Charge Coupled Device
1) Introduzione storica
2) La base : Condensatore CMOS
5) Imaging CCD
5b) Architetture
5c) Camere a colori
Corso di DISPOSITIVI ELETTRONICI
Anno Accademico 1999/2000
Antonio D´Ottavio
1) Introduzione storica
Il primo CCD è stato sviluppato nei laboratori Bell di Murray Hill, New Jersey nel 1969 dai ricercatori Bill Boyle e George Smith , essi erano impegnati nella ricerca di nuovi metodi per la acquisizione di immagini col fine di realizzare il Picture Phone, conoscevano pertanto perfettamente sia la possibilità di immagazzinare carica elettrica mediante un condensatore MOS che la tecnologia delle memorie a bolle magnetiche, dal connubio di queste due conoscenze nacque l´idea di raggruppare i domini di accumulo delle cariche e di usare opportune differenze di potenziale elettrico per trasportarle da un dominio alla altro. Si tratta pertanto di un dispositivo concettualmente semplice tanto che i criteri base furono impostati in poche ore ed il primo prototipo a 6 pixel fu pronto dopo sole 6 settimane, forse proprio in questa semplicità e nella miriade di applicazioni possibili risiede il motivo del suo successo che lo porta ad essere uno dei dispositivi elettronici che guida lo sviluppo tecnologico attuale.
2) La base : Condensatore CMOS
Come accennato nell´introduzione, un CCD non è altro che un insieme di condensatori MOS disposti molto vicini tra di loro in modo che applicando una opportuna polarizzazione si possa trasferire la carica presente in uno di essi in un altro ad esso adiacente, la struttura di ogni condensatore MOS è pertanto la seguente :
Si ha un ossido di silicio SiO2 che separa del silicio P-doped da un metallo (…in genere alluminio) che costituisce l´elettrodo (…chiamato Gate) al quale viene applicata la polarizzazione necessaria a creare la regione di svuotamento la cui estensione viene limitata tramite i due canali di stop che vengono realizzati mediante delle zone drogate p+.
Le modalità di creazione della regione di svuotamento in funzione della tensione applicata al Gate richiedono una analisi del sistema in termini di bande di energia, essa viene pertanto sviluppata per il seguente sistema nel quale per semplicità sono stati trascurati i due canali di stop :
consideriamo per questo sistema la carica accumulata alla giunzione ossido-semiconduttore, la capacità e le bande di energia nel caso non sia polarizzato oppure polarizzato nelle regioni di Depletion, Inversione e Accumulazione.
a) Zero Bias (Depletion)
Una volta che i materiali sono connessi a formare un unico sistema si ha un flusso di elettroni dal metallo al semiconduttore attraverso un qualsiasi circuito che presenti una resistenza minore di quella presentata dall´ossido, in questo modo sul metallo abbiamo un foglio di carica positiva mentre gli elettroni che giungono nel P-doped neutralizzano parte delle lacune creando una regione di svuotamento nei pressi della ossido, in essa sono presenti soltanto ioni negativi, ne segue che in questa regione la banda di valenza si allontana dal livello di Fermi Ef .
Una importante caratteristica descrittiva del sistema è il potenziale superficiale 
dove Ei(0) è l´energia del livello di Fermi intrinseco situato a metà della Gap, in particolare sottraendo al potenziale superficiale il potenziale fp che abbiamo nel bulk otteniamo la caduta di potenziale ai capi della regione di Depletion.
Applicando una tensione positiva sul Gate non si fa altro che rafforzare questa situazione infatti altre lacune verranno richiamate verso il contatto ohmmico e quindi l´estensione della regione di Depletion aumenterà, inoltre la banda di valenza si allontanerà ulteriormente da Ef sino a giungere alla condizione limite in cui Ef = Ei in corrispondenza della quale le bande e la distribuzione di carica sono quelle illustrate in figura. La capacità presentata dal sistema è pari alla serie della capacità della ossido 
e della capacità associata alla regione di Depletion 
pertanto decresce al crescere di xd ossia al crescere di VG .
C) Inversione
Quando
Per valutare la capacità del sistema MOS quando è polarizzato in regione di inversione occorre tener conto della rapidità con cui variano
Low Frequency entrambe le tensioni variano ad una frequenza inferiore ai 10Hz , ciò consente ai portatori generati di seguire le variazioni della carica sul gate e quindi la capacità associata è soltanto quella relativa all´ossido.
