Herausragender Fotodetektor schlägt Konkurrenz um ein Vielfaches

Das war sogar für das POET-Team eine Überraschung: Der neue Fotodetektor von POET Technologies übertrifft gängige Detektoren um das Zwanzigfache. Grund genug, daraus ein eigenständiges Produkt zu machen. Darüber hinaus erbrachte POET Technologies den Nachweis für die Massenproduktionstauglichkeit seines Herstellungsverfahren und nahm damit die letzte Hürde auf dem Weg zur Serienfertigung. Mit diesem Ergebnis verabschiedet sich POET-Erfinder Dr. Geoff Taylor aus dem aktiven Geschäft in den Ruhestand. Mehr in der POET-Mitteilung vom 2016-04-04 und in diesem Beitrag.

English abstract: Even the POET team was surprised: POET Technologies‘ new photodetector outperforms competition’s detectors twentyfold – a good reason to develop it to a stand-alone product. Moreover POET Technologies provided evidence for mass production capability of its process technology, and thus took the last hurdle to series production. With this result POET inventor Dr. Geoff Taylor is retiring from active business. Read more in POET’s press release as of 2016-04-04 and in this blog post.

• Please find an English translation of the complete article here.

Neben der Begeisterung über die hervorragenden Leistungsdaten des Detektors sorgte die POET-Mitteilung unter den Anlegern in den Foren allerdings auch für etwas Unsicherheit. Klar, die Sache mit dem Detektor ist eine gute Nachricht, aber was ist vom Rest zu halten? Wie passen die neuen Aussagen mit den bislang kommunizierten Unternehmenszielen und dem Zeitplan zusammen? Das war weitgehend unklar oder zumindest interpretationsfähig.

Am 2016-04-07 hatte ich Gelegenheit, mit Dr. Subhash Deshmukh, Chief Operating Officer (COO) bei POET Technologies, zu sprechen und offene Fragen zu klären. In den vorliegenden Beitrag fließen daher sowohl die POET-Mitteilung als auch die Erläuterungen Deshmukhs ein.

Fotodetektor jenseits aller Erwartungen

Abbildung 1: VCSEL-Transceiver (schematisch)

Zunächst zum Fotodetektor. Dabei handelt es sich um eine Komponente des integrierten VCSEL-Transceivers, den POET Technologies zur Zeit entwickelt. VCSEL-Transceiver werden für die optische Datenübertragung benötigt. Der Transceiver wandelt die elektrischen Datensignale eines sendenden Computers in optische Signale um und schickt diese zur Gegenstelle. Dort nimmt ein weiterer VCSEL-Transceiver die Lichtsignale entgegen und wandelt sie in elektrische Signale zurück, die der empfangende Computer verarbeiten kann. Da in einer Kommunikation, die diesen Namen verdient, beide Partner sowohl Sender wie Empfänger sind, besitzt jeder VCSEL-Transceiver Sende- und Empfangsfunktionalitäten.

Abbildung 1 zeigt schematisch, wie ein VCSEL-Transceiver aufgebaut ist. Er besteht aus drei Komponenten:

1. Der VCSEL (rot) dient als Laser-Lichtquelle für das zu sendende optische Signal. Dieses gelangt über eine Glasfaser zur Gegenstelle.
2. Der Fotodetektor (grün) empfängt das Lichtsignal. Das Licht, das per Glasfaser von der Gegenstelle kommt, fällt auf den Detektor und erzeugt dort einen elektrischen Strom, den der Detektor abgibt.
3. Eine Steuerelektronik (blau, »Transistoren«, FET) prägt die zu sendenden Daten dem vom VCSEL erzeugten Lichtsignal auf. Sie moduliert das Lichtsignal und macht so aus elektrischen Signalen optische. Empfangsseitig bereitet die Elektronik die vom Detektor gelieferten elektrischen Signale auf, soweit nötig.

In »Wie funktioniert der optische POET-Transceiver?« habe ich das detaillierter erläutert.

Abbildung 2: Typische Responsivity heute am Markt verfügbarer Fotodetektoren (pin-Dioden)

Der Fotodetektor ist also entscheidend für die Empfangssseite des Transceivers. Je höher der Anteil des einfallenden Lichts ist, den der Fotodetektor in Strom umwandeln kann, desto besser. Dies ist eine wesentliche Kenngröße eines Fotodetektors und heißt Responsivity. Es ist der Quotient aus der Leistung des einfallenden Lichts, angegeben in Watt (W), und der Stärke des vom Detektor erzeugten Stroms, angegeben in Ampere (A). Die Responsivity wird also in Ampere pro Watt (A/W) angegeben.

