Толщина рабочей части приборов с зарядовой связью составляет единицы микрон. Изготавливаются они, как правило, на основе очень тонких полупроводниковых пленок, выращенных на сравнительно толстом основании - подложке. Для выращивания пленок на подложках разработано несколько методов, носящих общее название эпитаксиальных. Термин 'эпитаксия' составлен из двух греческих слов: 'эпи' (на, поверх) и 'таксис' (расположение в порядке). Очень удачный термин, напоминающий о том, что речь идет о выращивании поверх подложки монокристаллического (упорядоченного) слоя материала. Выращенные эпитаксиальные пленки гораздо меньше загрязняются посторонними примесями. В процессе эпитаксии возможно строго контролируемое легирование растущего слоя.

Электроды ПЗС в течение некоторого времени после изобретения чаще всего изготавливались в одном слое металла. Слой алюминия толщиной около 1 мкм наносили на прибор испарением. Затем путем фотолитографии формировали электроды. Наиболее критичным этапом в технологическом цикле изготовления одноуровневой структуры этого типа является вытравливание межэлектродных зазоров. Для обеспечения хорошего переноса зарядовых пакетов надо, чтобы потенциальные ямы соседних электродов перекрывались. Глубина потенциальной ямы зависит от степени легирования кремния и величины приложенного к электроду потенциала. Типичные значения - единицы микрон. Отсюда следует, что межэлектродные зазоры не должны быть больше единиц микрон. Суммарная длина этих узких зазоров в больших приборах весьма велика.

Понятно, что любое случайное замыкание соседних электродов, произошедшее на одной из операций технологического цикла, полностью выведет прибор из строя. Последующее развитие ПЗС-технологии было направлено на создание структур, свободных от недостатков первых технологий и работающих с более простыми управляющими напряжениями.

П3С для применения в качестве приемников изображения изготавливают с поликремневыми электродами (кремний, осаждаемый из газовой фазы). После легирования бором или фосфором для достижения достаточно низкого сопротивления его можно использовать в качестве проводящего слоя. Термическое же окисление полкремния позволяет получить качественный межфазный диэлектрик, а его прозрачность облегчает использование ПЗС в качестве приемников изображения. Применение этой технологии позволило осуществлять регистрацию света не со стороны электродов (такой тип регистрации имеет много недостатков, так как полезный световой сигнал частично виньетируется электродами), а с противоположной стороны. Такие матрицы называются back illuminated.

Перспективным для создания сверх высокоскоростных ПЗС является использование GaAs из-за высокой подвижности электронов в этом материале. Уже имеются ПЗС со скрытым каналом на GaAs, работающие с тактовыми частотами до 500 МГЦ.