二次離子質(zhì)譜儀（SIMS）用高能電離轟擊樣品表面，這導(dǎo)致樣品表面上的原子或原子團(tuán)吸收能量并通過濺射產(chǎn)生二次粒子。這些帶電粒子通過質(zhì)量分析器后，可以獲得有關(guān)樣品表面的信息光譜。 

在傳統(tǒng)的SIMS實(shí)驗(yàn)中，高能量的一次離子束（如Ga，Cs或Ar離子）在超真空條件下聚焦在固體樣品表面上。一次離子束與樣品相互作用，二次離子在材料表面濺射并解吸。然后將這些次級(jí)離子提取到質(zhì)量分析儀中，以提供具有分析表面特征的質(zhì)譜圖，并生成有關(guān)元素，同位素和分子的信息，其靈敏度范圍從PPM到PPB。 SIMS儀器有三種Z基本的類型，每種類型使用不同的質(zhì)量分析儀。

基本要求

1.靜態(tài)分析要求一次離子束流要有較低的密度，因此，常常選用較大尺寸的束斑以便使得一定的靈敏度得以保持。面分布及深度剖面分析要求束斑直徑小且可進(jìn)行掃描,也應(yīng)當(dāng)相應(yīng)地提高束流密度。初次意外，進(jìn)行表面清潔處理也要求束流密度比較高。因此對(duì)次束流大小及束流密度的調(diào)節(jié)范圍應(yīng)當(dāng)比較寬，并且選用的離子槍類型常常不同，并且對(duì)不同種類的一次離進(jìn)行選用。

2.離子流檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍和響應(yīng)速度應(yīng)當(dāng)盡可能高，并且相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、處理和顯示系統(tǒng)也應(yīng)該有。

3.還需帶有中和作用的電子槍以便對(duì)絕緣樣品進(jìn)行分析。還常需有二次電子成像系統(tǒng)以便對(duì)表面形貌進(jìn)行觀察。

4.SIMS，尤其是靜態(tài)SIMS，在超高真空下工作為基本要求。因?yàn)樵跇悠繁砻嫔献⒀跄軌蚴苟坞x子產(chǎn)額提高和穩(wěn)定，而且能夠使濺射產(chǎn)額降低，所以注氧裝置常常被要求攜帶。

5.要求可以在超高真空下機(jī)械調(diào)節(jié)樣品的位置，并且相應(yīng)的送樣、取樣裝置也應(yīng)當(dāng)配備，樣品還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行加熱、冷卻、破碎和清潔處理等步驟。

6.二次離子分析系統(tǒng)的總流通率要求盡可能高，適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量分析范圍和質(zhì)量分辨率需要具備，將質(zhì)量歧視效應(yīng)克服并且分析速度盡可能快。還要求可以對(duì)質(zhì)譜計(jì)前二次離子能量窗口的位置和寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)。