Eine höhere Responsivity bedeutet: Gleiche Lichtleistung führt zu höherem Strom. Oder umgekehrt: Ein Detektor mit hoher Responsivity kann auch aus einem schwachen Lichtsignal dieselbe Stromstärke erzeugen wie ein Detektor mit geringer Responsivity bei hoher Lichtleistung. Das läßt sich in der praktischen Anwendung zum Stromsparen nutzen, denn wenn ein schwaches Lichtsignal ausreicht, kann man die Sendeleistung drosseln.

Abbildung 2 zeigt zwei Beispiele für die Responsivity heute am Markt verfügbarer Fotodetektoren, meist sogenannte pin-Dioden. Wie man an den Kurven sieht, hängt die Responsivity neben dem Material auch von der Wellenlänge ab, also von der Farbe des einfallenden Lichts.  Bei einer bestimmten Wellenlänge ist die Responsivity maximal. Dieser Peak liegt bei gängigen pin-Dioden zwischen 0,4 und knapp 1 A/W.

Abbildung 3: Responsivity des POET-Detektors

Der POET-Detektor fällt hier komplett aus dem Rahmen: Er schafft beeindruckende 13 A/W und schlägt damit auch die besten heutigen Fotodetektoren um Längen.

Um den gewaltigen Unterschied zwischen herkömmlichen Fotodetektoren und dem POET-Detektor zu veranschaulichen, habe ich die Skala in Abbildung 2 »ein wenig« nach oben verlängert und die Responsivity des POET-Detektors als roten Punkt eingezeichnet (Abbildung 3).

Vom POET-Detektor kennen wir bislang nur die Responsivity bei einer bestimmten Wellenlänge, nämlich bei 850 Nanometern (nm). Daher gibt es hier noch keine Kurve, sondern nur den besagten Punkt. Die Kurve hätte vermutlich einen sehr steilen Anstieg und einen ebenso steilen Abfall um 850 nm herum, weil sich Resonator-Detektoren sehr genau auf eine bestimmte Wellenlänge abstimmen lassen. Das gilt auch für den VCSEL auf der Gegenseite: Das von ihm ausgesendete Licht muß genau der Detektor-Wellenlänge entsprechen, damit die Kommunikation klappt.

POET hat die Responsivity seines Detektors bei einer Lichtleistung von weniger als 200 Mikrowatt (µW) und einer Öffnungsgröße von 10 Mikrometern (µm) gemessen, was übrigens nur ein Drittel dessen ist, was Fotodetektoren sonst so benötigen. (Leider ist das µ-Zeichen nur in der PDF-Version der POET-Mitteilung auf SEDAR korrekt enthalten. In den HTML-Fassungen, die über die Newskanäle gingen, war das µ zu einem m mutiert und verwandelt fälschlicherweise Mikro in Milli.)

An einen Fotodetektor schließt sich üblicherweise ein sogenannter Transimpedanzverstärker (transimpedance amplifier, TIA) an, weil der vom Detektor gelieferte Lichtstrom für die nachfolgende Verarbeitung zu gering ist. In der Audiokonferenz am 2015-09-30 hatte Geoff Taylor noch betont, beim POET-Detektor sei der TIA keine separate Komponente, sondern kostengünstig in den Detektor integriert. Jetzt sieht es laut Deshmukh so aus, daß überhaupt keine Verstärkung mehr nötig ist. Das spart zwar keine weiteren Kosten, wohl aber etwas Platz. Der POET-Detektor, der auch mit Verstärker viel kleiner als andere Produkte gewesen wäre, kann also nochmals schrumpfen.

Aufgrund der unerwartet guten Werte will POET Technologies den Detektor nicht nur als Baustein in den VCSEL-Transceiver integrieren, sondern auch als eigenständiges Produkt vermarkten. Der Weg dahin ist nicht mehr weit, denn der POET-Detektor ist ja kein Labormuster mehr, sondern bereits Ergebnis einer industriellen Fertigung und läßt sich kosteneffizient in Serien herstellen. POET will aber weiteren Aufwand in den Detektor stecken, denn nach den jetzt erfolgten ersten Testläufen besteht durchaus noch Optimierungspotential.

