MOS之所以能夠以電壓控制，并起到開關的作用，正是由于上述反型層的機制，其中閾值電壓是反型層的重要參數。是能帶彎曲到臨界反型的柵極所加電壓值。對于的理解，首先需要了解有哪些物理量會導致能帶彎曲。能帶彎曲的本質是能級被電子占據的概率的改變。從器件結構上看，影響半導體能帶彎曲的因素要么源自于柵極，要么源自于絕緣層，下面分開進行論述。

1.柵極與半導體材料之間的功函數差

上一節討論反型層時，假設了多晶硅柵極的功函數與費米能級持平，實際情況并不如此。下面我們分兩種情況來討論，一是柵極直接采用金屬Al，二是柵極采用N型重摻雜的多晶硅（因為多晶硅可承受高溫，實際更常用）。（功函數為材料費米能級與真空自由電子能級的差值，這里不作詳述）

1-1. 采用金屬Al作為柵極

Al的功函數大約為, 本征硅的功函數大約為，假設，那么P型硅功函數大約為，N型硅功函數大約為， 。

當金屬Al、氧化硅和硅獨立存在時，顯然三種材料的費米能級不在同一個位置。但當三種材料合到一起成為一體，電子可以在能級之間傳輸，那么在熱平衡狀態下，費米能級一定平衡到同一高度，這會導致氧化硅和硅的能帶彎曲。

因為Al的功函數最小，那么越靠近金屬Al的位置，原來氧化硅和硅同一能級被電子占有的概率越高，即更加靠近費米能級，表現為能級向下彎曲。

反之，如果要將能帶變平，就必須外加電壓，克服金屬Al和硅之間的功函數差，假設該電壓為，

即，若沒有這個功函數差，那么閾值電壓就要多施加1.05V。

1-2. 采用多晶硅（N型重摻雜）作為柵極

與上面關于金屬Al作為柵極的分析有相似和不同。

相似點是，若要讓能帶變平，首先需要外施加電壓以克服N型重摻雜多晶硅之間的功函數差，參照PN結內建電勢的計算（原理相同，回顧《IGBT中的若干PN結》），假設該電壓為，那么，

其中，為P-base摻雜濃度， 為N型重摻雜多晶硅濃度。

不同點是，多晶硅是半導體，作為柵極必須還要克服電子激發并越過禁帶寬度，使其成為良導體，硅的禁帶寬度約為1.12eV。假設外加電壓為，那么

假設Na=1e17cm3, Npoly=1e20cm-3，ni=1.45e10cm-3，那么計算可得