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Um die technischen Limitierungen bezüglich der Geschwindigkeit und Verlustleistung aktueller Mikroprozessoren zu überwinden, sind neue Technologien notwendig. Eine Möglichkeit ist der Austausch klassischer metallischer Verbindungsleiter durch optische Übertragungswege. Als monolithisch integrierbare Lichtquellen kommen Germanium-basierte Leuchtdioden oder Laser auf Silizium-Substrat in Frage. Dafür ist eine intensive direkte Lumineszenz der Ge-Schicht nötig. Aus diesem Grund wurde der Einfluss von Donatorkonzentration, Verspannung, Quanten-Confinement und Versetzungsdichte auf die Lumineszenzintensität von Ge-Strukturen mittels Photo- und Elektrolumineszenz-Spektroskopie (PL bzw. EL) untersucht. Eine Antimon-Konzentration von 3e19/cm³ erhöhte die Intensität um das Vierfache im Vergleich zu einer intrinsischen Ge-Schicht. Eine zusätzliche Zugverspannung durch ein virtuelles Substrat aus GeSn erzielte nur eine geringfügige Intensitätssteigerung. Eine GeSn/Ge Multi-Quantum-Well (MQW) Struktur steigerte die Lumineszenz um den Faktor 16. Jedoch wurde durch transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen der Strukturen eine hohe Dichte von Durchstoßversetzungen (threading dislocations) im Bereich von 1e9/cm² gefunden. Diese bewirken eine Reduzierung der Lumineszenzintensität um zwei Größenordnungen, wie PL-Messungen an pseudomorph gewachsenen Ge/Si-MQW-Schichten zeigen. Eine Analyse der Strom-Spannungs-Kurven ergab einen weitaus weniger schädlichen Einfluss von Durchstoßversetzungen im Germanium als dies für Silizium der Fall ist. Im Hinblick auf eine Steigerung der direkten Ge-Lumineszenz sollten dotierte MQW-Strukturen und eine Reduzierung der Versetzungsdichte Anwendung finden. In order to address the technical bottleneck of speed and power loss in current microprocessors, new technologies are needed. One possibility is the rational exchange of metallic connections with optical on-chip interconnects. Therefore, a suitable light source is needed. Germanium-based light emitting diodes or lasers grown on silicon substrates are promising candidates for monolithically integrated light sources. This requires a strong direct luminescence of the Ge layer. This work studies the influence of donor concentration, strain, quantum confinement and dislocation density on the luminescence intensity of Ge-based structures by means of photo- and electroluminescence spectroscopy. An antimony concentration of 3e19/cm³ increases the intensity by a factor of four compared to an intrinsic Ge layer. Additional tensile strain introduced by a GeSn virtual substrate causes only a slight increase in intensity. A GeSn/Ge multi-quantum-well (MQW) structure exhibits a 16 times increase of the luminescence. However, transmission electron microscopy studies of these structures revealed a high density of threading dislocations in the range of 1e9/cm². This causes a reduction of the luminescence intensity by two orders of magnitude, as photoluminescence measurements on pseudomorphically grown Ge/Si-MQW-layers show. Current-voltage characteristics of the Ge devices show a far less detrimental effect of dislocations than in case of Si devices. In order to increase the direct luminescence of Ge, the use of doped MQW structures and a reduction of the threading dislocation density should be favoured.

