硫系相变材料（PCM）在适当的热/光/电刺激的作用下能够在非晶相和结晶相之间快速且可逆的转化。它具有光学对比度大、非易失性、响应时间短、耗能低等优点,因此被广泛应用于各种器件中。随着PCM基的器件被应用于航空航天和军事领域,如汽车ECU,战术飞机飞行记录仪,红外制导传感器等,它们的工作温度将大大提高。人们迫切需要一种可以在高温环境下稳定存在,且具有高的反射率对比度的相变薄膜。为了实现这个目标,研究者们对相变薄膜进行了大量研究,但是还存在以下问题:（1）相变薄膜反射率的影响因素尚不明确。在对相变薄膜反射率进行大量研究后,部分研究者认为,相变薄膜反射率与薄膜的密度有关,还有的研究者对薄膜通过不同方式处理后,认为相变薄膜反射率与薄膜的结构无序度有关,但并没有形成统一的理论。如果能够明确相变薄膜反射率的影响因素和调控方式,将会对相变薄膜的应用产生重要的影响。（2）非晶态的相变薄膜的热稳定性较差,不能在高于120℃的温度下正常运行。近年来,人们通过掺杂和优化制备工艺来提高非晶态相变薄膜的相变温度点,从而提高其热稳定性。但是,由于从无序到有序的微观结构的转变是由能量最小化引起的,因此非晶相在周围环境中的局部结晶是必然发生的,这不可避免地引起光学反射率的不稳定。（3）相变薄膜的非晶相与结晶相之间的密度变化量过大。非晶-结晶相变会引起薄膜体积的显着减小,这会导致PCM与介电层或基质分离。尽管通过优化制备工艺和加热方法以及掺杂等手段,密度变化量已降低至3.58-5.40%,但这么大的密度变化量在高温环境下仍会产生高的热应力和不稳定的光学性质。针对以上问题,我们通过使用非金属掺杂的Ge₂Sb₂Te₅的立方-六方相变来代替传统Ge₂Sb₂Te₅的非晶-立方相变,实现了高的反射率对比度（ΔR=10.3%）,高的热稳定性（T_L=240℃）,低的密度变化量（Δρ=1.7%）的集成。主要研究分成如下两个方面:（1）针对相变薄膜反射率的研究。通过N掺杂的方式,提高了Ge₂Sb₂Te₅立方相与六方相之间的反射率对比度。并通过Tauc-Lorentz模型对反射率进行拟合,揭示了影响相变薄膜反射率的主要因素是无序度。通过拉曼,XPS,XRD,TEM等一系列测试与第一性原理计算相结合,验证了无序度影响反射率的正确性。通过对Ge₂Sb₂Te₅进行C,Ag原子掺杂,发现实现无序度差异的有效方法是小原子（N或C）掺杂,而不是的大原子（Ag）掺杂。（2）针对相变薄膜热稳定性和密度变化量的研究。通过对N掺杂Ge₂Sb₂Te₅立方相进行热稳定性研究,发现N掺杂Ge₂Sb₂Te₅立方相的反射率可以在240℃下保持稳定,比纯Ge₂Sb₂Te₅的非晶相的120℃提高了一倍。且N掺杂Ge₂Sb₂Te₅立方相到六方相之间的密度变化量仅为1.7%。