We use thermal annealing to improve smoothness and to increase the lateral size of crystalline islands of n-tetratetracontane (TTC, C44H90) films. With in situ x-ray diffraction, we find an optimum temperature range leading to improved texture and crystallinity while avoiding an irreversible phase transition that reduces crystallinity again. We employ real-time optical phase contrast microscopy with sub-nm height resolution to track the diffusion of TTC across monomolecular step edges which causes the unusual smoothing of a molecular thin film during annealing. We show that the lateral island sizes increase by more than one order of magnitude from 0.5 μm to 10 μm. This desirable behavior of 2d-Ostwald ripening and smoothing is in contrast to many other organic molecular films where annealing leads to dewetting, roughening, and a pronounced 3d morphology. We rationalize the smoothing behavior with the highly anisotropic attachment energies and low surface energies for TTC. The results are technically relevant for the use of TTC as passivation layer and as gate dielectric in organic field effect transistors.

1.
O. A.
Melville
,
B. H.
Lessard
, and
T. P.
Bender
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
7
,
13105
(
2015
).
2.
A.
Zen
,
P.
Pingel
,
D.
Neher
, and
U.
Scherf
,
Phys. Status Solidi A
205
,
440
(
2008
).
3.
P.
Beyer
,
T.
Breuer
,
S.
Ndiaye
,
A.
Zykov
,
A.
Viertel
,
M.
Gensler
,
J. P.
Rabe
,
S.
Hecht
,
G.
Witte
, and
S.
Kowarik
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
6
,
21484
(
2014
).
4.
A.
Hinderhofer
,
T.
Hosokai
,
K.
Yonezawa
,
A.
Gerlach
,
K.
Kato
,
K.
Broch
,
C.
Frank
,
J.
Novák
,
S.
Kera
,
N.
Ueno
, and
F.
Schreiber
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
033307
(
2012
).
5.
C.
Merkl
,
T.
Pfohl
, and
H.
Riegler
,
Phys. Rev. Lett.
79
,
4625
(
1997
).
6.
A.
Holzwarth
,
S.
Leporatti
, and
H.
Riegler
,
Europhys. Lett.
52
,
653
(
2000
).
7.
S. R.
Craig
,
G. P.
Hastie
,
K. J.
Roberts
, and
J. N.
Sherwood
,
J. Mater. Chem.
4
,
977
(
1994
).
8.
C.
Weber
,
T.
Liebig
,
M.
Gensler
,
L.
Pithan
,
S.
Bommel
,
D.
Bléger
,
J. P.
Rabe
,
S.
Hecht
, and
S.
Kowarik
,
Macromolecules
48
,
1531
(
2015
).
9.
J. L.
Lee
,
E. M.
Pearce
, and
T. K.
Kwei
,
Macromolecules
30
,
8233
(
1997
).
10.
M.
Göllner
,
M.
Huth
, and
B.
Nickel
,
Adv. Mater.
22
,
4350
(
2010
).
11.
D.-I.
Kim
,
T. Q.
Trung
,
B.-U.
Hwang
,
J.-S.
Kim
,
S.
Jeon
,
J.
Bae
,
J.-J.
Park
, and
N.-E.
Lee
,
Sci. Rep.
5
,
12705
(
2015
).
12.
M.
Kraus
,
S.
Richler
,
A.
Opitz
,
W.
Brütting
,
S.
Haas
,
T.
Hasegawa
,
A.
Hinderhofer
, and
F.
Schreiber
,
J. Appl. Phys.
107
,
094503
(
2010
).
13.
S.
Ogawa
,
Y.
Kimura
,
M.
Niwano
, and
H.
Ishii
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
033504
(
2007
).
14.
M.
Irimia-Vladu
,
E. D.
Gåowacki
,
P. A.
Troshin
,
G.
Schwabegger
,
L.
Leonat
,
D. K.
Susarova
,
O.
Krystal
,
M.
Ullah
,
Y.
Kanbur
,
M. A.
Bodea
,
V. F.
Razumov
,
H.
Sitter
,
S.
Bauer
, and
N. S.
Sariciftci
,
Adv. Mater.
24
,
375
(
2012
).
15.
M.
Kraus
,
S.
Haug
,
W.
