相变存储器具有读写速度快、循环次数高、可伸缩性良好及多功能应用前景等特性，成为下一代新型非易失性存储器中最具潜力的竞争者之一。目前，相变存储器的研究已取得了很大进展，但依然存在着许多问题，如写“0”操作电流较大，写“1”操作时间较长等。相变存储单元通过施加电脉冲产生热量使相变材料的相态发生变化来进行数据存储，单元内部温度分布是研究其读写性能的关键。本论文考虑热电效应，建立了三维有限元相变存储单元仿真模型，通过存储单元内部温度分布及相应的相态分布对其读写性能进行仿真研究，讨论了单元结构参数及材料参数、写操作过程中的热电效应和脉冲参数的影响，为降低写“0”操作电流、缩短写“1”操作时间提供理论依据，从而可以实现对相变存储单元读写性能的优化。
　　本论文首先建立了相变存储单元三维有限元电、热、相仿真模型，仿真研究了存储单元的读写操作过程，讨论了不同施加脉冲极性下，热电效应对写操作过程的影响；其次，通过仿真模型研究了单元结构参数、材料参数对相变存储单元读写性能的影响，重点讨论了写操作过程中热电效应的变化情况；最后，通过施加双脉冲进行写“1”操作，讨论了脉冲形式对操作时间及能耗的影响，研究了双脉冲实现多值存储功能的可行性。研究结果概述如下：
　　(1)考虑热电效应，建立了三维有限元相变存储单元电、热、相仿真模型，采用多网格技术分别进行电、热性能仿真和相转换过程仿真，通过直接法生成、存储系数矩阵，超松弛异步迭代法来求解方程组，相变存储单元仿真模型与实际存储单元更为接近，且具有较高的仿真精度及计算效率。
　　(2)相变存储单元的写操作过程与加热器附近相变材料的冷却速率密切相关。施加正向脉冲时，热电效应可以提高加热效率，降低相变存储单元写操作电流及其能耗，其中，佩尔捷效应的影响更为显著。
　　(3)加热器尺寸减少及存储单元等比缩小均可以降低写操作电流及能耗，但会导致热扩散加剧，从而减弱热电效应对写操作电流的影响，其中，佩尔捷效应的减弱程度更为明显，而汤姆孙效应在写“0”操作过程中基本不受影响；存储单元尺寸减小会缩短写“1”操作时间，其中，等比缩小的影响最大，最短操作脉冲宽度可减少58%。
　　(4)对于不同单元尺寸，相变材料和加热器的电阻率增加及热导率减少均会降低写“0”操作电流。相变材料和加热器的热导率减少会降低热扩散，增强热电效应的影响；相变材料的电阻率增加会降低热电效应所造成的写操作电流减小程度，而加热器的电阻率增加只在加热器尺寸缩小时会减弱热电效应的影响。增大材料的塞贝克系数差值及温度相关性均可以增强热电效应。
　　(5)采用高、低幅值脉冲组合的双脉冲可以减小存储单元内部温差，减少写“1”操作时间、降低操作能耗，分别减少了33%和19%。加热器尺寸缩小会降低双脉冲写“1”操作时间的减少程度；而存储单元等比缩小则会增加操作时间的减少程度。双脉冲多值存储操作所得到的电阻分布更为平均，更适用于多值存储技术。