CN105467159A

CN105467159A - 一种基于扫描探针技术的定位系统及其使用方法

Info

Publication number: CN105467159A
Application number: CN201511006140.0A
Authority: CN
Inventors: 马瑞松; 郇庆; 鲍丽宏; 高鸿钧
Original assignee: Institute of Physics of CAS
Current assignee: Institute of Physics of CAS
Priority date: 2015-12-29
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2016-04-06

Abstract

本发明提供一种基于扫描探针技术的定位系统，包括：可以在第一扫描范围内三维自由移动的第一基体；安装在所述第一基体上的具有第一安装面的第一压电陶瓷装置，该第一安装面能够在第二扫描范围内相对于所述第一基体做三维自由移动；安装在所述第一安装面上的具有第二安装面的第二压电陶瓷装置，该第二安装面能够在第三扫描范围内相对于所述第一安装面做三维自由移动；以及固定在所述第二安装面上的探针；所述第二扫描范围的量级界于所述第一扫描范围和所述第三扫描范围之间，所述第一压电陶瓷装置的定位精度量级界于第一级定位机构和第二压电陶瓷装置的定位精度量级之间。本发明能够快速地定位所关注纳米结构；能够对纳米结构的移动进行跟踪。

Description

一种基于扫描探针技术的定位系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及纳米科学技术领域，具体地说，本发明涉及一种基于扫描探针技术的定位系统及其使用方法。

背景技术

在纳米尺度，量子物理学开始起重要作用，界面处的对称破缺效应也已支配着输运性质，新的物理行为也开始展现。由于维度的限制，纳米体系一个非常独特的特征就是它们的性质极其依赖于结构的细节特征。在这些诸多的性质当中，电子的输运性质至关重要，因为它与纳米材料的结构，电学、磁学、光学、力学、电化学等诸多性质强烈关联在一起。在电输运方面，除了尺寸效应的影响，电子之间的相互作用、热电子以及掺杂、缺陷等导致低维材料出现了不同于体材料的性质。因此，研究纳米材料的电学输运与纳米结构(缺陷，晶界等)在介观到原子尺度范围的耦合是至关重要的。

但是，研究纳米尺度的输运性质是极具挑战性的。首先，传统的探针或者电极对样品具有破坏性。其次，对于尺度远小于探针的样品，探针成为了主要的散射源，无法探测到样品本征的信息。而扫描隧道电子显微镜(STM)探针则可以避免对样品的损伤与影响。利用扫描隧道电子显微镜，可以获得原子级分辨的形貌与电学特征，并且采用其衍生出的扫描隧道谱(STS)也可以获得原子级的电子谱学特性。扫描隧道电子显微镜催生出了的各种不同类型的显微镜，比如原子力显微镜(AFM)，它可以用来研究绝缘样品，这类显微镜在本文中统称为扫描探针显微镜(SPM)。利用这些扫描探针显微镜，可以无损地获得样品原子级别的信息。基于传统的单探针扫描探针显微镜，人们还进一步开发出具有两个、三个或四个探针的多探针扫描探针显微镜。多探针能够用于测量样品的横向电导，测量样品表面的场效应晶体管结构，在测量时消除针尖与样品的接触电阻等。

无论是单探针扫描探针显微镜还是多探针扫描探针显微镜，样品的尺寸一般为毫米或者厘米量级，而观察所关注结构所需的分辨力需要达到纳米甚至埃的量级。因此，对于现有技术中典型的扫描探针显微镜，通常先通过粗动机制，配合光学显微镜或扫描电子显微镜等监视设备，将探针移动到所关注结构所处的大致区域，然后再利用基于扫描装置的精动机制，在几个微米的范围内对所关注的结构进行精确定位，进而获得所关注结构的各种细节信息。