High Frequency VG varia ad una frequenza inferiore ai 10Hz mentre vg varia ad una frequenza superiore, ne segue che i portatori generati non riescono a seguire le variazioni della carica sul gate e quindi la capacità associata è quella relativa all´ossido con in serie la capacità della regione di depletion, la quale tende ad un valore limite quando il sistema va in Strong Inversion ossia quando si ha |fs| > |fp| e quindi la concentrazione di elettroni liberi in superficie è maggiore della concentrazione di lacune nel bulk.
Deep Depletion entrambe le tensioni variano ad una frequenza superiore ai 10Hz , ne segue che lo strato invertito non riesce a formarsi e pertanto la regione di Depletion si estende oltre il valore massimo che si ha in Strong Invertion, ne segue che la capacità totale del sistema decresce ulteriormente, tuttavia al crescere della VG aumenta l´estensione della regione di Depletion e quindi aumenta anche la generazione di portatori e si ha un collassamento della capacità sul valore che assume nel caso di High Frequency.
La curva C-VG che riassume le considerazioni precedenti è pertanto la seguente :
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Per completezza d´analisi seppur non utilizzata nei CCD viene anche descritta la regione di accumulazione che si ha quando si polarizza il Gate con una tensione inferiore alla VFB = fM - fs , si ha che vengono richiamate dal bulk altre lacune le quali si addensano nella regione prossima all´ossido, le bande nel bulk del semiconduttore traslano verso il basso e quindi la banda di valenza si avvicina ad Ef .
La capacità associata al sistema MOS è in questo caso soltanto Cox .
In base a quanto visto sul condensatore MOS si ha che per tensioni di Gate superiori alla tensione di soglia, esso può essere caricato ad un qualsiasi valore compreso tra Qn= 0 corrispondente al funzionamento in Deep Depletion ed il valore di Qn corrispondente al funzionamento in Inversione.
Negli Imaging-CCD invece il condensatore si trova in regione di Depletion ed i fotoni incidenti generano carica mobile in quanto urtando producono delle coppie elettrone-lacuna.
Indipendentemente dal modo in cui la carica viene generata, la funzionalità più importante del CCD è sicuramente il trasferimento della stessa che si basa sulla applicazione ai Gate di tensioni che generano opportune buche di potenziale nella quale la carica rimane intrappolata sino al successivo trasferimento, consideriamo il funzionamento di un CCD a 3 fasi quale quello illustrato in figura :
esso è costituito da 3 condensatori MOS affiancati, nello storage mode le cariche vengono immagazzinate sotto l´elettrodo centrale dove una tensione più positiva rispetto a quelle applicate agli elettrodi adiacenti crea una buca di potenziale.
Per trasferire il pacchetto di carica immagazzinato nel condensatore centrale nel condensatore alla sua destra, occorre applicare al suo Gate una tensione più positiva in modo che le cariche migrino verso la regione dove il potenziale è più basso.
Dopo che il trasferimento di carica da un elettrodo alla altro è avvenuto si può riportare entrambe le tensioni a valori inferiori, in modo da consentire con le stesse tensioni un successivo trasferimento.
Esiste un limite inferiore alla velocità con cui la carica deve essere trasferita da un condensatore MOS al successivo, in particolare tale limite è dettato dall´evitare che la carica generata termicamente saturi il canale, questo avviene in alcuni secondi tuttavia non è un problema in quanto nelle applicazioni si cerca di avvicinarsi al limite superiore, si desiderano infatti dei registri a scorrimento quanto più veloci possibile. La frequenza massima che attualmente si può applicare ad un CCD è di circa 30MHz , questo perché si deve garantire un altro requisito fondamentale ossia che tutta la carica venga trasferita da un CCD al successivo.
Si possono pertanto realizzare registri a scorrimento sia analogici che digitali, in particolare nelle applicazioni digitali si fa corrispondere un “
Si parte, ad esempio, da un “
Volendo effettuare un trasferimento verso destra applichiamo una tensione V3 agli elettrodi 2, 5, 8 la carica presente negli elettrodi 1 , 4, 7 si sposta sotto di essi.
Infine una volta avvenuto il trasferimento riportiamo le tensioni a valori più bassi.
Si osservi che V2 individua sempre il MOS dove la carica è attualmente memorizzata, V3 individua il MOS dove la carica si dovrà trasferire al passo successivo e V1 individua il MOS che funge da separatore verso un altro elemento CCD.
