一個(gè)電荷耦合器件（CCD）的量子效率的光電響應(yīng)創(chuàng)建和成功地讀出由設(shè)備的每個(gè)入射光子的電子 - 空穴對(duì)的數(shù)目定義為一個(gè)屬性。 此屬性是特別重要的應(yīng)用，如熒光顯微鏡發(fā)射光子的波長(zhǎng)在375-550納米范圍內(nèi)，往往是具有相對(duì)高的硅的吸收系數(shù)低光成像。 標(biāo)準(zhǔn)的CCD，通過(guò)在柵電極和氧化物覆蓋在設(shè)備前面的，它們被照亮的，更敏感的綠色和紅色的波長(zhǎng)550和900納米之間的區(qū)域中。

的CCD的光譜靈敏度不同的一個(gè)簡(jiǎn)單的硅光電二極管檢測(cè)器，因?yàn)镃CD表面具有用于電荷轉(zhuǎn)移，多晶硅柵電極，薄膜二氧化硅和氮化硅鈍化層所屏蔽的信道。 這些結(jié)構(gòu)中，用于傳輸從成像區(qū)域的電荷從濕度和靜電放電保護(hù)CCD，吸收較短的波長(zhǎng)（450納米和更低），該設(shè)備減少藍(lán)色的靈敏度。 低于600納米的多晶硅的透射率開(kāi)始降低，材料變得基本上是不透明的，在400納米的光子，但吸收取決于柵極的厚度和CCD表面的薄膜上的光通過(guò)干涉效應(yīng)。 隔行傳輸CCD具有偏離標(biāo)準(zhǔn)的多晶硅柵結(jié)構(gòu)的一個(gè)因素，減少干擾的影響，并產(chǎn)生一個(gè)更理想和更均勻的光譜響應(yīng)的光電二極管。 這些設(shè)備也通常配有垂直antibloom下水道產(chǎn)生減少響應(yīng)于較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子。 高于700納米的光子穿透深入到硅襯底接近埋地排水，他們有一個(gè)更大的機(jī)會(huì)，釋放出電子，將擴(kuò)散到漏，并立即刪除。 量子效率也取決于柵極電壓，更低的電壓產(chǎn)生小的耗盡區(qū)，反之亦然。

傳統(tǒng)的膠片乳劑在可見(jiàn)光光譜的藍(lán)色區(qū)域的過(guò)敏，在由CCD的一個(gè)特點(diǎn)，往往導(dǎo)致在膠片上拍攝的圖像，并用CCD記錄之間的顏色差異顯示的響應(yīng)。 像素的幾何形狀的更小的增長(zhǎng)，作為藍(lán)色傳感器的響應(yīng)的藍(lán)色光吸收問(wèn)題的增加迅速減小像素大小。

一個(gè)典型的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的CCD的光譜靈敏度曲線示于圖1（標(biāo)準(zhǔn)CCD），它應(yīng)該指出的是，一個(gè)單獨(dú)的硅光電二極管的峰值量子效率為40％，顯著低于。 漣漪在頻譜發(fā)生，因?yàn)閺腃CD表面的薄膜干涉效應(yīng)。 *近已增加與一些科學(xué)級(jí)的CCD（藍(lán)加曲線圖1），通過(guò)使用的開(kāi)拓柵極材料和專有的熒光體涂料的藍(lán)綠色的靈敏度大幅改善，通道的透明度。 這種類型的涂料（LUMOGEN）直接存入到陣列表面發(fā)光短的波長(zhǎng)（120到450納米）高能量的紫外線和可見(jiàn)光激發(fā)時(shí)，在500至580納米的地區(qū)。 嵌入在涂層內(nèi)的熒光體產(chǎn)生的二次在所有方向上發(fā)射的熒光，只有那些進(jìn)入陣列的光子被吸收，得到約15％到20％的量子效率。 該涂料對(duì)可見(jiàn)光透明的，因此它們不會(huì)影響*過(guò)450納米的波長(zhǎng)處吸收光子，產(chǎn)生一個(gè)明顯的光譜響應(yīng)范圍幾乎1000納米（120至1100納米）。

