如果要測量極其小的離子電流或需要極其高的測量速度，則使用物理前置放大器，即所謂的二次電子倍增器。

圖 6.16：二次電子倍增器 (SEM)

二次電子倍增器 (SEM)

Figure 6.16 顯示了此類倍增器（SEM = 二次電子倍增器）的典型結構。圓柱形金屬片（倍增器電極）具有能夠提供低級別電子功函數的涂層。根據其動能，離子或電子在撞擊該層后產生多個二次電子。串聯的多個階段從單離子處產生電子雪崩。在倍增器電極之間施加大約 100 V 的正電壓，以加速電子。通過電阻鏈向倍增電極之間供應高電壓（大約 1,000 –3,000 V），兩個電極分別連接至該電壓分接頭，按照這種方式安排技術實施。高電壓正極接地，以保持逸出電子處于接近地電勢的狀態。這些類型的安排產生 107 的電流放大因子。

二次電子倍增器通過法拉第杯提供以下優勢：
■ 它極大地增加了儀器的靈敏度，提供靈敏度增加高達K = 10 A/hPa。
■ 這意味著，使用下游靜電計放大器可以在更短的時間間隔內掃描較低的分壓。
■ 信噪比顯然高于靜電計放大器，這意味著，檢測限制可下降幾個數量級。這僅在高度放大條件下在 SEM 中也能實現較低暗電流（噪音水平）時適用。靈敏度的自我增加沒有什么價值。

然而，SEM 也有缺點：
■ 其放大率會因污染或活性層中的化學變化而發生改變。
■ 產生碰撞離子（大約 1 到 5 個電子）的電子數（轉換因子）取決于離子能量（質量甄別）。

放大率受到這些因素的影響而改變。因此，必須時常對 SEM進行校準。通過改變高電壓可以很容易地對放大率進行調整。通過給個倍增器電極提供力求等于各個離子能量的獨立高電壓可以保持轉換因子恒定不變。

憑借二次電子倍增器的輔助，可快速的進行測量。從表 6.2中可以看出，其測量速度明顯高于使用法拉第杯的測量速度。

除了作為電流放大器操作外，離散倍增器電極 SEM 也適合作為離子計數器。使用該配置，可以獲得每 10 秒 1 個離子的極低計數率。高計數率也是可能的，與作為電流放大器相比能夠產生非常廣泛的動態范圍。

在計數模式中，SEM 的速度限定了動態范圍的上限。使用20 ns 的脈沖寬度，非線性以每秒 106 的事件開始。鑒于其脈沖寬度，SEM 一定 適合作為計算器。

所有二次電子倍增器的共同點是，它們被限制在低于 10-5hPa 的壓力下操作。在高于這些壓力時，倍增器電極上的水層可導致操作中的高溫分解，從而導致過早老化。由于涉及高電壓，可能損壞 SEM 的氣體放電可在壓力 p > 10-5 hPa時發生。