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在相变存储器内部物理过程本身以及物理过程之间的相互影响非常复杂，复杂过程的模拟迫切需要全面综合的、并且是基于物理的方法。本文中建立了相变存储器中电、热、相变、渗流彼此之间相互耦合的模拟方法，并且应用建立的模拟方法开发了用于模拟相变存储器性能的模拟器。使用该模拟器研究了相变存储器基本的SET和RESET物理过程。模拟SET过程主要包括SET过程的微观衍化、热边界电阻对SET的影响以及初始存在的晶粒对SET相变过程的影响。模拟RESET过程主要模拟宏观电阻和微观结晶比随RESET功率和RESET冷却速度的变化关系。此外并利用该模拟器拓展了相变存储器新的应用，包括使用相变存储器仿真实现类生理神经元的功能以及模拟分析纳米线In2Se3相变存储器中阈值电压和阈值电流不同波动性的原因。
本文的主要工作包括：
1.建立了模拟相变存储器相互耦合的模拟方法。在该模拟方法中包含了相变存储器中的电输运、热扩散、相变以及渗流的综合物理模型，并考虑各个物理模型之间是相互耦合的、相互影响的。
2.利用建立的模拟方法开发了相变存储器性能模拟的模拟器。该模拟器在给定材料参数和器件结构以及外加电激励条件下能够模拟相变存储器器件的宏观电阻和微观相图特性。
3.利用开发的模拟器，对相变存储器中SET和RESET基本物理过程进行模拟分析。针对于SET过程的模拟，主要包括：(1).SET过程的微观衍化。分析SET过程中宏观电阻的变迁和微观结晶比的衍化的一一对应关系，获得完成SET所需要的时间和功率。(2).热边界电阻对SET过程的影响。分析热边界电阻的增加对整个有源区温度的影响，获得降低SET功耗的措施。(3).初始存在的晶粒对相变过程的影响。分析初始存在的晶粒如何影响周围的微观结晶相分布，进而获得它对宏观电阻的影响。针对于RESET过程，分别探讨了功率和冷却速度对RESET宏观电阻和微观结晶比的影响。
4.模拟了相变存储器新的应用。研究了相变存储器如何实现类神经单元的功能。利用模拟软件模拟分析，相变存储器基本上可实现生理神经元的时间相加性和空间相加性的基本特性。研究了纳米线In2Ses相变存储器阈值开关的波动性。通过模拟分析了阈值电压波动性出现单段斜率和阈值电流波动性出现双段斜率的原因，解释了实验上观测到的阈值电压和阈值电流波动性的微观机制。