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含有锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)元素的化合物半导体材料(简称GST)，由于其特殊的相变性质，使得用其作为记忆有源层的存储器具有高速、低功耗、非挥发性、数据保持时间长、存储密度大，以及易于与已有硅加工工艺集成的优点。因此，除了已被成功开发并应用的光盘系列存储器(DVD-RAM)外，基于相变材料的电致存储器(Phase-Change RAM，PCRAM)如今更是成为了研究开发的热点。
本文以用于相变存储器的关键材料Ge2Sb2Te5和Ge1Sb2Te4薄膜样品为研究对象，从它们的热致晶化动力学过程、电学和光学性质方面，通过一系列实验，结合理论模型分析和讨论了材料的相关性质。工作的主要内容如下：
1.通过实验方法研究了Ge2Sb2Tes和Ge1Sb2Te4相变材料的热致晶化特性的差异。发现(1)在恒定的升温速率条件下，以及在恒温热退火过程中，Ge2Sb2Te5都具有比Ge1Sb2Te4快的热致晶化速率。(2)Ge2Sb2Te5的相变点Tc和结晶激活能Eα比Ge1Sb2Te4高。在恒温热退火过程中，Ge2Sb2Te5表现出与Ge1Sb2Te4不同的热致晶化过程：Ge2Sb2Te5在孕育时间段内电阻维持稳定，晶化过程具有比Ge1Sb2Te4更快的速率(如前述)，反应在曲线上，孕育段与晶化段之间有个明显的转折点。而Ge1Sb2Te4则在孕育阶段时电阻就有缓慢下降的趋势，从孕育到结晶呈平缓的变化。这些实验现象说明非晶态时Ge2Sb2Te5的热稳定性比Ge1Sb2Te4要好。对于以上实验结果，从Ge2Sb2Te5和Ge1Sb2Te4的非晶态与晶态时的局域结构，以及它们的化学配比的不同的角度分析了导致上述晶化特性差异的因素。
2.使用声表面波法测量了Ge1Sb2Te4在热致相变过程中的原位载流子迁移率变化，发现在相变点周围，样品的迁移率有显著的上升，对应样品的结构从无序到有序的转变。根据Ge1Sb2Te4在热致相变过程中相应的原位电导率变化，估算出了它在相变前后的载流子浓度值。此外，还使用霍尔效应法测量了Ge1Sb2Te4和Ge2Sb2Te5处于晶态与非晶态时的霍耳迁移率与载流子浓度。从对这些测量结果的比较分析中我们发现，非晶态时的载流子浓度会在热作用下发生明显的改变，尤其是对于Ge1Sb2Te4来说；从非晶态到晶态Ge1Sb2Te4的电阻率均比Ge2Sb2Te5小，这个差异主要是来自它们的载流子浓度在数量级上的差异。结合文献中本征缺陷对能带结构的影响之结论，我们认为Ge1Sb2Te4与Ge2Sb2Te5的缺陷含量的不同与它们的载流子浓度的不同有关。
3.通过分光光度计对Ge1Sb2Te4的透射和反射的测量，确定了它对不同能量光子的吸收系数，结合公式ahv=(const)(hv-Eopt/g)r拟合得出了Ge1Sb2Te4在晶态和非晶态时的光学带隙；其中，对r的取值进行了讨论。非晶态时Ge1Sb2Te4的光学(电学)带隙比晶态时的宽，这是相变材料区别于其它半导体材料的特性，与相变材料表现出开关效应有关。
4.利用上述材料电学性质的相关实验结果，根据D.Adler等人提出的硫系化合物的开关效应的电学模型，对GST的开关效应进行了数值模拟，并分析了模型内在的物理含义，即开关效应的出现是由于缺陷态所引起的载流子复合机制的存在。