Para la realización de un pixel de un CCD es esencial un condensador MOS. Existen 2 tipos de MOS : los de canal superficial y los de canal interior. La diferencia entre ambos es mínima y radica tan solo en su fabricación. Sin embargo los condensadores de canal interno ofrecen mayores ventajas, es por ello que actualmente casi todos los CCDs fabricados utilizan esta estructura. En la figura 1 mostramos un esquema seccionado transversalmente de un condensador de canal interno. Normalmente el dispositivo es añadido en un substrato de silicio de tipo p (aprox. 300 um de espesor) con una capa de tipo n (aprox. 1 um) formada en la superficie. Después una fina capa (aprox. 0.1um de espesor) de oxido de silicio, se hace crecer seguida por un electrodo de metal (puerta). La aplicación de un voltaje positivo en el reverso del electrodo cruza la unión p-n diagonalmente y esto causa un pozo de potencial en el silicio tipo n directamente debajo del electrodo. La incidencia de la luz genera parejas electron-hueco en la región de deplexión, y debido a la aplicación de voltaje, los electrones se desplazan ascendentemente dentro del silicio tipo n y son atrapados en el pozo de potencial. La acumulación de carga negativa es directamente proporcional al nivel de incidencia de la luz. Una vez, el tiempo de exposición (también conocido como tiempo de integración) ha transcurrido, la carga es atrapada en el pozo de potencial y es transferida fuera del CCD siendo después convertida en un valor digital equivalente.

En la figura 2 ilustramos un condensador de canal interno. Este diagrama también muestra los canales de parada, que son normalmente creados por un dopaje excesivo para formar un semiconductor tipo p. Además una espesa capa de óxido es aplicada por encima de estas zonas. La finalidad del canal de parada es minimizar la difusión de electrones entre los pixels.

El proceso de lectura de la carga se lleva acabo en dos etapas. La primera implica el cambio de lugar de la carga del pixel a través de la superficie de la fila. La segunda etapa implica la lectura exterior de la carga del pixel dentro del anterior registro para ser digitalizado.

El proceso de transferencia de carga puede ser explicado como sigue : cada pixel es dividido en un número de distintas áreas conocidas como fases. Los sensores de 3 fases suelen ser los más comunes debido principalmente a su alto rendimiento y gran tolerancia en el procedimiento, aunque también existen formatos de una, dos o cuatro fases.

Tomando como ejemplo el sensor de 3 fases, en el período de integración, las fasese 1 y 2 serán el modo de tenencia de carga y la fase 3 el modo de reserva de carga. El final del período de integración es cuando este es transferido al tiempo que la imagen es capturada fuera de la línea. La fase 1 se situa en el modo de reserva de carga, el cual tendrá el efecto de ir transferiendo el total de la carga de las fases 1 y 2, tan solo dentro de la fase 2. Entonces la fase 3 se situa en modo de tenencia de carga la cual permite que la carga en fase 2 se distribuya uniformemente hacia las fasese 2 y 3. A continuación, la fase 2 se situa en el modo de reserva de carga, forzando dicha carga en la fase 3. Este proceso se repite continuamente hasta que la carga del pixel 2 es movida al pixel 1.

A continuación se muestra una representación alternativa del proceso de lectura de carga.

El segundo nivel del proceso de lectura exterior ocurre después de cada línea de pixels siendo transferida por una línea completa. Adyacente a la línea inferior de pixels hay una fila llamada registro de lectura de salida. Como la carga de cada línea de pixels baja una fila, la carga de la fila inferior se moverá dentro del registro de lectura. En este punto, el valor de carga en el registro se transfiere horizontalmente dentro de la zona de lectura de salida, desde donde son enviados al convertidor analógico digital, siendo luego almacenados en la memoria. La siguiente animación refleja este proceso.

El proceso de transferencia y de lectura de salida descrito anteriormente, se aplica linealmente a ambas filas y a la línea del área del CCD. En priner lugar, una sola transferencia seguida por una fase de lectura de salida es todo lo que es necesario para transferir la imagen fuera de la fila. Para la línea del área del CCD, la fase de transferencia y de lectura de salida debe ser, en general, repetida por cada línea de pixels, hasta completar la imagen que será leida exteriormente.

Esta descripción genérica del proceso de lectura de salida para el área de filas se modificará, sea como sea, dependiendo totalmente del diseño del dispositivo.