然而，对于可获得原子分辨力的扫描探针，其扫描范围往往十分有限，这使得寻找所关注纳米结构的工作变得极为耗时与繁琐。例如，对于材料边界处的形貌以及电学信息的研究中，首先利用粗动机制(其移动步长为400nm)，配合光学显微镜的观察，将针尖大致移动到材料边界的上方区域，然后压低针尖，使用压电陶瓷扫描探针进行扫描，寻找表征材料边界的原子级别的台阶，如果未扫描到该台阶，则需要抬起针尖，再使用粗动机制并配合光学显微镜的观察，将针尖移动到另一个区域，接着再压低针尖，使用压电陶瓷扫描探针进行扫描。这样不断重复，直至压电陶瓷扫描探针找到表征材料边界的原子级别的台阶。众所周知，由于压电陶瓷本身特性的限制，压电陶瓷扫描探针的扫描精度和扫描范围往往不可兼得。通常情况下，探针的扫描精度越高，则扫描范围越小。对于典型的原子分辨的压电陶瓷扫描探针来说，其扫描范围通常只能达到约500nm，因此上述粗动与精动调节过程往往需要重复多次，难以对所关注纳米结构进行快速定位。尤其是，存在于样品表面的某些分子与其衬底的作用力比较弱，稍有扰动它就可能在样品表面旋转或者移动，而现有的扫描探针技术难以实现快速定位，也就难以对这类分子的旋转或者移动进行追踪。

因此，当前迫切需要一种将扫描探针快速定位到所关注纳米结构的解决方案。

发明内容

本发明的任务是克服现有技术的不足，提供一种将扫描探针快速定位到的所关注纳米结构的解决方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于扫描探针技术的定位系统，包括：

第一级定位机构和由所述第一级定位机构驱动的可以在第一扫描范围内三维自由移动的第一基体；

安装在所述第一基体上的第一压电陶瓷装置，该第一压电陶瓷装置连接电驱动模块并提供一个第一安装面，该第一安装面能够在电驱动模块的作用下，在第二扫描范围内相对于所述第一基体做三维自由移动；

安装在所述第一安装面上的第二压电陶瓷装置，该第二压电陶瓷装置也连接电驱动模块并提供一个第二安装面，该第二安装面能够在电驱动模块的作用下，在第三扫描范围内相对于所述第一安装面做三维自由移动；以及

固定在所述第二安装面上的探针；

所述第二扫描范围的量级界于所述第一扫描范围和所述第三扫描范围之间，所述第一压电陶瓷装置的定位精度量级界于第一级定位机构和第二压电陶瓷装置的定位精度量级之间。

其中，所述第一级定位机构是机械定位机构，所述第一基体是一个刚性基体。

其中，所述第一或第二压电陶瓷装置是压电陶瓷管、三脚架型压电扫描装置、十字架配合单管型压电扫描装置或者堆栈型压电扫描装置。

其中，所述第一扫描范围是毫米量级至厘米量级的扫描范围，所述第一级定位机构的定位精度为微米或亚微米尺度。

其中，所述第二扫描范围在微米尺度，所述第一压电陶瓷装置的定位精度达到团簇尺度。

其中，所述第三扫描范围在亚微米尺度，所述第二压电陶瓷装置的定位精度达亚原子或埃的量级。

其中，所述探针为SPM探针或者光纤探针。

根据本发明的另一个方面，提供了一种利用上述基于扫描探针技术的定位系统的使用方法，包括下列步骤：

1)利用第一级定位机构驱动第一基体，使探针移动到所关注纳米结构附近；

2)利用第二级定位机构在第二扫描范围内对样品表面进行压电扫描，根据所关注纳米结构的外貌轮廓将探针对准所述所关注纳米结构；

3)利用第三级定位机构在第三扫描范围内对样品表面进行压电扫描，对所述所关注纳米结构的细节信息进行探测。

根据本发明的又一个方面，还提供了另一种利用上述基于扫描探针技术的定位系统的使用方法，包括下列步骤：

1)在所述定位系统安装第一光纤并将其作为所述探针，利用第一级定位机构驱动第一基体，探测样品表面的发光区域；

2)将所述第一光纤替换为第二光纤，所述第二光纤接收光信号的截面面积小于所述第一光纤，利用第二级定位机构在步骤1)所得发光区域内对样品表面进行压电扫描，将发光结构锁定在对应于所述第二光纤的区域内；

3)将所述第二光纤替换为光纤探针，利用第三级定位机构在步骤2)所得到的对应于所述第二光纤的区域内对样品表面进行压电扫描，得到所述发光结构的细节信息。

其中，所述发光结构的细节信息包括所述发光结构的形状。

与现有技术相比，本发明具有下列技术效果：

1、本发明能够快速地定位所关注纳米结构。

2、本发明能够对纳米结构的移动进行跟踪。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1示出了本发明的一个实施例的基于扫描探针技术的定位系统的结构示意图；

