CCD（Charge Coupled Device）全稱為電荷耦合器件，是70年代發(fā)展起來的新型半導體器件。它是在MOS集成電路技術基礎上發(fā)展起來的，為半導體技術應用開拓了新的領域。它具有光電轉換、信息存貯和傳輸等功能，具有集成度高、功耗小、結構簡單、壽命長、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，故在固體圖像傳感器、信息存貯和處理等方面得到了廣泛的應用。CCD圖像傳感器能實現信息的獲取、轉換和視覺功能的擴展，能給出直觀、真實、多層次的內容豐富的可視圖像信息，被廣泛應用于軍事、天文、醫(yī)療、廣播、電視、傳真通信以及工業(yè)檢測和自動控制系統(tǒng)。實驗室用的數碼相機、光學多道分析器等儀器，都用了CCD作圖象探測元件。

　　一個完整的CCD器件由光敏單元、轉移柵、移位寄存器及一些輔助輸入、輸出電路組成。CCD工作時，在設定的積分時間內由光敏單元對光信號進行取樣，將光的強弱轉換為各光敏單元的電荷多少。取樣結束后各光敏元電荷由轉移柵轉移到移位寄存器的相應單元中。移位寄存器在驅動時鐘的作用下，將信號電荷順次轉移到輸出端。將輸出信號接到示波器、圖象顯示器或其它信號存儲、處理設備中，就可對信號再現或進行存儲處理。由于CCD光敏元可做得很小（約10um），所以它的圖象分辨率很高。

　　一.CCD的MOS結構及存貯電荷原理

　　CCD的基本單元是MOS電容器，這種電容器能存貯電荷，其結構如圖1所示。以P型硅為例，在P型硅襯底上通過氧化在表面形成Si02層，然后在Si02上淀積一層金屬為柵極，P型硅里的多數載流子是帶正電荷的空穴，少數載流子是帶負電荷的電子，當金屬極上施加正電壓時，其電場能夠透過Si0.絕緣層對這些載流子進行排斥或吸引。于是帶正電的空穴被排斥到遠離電極處，剩下的帶負電的少數載流子在緊靠Si0.層形成負電荷層（耗盡層），電子一旦進入由于電場作用就不能復出，故又稱為電子勢阱。

　　當器件受到光照時（光可從各電極的縫隙間經過Si0.層射入，或經襯底的薄P型硅射入），光子的能量被半導體吸收，產生電子-空穴對，這時出現的電子被吸引存貯在勢阱中，這些電子是可以傳導的。光越強，勢阱中收集的電子越多，光弱則反之，這樣就把光的強弱變成電荷的數量，實現了光與電的轉換，而勢阱中收集的電子處于存貯狀態(tài)，即使停止光照一定時間內也不會損失，這就實現了對光照的記憶。