為了進(jìn)行比較，圖1還示出對(duì)于人眼的光譜靈敏度曲線，對(duì)應(yīng)的明和暗視覺(jué)，所產(chǎn)生的視錐細(xì)胞和桿，分別。峰值靈敏度是綠色（白晝暗光在555納米和507納米）與明視覺(jué)的3％和10％暗適應(yīng)*大量子效率。 從這個(gè)數(shù)據(jù)，很明顯，我們的眼睛相比，科學(xué)級(jí)CCD相機(jī)具有更廣泛的光譜靈敏度與高得多的量子效率。

柵極溝道的結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的損失，完全消除了在背照式CCD。 在本設(shè)計(jì)中，光落到后面的CCD的區(qū)域中，已通過(guò)蝕刻減薄，直到它是透明的（對(duì)應(yīng)于約10至15微米）的厚度。 也示于圖1和圖2（背面減薄，背照式CCD），將得到的光譜靈敏度曲線，示出使用此配置，可實(shí)現(xiàn)高量子效率。 然而，早細(xì)化結(jié)果在一個(gè)微妙的，相對(duì)昂貴的傳感器，**為止，只有采用高端科學(xué)級(jí)CCD相機(jī)。

防反射涂層中使用的薄型背照式CCD的提高量子效率，但它是不可能產(chǎn)生的涂層在整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)是有效的。 增加在較長(zhǎng)的波長(zhǎng)的光譜響應(yīng)的涂料往往會(huì)產(chǎn)生較低的波長(zhǎng)的光子的吸收相應(yīng)減少，所以研究正在進(jìn)行的生產(chǎn)在整個(gè)可見(jiàn)光光譜是有效的防反射涂層。

光生伏打效應(yīng)，其中在光子的形式的光能量被轉(zhuǎn)換成電子的潛力，是依賴于廣泛的條件。 當(dāng)在400至1100納米范圍的可見(jiàn)光和紅外光的光子碰撞的位置的CCD基板內(nèi)的硅原子，電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶的光子之間的反應(yīng)和硅軌道電子。 有許多因素決定，包括的吸收系數(shù)，光子復(fù)合壽命，擴(kuò)散長(zhǎng)度，和CCD表面上的覆蓋材料的化學(xué)和物理性質(zhì)的光能量由量子電子產(chǎn)生的電荷的量。 在硅中的光子的吸收系數(shù)是隨波長(zhǎng)變化，到硅襯底中，比具有更短的波長(zhǎng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)（大于800納米）的光子穿透更深。

在光子的能量大于帶隙能量的情況下，電子被激發(fā)到導(dǎo)帶的概率較高，因而成為移動(dòng)。 這種相互作用也被稱為光電效應(yīng) ，取決于臨界波長(zhǎng)以上的光子有足夠的能量，以激發(fā)或促進(jìn)位于價(jià)帶中的電子產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)。 當(dāng)光子*過(guò)臨界波長(zhǎng)（通常*過(guò)1100納米），帶隙能量大于內(nèi)在的光子能量，光子完全穿過(guò)所述硅襯底。 表1列出了一個(gè)典型的CCD 90％的入射的光子被吸收的深度（微米）。

無(wú)論是在耗盡區(qū)或內(nèi)的散裝材料（硅）的CCD基板450和700納米之間的波長(zhǎng)的光子被吸收。 吸收到耗盡區(qū)將有接近100％，而進(jìn)入基板中解放出來(lái)的電子遇到一個(gè)三維隨機(jī)游走和任一重組的耗盡區(qū)到與孔或彌漫性的光子的量子效率。 對(duì)于那些電子的擴(kuò)散長(zhǎng)度可忽略不計(jì)，量子效率是非常低的，但具有高的擴(kuò)散長(zhǎng)度以及*終達(dá)到一個(gè)充電。

專為科學(xué)應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)使用的CCD陣列被密封在一個(gè)受保護(hù)的環(huán)境，以減少工件，提高響應(yīng)，并延長(zhǎng)CCD生活。 入射的光子，通常必須通過(guò)在玻璃或石英窗到達(dá)像素陣列和輸入的硅襯底。 窗口表面的反射損失發(fā)生在所有波長(zhǎng)的光子，光子透過(guò)玻璃的透光率（但不石英）急劇下降，低于400納米的波長(zhǎng)。 科學(xué)級(jí)CCD傳感器是專為需要高靈敏度和使用石英涂層來(lái)降低反射所有波長(zhǎng)的應(yīng)用。