图2示出了基于本发明的一个实施例的定位系统快速寻找样品表面精细纳米结构的过程的示意图；

图3示出了本发明一个实施例的基于双探针的定位系统，对纳米线的电学输运性质进行测量的过程的示意图；

图4示出了本发明一个实施例中对样品表面的发光纳米结构进行精确探测并精确收集发光信息进行分析的过程的示意图；

图5示出了本发明中具有不同探针朝向的另外两种类型的定位系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

图1示出了本发明的一个实施例的基于扫描探针技术的定位系统的结构示意图。参考图1，该定位系统包括：第一基体4，第一压电陶瓷扫描平台3，第二压电陶瓷扫描平台2和探针1。所述第一基体4由第一级定位机构驱动(图中未示出)，所述第一级定位机构驱动可以驱动所述第一基体4在第一扫描范围内三维自由移动。本实施例中，第一级定位机构是机械定位机构，第一基体4是一个刚性基体，由不锈钢材料制作。优选地，第一扫描范围是毫米或者厘米量级，第一级定位机构的定位精度为微米或亚微米尺度，其移动方式为步进方式。当然，在其它实施例中，第一级定位机构也可以采用螺杆与簧片结合方式等其它机械调节方式，或者是能够提供上述扫描范围和定位精度的其它驱动方式。在一个例子中，采用ScientaOmicron公司的MS5型压电陶瓷滑动器作为第一级定位机构。第一基体为长方体形，第一基体与第一级定位机构采用刚性连接(例如：焊接，粘贴，螺栓连接等)。

第一压电陶瓷扫描平台3安装在所述第一基体4上。本实施例中，第一压电陶瓷扫描平台3和第二压电陶瓷扫描平台2均采用压电陶瓷管(压电陶瓷扫描管)实现。当然，它们也可以采用其它实现方式，例如：三脚架型压电扫描装置、十字架配合单管型压电扫描装置或者堆栈型压电扫描装置。为便于理解，下文中均以压电陶瓷管为例对本发明进行说明。为了与第二压电陶瓷扫描平台2相区分，本文中将作为第一压电陶瓷扫描平台3的压电陶瓷管称为第一压电陶瓷管，将作为第二压电陶瓷扫描平台2的压电陶瓷管称为第二压电陶瓷管。在一个例子中，第一压电陶瓷管采用EBLProducts公司EBL#2型压电陶瓷管，基本压电应变常数如下(单位m/Vx10^-12)：d₃₃＝380m/Vx10^-12，d₃₁＝-173m/Vx10^-12，d₁₅＝584m/Vx10^-12；其中d₃₃表示纵向压电常数，d₃₁表示横向压电常数，d₁₅表示切向压电常数，下文不再赘述。该压电陶瓷管在±135V偏压下的最大移动范围为10μm,扫描精度为1nm。第二压电陶瓷管采用EBLProducts公司EBL#2型压电陶瓷管，其基本压电应变常数如下(单位m/Vx10^-12)：d₃₃＝380m/Vx10^-12，d₃₁＝-173m/Vx10^-12，d₁₅＝584m/Vx10^-12。该压电陶瓷管在±135V偏压下的最大移动范围为500nm,扫描精度为0.1nm。

本实施例中，将第一压电陶瓷管的一个端面用绝缘胶粘结到第一基体4的某一个安装面上。绝缘胶可以采用环氧树脂，先利用环氧树脂将第一压电陶瓷管和第一基体4粘贴在一起，然后将所粘贴的两部分放在一百摄氏度左右的环境下烘烤，待胶干透后(例如两个小时后)就完成了压电陶瓷管的固定。由于环氧树脂粘的比较结实，所以可以看成是刚性连接。

仍然参考图1，第一压电陶瓷扫描平台3连接电驱动模块(图中未示出)并提供一个第一安装面31，该第一安装面31能够在电驱动模块的作用下，在第二扫描范围内相对于所述第一基体4三维自由移动。在一个例子中，第一安装面31可以是第一压电陶瓷管的另一端面(与第一基体4粘贴的底面之外的另一端面)。

众所周知，压电效应分为正压电效应与逆压电效应。当对某些电介质沿某一方向施加外力而产生形变时，其内部会产生极化现象，在相对的两个表面上产生极性相反的电荷。当外力撤去后，该电介质又恢复到不带电的状态，这就是正压电效应。外力的方向改变后，电荷的极性也随之改变。如果在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质会发生一定的形变，而撤去电场后，之前的形变也随之消失，这种现象就是逆压电效应。扫描探针显微镜进行扫描所采用的原理就是逆压电效应。基于上述逆压电效应，对第一压电陶瓷管施加不同方向的电场，即可促使第一压电陶瓷管在不同方向发生形变，这种形变造成第一安装面向相应的方向移动，从而起到移动探针的作用。由于第一压电陶瓷管不需要达到原子级的分辨力，因此可采用扫描范围较大的压电陶瓷，这样就扩大了探针的扫描范围。

