二次离子质谱（SIMS）是一种重要的材料成分分析方法。 SIMS技术的原理是，当具有一定能量（通常为数百至数万电子伏特）的一次离子束入射到材料表面时，该能量被粒子（原子、原子团、官能团等）吸收。 ）表面上。分子等）大于基材的结合能，发生溅射，产生一部分中性粒子（通常为90%）和一部分带电二次离子（通常为10%）。可以使用质谱仪进行检测和定性分析。
SIMS是一种获取物体表面1nm以内成分信息的技术，能够以超低检测限（ppm至ppb级）检测从H到U的所有元素信息。同时可以获得原子团、分子碎片等质谱信息，因此不仅可以用于分析无机物质，还可以用于分析有机物质的分子结构。如今，SIMS技术已广泛应用于半导体微电子、化学、生物、材料、矿产、医学等领域，并已成为某些领域不可替代的技术工具。
SIMS的主要工作模式分为静态模式（SSIMS）和动态模式（DSIMS）。 SSIMS模式是指在低电子束能量和低束流密度下稳定、连续地撞击样品表面。然后，仅初级离子束提供的能量的一小部分用于激发离子，并且次级离子可能具有长达几个小时的弛豫时间。同时，静态SIMS需要超高真空条件（约10-8Pa）的环境才能准确获取样品表面的单层离子信息。静态SIMS 的这种软电离通常用于分析有机表面或基材表面上的有机污染物。 DSIMS模式是指在恒定的溅射速率和溅射时间下，同时交替进行离子束溅射和质谱检测，以获得不同深度样品的元素成分动态分析。因此，DSIMS比SSIMS需要更大的一次电子束能量和束流密度，对样品造成更大的损伤。 DSIMS模式具有较宽的深度范围和非常高的空间分辨率，可以分析1纳米至数十微米深度的元素或原子团的三维空间分布。常用的二次离子质谱仪包括磁质谱仪、四极杆质谱仪和飞行时间质谱仪，其中飞行时间二次离子质谱仪TOF-SIMS是当今分辨率最高的表面分析技术。其特点是一次离子束在脉冲信号下提供全谱图，大大提高了二次离子的利用率，减少了分析时间和对样品的损坏。 TOF-SIMS分辨率可达104，深度分辨率可达1nm，微区分辨率可达100nm2，二次离子浓度灵敏度可达ppm级。下图显示了通过静态TOF-SIMS 分析聚合聚酯获得的官能化分子片段的质谱。德国ION-TOF微源研究所先进的TOF-SIMS设备可以提供完整的SIMS技术方案测试解决方案。
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