電荷耦合器件 (Charge Coupled Device,CCD）是一種半導體器件，它的基本單元是 MOS 電容器，器件中的所有基本單元電容器依次排列。當對某個MOS單元電容器施加電壓時，單元上的電荷包能夠逐次轉移。圖像傳感器是 CCD的一種成功應用。CCD 的工作原理是，首先在一個稱為光敏區的區域搜集由光電效應等方式產生的電荷，然后將其轉移到一個可以對電荷進行讀出與處理的區域，最終通過外圍電路進行信號輸出以供后續傳輸和處理。

CCD 于 1969年由貝爾實驗室的 Willard S. Boyle 和 George. E. Smith 共同發明。從20世紀80年代以后，索尼公司逐步成為最大的 CCD 供應商。電子倍增 CCD (Electron Multiplying CCD, EMCCD）在讀出寄存器和輸出放大器之間加入了增益奇存器，使得電子在轉移過程中發生 “撞擊離子化效應”，產生新的電子，實現了電子倍增。EMCCD 的信噪比較普通 CCD 獲得了較大提高，特別適合在單光子探測、活細胞顯微觀察、細胞熒光成像等低光照條件下應用。

早期的 CCD 采用正照方式工作，即光從正面入射，經過多晶硅電極及介質層，在芯片內部半導體材料中被吸收并產生電子-空穴對。由于入射光子要通過多晶硅材料，而多晶硅材料強烈吸收短波長的光，這樣將會導致入射光強的損失，從而致使 CCD 量子效率下降。經過改進的背照式 CCD，光從芯片背面一側進入，不通過多晶硅電極，從而能提高 CCD 的量子效率。背照式 CCD 能夠在低照度條件下完成目標攝像，在目標偵測、定位導航、資源勘查、環境監測等航空航天領域具有廣泛的應用。

時間延遲積分 （Time Delay Integration， TDI) CCD 是面陣結構，以線陣方式工作，它具有光響應靈敏度高、信噪比高、能消除像移和可選擇 TDI級數來控制曝光時間等特點，是星載、機載遙感相機圖像獲取和目標識別的核心器件。目前世界上航空航天領域中的遙感相機大都采用 TDI CCD。

與真空攝像管、熱釋電管和硅攝像管相比，CCD 具有體積小、質量小、功耗低、壽命長、靈敏度高、光譜響應范圍寬、動態范圍大、可全局快門成像等優點，是圖像傳感器領域的一次革命性突破。CCD 曾一度在安防監控、數碼相機等民用市場得到廣泛應用，但是隨著 CMOS 圖像傳感器技術的出現，在民用市場 CCD 逐步讓位于 CMOS 圖像傳感器。當前 CCD 在軍事、航天和天文觀察等專業領域仍有一定應用。

審核編輯：劉清