄膜ト
ランジスタを用いるため、高密度に放射線検出素子を配
置することができ、容易に高い空間分解能を持つ1次元
または2次元の検出器が提供される。
また、放射線信号の読みだしを薄膜トランジスタのON
−OFFで行なうことにより、線状または面状に配列した
検出素子からの信号の順次読みだしを簡易かつ高速に行
なうことができる。
−OFFで行なうことにより、線状または面状に配列した
検出素子からの信号の順次読みだしを簡易かつ高速に行
なうことができる。
さらに,薄膜トランジスタの薄膜半導体として、レー
ザアニールされたものを用いることにより、より高速な
トランジスタの動作が可能になる。
ザアニールされたものを用いることにより、より高速な
トランジスタの動作が可能になる。
第1図は本発明の第1実施例の放射線検出器の断面図、
第2図は本発明の第1実施例の放射線検出器の斜視図、
第3図は本発明の第2実施例の断面図、第4図は本発明
の第3実施例の断面図、第5図は本発明の第4の実施例
の断面図、第6図は一般的な増幅回路のブロック図、第
7図は従来の例の放射線検出器を示す斜視図である。 1……CdTe基板、2……電極、3……電極、4……絶縁
膜、5、16、25……ドレイン電極、6、26……ソース電
極、7……a−Si、8……ゲート電極、22……分割電
極、15……単結晶シリコン、31、32……薄膜トランジス
タ、33……共通電極。
第2図は本発明の第1実施例の放射線検出器の斜視図、
第3図は本発明の第2実施例の断面図、第4図は本発明
の第3実施例の断面図、第5図は本発明の第4の実施例
の断面図、第6図は一般的な増幅回路のブロック図、第
7図は従来の例の放射線検出器を示す斜視図である。 1……CdTe基板、2……電極、3……電極、4……絶縁
膜、5、16、25……ドレイン電極、6、26……ソース電
極、7……a−Si、8……ゲート電極、22……分割電
極、15……単結晶シリコン、31、32……薄膜トランジス
タ、33……共通電極。
フロントページの続き (72)発明者 馬場 末喜 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 渡辺 正則 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−180972(JP,A) 特開 昭58−92262(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/14 H01L 31/10
Claims (5)
- 【請求項1】放射線に有感な半導体材料と、前記半導体
材料の面上に設けた電荷収集電極と、前記半導体材料の
表面上に設けた薄膜トランジスタを有し、前記電荷収集
電極から出力される放射線により前記半導体材料内に発
生した電気信号を前記薄膜トランジスタのゲートに入力
することを特徴とする放射線検出器。 - 【請求項2】放射線に有感な半導体材料と、前記半導体
材料の少なくとも一方の面上の1次元あるいは2次元に
配列された複数個の電荷収集電極と、前記半導体材料上
の前記電荷収集電極1つにつき2つの前記半導体材料に
設けた薄膜トランジスタを有し、一方の薄膜トランジス
タをヘッドアップとして他方をスイッチング素子とした
ことを特徴とする放射線検出器。 - 【請求項3】放射線に有感な半導体材料と、前記半導体
材料の少なくとも一方の面上の1次元あるいは2次元に
配列された複数個の電荷収集電極と、前記半導体材料上
の前記電荷収集電極に対応して電荷収集電極1つにつき
2つの前記半導体材料の表面に設けた薄膜トランジスタ
を有し、前記複数個の電荷収集電極と対応する前記薄膜
トランジスタのゲートを接続することにより、前記放射
線により発生した電気信号を前記薄膜トランジスタに入
力し、前記薄膜トランジスタからの出力を別の薄膜トラ
ンジスタのドレインまたはソースに入力する請求項2記
載の放射線検出器。 - 【請求項4】放射線に有感な半導体材料と、前記半導体
材料の少なくとも一方の面上の1次元あるいは2次元に
配列された複数個の電荷収集電極と、前記半導体材料上
の前記電荷収集電極に対応して電極1つにつき2つの前
記半導体材料に設けた薄膜トランジスタを有し、前記複
数個の電極と対応する前記薄膜トランジスタのドレイン
またはソースを接続することにより、前記放射線により
発生した電気信号を前記薄膜トランジスタに入力し、前
記薄膜トランジスタからの出力を別の薄膜トランジスタ
のゲートに入力する請求項2記載の放射線検出器。 - 【請求項5】半導体材料が、テルル化カドミウム、ヒ化
ガリウム、セレン化カドミウム、ヨウ化水銀、シリコン
のいずれかであることを特徴とする請求項1ないし4の
いずれかに記載の放射線検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63313414A JP2811695B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 放射線検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63313414A JP2811695B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 放射線検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02158176A JPH02158176A (ja) | 1990-06-18 |
| JP2811695B2 true JP2811695B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=18041000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63313414A Expired - Fee Related JP2811695B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 放射線検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2811695B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5892262A (ja) * | 1981-11-27 | 1983-06-01 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JPS58180972A (ja) * | 1982-04-16 | 1983-10-22 | Toshiba Corp | 放射線検出器 |
-
1988
- 1988-12-12 JP JP63313414A patent/JP2811695B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02158176A (ja) | 1990-06-18 |
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