Um die technischen Limitierungen bezüglich der Geschwindigkeit und Verlustleistung aktueller Mikroprozessoren zu überwinden, sind neue Technologien notwendig. Eine Möglichkeit ist der Austausch klassischer metallischer Verbindungsleiter durch optische Übertragungswege. Als monolithisch integrierbare Lichtquellen kommen Germanium-basierte Leuchtdioden oder Laser auf Silizium-Substrat in Frage. Dafür ist eine intensive direkte Lumineszenz der Ge-Schicht nötig. Aus diesem Grund wurde der Einfluss von Donatorkonzentration, Verspannung, Quanten-Confinement und Versetzungsdichte auf die Lumineszenzintensität von Ge-Strukturen mittels Photo- und Elektrolumineszenz-Spektroskopie (PL bzw. EL) untersucht. Eine Antimon-Konzentration von 3e19/cm³ erhöhte die Intensität um das Vierfache im Vergleich zu einer intrinsischen Ge-Schicht. Eine zusätzliche Zugverspannung durch ein virtuelles Substrat aus GeSn erzielte nur eine geringfügige Intensitätssteigerung. Eine GeSn/Ge Multi-Quantum-Well (MQW) Struktur steigerte die Lumineszenz um den Faktor 16. Jedoch wurde durch transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen der Strukturen eine hohe Dichte von Durchstoßversetzungen (threading dislocations) im Bereich von 1e9/cm² gefunden. Diese bewirken eine Reduzierung der Lumineszenzintensität um zwei Größenordnungen, wie PL-Messungen an pseudomorph gewachsenen Ge/Si-MQW-Schichten zeigen. Eine Analyse der Strom-Spannungs-Kurven ergab einen weitaus weniger schädlichen Einfluss von Durchstoßversetzungen im Germanium als dies für Silizium der Fall ist. Im Hinblick auf eine Steigerung der direkten Ge-Lumineszenz sollten dotierte MQW-Strukturen und eine Reduzierung der Versetzungsdichte Anwendung finden., In order to address the technical bottleneck of speed and power loss in current microprocessors, new technologies are needed. One possibility is the rational exchange of metallic connections with optical on-chip interconnects. Therefore, a suitable light source is needed. Germanium-based light emitting diodes or lasers grown on silicon substrates are promising candidates for monolithically integrated light sources. This requires a strong direct luminescence of the Ge layer. This work studies the influence of donor concentration, strain, quantum confinement and dislocation density on the luminescence intensity of Ge-based structures by means of photo- and electroluminescence spectroscopy. An antimony concentration of 3e19/cm³ increases the intensity by a factor of four compared to an intrinsic Ge layer. Additional tensile strain introduced by a GeSn virtual substrate causes only a slight increase in intensity. A GeSn/Ge multi-quantum-well (MQW) structure exhibits a 16 times increase of the luminescence. However, transmission electron microscopy studies of these structures revealed a high density of threading dislocations in the range of 1e9/cm². This causes a reduction of the luminescence intensity by two orders of magnitude, as photoluminescence measurements on pseudomorphically grown Ge/Si-MQW-layers show. Current-voltage characteristics of the Ge devices show a far less detrimental effect of dislocations than in case of Si devices. In order to increase the direct luminescence of Ge, the use of doped MQW structures and a reduction of the threading dislocation density should be favoured.

In den letzten Dekaden kam es aufgrund weitreichender sozialer Veränderungen zu einem deutlichen Wandel im physischen Aktivitätsverhalten industrialisierter Gesellschaften. Eine stetig anhaltende Industrialisierung und Computerisierung führte dabei zu einer deutlichen Reduktion körperlicher Aktivität am Arbeitsplatz, sowie zu einem stetigen Anstieg der im Sitzen verbrachten Zeit. Da lange Sitzzeiten, vor allem in langanhaltenden und ununterbrochenen Perioden, unabhängig vom Grad der körperlichen Ertüchtigung Risikofaktoren für verschiedenste Krankheiten darstellen, wurden in den letzten Jahren vermehrt arbeitsplatzbezogene Interventionen durchgeführt. Eine zunehmend in den wissenschaftlichen Fokus rückende Form der Intervention ist dabei die Implementierung höhenverstellbarer Tische am Arbeitsplatz (Sitz-Steh-Arbeitsplätze), welche es den Anwenderinnen und Anwendern erlauben, Tätigkeiten sowohl im Sitzen als auch im Stehen durchzuführen. Da derzeitige Sitz-Steh-Arbeitsplätze aufgrund verschiedenster Randfaktoren (z.B. Adjustierungsdauer, Komplexität des Arbeitsplatzes, verfügbarer Arbeitsraum) oft nur geringe bis keine Änderungen im Sitzverhalten der AnwenderInnen hervorrufen und ihr Effekt auf das Stressverhalten und die kognitive Leistungsfähigkeit bis heute unzureichend erforscht ist, wurden im Rahmen dieser Dissertation zwei randomisierte kontrollierte klinische Studien durchgeführt. Ziel der ersten Studie war es, den kurzzeitigen Effekt (1 Tag) wechselnder Körperhaltungen auf kognitive Leistungsparameter (Reaktionszeit, Konzentrationsleistung, Arbeitsgeschwindigkeit) und Arbeitsbelastung zu untersuchen. Im Zuge dieser Studie wurde ein vordefiniertes Studienprotokoll von 45 Personen entweder im Sitzen oder in alternierenden Körperhaltungen (Sitzen und Stehen) ausgeführt. Stringente Einschlusskriterien, idente Umgebungsbedingungen sowie das Cross-Over-Design der Studie führten dabei zu einer höchstmöglichen