Bei den Herstellungskosten liegt POET laut Deshmukh deutlich unter denen aller anderer Fotodetektoren am Markt. Außerdem sind die Margen der Wettbewerber äußerst dünn. In der Preisgestaltung besteht nach unten hin praktisch kein Spielraum mehr. POET könnte daher den eigenen Detektor zu einem üblichen Marktpreis anbieten und komfortabel daran verdienen, ohne befürchten zu müssen, daß Wettbewerber einen Preiskampf vom Zaun brechen wollen oder können. Kunden haben dann die Wahl: Sie können für das gleiche Geld entweder einen Standarddetektor kaufen oder den leistungsstarken POET-Detektor.  POET dürfte sehr gute Chancen haben, einen nennenswerten Marktanteil zu gewinnen.

Ende 2016 soll der Detektor als erstes Produkt des Unternehmens auf den Markt kommen, ist in der POET-Mitteilung zu lesen. Das führte allerdings zu Irritationen unter den Aktionären. Sollte nicht der VCSEL-Transceiver das erste POET-Produkt sein? Und sollte der nicht bereits Ende Q2 2016 fertig sein? Wenn aber der Detektor a) das erste Produkt wird und b) erst im Dezember kommt, ist POET dann nicht mit dem VCSEL-Transceiver sechs Monate oder gar mehr im Rückstand?

Q1-Meilenstein erreicht

Nein, keineswegs, erläutert Subhash Deshmukh und beschreibt die einzelnen Meilensteine.

Für das erste Quartal 2016 hatte sich POET Technologies zum Ziel gesetzt, das POET-Herstellungsverfahrens in die Serienfertigung zu bringen. Dieses Ziel hat das Unternehmen in der Foundry von Wavetek vollständig erreicht. Mehrere Partien von Sechs-Zoll-Wafern liefen durch die Produktionsanlagen und lieferten Detektoren, VCSEL und Transistoren. Die Detektoren wurden als erstes produziert, daher liegen hier schon Ergebnisse vor. VCSEL und Transistoren werden noch getestet und ausgemessen. Das dürfte noch etwa drei Wochen dauern, vermutet Deshmukh.

Fähigkeit zur Serienproduktion nachgewiesen

Die Bedeutung dieses Meilensteins kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Denn POET Technologies hat hier anhand konkreter Fertigungsläufe gezeigt, daß das Herstellungsverfahren in der Massenproduktion funktioniert, hohe Stückzahlen liefert und der Ausschuß hinreichend klein ist. Dieser Nachweis war die letzte technische Hürde, die es noch zu nehmen galt.

Ab sofort braucht sich kein Hersteller mehr zu fragen, ob man POET-Chips kostengünstig in Serie produzieren kann oder nicht. Die Frage ist vielmehr, wie man für eigene Produkte selbst auf die POET-Technik umstellen kann – bevor die Konkurrenz es tut. POET rechnet jedenfalls ab dem zweiten Halbjahr 2016 mit ersten Einkünften durch Auslizenzierungen seines Verfahrens (NRE).

Keine Veränderung im Zeitplan

Auch der weitere Zeitplan bleibt so, wie er ist, und zuletzt in der Audiokonferenz vom 2016-02-16 bekräftigt wurde, siehe Abbildung 4. Erreichte Ziele sind grün markiert, gelb ist in Arbeit, rot sind künftige Ziele.

Abbildung 4: Zeitplan POET Technologies 2016

Wie geht es also mit dem VCSEL-Transceiver weiter?

• Nachdem die drei Transceiver-Komponenten im ersten Quartal jeweils separat gefertigt wurden, erfolgen nun Optimierungen und Integration. Ergebnis des zweiten Quartals soll ein Chip sein, der VCSEL, Detektor und Steuerelektronik (NFET) enthält. Das Zusammenspiel der Komponenten soll funktionieren und die Sende- und Empfangseigenschaften zeigen.
• Weitere Bearbeitungs- und Optimierungsschritte schließen sich im dritten Quartal an. Am Ende steht das Tape-Out, die Übergabe aller produktionsrelevanten Dateien an die Foundry.
• Danach beginnt im vierten Quartal die Produktion. Sie erfolgt anfangs mit kleinen Stückzahlen, um sicherzustellen, daß alle Produktionsschritte wie geplant funktionieren und das Ergebnis der Spezifikation entspricht. Wenn alles stimmt und gegebenenfalls letzte Probleme gelöst sind, läuft die Massenfertigung an.