Brütting
, and
A.
Opitz
,
Org. Electron.
12
,
731
(
2011
).
16.
M.
Horlet
,
M.
Kraus
,
W.
Brütting
, and
A.
Opitz
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
233304
(
2011
).
17.
A.
Opitz
and
W.
Brütting
, in
Physics of Organic Semiconductors
, edited by
W.
Brütting
and
C.
Adachi
(
Wiley-VCH
,
Weinheim, Germany
,
2013
), pp.
239
265
.
18.
C.
Weber
,
C.
Frank
,
S.
Bommel
,
T.
Rukat
,
W.
Leitenberger
,
P.
Schäer
,
F.
Schreiber
, and
S.
Kowarik
,
J. Chem. Phys.
136
,
204709
(
2012
).
19.
A.
Müller
,
Proc. R. Soc. A
127
,
417
(
1930
).
20.
A.
Müller
,
Proc. R. Soc. A
138
,
514
(
1932
).
21.
J.
Gorce
,
S. J.
Spells
,
X.
Zeng
, and
G.
Ungar
,
J. Phys. Chem. B
108
,
3130
(
2004
).
22.
M.
Dirand
,
M.
Bouroukba
,
A.-J.
Briard
,
V.
Chevallier
,
D.
Petitjean
, and
J.-P.
Corriou
,
J. Chem. Thermodyn.
34
,
1255
(
2002
).
23.
P. K.
Sullivan
and
J. J.
Weeks
,
J. Res. Natl. Bur. Stand., Sect. A
74A
,
203
(
1970
).
24.
P. K.
Sullivan
,
J. Res. Natl. Bur. Stand., Sect. A
78A
,
129
(
1974
).
25.
O.
Phaovibul
,
H.
Čačković
,
J.
Loboda-Čačković
, and
R.
Hosemann
,
J. Polym. Sci., Part A-2: Polym. Phys.
11
,
2377
(
1973
).
26.
B. G.
Rånby
,
F. F.
Morehead
, and
N. M.
Walter
,
J. Polym. Sci.
44
,
349
(
1960
).
27.
A.
Briard
,
M.
Bouroukba
,
D.
Petitjean
,
N.
Hubert
, and
M.
Dirand
,
J. Chem. Eng. Data
48
,
497
(
2003
).
28.
M.
Dirand
,
M.
Bouroukba
,
V.
Chevallier
,
D.
Petitjean
,
E.
Behar
, and
V.
Ruffier-Meray
,
J. Chem. Eng. Data
47
,
115
(
2002
).
29.
A.
Tkachenko
and
Y.
Rabin
,
Phys. Rev. Lett.
76
,
2527
(
1996
).
30.
H.
Schollmeyer
,
B.
Struth
, and
H.
Riegler
,
Langmuir
19
,
5042
(
2003
).
31.
P.
Lazar
,
H.
Schollmeyer
, and
H.
Riegler
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
116101
(
2005
).
32.
B. M.
Ocko
,
X. Z.
Wu
,
E. B.
Sirota
,
S. K.
Sinha
,
O.
Gang
, and
M.
Deutsch
,
Phys. Rev. E
55
,
3164
(
1997
).
33.
B. M.
Ocko
,
E. B.
Sirota
,
M.
Deutsch
,
E.
DiMasi
,
S.
Coburn
,
J.
Strzalka
,
S.
Zheng
,
A.
Tronin
,
T.
Gog
, and
C.
Venkataraman
,
Phys. Rev. E
63
,
032602
(
2001
).
34.
R.
Köhler
,
P.
Lazar
, and
H.
Riegler
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
241906
(
2006
).
35.
D.
Nečas
and
P.
Klapetek
,
Cent. Eur. J. Phys.
10
,
181
(
2012
).
36.
A.
Buffet
,
A.
Rothkirch
,
R.
Döhrmann
,
V.
Körstgens
,
M. M.
Abul Kashem
,
J.
Perlich
,
G.
Herzog
,
M.
Schwartzkopf
,
R.
Gehrke
,
P.
Müller-Buschbaum
, and
S. V.
Roth
,
J. Synchrotron Radiat.
19
,
647
(
2012
).
37.
S.
Lilliu
,
T.
Agostinelli
,
E.
