二次离子质谱仪视其应用之不同而有各种不同的型式，其基本构造可分为下列四大部分：

　　（1）照射激发用的一次离子束的离子枪；

　　（2）以能量选择由试品产生的二次离子能量过滤器；

　　（3）进行质量选择的质谱仪；

　　（4）放大、检测经质量选择後的二次离子检测输出信号。

　　（1） 离子源

　　（2） 一次离子电镜

　　（3） 样品室

　　（4） 二次离子电镜

　　（5） 能谱仪

　　（6） 质谱仪

　　（7） 二次离子探测器

　　1. 利用聚焦的一次离子束在样品表面上进行稳定的轰击，一次离子可能受到样品表面的背散射，也有部分进入样品表面，这部分离子把能量传递给晶格，当入射能量大于晶格对原子的束缚能是，部分原子脱离晶格向表面运动，并且产生原子间的级联碰撞，当这一能量传递到表面，并且大于表面的束缚能时，促使表面原子脱离样品，谓之溅射；

　　2. 上述一次离子引发的溅射大部分为中性原子或分子，也有少量荷电集团，包括带电离子、分子、原子团，按照荷质比经过质谱分离；

　　3. 收集经过质谱分子的二次离子，可以得知样品表面和体内的元素组成和分布。

　　二次离子质谱仪分析的优点：

　　（1）侦测极限可达 ppm，甚至到 ppb等级；

　　（2）周期表上所有元素均可侦测；

　　（3）可以区分同位素；

　　（4）可分析不导电试片；

　　（5）纵深解析度一般为10 ~ 20 nm，达2 ~ 5 nm；

　　（6）由分子离子的相对含量可得到化学状态的讯息；

　　（7）侧向解析度受一次离子束大小和二次离子束聚焦系统影响，在 20 nm ~ 1mm；

　　（8）可用标准品及 RSF 值作定量等。

　　二次离子质谱仪分析的缺点：

　　（1）亦受质量因素干扰；

　　（2）离子产率受基质影响；

　　（3）离子产率变化大，可达106的差异；

　　（4）需要各种标准品来作定量；

　　（5）需要平坦的表面进行分析；

　　（6）属破坏性分析技术等。

　　二次离子质谱仪的应用很广，侦测表面污染、氧化、还原、吸附、腐蚀、触媒效应、表面处理等动态分析之表面研究工作，尤其可作微量元素分布，因此在材料、化学、物理、冶金及电子方面之发展，使用者很多。二次离子质谱仪不但可作表面及整体之分析，又可直接作影像观察，其灵敏度及解析能力甚高，由最小的氢至原子量很大的元素均可侦测，尤其对于同位素的分析更是有效。

　　常见的研究应用领域包括：表面研究：利用二次离子质谱仪影像可以观察试片表面所含有之元素，由适当的纵面元素之分析，可以了解污染之深度。纵深元素分布：二次离子质谱仪之纵深解析力＜50A，而灵敏度＜1017atouns/cm3，可利用二次离子质谱仪研究经扩散及离子布植後之不纯物或同位素之纵深分布情形。结合离子布植技术在IC或其他半导元件之应用。