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(dǎo)體器件。它是在MOS集成電路技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，為半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用開拓了新的領(lǐng)域。它具有光電轉(zhuǎn)換、信息存貯和傳輸?shù)裙δ埽哂屑啥雀?、功耗小、結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用。CCD圖像傳感器能實(shí)現(xiàn)信息的獲取、轉(zhuǎn)換和視覺功能的擴(kuò)展，能給出直觀、真實(shí)、多層次的內(nèi)容豐富的可視圖像信息，被廣泛應(yīng)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(shí)驗(yàn)室用的數(shù)碼相機(jī)、光學(xué)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(zhuǎn)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(shè)定的積分時間內(nèi)由光敏單元對光信號進(jìn)行取樣，將光的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為各光敏單元的電荷多少。取樣結(jié)束后各光敏元電荷由轉(zhuǎn)移柵轉(zhuǎn)移到移位寄存器的相應(yīng)單元中。移位寄存器在驅(qū)動時鐘的作用下，將信號電荷順次轉(zhuǎn)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(shè)備中，就可對信號再現(xiàn)或進(jìn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù)載流子是帶正電荷的空穴，少數(shù)載流子是帶負(fù)電荷的電子，當(dāng)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(jìn)行排斥或吸引。于是帶正電的空穴被排斥到遠(yuǎn)離電極處，剩下的帶負(fù)電的少數(shù)載流子在緊靠Si0.層形成負(fù)電荷層（耗盡層），電子一旦進(jìn)入由于電場作用就不能復(fù)出，故又稱為電子勢阱。

　　當(dāng)器件受到光照時（光可從各電極的縫隙間經(jīng)過Si0.層射入，或經(jīng)襯底的薄P型硅射入），光子的能量被半導(dǎo)體吸收，產(chǎn)生電子-空穴對，這時出現(xiàn)的電子被吸引存貯在勢阱中，這些電子是可以傳導(dǎo)的。光越強(qiáng)，勢阱中收集的電子越多，光弱則反之，這樣就把光的強(qiáng)弱變成電荷的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了光與電的轉(zhuǎn)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(nèi)也不會損失，這就實(shí)現(xiàn)了對光照的記憶。