CCD是由若干個(gè)電荷耦合單元組成的。其基本單元是MOS（金屬-氧化物-半導(dǎo)體）電容器。它以P型（或N型）半導(dǎo)體為襯底，上面覆蓋一層厚度約120 nm的SiO2，再在SiO2表面依次沉積一層金屬電極而構(gòu)成MOS電容轉(zhuǎn)移器件。這樣一個(gè)MOS結(jié)構(gòu)稱為一個(gè)光敏元或一個(gè)像素。將MOS陣列加上輸入、輸出結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了CCD器件。其結(jié)構(gòu)圖如下，

　�。茫茫闹饕�由三部分組成：信號(hào)輸入、電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)輸出。

　　輸入部分：將信號(hào)電荷引入到ＣＣＤ的個(gè)轉(zhuǎn)移柵極下的勢(shì)阱中，稱為電荷注入。

　　在ＣＣＤ柵極上施加按一定規(guī)律變化、大小超過閾值的電壓，則在半導(dǎo)體表面形成不同深淺的勢(shì)阱。勢(shì)阱用于存儲(chǔ)信號(hào)電荷，其深度同步于信號(hào)電壓變化，使阱內(nèi)信號(hào)電荷沿半導(dǎo)體表面?zhèn)鬏�，從輸出二極管送出視頻信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)電荷的定向轉(zhuǎn)移，在CCD的MOS陣列上劃分成以幾個(gè)相鄰MOS電荷為一單元的循環(huán)結(jié)構(gòu)。一位CCD中含的MOS個(gè)數(shù)即為CCD的像素。

　　光注入：用于攝像機(jī)。用光敏元件代替輸入二極管。當(dāng)光照射CCD硅片時(shí)，在柵極附近的半導(dǎo)體體內(nèi)產(chǎn)生電子—空穴對(duì)，其多數(shù)載流子被柵極電壓排開，少數(shù)載流子則被收集在勢(shì)阱中形成信號(hào)電荷。

　　感光耦合元件特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào)，而不同于其它大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號(hào)。它將光敏二極管陣列和讀出移位寄存器集成為一體，構(gòu)成具有自掃描功能的圖像傳感器。是一種金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）集成電路器件, 基本功能是進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移輸出。其優(yōu)點(diǎn)如下：

　�。�.體積小，可靠性高，壽命長(zhǎng)。

　�。�.空間分辨率高，可以獲得很高的定位和測(cè)量精度。

　�。�.靈敏度高，動(dòng)態(tài)范圍大，紅外敏感性強(qiáng)，信噪比高 。

　�。�.高速掃描，基本上不保留殘象

　�。�.集成度高

　　６.可用于非接觸精密尺寸測(cè)量系統(tǒng)。

　�。�.無像元燒傷、扭曲，不受電磁干擾。

　�。�.有數(shù)字掃描能力。像元的位置可由數(shù)字代碼確定，便于與計(jì)算機(jī)結(jié)合接口。

　　含格狀排列像素的CCD應(yīng)用於數(shù)碼相機(jī)、光學(xué)掃瞄器與攝影機(jī)的感光元件。其光效率可達(dá)70%（能捕捉到70%的入射光），優(yōu)於傳統(tǒng)膠片的2%，因此CCD迅速獲得天文學(xué)家的大量采用。

　　CCD在天文學(xué)方面有一種奇妙的應(yīng)用方式，能使固定式的望遠(yuǎn)鏡發(fā)揮有如帶追蹤望遠(yuǎn)鏡的功能。方法是讓CCD上電荷讀取和移動(dòng)的方向與天體運(yùn)行方向一致，速度也同步，以CCD導(dǎo)星不僅能使望遠(yuǎn)鏡有效糾正追蹤誤差，還能使望遠(yuǎn)鏡記錄到比原來更大的視場(chǎng)。

　　一般的CCD大多能感應(yīng)紅外線，所以衍生出紅外線影像、夜視裝置、零照度（或趨近零照度）攝影機(jī)／照相機(jī)等。為了減低紅外線干擾，天文用CCD常以液態(tài)氮或半導(dǎo)體冷卻，因室溫下的物體會(huì)有紅外線的黑體輻射效應(yīng)。CCD對(duì)紅外線的敏感度造成另一種效應(yīng)，各種配備CCD的數(shù)位相機(jī)或錄影機(jī)若沒加裝紅外線濾鏡，很容易拍到遙控器發(fā)出的紅外線。降低溫度可減少電容陣列上的暗電流，增進(jìn)CCD在低照度的敏感度，甚至對(duì)紫外線和可見光的敏感度也隨之提升（信噪比提高）。