相变存储器作为下一代非易失存储器在信息存储领域有着广阔的发展空间和应用前景。相变存储器在尺寸延缩性、功耗、兼容性上都表现出了巨大的优势，被认为最有可能取代目前的SRAM、DRAM和FLASH，成为未来的主流非易失性存储器，是当前存储器领域研究的重点之一。然而，在实现大规模产业化生产之前，还有一些问题亟需解决。如相变存储器中仍存在着RESET电流过大、数据保持能力弱等问题。而这些都可以从相变材料的角度出发来解决。正是基于这样的背景下，使得本论文具有重要的研究意义。本论文利用磁控溅射方法制备了含不同金属掺杂元素(V、Ag、Mo)、不同掺杂浓度的系列Ge2Sb2Te5薄膜，综合利用了透射电镜、X射线衍射、光电子能谱等多种材料分析表征方法，对制备的薄膜进行了比较深入的研究，并且探讨了材料性能与结构之间的关系，具体的结论如下:1. V的掺入能够有效提高Ge2Sb2Te5薄膜的非晶稳定性，电阻-温度曲线表明晶化温度随着V掺杂量的增加而增加；V元素的掺入影响了薄膜的结晶行为，抑制了Ge2Sb2Te5中的fcc结构向hcp结构的转变，导致了薄膜的一步结晶，即从非晶态到fcc的转变；适量的V掺入能够有效提高薄膜的晶态电阻和非晶态电阻，过量的V掺杂反而会降低薄膜的非晶态电阻，原因可能是过量的V会提供额外的载流子，提高材料的电输运性能，从而降低薄膜电阻。2.Ag的掺入能够提高Ge2Sb2Te5薄膜非晶态以及晶态电阻，且电阻随着Ag掺入量的增加而增加，这主要是由于Ag的掺入抑制了结晶晶粒的长大，这将有助于降低在相变存储器运行过程中能量损耗；通过透射电镜原位加热实验发现Ag10.6(GST)89.4薄膜只存在一步结晶过程，即从非晶态转变为fcc结构，而不存在fcc结构向hcp结构转变的过程，证明Ag元素的掺入也能抑制薄膜的第二次相变。3.Mo的掺入能够掺入抑制材料的结晶，通过统计在230℃退火处理后薄膜的晶粒尺寸，发现Mo3.1(GST)96.7材料的平均晶粒尺寸小于Ge2Sb2Te5，说明Mo的掺入对结晶晶粒的长大有一定的抑制作用；通过透射电镜原位加热实验发现Mo3.1(GST)96.7薄膜也只存在一步结晶过程，证明Mo的掺入抑制了材料的二次相变；退火后的薄膜在经过一段时间的自然时效后析出了纳米线，长度从几十到几百纳米不等，通过EDS分析确定为富Te纳米线，这些析出的纳米线会影响材料的循环相变能力。4.通过研究V、Ag和Mo对Ge2Sb2Te5合金的掺杂作用，发现在掺入这些金属元素后，Ge2Sb2Te5合金第二次相变的能力都得到了抑制；金属元素的掺入还能抑制结晶晶粒的长大，提高材料的晶态电阻，这能有效降低在器件操作过程中的RESET电流。