Dr. Subhash Deshmukh, COO POET Technologies

Im Dezember sollen also mit Detektor und VCSEL-Transceiver gleich zwei POET-Produkte auf den Markt kommen.

POET Technologies will die Anleger über den Fortgang durch weitere Mitteilungen auf dem Laufenden halten. Allerdings wird nicht zu jeder Kleinigkeit eine Info kommen. Ein funktionierender VCSEL beispielsweise sei keine Nachricht wert, meint Subhash Deshmukh. Für den POET-COO wäre das nichts Besonderes, denn funktionierende VCSEL gebe es ja am Markt bereits zuhauf. Wenn jedoch der VCSEL über ähnlich herausragende Leistungsdaten wie der Detektor verfügen sollte, sei das eine andere Geschichte. Und natürlich sei ein funktionsfähiger integrierter VCSEL-Transceiver eine Nachricht, denn VCSEL-Transceiver gebe es am Markt in integrierter Form bislang überhaupt nicht.

Überhaupt macht Subhash Deshmukh auf mich nicht den Eindruck eines Mannes, der schon zufrieden ist, wenn seine Produkte einfach nur funktionieren: „Working components are not enough.“ Er will mehr. Er will exzellente Qualität. Er will auch das Letzte aus den gegebenen Möglichkeiten herausholen. Wird der integrierte VCSEL-Transceiver funktionieren? Das ist für Deshmukh bereits jetzt völlig klar. Wird der Transceiver besser sein wird als Wettbewerbsprodukte? Natürlich, meint Deshmukh. Offen ist nur noch, um wieviel der POET-Transceiver vorn liegen wird. Ich denke, Deshmukh wird lieber ein paar Extrarunden drehen, als mit einem Produkt herauszukommen, das nicht das volle Potential ausschöpft. Mit dem Detektor hat er jedenfalls eine äußerst beeindruckende Vorlage geliefert.

Geoff Taylor laboriert mit Knieproblemen

Dr. Geoff Taylor, POET-Erfinder

Mit den Q1-Ergebnissen und dem Erreichen der Produktionsreife seines »Babies« verabschiedet sich POET-Erfinder Dr. Geoff Taylor Ende April in den Ruhestand. Gesundheitliche Probleme mögen diese Entscheidung beschleunigt haben. Nach Einsetzen eines künstlichen Kniegelenks war es zu Komplikationen gekommen, die in den vergangenen Monaten weitere Operationen erforderten, so daß Taylor seiner Arbeit nicht nachkommen konnte.

Seit den 1980er Jahre hatte er an der POET-Technik geforscht und die wesentlichen Komponenten entwickelt. Mit der Übergabe der Führungs- wie auch der technisch-wissenschaftlichen Verantwortung an Suresh Venkatesan und Subhash Deshmukh sieht Geoff Taylor das Unternehmen in guten Händen und für künftiges Wachstum positioniert. »POET steht an der Schwelle zu entscheidenden Prototypen, durch die es als führendes Unternehmen im Datenkommunikationsmarkt wahrgenommen werden wird. Ich vertraue voll und ganz darauf, daß das neue Management diese Aufgaben bewältigt. Ich werde den Fortgang aufmerksam verfolgen«, so Taylor.

Schwächen in der Unternehmenskommunikation verbessern

Die vorliegende Medienmitteilung bestätigt zum einen, daß POET Technologies gut im Plan liegt, erste Detektor-Ergebnisse sogar die Erwartungen übertreffen und ein neues Produkt in der Pipeline ist. Andererseits zeigen die Reaktionen der Anleger in den Foren, daß die Botschaft nur teilweise und unklar ankommt.

Wenn aber die Kommunikation schon die eigenen Investoren nicht oder nicht optimal erreicht und diese die technischen Fortschritte nur eingeschränkt zu würdigen wissen, dann wird es sehr, sehr schwer, damit weitere investoren zu finden und für die POET-Aktie zu begeistern.

