二次离子质谱（SIMS） 是一种具有超高灵敏度和分辨率的固体表面分析技术。它几乎能够分析任何真空下稳定的固体，可以从H到U的全元素及同位素进行分析，检出限达到ppm~ppb级别。不单是元素，SIMS还能通过分析原子团、官能团、分子信息，而适用于有机物的分析。SIMS技术现在主要用于半导体行业，但也逐渐扩展到材料、化学、生物医药、地质矿物等各个领域。
和EDS、XPS、AES等表面分析技术不同，SIMS可以获得材料更加表面的信息（<1nm），并且具有更高的空间分辨率和二次离子浓度分辨率，通过质谱仪检测离子的质荷比来获得样品化学信息。原理是通过离子枪发射出具备一定能量的初级离子束，离子束轰击到材料表面并造成表面粒子发生溅射。其中带有正负电荷的二次离子到达质谱仪，被质谱检测分析即可得到想要的信息。
SIMS在半导体行业可以分析半导体元件元素掺杂分布情况、表面沾污或缺陷、化学成像、膜层结构分析等。完成这些不同的功能需要使用SIMS的不同检测模式，按照扫描方式以及离子束种类，SIMS技术可以分静态SIMS（SSIMS）和动态SIMS（DSIMS）两种。
其中SSIMS采用低能量、低密度的离子束，在超高真空下（<10-7Pa）持续稳定的轰击材料表面微区，这种扫描方式对样品的破坏性很小，可以得到固体表面单层原子的信息。通常可以使用SSIMS对半导体元件表面沾污物结构进行分析，或微区二维化学成像。而DSIMS则是利用高能量、高密度的溅射离子束对材料进行层层剥离，同时利用分析离子束分析溅射出来的粒子，动态的剖析样品在三维空间上的化学成分分布情况。DSIMS对样品的破坏性较大，常用于分析薄膜多层结构、研究元素掺杂对半导体器件性能的影响等。杭州微源检测可以提供德国ION-TOF先进TOF-SIMS仪器检测服务以及完善的SIMS技术解决方案。以下是使用 SSIMS技术对一种半导体器件进行微区成像的案例，结合右上角SEM图像可以看到器件界面有一处缺陷。通过SSIMS对该微区进行二次离子成像，可以清晰的看到各金属元素分辨情况，辨别缺陷处化学成分。