二次イオン質量分析法
真空中に置かれた固体の表面に一次イオンビームを照射すると、イオンは電子に比べるとはるかに重いため、スパッタリングが起こる。一般的には直径10μm、深さ1μm程度がスパッタされる。一次イオンのプローブ径の小さなイオン源を用いれば、面内の不純物分布を測定できる。
スパッタリングによって二次イオン、中性原子、電子などが真空中へ放出される。この放出されたイオンは二次イオンと呼ばれる。このイオン化の過程は未解明の部分が多く、放出される二次イオンの数は中性原子と比べるとはるかに少ない。よって高感度の測定のためには、超高真空下で測定しなければならない。希ガスはほとんどイオン化されないため通常は分析できない。窒素もほとんどイオン化しないが、炭素が存在する場合はCN-として効率よくイオン化されるため分析可能である。
スパッタリングの結果、固体表面にはクレーターが形成する。クレーターの側壁から生じるイオンを検出してしまうと、深さ方向の分析がしたくても表面元素の影響が残ってしまう。よってクレーターの中心部から発生したイオンのみを検出することが重要である。
試料が絶縁体のときは、一次イオン照射によって試料表面が正に帯電する。帯電すると試料表面の電位が変化するため、放出される二次イオンのエネルギーも変わり、正確な定量ができなくなることがある。
組成、化学構造、特定化学種のサブミクロンスケールの分布、深さ方向の分布などに関する情報を得ることができる。
感度が非常に高く、固体中にppb~ppmオーダーで含まれる微量元素の定量ができる。水素からウランまでほとんど全ての元素の分析が可能である。