4) Evoluzione del CCD : Il Buried Channel CCD
La maggiore limitazione del CCD tradizionale è la presenza di stati trappola superficiali, questi assorbono i portatori minoritari impedendone un trasferimento efficace il che si rivela deleterio soprattutto in matrici CCD molto estese. Il problema viene risolto utilizzando non un canale superficiale ma un canale sepolto come nella seguente struttura :
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si tratta di un CCD P-Channel a 3 fasi, costituito da un substrato N_doped sul quale è realizzato il canale P-doped avente una concentrazione degli accettori 20 volte maggiore della concentrazione dei donori nell´N-doped, tale strato è spesso alcuni mm ed è connesso ai suoi estremi con contatti p+ ed inoltre è sormontato da SiO2 ed elettrodi metallici.
Al diodo d´uscita viene applicata una tensione V0 tale da svuotare il canale sepolto di portatori maggioritari, l´ordine di grandezza per questa tensione si può rilevare dalla andamento del potenziale potenziale in funzione della distanza dall´interfaccia Si – SiO2 :
si può osservare che si ha un minimo del potenziale per le lacune proprio in corrispondenza dello strato sepolto, il suo valore è di –37V.
Viene illustrato la andamento sia nel caso di presenza che di assenza di carica nel canale, e come indicato la capacità della struttura è di circa 
mentre per un CCD tradizionale essa è 
. Questa inferiore capacità è uno dei principali svantaggi del Buried Channel CCD rispetto ai CCD tradizionali tuttavia si ha il vantaggio che il trasporto è affidato ai portatori maggioritari e pertanto non avviene per diffusione bensì per drift, inoltre la mobilità nel bulk è circa il doppio di quella che si ha in superficie.
Una delle caratteristiche più importanti di un CCD è la distanza tra gli elettrodi, essa infatti dà luogo a dei campi di frangia cui corrisponde un andamento del potenziale diverso da quello desiderato, ad esempio per un Buried Channel CCD 
avente una distanza tra gli elettrodi di 5mm in corrispondenza dello spazio compreso tra due elettrodi si hanno delle sacche di potenziale le quali sono in grado di assorbire carica che invece dovrebbe essere trasferita dalla regione sottostante un dato elettrodo alla regione sottostante l´elettrodo successivo, tutto ciò va a discapito della efficienza del trasferimento della carica e pertanto non è accettabile specialmente nei CCD matriciali in cui la carica deve subire un elevato numero di trasferimenti.
Il modo più ovvio di ridurre le sacche di potenziale è quello di ridurre la distanza tra gli elettrodi, il risultato che si ottiene in un caso limite facendo tendere a zero tale distanza è stato calcolato numericamente e riportato nella seguente figura :
è evidente la assenza di sacche di potenziale sia in un CCD superficiale che in un Buried Channel CCD inoltre dalla figura è importante rilevare che nello spazio sottostante l´elettrodo il potenziale del Buried Channel possiede una pendenza molto maggiore del CCD superficiale il che numericamente significa un campo elettrico 10 volte maggiore e quindi una maggior velocità nel trasferimento delle cariche che ha portato il Buried Channel ad essere impiegato prevalentemente nelle applicazioni in cui si richiede una elevata frequenza di clock, il limite cui si è giunti è di circa 30 MHz.
Naturalmente non si può portare a zero la distanza tra gli elettrodi, ed allora sono state sviluppate altre tecniche per ridurre le sacche di potenziale tra le quali quella che ha dato i migliori risultati è l´impiantazione di atomi di Boro nel canale in corrispondenza degli spazi compresi tra gli elettrodi.
Il settore che maggiormente ha dato l´impulso alla ricerca sui CCD è quello che lo vede utilizzato come sensore ottico, innumerevoli applicazioni sono infatti possibili sia per quanto riguarda il campo del visibile e quindi sistemi di controllo automatici che per quel che riguarda la astronomia, quest´ultima in particolare è stata completamente rivoluzionata dalla avvento dei CCD i quali possiedono caratteristiche nettamente superiori rispetto agli altri sensori utilizzati precedentemente. A titolo di esempio si presenta la dotazione dell'Advanced Camera for Survey (ACS) installata a bordo del Telescopio Spaziale Hubble , essa è composta da tre camere fotometriche , la prima, la "Wide Field Camera" WFC, utilizza due CCD thinned back-illuminated da 2048 x 4096 pixel (pixel size = 15 micron) realizzati dalla SITe che vengono montati a mosaico per un totale di 4096 x 4096 pixel, viene utilizzata per le osservazioni nelle bande V ed I.
