第一步：一次離子束的產生與聚焦

 

　　SIMS分析的起點是一次離子源的運作。常見的一次離子源包括銫離子源（Cs?）、氧離子源（O??）或鎵離子源（Ga?），通過電離氣體或金屬蒸汽產生高能一次離子束。這些離子經加速電場獲得數keV至數十keV的動能，再通過靜電透鏡或磁透鏡系統聚焦，最終形成直徑低至納米級的細束，精準轟擊樣品表面。這一步的關鍵是控制離子束的能量和束斑大小——能量決定離子穿透樣品的深度，束斑大小則直接影響分析的空間分辨率。

 

　　第二步：二次離子的產生與濺射

 

　　當高能一次離子束撞擊樣品表面時，會發生“濺射效應”：一次離子的動能傳遞給樣品表層的原子、分子，使其克服晶格束縛脫離樣品表面，這個過程中約1%~10%的濺射粒子會發生電離，形成帶正電或負電的二次離子（如金屬正離子、非金屬負離子）。同時，一次離子與樣品的相互作用僅發生在表層1~10nm范圍內，因此二次離子質譜儀能實現表面和深度的高分辨分析。值得注意的是，二次離子的產額與樣品的化學性質、晶體結構相關，例如氧離子束轟擊金屬樣品時，會顯著提高金屬正離子的產額，提升檢測靈敏度。

 

　　第三步：二次離子的分離與檢測

 

　　濺射產生的二次離子混合了不同種類的粒子，需通過質譜分析系統分離。SIMS常用的質譜分析方式有磁偏轉質譜和四極桿質譜：磁偏轉質譜利用不同質荷比的離子在磁場中偏轉半徑不同，將離子按質荷比分離；四極桿質譜則通過射頻電場篩選特定質荷比的離子。分離后的離子被離子檢測器（如電子倍增器）捕獲，檢測器將離子信號轉化為電信號，再經放大和數字化處理，得到不同質荷比離子的強度信號。

 

　　第四步：成分分析與數據解讀

 

　　最終的電信號數據經軟件處理后，可轉化為樣品的成分信息：離子強度與對應元素的含量成正比，據此可實現定量分析；結合一次離子束的掃描軌跡，還能生成樣品的元素分布圖像（成像分析）；若控制一次離子束逐層剝離樣品，可獲得元素的深度分布曲線（深度剖析）。這一步需結合樣品的基體效應進行校正，確保分析結果的準確性。