SIMS的應用范圍： *測量Si, SiGe, SiC, silicide, oxides, nitrides, III-V, II-VI 族合成半導體、鉆石以及钻石類薄膜中離子和雜質的含量和分布。 *CVD, MOCVD以及金属化過程中污染的識别。 *離子植入状况的确定。 *加热過程中離子和雜質的擴散。
參雜是改造半導體原材料某些特征的常用方法。半導體ｐ－ｎ接點的精確位置以及參雜含量的一致性是改進器件性能的關鍵。無論是有意或無意的參雜、其在樣品中的分布均可用二次離子質譜分析進行精確的剖析。二次離子質譜分析可檢驗任何元素在固體樣品中的分布狀況、其靈敏度可達百萬分之一到十億分之一的范圍。
各種外延生長法（如MBE, MOCVD, LPE等）制作的薄膜通常都要經過多次的退火加工。退火過程所驅動的雜質元素擴散是影響半導體電路性能的重要因素。銅在大多數材料中都屬一個快速擴散元素、尤其在多晶媒體沿晶體界面的擴散。二次離子質譜分析可以用來評價銅在退火前后的變化與分布。
二次離子質譜分析是檢驗半導體制作設備中的離子植入器的重要工具。通過實施嚴格的分析規范，二次離子質譜分析可精確判斷離子植入器的性能與狀況。
雜質污染是影響半導體器件性能和使用期限的關鍵因素。二次離子質譜的高靈敏度是其成為分析雜質含量和分布的最常用的工具。元素周期表中幾乎所有的元素均可以用二次離子質譜進行分析。