micron) che ha uno speciale trattamento per ottenere elevate sensibilità nel range spettrale 200 -
400 nm, è utilizzata per le osservazioni ad alta risoluzione nella banda 200 - 1000 nm.
range spettrale 150 - 170 nm. Essa fa uso di un rivelatore a "conteggio di fotoni" chiamato Multi
Anode Microchannel Array (MAMA) formato da un Micro Channel Plate (MCP) a canali curvi
con un fotocatodo allo Ioduro di Cesio (CsI) e da un anodo a multi-elettrodi capace di ottenere
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una area di 1024 x 1024 pixel con ciascun pixel da 25 micron, viene impiegata per osservazioni nella banda 150 - 200 nm.
Il successivo paragrafo intende descrivere alcune delle specifiche e delle tecnologie costruttive che hanno portato alla scelta di questo particolare equipaggiamento.
5a) Caratteristiche tecniche dei CCD
Geometria
I parametri più importanti considerati a riguardo della geometria del CCD sono le dimensioni del pixel e la area sensibile costituita dalla matrice CCD, particolari applicazioni richiedono un´ampia area sensibile ma questa va a discapito della velocità di scansione, alcuni sensori e le corrispondenti caratteristiche sono presentati nella seguente tabella
Si osservi che tutti questi CCD sono del tipo Buttable ossia possono essere composti quasi a formare un mosaico nel caso sia richiesta una area sensibile maggiore di quella coperta da ciascuno di essi.
Efficienza quantica
Si tratta del rapporto tra il numero di fotoni incidenti su di un pixel ed il numero di coppie elettrone-lacuna generate in media in un secondo, è un numero minore di 1 che viene espresso in percentuale ed è funzione della lunghezza d´onda del fotone incidente, tipicamente per un CCD ha il seguente andamento :
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La motivazione di questa curva è da ricercarsi nella profondità di assorbimento del Silicio utilizzato per realizzare i CCD, per esso si ha :
Occorre infatti confrontare questa profondità di penetrazione con lo spessore utile al fine della effetto fotoelettrico del CCD, questo si aggira intorno ai 15mm, si hanno i casi notevoli :
a) 
un fotone UV che rilascia la sua energia ad una profondità di 30 Å, genera la carica proprio sull'elettrodo. In questo caso, la carica viene persa perché entra nel circuito come corrente.
b) Per un fotone blu la profondità è di 0.2 micron, e quindi tale fotone può generare la coppia e- lacuna proprio sotto l'elettrodo
c) 
Per un fotone rosso o del vicino-infrarosso, invece, la profondità di assorbimento è tale da generare la carica in una zona utile per poter essere raccolta.
Come detto la risposta dei sensori CCD nell´ultravioletto è del tutto insoddisfacente pertanto sono state affinate le seguenti due tecniche per migliorarla :
a) La superficie sensibile viene trattata con un materiale fosforescente il quale esegue lo shift di frequenza dall´ultravioletto al visibile e pertanto valgono le considerazioni sulla assorbimento per esso svolte.
b) Il CCD viene assottigliato ed illuminato da dietro, in tal modo si elimina l´effetto della assorbimento da parte degli elettrodi, il difetto è che nel processo di assottigliamento si crea un ossido nativo il quale forma una trappola per le cariche fotogenerate vicino alla regione sensibile, il problema si può risolvere impiantando atomi di Boro e procedendo alla loro annichilazione, in tal modo infatti non si fa altro che riempire la trappola.
Un CCD assottigliato ed illuminato da dietro presenta un´efficienza quantica eccezionale rispetto a tutti gli altri dispositivi utilizzati prima della avvento dei CCD come evidenziato dalla seguente :
basti osservare che a 6000Å il CCD è 70 volte più efficiente della pellicola fotografica, questo vuol dire che se a parità di condizioni il tempo d´integrazione con un CCD per una sorgente debole è di un minuto, con una pellicola fotografica è 1 ora.