Pires
,
M.
Hampton
,
J.
Nelson
, and
J. E.
Macdonald
,
Macromolecules
44
,
2725
(
2011
).
38.
O.
Balmes
,
R.
van Rijn
,
D.
Wermeille
,
A.
Resta
,
L.
Petit
,
H.
Isern
,
T.
Dufrane
, and
R.
Felici
,
Catal. Today
145
,
220
(
2009
).
39.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4934501 for real time microscopy and GIXD video footage as well as additional x-ray diffraction results.
40.
M.
Sparenberg
,
A.
Zykov
,
P.
Beyer
,
L.
Pithan
,
C.
Weber
,
Y.
Garmshausen
,
F.
Carlà
,
S.
Hecht
,
S.
Blumstengel
,
F.
Henneberger
, and
S.
Kowarik
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
,
26084
(
2014
).
41.
M.
Bai
,
K.
Knorr
,
M. J.
Simpson
,
S.
Trogisch
,
H.
Taub
,
S. N.
Ehrlich
,
H.
Mo
,
U. G.
Volkmann
, and
F. Y.
Hansen
,
Europhys. Lett.
79
,
26003
(
2007
).
42.
H.
Schollmeyer
,
B.
Ocko
, and
H.
Riegler
,
Langmuir
18
,
4351
(
2002
).
43.
G.
Witte
and
C.
Wöll
,
J. Mater. Res.
19
,
1889
(
2004
).
44.
W. S.
Rasband
, U. S. National Institutes Health, Bethesda, Maryland, USA, 2015, http://imagej.nih.gov/ij/.
45.
H.
Brune
, in
Surface and Interface Science
, edited by
K.
Wandelt
(
Wiley-VCH
,
2014
), pp.
421
492
.
46.
47.
T.
Ji
,
S.
Jung
, and
V. K.
Varadan
,
Org. Electron.
9
,
895
(
2008
).
48.
R.
Ye
,
M.
Baba
,
K.
Suzuki
,
Y.
Ohishi
, and
K.
Mori
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
42
,
4473
(
2003
).
49.
B.
Krause
,
A. C.
Dürr
,
F.
Schreiber
,
H.
Dosch
, and
O. H.
Seeck
,
J. Chem. Phys.
119
,
3429
(
2003
).
50.
S.
Kowarik
,
A.
Gerlach
,
W.
Leitenberger
,
J.
Hu
,
G.
Witte
,
C.
Wöll
,
U.
Pietsch
, and
F.
Schreiber
,
Thin Solid Films
515
,
5606
(
2007
).
51.
P.
Bennema
,
X. Y.
Liu
,
K.
Lewtas
,
R. D.
Tack
,
J. J. M.
Rijpkema
, and
K. J.
Roberts
,
J. Cryst. Growth
121
,
679
(
1992
).
52.
P. J. C. M.
van Hoof
,
R. F. P.
Grimbergen
,
H.
Meekes
,
W. J. P.
van Enckevort
, and
P.
Bennema
,
J. Cryst. Growth
191
,
861
(
1998
).
53.
T.
Kakudate
,
N.
Yoshimoto
, and
Y.
Saito
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
081903
(
2007
).
54.
A.
Gavezzotti
,
New J. Chem.
35
,
1360
(
2011
).
55.
C. C.
Yang
,
S.
Li
, and
J.
Armellin
,
J. Phys. Chem. C
111
,
17512
(
2007
).
56.
L. F.
Drummy
,
P. K.
Miska
,
D.
Alberts
,
N.
Lee
, and
D. C.
Martin
,
J. Phys. Chem. B
110
,
6066
(
2006
).
57.
X. Z.
Wu
,
B. M.
Ocko
,
E. B.
Sirota
,
S. K.
Sinha
,
M.
Deutsch
,
B. H.
Cao
, and
M. W.
Kim
,
Science
261
,
1018
(
1993
).
58.
P. R.
Ribič
,
V.
Kalihari
,
C. D.
Frisbie
, and
G.
Bratina
,
Phys. Rev. B
80
,
115307
(
2009
).
59.
J. E.
Goose
,
K.
Wong
,
P.
Clancy
, and
M. O.
Thompson
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
10
(
2008
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.