第二压电陶瓷扫描平台2安装在所述第一安装面31上。该第二压电陶瓷扫描平台2也连接一电驱动模块(图中未示出)，并提供一个第二安装面21。该第二安装面21能够在电驱动模块的作用下，在第三扫描范围内相对于所述第一安装面31三维自由移动。探针1固定在所述第二安装面21上。在一个例子中，第二压电陶瓷管的两个端面分别作为第二安装面21和用于粘结第一安装面31的端面。第二压电陶瓷管与第一压电陶瓷管也采用绝缘胶粘结，绝缘胶可以采用环氧树脂。在粘结时，先利用环氧树脂将第一压电陶瓷管和第二压电陶瓷管粘贴在一起，然后将所粘贴的两部分放在一百摄氏度左右的环境下烘烤，待胶干透后(例如两个小时后)就完成了压电陶瓷管的固定。由于环氧树脂粘的比较结实，所以可以看成是刚性连接。这样，所述定位系统，可以在第一压电陶瓷管定位后，再使用分辨力更高的第二压电陶瓷管进行扫描和定位，从而获得所关注纳米结构的各种细节信息。

本实施例中，探针1是SPM探针。所述第二扫描范围的量级界于所述第一扫描范围和所述第三扫描范围之间，所述第一压电陶瓷扫描平台的定位精度量级界于第一级定位机构和第二压电陶瓷扫描平台的定位精度量级之间。优选地，第二扫描范围在微米尺度，第一压电陶瓷扫描平台的定位精度达到团簇尺度范围(通常是几个埃到几百个埃的范围)；第三扫描范围在亚微米尺度，它通常是第二扫描范围的1/100到1/10，第二压电陶瓷扫描平台的定位精度达亚原子或埃的量级。

本实施例中，使用电驱动模块驱动压电陶瓷扫描平台实现三维自由移动的具体方案可参考“孙桂静等.压电陶瓷在扫描隧道显微镜中的应用[J].压电与声光，1992,14(4)：P45-48”或者“〔美〕陈成钧.扫描隧道显微学引论[M].北京：中国轻工业出版社，1996.4:P206-P228”，此处不再赘述。

图2示出了基于上述定位系统快速寻找样品表面精细纳米结构的过程的示意图，该过程包括下列步骤：

a、图2a示出了一个尺寸约为10mm*10mm的样品，假设该样品中部有一刻有“SPM”图案的区域，且该区域是需要研究的区域。那么首先使探针针尖对准样品表面刻有“SPM”图案的区域。

b、假设通过光学显微镜，发现刻有“SPM”图案的区域中有一纳米线。此时，利用第一级定位机构，将探针的针尖移动到该纳米线附近。

c、然后，放下针尖使其接近样品表面，然后用第一压电陶瓷管进行压电扫描和成像，此时可以清楚地观察到纳米线的轮廓和位置。

d、接着，再利用第一压电陶瓷管对纳米线做更精确的扫描，基于这个扫描结果，将针尖移动到所关注纳米结构的位置，并保持压电陶瓷管的电压恒定，使针尖稳定在该位置。

e、然后利用第二压电陶瓷管对纳米线做进一步的精确扫描，得到250nm*250nm的扫描图片，此时可以发现所扫描的区域有规则的六方密排结构。

f、利用第二压电陶瓷管对六方密排结构进行小范围扫描，得到7nm*7nm的扫描图，此时就能得到原子分辨级的蜂窝状结构。

可以看出，利用这种三级定位的方式，可以快速寻找到样品表面精细的纳米结构，并且可以获得纳米结构的原子分辨级形貌像。

为便于理解，下面再结合几个应用场景对本实施例的定位系统和定位方法做进一步地介绍。

应用场景1：探测样品边界处的纳米结构的细节信息

首先，利用第一级定位机构将针尖定位到样品边界上方。由于针尖的尖端是原子级别的，因此此时还无法真正将尖端定位到样品的陡峭边界。

然后，利用第二级定位机构(本实施例为第一压电陶瓷管)，在第二扫描范围内(例如边长为10μm的正方形区域)进行扫描，识别出样品的陡峭边界。因为第二压电陶瓷管并不要求具有原子级的分辨力，因此它的扫描范围很广，扫描过程可以涵盖所关注的边界，同时，由于第一压电陶瓷管的分辨力可以达到团簇尺度范围，因此操作者可以根据其扫描图分辨出样品边界的大致轮廓，进而方便地使针尖移动至该样品边界的位置。此时，虽然可能仍然存在定位误差，但这个误差通常能够控制在几个纳米以内。