Corrente di buio
Anche in assenza di fotoni incidenti si hanno degli elettroni che per agitazione termica passano dalla banda di valenza alla banda di conduzione, questo è quanto mai vero per il Silicio il quale presenta una Gap di 1,1eV il che ad esempio significa che un pixel da 20mm a
Si può ovviare al problema sottraendo all'immagine originale un'altra immagine, detta
dark frame, della stessa durata ottenuta schermando il CCD, in quest'ultima sara'
presente il solo segnale dovuto alla temperatura che eliminera' pertanto quello presente nell'immagine utile. Affinchè questa operazione produca un risultato ottimale è necessario che la durata della dark frame sia identica a quella dell'immagine originale e che la temperatura del CCD non vari nel tempo che intercorre tra le due riprese. In ogni caso la corrente di buio può essere pesantemente ridotta facendo lavorare il CCD a temperature inferiori ai –100°C .
Efficienza di trasferimento (CTE)
È la capacità di trasferire la carica da un pixel al successivo, è un parametro molto importante specialmente per matrici CCD molto grandi nelle quali prima di giungere al circuito d´uscita il pacchetto di carica deve attraversare molti pixel , un valore plausibile per i CCD attuali è 0,999996 il quale implica che per una matrice di 2048 x 2048 la carica rilevata dal pixel più lontano si riduce soltanto del 2,5% durante il trasferimento.
Uniformità
Illuminando uniformemente una matrice CCD vorremmo che ogni pixel immagazzinasse la stessa carica, la cause per cui ciò non accade risiede nella variazione dello spessore prodotta dalle tecniche di assottigliamento. Analogamente a quanto si ha per la corrente di buio, si può eliminare la non linearità illuminando uniformemente il CCD ed acquisendo un´immagine detta Flat Field dopodiché le immagini acquisite vengono tutte normalizzate dividendole per
Una volta che l´immagine è stata rilevata dalla matrice CCD occorre trasferirla al computer che la elabora, le modalità di questo trasferimento influenzano la velocità di cattura delle immagini, le architetture che si sono affermate sono :
Full Frame Transfer
I fotoni incidenti producono un accumulo di carica nelle colonne di CCD verticali, al termine della esposizione il Transfer Gate abilita il passaggio del contenuto della riga in basso nello shift register orizzontale realizzato con un CCD schermato, nel frattempo tutte le altre righe della matrice scorrono verso il basso. Si ha poi uno scorrimento orizzontale dei pacchetti di carica verso l´Output Amplifier il quale invia le informazioni all´interfaccia verso il computer. Dopo che l´ultimo pacchetto di carica presente nel CCD orizzontale ne è uscito, il Transfer Gate ne abilita nuovamente il riempimento e si procede in tal modo sin quando tutte le righe della matrice non sono state inviate all´interfaccia verso il computer, a questo punto la matrice è pronta per una nuova esposizione ma dato che si sono utilizzati i CCD verticali sia come sensori che come registri a scorrimento, sono trascorsi circa 100ms il che significa che questa architettura consente un massimo di 10 esposizioni al secondo.
Full Frame
È un´architettura molto simile alla precedente, se ne differenzia perché si hanno due matrici, la prima è fotosensibile mentre la seconda è schermata e ha la funzione di memoria, infatti al termine della esposizione ai fotoni ogni colonna di pacchetti di carica viene fatta scorrere nella matrice sottostante in circa 0,5ms , di qui viene poi trasferita all´interfaccia con la stessa modalità che si ha nel caso del Full Frame Transfer. Il vantaggio è di ridurre l´intervallo di tempo tra due successive esposizioni in quanto mentre la matrice fotosensibile viene esposta ai fotoni, la matrice immagine viene trasferita al computer, il che come prima avviene in un tempo di 100ms.
Interline Transfer
In questa architettura accanto ad ogni colonna fotosensibile si ha un CCD schermato a scorrimento verticale, al termine della esposizione, il transfer Gate abilita lo scorrimento in esso dei pacchetti di carica i quali vengono poi trasferiti riga per riga all´interfaccia. Dato che occorre uno shift di una sola posizione, si ha che la successiva esposizione può avvenire dopo circa 100ms, in ogni caso però la lettura completa del sensore avviene in circa 100ms.
5c) Camere a colori
I sensori CCD non sono in grado di darci informazioni dettagliate sulla frequenza e quindi sul colore, ma soltanto sulla luminosità di una sorgente, per ovviare al problema sin dai primordi della fotografia si ricorre alla tecnica RGB di sintesi additiva che consiste nella scomposizione del colore nei colori primari, in sostanza data un´immagine ne dobbiamo estrarre le componenti cromatiche rossa, verde e blu.
