CCD的雛形是在N型或 P型硅襯底上生長一層二氧化硅薄層，再在二氧化硅層上淀積并光刻腐蝕出金屬電極，這些規(guī)則排列的金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容器陣列和適當(dāng)?shù)妮斎?、輸出電路就?gòu)成基本的 CCD移位寄存器。對金屬柵電極施加時鐘脈沖，在對應(yīng)柵電極下的半導(dǎo)體內(nèi)就形成可儲存少數(shù)載流子的勢阱?？捎霉庾⑷牖螂娮⑷氲姆椒▽⑿盘栯姾奢斎雱葳?。然后周期性地改變時鐘脈沖的相位和幅度，勢阱深度則隨時間相應(yīng)地變化，從而使注入的信號電荷在半導(dǎo)體內(nèi)作定向傳輸。CCD 輸出是通過反相偏置PN結(jié)收集電荷，然后放大、復(fù)位，以離散信號輸出。

　　電荷轉(zhuǎn)移效率是 CCD最重要的性能參數(shù)之一，用每次轉(zhuǎn)移時被轉(zhuǎn)移的電荷量和總電荷量的百分比表示。轉(zhuǎn)移效率限制了CCD的最大轉(zhuǎn)移級數(shù)。

　　體溝道CCD的電荷轉(zhuǎn)移機理和表面溝道CCD略有不同。體溝道CCD又稱為埋溝CCD。所謂體溝道即用來存儲和轉(zhuǎn)移信號電荷的溝道是在離開半導(dǎo)體表面有一定距離的體內(nèi)形成。體溝道 CCD的時鐘頻率可高達幾百兆赫，而通常的表面溝道CCD只幾兆赫。

　　電荷耦合器件具有光電轉(zhuǎn)換、信號存儲及信號傳輸能力，是一種嶄新的全固體自掃描成像器件。

　　固體成像、信號處理和大容量存儲器是CCD的三大主要用途。各種線陣、面陣像感器已成功地用于天文、遙感、傳真、卡片閱讀、光測試和電視攝像等領(lǐng)域，微光CCD和紅外CCD在航遙空感、熱成像等軍事應(yīng)用中顯示出很大的作用。CCD 信號處理兼有數(shù)字和模擬兩種信號處理技術(shù)的長處，在中等精度的雷達和通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。CCD還可用作大容量串行存儲器,其存取時間、系統(tǒng)容量和制造成本都介于半導(dǎo)體存儲器和磁盤、磁鼓存儲器之間。