阈值电压是描述MOS结构栅极输入特性的一个极为关键的参数，它定义为MOS结构的Pwell表面形成强反型所需要的最小栅极电压。阈值电压的高低反映了MOS的抗干扰能力的强弱与驱动的难易程度。
IGBT的阈值电压由三部分组成：平带电压UFB、表面电势Us、表面强反型时的栅氧上的最大电压Uox。下面详细介绍一下阈值电压的组成。
平带电压UFB
平带电压UFB是能够将能带恢复到平直状态所需要在栅极上施加的电压，由公式：
其中ϕms是金属-半导体功函数差、q为电子电荷，ρot为界面态密度，tox为栅氧厚度，Ums为金半接触电势差，Qss为界面电荷密度，Cox为栅氧电容，栅氧电容Cox可表示为：
εo是真空介电常数、εs是栅氧介电常数
功率器件中常使用多晶硅栅（Poly-Si），那么UFB可表示为：
其中，NA为沟道掺杂浓度，NPoly是多晶硅栅掺杂浓度，ni为本征载流子浓度
表面电势Us
表面电势Us，是当表面表现为强反型时，即Us≥2ϕB，半导体能带弯曲了2qϕB，因此栅极上应该还需要加上2ϕB的电压，而ϕB表示为：
栅氧电压Uox
表面强反型时的氧化层上的电压Uox：能带弯曲了2qϕB，对应着表面反型层到体内有一个过渡的耗尽区，而耗尽层的电荷需要栅极对应的正电荷来进行抵消，因此栅极的一部分电压就是QBmax/Cox，其中QBmax为：
而耗尽区的电荷的组成具体如下：
Si/SiO2界面的固定电荷：它取决于氧化物生长条件以及后续热处理，因氧缺乏或存在过量的Si；
位于表面附近的界面态电荷，它的能级在禁带中，由表面处的悬挂键或不饱和键产生，它的密度非常依赖于衬底晶向，在一定温度和还原性气氛下可以充分中和。界面态电荷的存在通过外加栅压充电/放电，导致器件的C-V或I-V偏离预期曲线；
可动离子：像Na+、K+离子的存在可迁移性引起的可动离子电荷，其在长时间高温的偏置下会引起阈值电压漂移，它们的存在与工艺过程的纯净度有密切关系。
总结
综上所述，IGBT的阈值电压公式可表示为：
理想状态下，能带本身就是平直状态，所以其实器件的阈值电压的理想值应该时表面电势和强反型时栅氧上的压降组成，即公式中的后两项。
从公式中，我们可以看到，实际的阈值电压栅极与半导体之间的功函数差、栅氧电荷、栅氧厚度、Pwell表面掺杂浓度、多晶硅栅掺杂浓度等有关，在这其中影响最大就是Pwell表面峰值掺杂浓度，所以需要严格控制Pwell掺杂浓度的均匀性来稳定阈值电压。而栅氧电荷的组成也极大影响了栅氧可靠性以及器件电性能的稳定性。