Esistono diverse tecniche per ottenere questa scomposizione, si va dalla più economica ma meno efficace che prevede l´utilizzo di un solo CCD sino alla più costosa nella quale si utilizza un CCD per ogni colore primario, esse vengono brevemente descritte suddividendole in base al numero di CCD utilizzati.
1 CCD Camera
Il metodo più semplice di utilizzare un solo CCD è di effettuare 3 esposizioni, una con il filtro verde, una con il rosso e l´ultima con il blu, le immagini ottenute vengono poi sommate, si tratta di un metodo poco efficiente in quanto occorre che l´immagine sia ben ferma durante le 3 esposizioni. Una alternativa consiste nella associare ad ogni pixel della matrice CCD un diverso microfiltro RGB secondo il seguente schema :
Per ogni punto è noto uno dei colori primari mentre gli altri 2 si possono ottenere interpolando le componenti cromatiche relative ai pixel adiacenti ottenendo ad esempio i colori dei pixel A e B in figura.
I microfiltri verdi sono il doppio in numero rispetto ai rossi ed ai blu in quanto l´occhio umano presenta il massimo della sensibilità proprio nella regione del verde.
Per riprodurre l´immagine è necessario ricorrere all´interpolazione software i cui effetti non sono sempre ottimali pertanto viene in genere utilizzato uno schema alternativo che la minimizza, in particolare si utilizza un CCD costituito da pixel rettangolari di dimensione pari alla metà dei punti immagine che si vogliono acquisire,
in tal modo di ogni pixel sono note due componenti cromatiche primarie mentre dai 4 pixel adiacenti si possono ottenere informazioni sulla componente cromatica mancante così come mostrato in figura per i pixel A e C.
2 CCD Camera
Si può minimizzare ulteriormente il ricorso all´interpolazione utilizzando due CCD,
uno dei due è filtrato in verde in quanto come detto è la componente cromatica più importante per le applicazioni dedicate all´occhio umano, mentre il secondo CCD è microfiltrato con le altre due componenti cromatiche,
pertanto di ogni punto sono note 2 componenti cromatiche mentre la terza viene ricavata per interpolazione secondo lo schema mostrato in figura per i pixel A e B .
3 CCD Camera
Utilizzando 3 CCD non è più necessario ricorrere all´interpolazione in quanto ad ogni CCD viene applicato un filtro relativo ad una diversa componente cromatica, si tratta di una configurazione molto onerosa ma che fornisce i migliori risultati dal punto di vista della qualità, e sicuramente sarà in futuro la più utilizzata in quanto il costo dei CCD stà rapidamente diminuendo, lo schema realizzativo è il seguente :
Le applicazioni spaziali, ma anche militari e commerciali hanno richiesto negli anni un miglioramento delle caratteristiche dei CCD, a partire dalla area sensibile per la quale si è giunti a 2048 x 4096 pixel ciascuno da 15mm , inoltre tali sensori possono essere riuniti a formare un mosaico in modo da coprire aree maggiori come richiesto dalle applicazioni astronomiche.
Per ridurre la corrente di buio è stato sviluppato il Multi Pinned Phase (MPP) CCD il quale si distingue dai tradizionali CCD per una particolare polarizzazione degli elettrodi e una impiantazione di Boro sotto uno di essi, purtroppo questa tecnica riduce la "buca di potenziale",
e quindi la saturazione, di circa il 60%.
Per poter migliorare la risposta nell'UV e anche nell'X in un CCD del tipo fronte-illuminato, è
stata sviluppata di recente una tecnica che è conosciuta come la "Open Electrode" o anche
"Open Phase", che consiste nello scoprire uno dei 3 elettrodi, ed in corrispondenza di tale
scopertura impiantare atomi di Boro, in modo da ottenere una buca di potenziale anche senza
elettrodo. La radiazione UV e X che arriva dalla parte degli elettrodi (essendo fronte-illuminato), non viene assorbita dal terzo elettrodo, e quindi può generare la carica.
Per ridurre il rumore di lettura introdotto dallo stadio d´uscita, è stato sviluppato lo Skipper CCD il quale misura la carica contenuta in un pixel molte volte senza distruggerla, in tal modo le misure vengono "mediate" sull'amplificatore di uscita.