相变存储器是一种新型的非易失性半导体存储器，它具有高速、低功耗、与CMOS工艺兼容、抗辐照等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的SRAM、DRAM和FLASH等当今主流产品而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的下一代半导体存储器件，其发展前景广阔，是学术界和工业界目前研究开发的热点。本文主要的研究工作围绕着作为相变存储器的关键存储介质GST相变材料，对其结构和电学性能做了表征，另外，对优化纳米尺度PCRAM器件单元的结构设计和制备工艺做了初步的尝试。　　 我们运用原子力显微镜和X射线衍射对用超高真空磁控溅射系统生长的GST相变材料薄膜和它们在不同温度退火后的表面形貌和结构做了细致的表征。分析并验证了随着退火温度逐渐升高，样品先由非晶态结构转变为面心立方(fcc)结构并进一步转变为稳定的六角立方(hex)结构，计算了其晶粒的大小。另一方面，通过对GST相变材料的Raman谱线的研究，分析了不同条件的激光照射下样品的晶格结构和键的变化，通过Raman谱线中(Te2)Sb-Sb(Te2)中的Sb-Sb键振动峰和GeTe4中的极性键的振动峰的移动，间接证实了随着激光照射时间的增加，样品由fcc结构向hex结构的转变。　　 在对GST相变材料的电学特性研究中，首先利用原位电阻法测试了GST相变材料的孕育时间，并通过Ge1Sb2Te4和Ge2Sb2Te5薄膜孕育时间曲线分析了这两种材料作为相变材料的性能差异，同时研究了膜厚对材料孕育时间的影响。发现随着薄膜厚度的减少，薄膜结晶温度升高，孕育时间增加，热稳定性增加。其次，我们研究了GST薄膜电导率和迁移率随温度的变化关系，进一步分析证实了GST相变材料的结构变化直接导致了其电学性能的变化，并讨论了fcc和hex这两种晶态的导电类型。最后，通过不同升温速率下电阻随温度的变化特性计算出Ge2Sb2Te5薄膜的非晶激活能和两次相变的结晶激活能，并初步探讨了不同的膜厚对材料相变激活能的影响。　　 在优化纳米尺度PCRAM原型器件单元的结构设计和制备工艺的尝试方面，我们利用自组装胶体球结合反应离子刻蚀技术制备了二维有序、尺寸可控的GST相变材料纳米点阵。该方法操作简单、投入成本低、生产效率高而且得到的有序结构很稳定。这种方法不仅可以通过不同的刻蚀条件来制备出不同尺寸、不同高度的GST纳米颗粒，而且由于制作后的GST纳米颗粒阵列的成分与处理之前相比没有明显的变化，因此可以很好的用来实现PCRAM器件单元尺寸的纳米化，以期能满足高密度存储器件芯片的要求。