相变存储器由于其具有电阻窗口大、读写速度快、功耗低以及尺寸可缩小性等优点,成为最具有发展前景的下一代存储器之一。为了实现高密度存储,三维堆叠技术如3D X-Point等应运而生,推动了相变存储产业的发展。但相变材料非晶态和晶态之间存在的较为明显的密度差别,导致其在相变过程中会发生明显的体积膨胀与收缩,产生的应力会降低相变材料与电极的接触性,从而使相变存储器的循环性能变差。在三维存储技术下应力更会发生叠加,影响邻近单元。针对上述问题,本文探究了通过C掺杂来降低Ge-Sb合金相变前后密度变化大小的方法和机理。Ge-Sb属于新型相变存储材料,具有相变速度快、结晶温度高等优点,更重要的是相较于传统相变材料如GST,其晶态中不存在本征空位缺陷,因而相变前后的密度变化值本身就较小,并且通过后续的C掺杂进一步降低了密度变化,为其在提升相变存储器循环性能的应用打好基础。本文首先采用磁控溅射的方法制备了一系列不同掺杂浓度的GeSbC薄膜,通过X射线反射率和原子力显微镜测试表明当掺C含量达到5.75 at.%时能够成功降低密度变化至3.29%,有利于提升器件的使用寿命。通过原位退火电阻测试表明C掺杂能提高Ge-Sb的晶化温度,从而有利于提升其非晶态的稳定性以及在常温下器件的数据保持能力。其次制备了基于GeSbC的纳米线横向结构器件,并测试了器件的基本电学性能。但结果表明单元十分不稳定且各个单元特性差异较大,可能是由于工艺误差或Ge-Sb发生分相等原因所导致。最后采用实验和计算手段探究了GeSbC密度变化减小的微观机理。通过X射线衍射和X射线光电子能谱测试,表明GeSbC的晶态结构与Sb的三方结构相一致且掺入的C原子与Ge原子和Sb原子形成稳定的化学键。通过第一性原理计算提出掺入的C原子通过在非晶GeSbC中形成键长更短、堆积更为紧密的四面体构型,增加非晶中的原子堆积效率,从而降低非晶和晶态的体积差异,实现密度变化减小。