最后，利用第三级定位机构(本实施例为第二压电陶瓷管)进行扫描和定位，获得样品边界纳米结构的原子级分辨力的扫描图像。

可以看出，利用本实施例的三级定位系统，可以方便地将针尖定位到所关注的纳米结构，显著地提高了实验效率。

应用场景2：易移动分子的追踪

有时在样品表面存在很多与衬底的作用力比较弱的分子，稍有扰动就可能在样品表面旋转或者移动，对于现有的二级定位系统，去定位这样的分子并研究其形貌与电学性质存在很大困难。具体来说，对于二级定位系统，通过粗动机制将针尖定位到一个地点，然后利用精动去扫描，没有发现这样的分子，就需要重新换一个地方，如果仍未发现这样的分子，则继续重复上述过程，直至发现这样的分子。然后，需要将针尖定到该分子的中心位置，施加更大的偏压来获取一些电学性质。此时，由于该分子与基底的结合力不强，这种较大的偏压会导致该分子在基底表面上移动。也就是说，实验进行到一半，该分子可能移动到别的地方去了。这时候就需要重新定位该分子，由于精动的移动范围有限，可能无法在最大的扫描范围内寻找到该分子以及类似的分子。例如，当在大量C₁₁H₁₀N₂OCl₂分子中找到一个残缺不全的分子的时候，这独特的结构是我们所关心的，它的性质跟本体分子会存在极大差异。利用传统的两级定位机制，只能通过尝试的办法，利用粗动机制在各个方向移动针尖，再通过精动去寻找该分子，这可能会消耗大量的寻找时间，因为操作者并不知道分子相对初始位置向哪个方向移动了。

而利用本实施例的三级定位系统，能够很好地避免上述问题。如果分子在实验过程中发生了移动，可以利用第二级定位机构，也就是第一压电陶瓷管，在原中心位置10μm的范围内扫描，进而寻找到这一分子。由于分子没有足够的能量移动出几微米范围，因此该分子肯定在扫描范围内。并且，由于第一压电陶瓷管的分辨力可以达到团簇尺度范围，因此操作者可以根据扫描图得到的外貌轮廓来定位到该分子，然后再利用第二压电陶瓷管扫描研究该分子的细节信息。即便该分子再次发生移动，操作者也总能很快地重新追踪并捕捉到该分子。

应用场景3：样品表面特殊原子的排列

有时候需要利用针尖操控原子进行样品表面特殊原子的排列，比如构成圆形，线形或者方形等规则结构。假如在特定的原子覆盖度下，现有的具有原子分辨力的压电陶瓷扫描管的最大范围内通常给只能寻找到十个左右的原子。而所需排列的规则结构(例如圆形)需要的原子数目超过十个(例如二十个)。那很可能就需要反复地进行定位，以在样品表面寻找含有所需数目的原子的特殊区域。

而本实施例的三级定位系统中，如果在一个第三扫描范围内(精动扫描范围)内寻找到了十个原子，缺少另外十个原子。那么可以利用第二级定位机构(即第一压电陶瓷管)将针尖移动到该区域相邻的区域，然后利用针尖把相邻区域的原子提起后慢慢往该区域靠近，直至移动到该区域内部。这样就能够把原子聚集起来，形成所需的规则结构，进而产生新奇的特性。也就是说，当第二压电扫描平台第一次定位的区域内的原子数目不足时，可以方便地利用第一压电扫描平台将探针移动到相邻的区域，然后将相邻区域的原子移动至先前所定位的区域，从而使更多的原子聚集起来，获得所需的原子数目。

