電荷耦合器件（CCD）是基于硅的集成電路組成的密集矩陣的光電二極管，通過光能轉換成電子電荷光子的形式。與硅原子的光子的相互作用所產生的電子被存儲在勢阱中，并隨后可以轉換在整個芯片中通過寄存器和輸出放大器。在圖1所示的原理圖，顯示了一個典型的CCD的解剖結構的各種組件組成。

CCD的發明在1960年代后期的研究科學家在貝爾實驗室，*初的構想作為一種新型計算機存儲器電路。后來的研究表明的移動設備，因為它能夠與光的電荷轉移和光電相互作用，也可用于其他應用，如信號處理和成像。希望盡早的一個新的內存設備已全部消失，但CCD是一種新興的一個通用的電子成像探測器，能夠在新興領域的數字顯微攝影取代膠片的主要候選人之一。

很類似集成電路的硅晶片上制作了一系列復雜的光刻步驟，蝕刻，離子注入，薄膜沉積，金屬化和鈍化的定義內的設備的各種功能，涉及的處理的CCD。電摻雜的硅襯底，形成p型硅，一種材料，其中的主要載流子是帶正電的空穴。被切斷之前，金剛石鋸片，多模，每個能夠產生工作裝置，每個晶圓上制造，測試和打包成陶瓷或聚合物外殼用玻璃或石英窗口，通過它的光可以照亮光電二極管陣列在CCD上表面。探索建立交互式Java教程，這是與從對話框中使用的CCD的必要步驟的順序。

當紫外線，可見光或紅外線光子撞擊一個的硅原子休息CCD光電二極管內或附近的，它通常會產生自由電子和硅晶格中的電子暫時缺席創建一個“洞”。的自由電子，然后收集在勢阱（位于深耗盡層被稱為在一個區域內的硅），而空穴被強制離井和*終位移到硅襯底。單個光電二極管電隔離，通過掩模形成的硼離子擴散到p型硅襯底，這是由通道停止從他們的鄰居。

建筑的主要功能的CCD是浩大的串行移位寄存器與垂直堆疊的導電層的摻雜的多晶硅從硅半導體襯底分離由絕緣的二氧化硅薄膜（參見圖2）構成的。在電子已收集在每個光電二極管陣列，在多晶硅電極層（稱為“門）的電壓的電位被施加到下面的硅的靜電勢的改變。正下方的柵電極，然后在硅襯底變成能夠收集本地創建的入射光產生的電子的勢阱。相鄰的門，有助于約束電子勢阱內形成較高的潛力，被稱為障礙區，以及周圍的。通過調節施加到多晶硅柵的電壓，它們可以被偏置形成的勢阱或勢壘由光電二極管集成所收取的費用。

*常見的CCD設計有一系列的細分到每個像素由三個勢阱定向在水平行中的三分之二的柵極元件。每個光電二極管的勢阱是能夠拿著的電子數決定的CCD的動態范圍的上限。入射的光子照射在一段時間被稱為集成后，在CCD上的光電二極管陣列的勢阱被填充在硅襯底中的耗盡層產生的電子。所存儲的電荷的測量是通過串行和并行傳輸的組合的累積電荷到一個單一的輸出節點，在芯片的邊緣。在電荷積分期間的下一個圖像來完成的，通常是足夠的速度平行的電荷轉移。

電子的勢阱中收集后，移入平行，一排的時間，由一個信號產生的垂直移位寄存器的時鐘。被轉讓的電子在每個光電二極管在一個多步驟的過程（為兩到四個步驟）。這種轉變是通過改變舉行以及負的電位，同時增加下一個電極的偏壓為正數值。垂直移位寄存器的時鐘工作周期中，以移動整個CCD的累積電荷的交替的電極的垂直柵極上的電壓來改變。圖1示出了光電二極管的勢阱相鄰行內的定位門的CCD傳輸門。

遍歷并行移位寄存器門陣列后，充電*終達到一個專門的行稱為串行移位寄存器的柵極。在這里，代表每個像素的電子報文順序水平移動，水平移位寄存器的時鐘的控制下，向一個輸出放大器和關閉芯片。水平移位寄存器的全部內容被轉移到輸出節點之前被加載的下一行，從并行寄存器的電荷包的。輸出放大器中的電子報文寄存器所產生的電荷的量由左到右連續的光電二極管，在一個單一的行從*行開始，進行到*后。這產生一個模擬的光柵掃描從整個兩維陣列的光電二極管傳感元件的光生電荷。

CCD的元素和特色的數碼影像技術的概念在我們的審查在其他章節中所討論的設計有很多種。這些措施包括一些建筑圖案，antiblooming電子水渠，微透鏡陣列，像素合并，時鐘方案，掃描格式，和其他必要的主題為電荷耦合器件的理論和操作的一個基本的了解。