Vergleichbarkeit. Innerhalb dieser Studie konnten weder in der kognitiven Leistung noch in der Arbeitsbelastung Unterschiede zwischen in wechselnden Haltungen und ausschließlich im Sitzen ausgeführter Tätigkeit gefunden werden. Ausgehend von den Ergebnissen der Kurzzeitstudie verfolgte die zweite, einjährige Studie das Ziel, den mittelfristigen Effekt (6 Monate) wechselnder Körperhaltungen auf kognitive Leistungsparameter (Reaktionszeit, Konzentrationsleistung, Arbeitsgeschwindigkeit), Arbeitsbelastung und die im Sitzen verbrachte Zeit zu analysieren. Dabei wurden 18 BüromitarbeiterInnen untersucht, welche in alternierender Reihenfolge und für die Dauer von 23 Wochen entweder mit einem neuartigen Sitz-Steh-Arbeitsplatzkonzept oder einem herkömmlichen Büroarbeitsplatz ausgestattet wurden. Vorher-Nachher-Vergleiche, gepaart mit dem Cross-Over-Design der Studie, ermöglichten adäquate Aussagen über die gemessenen Parameter. Zusammenfassend konnte eine deutliche, zeitlich regressive Sitzzeitreduktion für die Verwendung des neuartigen Sitz-Steh-Konzepts aufgezeigt werden, welche trotz der Einfachheit des Konzepts in langanhaltenden Episoden absolviert wurde. Obwohl es in der kognitiven Leistungsfähigkeit zu keinen Unterschieden zwischen AnwenderInnen der zwei Bürotypen kam, konnte eine erhöhte Textbearbeitungsgenauigkeit, wie auch eine veränderte Stressantwort nach mentaler Belastung für Sitz-Steh-AnwenderInnen festgestellt werden. Die Ergebnisse der Dissertation zeigen, dass Bedenken bezüglich eines haltungswechsel-induzierten Leistungsabfalls unbegründet sind. Wenngleich der Effekt noch nicht restlos geklärt werden konnte, deuten veränderte Fehlerraten und Stressantworten unter und nach mentaler Belastung, vor allem bei monotonen Tätigkeiten, auf das Potential wechselnder Körperhaltungen hin. Der deutliche Rückgang der Sitzzeit, weit über dem durchschnittlichen Effekt früherer Interventionen, verdeutlicht die Wirksamkeit und Bedeutung simpler und barrierefreier Arbeitsplatzkonzepte., Far-reaching social development over the last few decades has caused extensive changes in physical activity patterns, especially in industrialized societies. Ongoing computerization and digitalization has led to a decrease in occupational physical activity and an increase in sitting time. As prolonged sitting, particularly in long lasting and uninterrupted bouts, constitutes a risk factor for several diseases independent of other physical activity, a growing number of workplace-based interventions have been implemented to improve this situation. Furthermore, height-adjustable desks (sit-to-stand workstations) allowing users to work either in a standing or sitting posture have received increased scientific interest over the last few years. As many of the currently used sit-to-stand workstations have little or no effect on sedentary behavior because of practical factors (e.g. adjustment problems, workstation's complexity, available working-space) and their effect on cognitive performance and mental stress has not been sufficiently investigated, two randomized controlled trials were conducted within this PhD thesis. The aim of the first study was to investigate the short-term (1 day) effect of alternating postures on cognitive performance (reaction time, concentration performance, working speed) and workload. Within this study 45 people executed a predefined study protocol either in a sitting or an alternating (sit and stand) body posture. Stringent inclusion criteria and identical environmental conditions, as well as the study's cross-over design, ensured enhanced comparability. In the course of this study, no differences in cognitive performance and workload were found between operations carried out in alternating postures and those in sitting only. Based on short-term study results, the aim of the second one-year study was to analyze the medium-term effect (6 months) of alternating postures on cognitive performance (reaction time, concentration, working speed), workload, and sedentary behavior. Eighteen office workers, equipped with either traditional or novel sit-to-stand workstations for a period of 23 weeks, were investigated. Together with the study's cross-over design, pre/post comparisons enabled appropriate data analysis. Overall, a clear and regressive decrease in sitting time was found for sit-to-stand workstation users. Despite the simplicity of the concept, sitting was mainly executed in long-lasting periods. Although no difference in cognitive performance could be found for both types of workstation, increased text editing accuracies as well as changes in physiological stress responses were shown for sit-to-stand workstation users. The results of this PhD thesis indicate that concerns regarding performance loss caused by alternating postures are baseless. Although the effect could not be completely clarified, decreased error rates as well as changes in stress responses during and after mental stress demonstrated the potential of working in alternating postures, especially for monotonous tasks. Significant reductions in sitting time, considerably above the average of previous interventions, illustrated the effectiveness and importance of simple and barrier-free sit-to-stand workstation concepts.