前文中结合不同的应用场景对本发明的单探针定位系统及其效果做了深入描述。需要说明的是，虽然上述实施例为单探针定位系统，但本发明不限于此，在替换的实施例中，定位系统也可以是双探针定位系统或者双探针以上的多探针定位系统，在这些定位系统中，每个探针均具有三级定位机构，即第一级定位机构、作为第二级定位机构的第一压电陶瓷管以及作为第三级定位机构的第二压电陶瓷管。这类双探针或多探针定位系统能够探测纳米结构的更多的特性。例如，使用双探针的定位系统能够测量纳米结构的电学输运性质。图3示出了一个实施例的基于双探针的定位系统，对纳米线的电学输运性质进行测量的过程的示意图。参考图3，首先利用第二压电陶瓷管把针尖移到纳米线的中间位置，然后轻轻伸长扫描管使得针尖轻轻接触到纳米线的表面形成电极，然后通过额外的电输运测量设备得到该纳米线的电输运性质，即I-V曲线。进一步地，根据实际需求，定位系统还可以进一步增加探针定位的级数，例如四级定位。

进一步地，本发明的基于扫描探针技术的定位系统中的探针1并不限于SPM探针，该探针1也可以是基于其它任何探测媒介的探针，例如光纤、电子束、磁场或者超声波探针等。并且，根据实际应用场景，可以在不同的实验阶段更换不同的探针。例如在另一个实施例中，使用光纤作为探针。这种定位系统适合用于对样品表面的发光纳米结构进行精确探测并精确收集发光信息进行分析。图4示出了该实施例中对样品表面的发光纳米结构进行精确探测并精确收集发光信息的过程的示意图，该过程如下：

(1)首先，在定位系统上安装粗光纤作为探针，然后利用第一级定位机构靠近样品表面，并在样品表面进行扫描，直至发现样品表面的发光信号，此时将发光结构的位置锁定在粗光纤所对应的区域内。

(2)接下来，将粗光纤换成细光纤，利用第二级定位机构(例如前文所述的第一压电陶瓷管)在锁定的区域内重复扫描过程，将发光结构的位置进一步锁定在细光纤所对应的区域内。

(3)最后，将细光纤替换成分辨力达到几个纳米的光纤探针，然后用第三级定位机构(例如前文所述的第二压电陶瓷管)对锁定的区域进行扫描，采集发光强度信息。由于光纤探针的分辨率极高，因此能够获得纳米发光结构的外形(例如“十字”外形)等细节信息。

本发明中，第一安装面、第二安装面以及探针的朝向可以根据需要设置。图5示出了本发明中具有不同探针朝向的另外两种类型的定位系统的示意图。

另外，上述实施例中，各级定位机构采用的均是基于三维直角坐标系的三维移动方式，在本发明的其它实施例中，各级定位机构也可以采用基于其它坐标系(例如球坐标系，或者柱坐标系)的三维移动方式，它们可以适用于一些特殊的应用场景。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其它的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims

1.一种基于扫描探针技术的定位系统，包括：

可以在第一扫描范围内三维自由移动的第一基体；

固定在所述第二安装面上的探针；

2.根据权利要求1所述的基于扫描探针技术的定位系统，其特征在于，所述第一基体由第一级定位机构驱动，所述第一级定位机构是机械定位机构，所述第一基体是一个刚性基体。

3.根据权利要求1所述的基于扫描探针技术的定位系统，其特征在于，所述第一或第二压电陶瓷装置是压电陶瓷管、三脚架型压电扫描装置、十字架配合单管型压电扫描装置或者堆栈型压电扫描装置。

4.根据权利要求1所述的基于扫描探针技术的定位系统，其特征在于，所述第一扫描范围是毫米量级至厘米量级的扫描范围，所述第一级定位机构的定位精度为微米或亚微米尺度。

5.根据权利要求4所述的基于扫描探针技术的定位系统，其特征在于，所述第二扫描范围在微米尺度，所述第一压电陶瓷装置的定位精度达到团簇尺度。

6.根据权利要求5所述的基于扫描探针技术的定位系统，其特征在于，所述第三扫描范围在亚微米尺度，所述第二压电陶瓷装置的定位精度达亚原子或埃的量级。

7.根据权利要求1所述的基于扫描探针技术的定位系统，其特征在于，所述探针为SPM探针或者光纤探针。

8.一种利用权利要求1～7中任意一项所述的基于扫描探针技术的定位系统的使用方法，其特征在于，包括下列步骤：

9.一种利用权利要求1～7中任意一项所述的基于扫描探针技术的定位系统的使用方法，其特征在于，包括下列步骤：

10.一种利用权利要求9所述的基于扫描探针技术的定位系统的使用方法，其特征在于，所述发光结构的细节信息包括所述发光结构的形状。