为了提升相变随机存储器(PCRAM)的性能，开发并系统研究了数种高性能存储材料，并对传统的PCRAM器件结构进行了改进，取得了以下创新成果：　　 1.开发出了环境友好无碲SiSb相变材料。SiSb与CMOS工艺完全兼容，其成份简单而便于半导体加工和性能的剪裁，证实了SiSb优良的电学存储特性。材料具备优越的数据保持能力，Si10Sb90和Si16Sb84在110℃时数据失效时间同比分别为Ge2Sb2Te5的103和106倍；材料具有较小的相变前后的密度变化，例如Si10Sb90的密度变化仅为3％，远小于Ge2Sb2Te5的8％，此优点对高密度、高可靠性的PCRAM应用有重要意义。　　 2.为了减小相变材料在PCRAM操作过程中的相变区域，并提升存储材料的数据保持能力，提出了纳米复合相变材料的概念。复合材料中，参与相变的区域被不参与相变的稳定区域分隔开，形成复合结构。制备了多种纳米复合材料：在多晶Six(Sb2Te3)1-x材料中，晶态的富Sb-Te区域被非晶态的富Si区域均匀分隔成尺寸为5 nm左右的区域；通过氧掺杂和工艺优化，在Si2Sb2Te5中形成了被氧化物均匀分隔的复合结构，器件表征证实此举有效地降低了器件功耗；还通过包括制备多层膜法在内的工艺的创新手段，制备了SiSb复合材料。　　 3.系统研究了SiSbTe材料体系。与GeSbTe相比，该体系具有较好的数据保持能力和较低的功耗；在国际上首次实现了SiSbTe的电学存储功能；制备出了基于Si2Sb2Te5的高速PCRAM器件，SET时间仅为31 ns；在TEM中，原位地观察电子束诱导和热诱导的结晶过程，研究SiSbTe的结晶机理，发现了不同于GeSbTe的纳米复合微结构和相变过程；用TEM研究高温退火下电阻-时间关系测试中GeSbTe和SiSbTe的结晶过程，相比于前者，SiSbTe的结晶过程更加类似于生长占主导的结晶类型，显示出了复合特性。　　 4.提出了用于PCRAM的低电导率和低热导率的电极过渡夹层。热学模拟表明，引入上述过渡夹层能够有效提升加热电极的加热效率，减少编程操作过程中的热量扩散，最终降低PCRAM的编程功耗，并将GeSbTe中的熔化区域移向电极，消除了并联低电阻。器件的电学测试表明改进后的结构拥有较低的编程功耗、较大的高低电阻差异、较好的编程可靠性。