Woran kann das liegen? Ich ziehe den Vergleich zur optischen Datenübertragung: Damit die Kommunikation gelingt, müssen Sender und Empfänger möglichst genau auf die gleiche Wellenlänge abgestimmt sein. Abbildung 5 zeigt eine Kommunikation, bei der das nicht der Fall ist. Der Sender (rote Kurve) sendet ein Signal vornehmlich auf einer bestimmten Wellenlänge aus, nämlich dem Maximum der roten Kurve. Rechts und links von dieser Wellenlänge nimmt die Signalstärke ab. Der Empfänger (grüne Kurve) ist jedoch auf einer andere Wellenlänge abgestimmt. Er könnte das Signal gut empfangen, wenn es vor allem dort käme, wo die grüne Kurve ihr Maximum hat. Eine Übertragung findet nur statt, wo sich die beiden Kurven überlappen (gelber Bereich). In diesem Beispiel geht sie weit an den Möglichkeiten vorbei.

Abbildung 5: Schwache Kommunikation durch unterschiedliche »Wellenlängen«

Die Kommunikation zwischen POET Technologies und den Aktionären sieht ähnlich aus. POET sendet auf der roten Kurve. Ein Passus wie „At a bias voltage of 3.3V, POET detectors have demonstrated a room temperature thyristor enhanced saturated responsivity of 13A/W at an input optical power threshold of less than 200mW and at an aperture of 10mm.  This is about 20X higher on a 3X smaller device relative to typical 850nm PiN diodes.“ enthält jede Menge starker Signale für Empfänger, die ebenfalls auf die rote Kurve abgestimmt sind, also Halbleiterprofis und Laien, die sich mehr oder weniger intensiv in die Materie eingearbeitet haben.

Die große Mehrheit der POET-Investoren – und auch der potentiellen POET-Investoren – ist aber auf die grüne Kurve abgestimmt und erwartet Nachrichten auf dieser Wellenlänge. Begriffe wie „bias voltage“, „responsivity“ (oder gar „thyristor enhanced saturated responsivity“), „input optical power threshold“ oder „PiN diodes“ gehen im wesentlichen über die Köpfe hinweg – auch bei denen, die der englischen Sprache mächtig sind. Bei den Zahlen und Einheiten weiß der Laie nicht, was sie bedeuten oder womit er sie vergleichen kann. Insgesamt sind in der Nachricht zwar viele Informationen vorhanden, aber sie kommen beim Empfänger nicht an, weil sie auf der falschen »Wellenlänge« gesendet werden und keine Resonanz auslösen.

Andererseits fehlen dem Investor diejenigen Informationen, die er eigentlich erwartet und auf die er optimal abgestimmt ist. Er ist zum Beispiel brennend daran interessiert, wie die Entwicklung des VCSEL-Transceivers vorangeht. Allerdings kommt das Wort »Transceiver« in der POET-Mitteilung überhaupt nicht vor. »VCSEL« taucht nur ein einziges Mal auf, und der Kontext wirft Fragen auf.

Was ist zu tun? Tausenden Investoren und Interessierten eine Fortbildung in Sachen Halbleiter, Halbleiterproduktion und Optoelektronik zu empfehlen, damit sie POET-Mitteilungen besser verstehen und interpretieren können, wird wohl nicht funktionieren.

Nein, hier muß sich POET Technologies bewegen beziehungsweise sich zunächst des Problems bewußt werden. Das Unternehmen muß in seiner Kommunikation näher an die Zielgruppe heran und mehr auf der Wellenlänge der Empfänger senden. Wer eine Mitteilung schreibt, muß versuchen, sich in seine Leser, ihren Kenntnisstand und ihre Erwartungen hineinzuversetzen, gegebenenfalls mit Unterstützung. Die technischen Angaben sind natürlich wichtig, aber POET sollte auch erläutern, was diese Angaben bedeuten und wie sie in den Gesamtzusammenhang einzuordnen sind. So, wie das Unternehmen Detektoren und VCSEL optimiert, so sollte es auch seine Mitteilungen optimieren, damit sie maximale Wirkung entfalten.

Abbildung 6: Verbesserte Kommunikation durch ähnlichere »Wellenlängen«

Abbildung 6 zeigt eine verbesserte Kommunikation. Die rote Kurve hat sich der grünen angenähert. Die Wellenlängen stimmen zwar noch nicht perfekt überein, aber es kommt bereits viel mehr beim Empfänger an, wie man an der Größe der gelben Fläche sieht.

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Titelbild: Helmholtz-Resonatoren, Rudolph Koenig, Paris. Foto: Teylers Museum, Haarlem, Niederlande

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