相变存储器（PCRAM）是一种新型的非易失性存储器,被认为最有可能替代目前的闪存（flash）存储器而成为下一代主流非易失性存储器。PCRAM与其他存储器相比有很多优势,擦写速度快,疲劳性好,功耗低而且与CMOS工艺兼容。但是PCRAM仍然存在很多需要解决的问题:一、很难使相变材料在相变过程中既有较快的相变速度又有较高的稳定性;二、PCRAM在逆相变过程（RESET）中操作功耗比较高;三、对于PCRAM的可靠性及数据保持能力还有待提升。针对PCRAM这些热点问题,本文通过磁控溅射法制备了高性能纳米相变薄膜材料,从相结构、微观形貌和热稳定性等方面系统研究薄膜材料在PCRAM中的应用前景,并取得了以下结论:（1）在SnSe薄膜中掺杂Cu元素,开发出了Cu-Sn-Se新型相变薄膜。比起SnSe,Cu-Sn-Se薄膜拥有更低的晶化激活能（1.60eV）;非晶态的Cu-Sn-Se比SnSe的能带间隙更小;在掺入Cu之后的新型薄膜Cu-Sn-Se薄膜的晶化过程受到了抑制并且晶粒的结构变得更加紧密;皮秒激光测试表明了Cu-Sn-Se薄膜拥有一个较快的相变速度（3.36ns）;Cu-Sn-Se薄膜比起SnSe薄膜拥有更高的晶态电阻,这对于低功耗的PCRAM的应用具有非常重要的意义。（2）在SnSb薄膜中掺入O元素,开发出了SnSb-O新型相变薄膜。随着O含量掺入的增加,SnSb-O薄膜的非晶态电阻和晶态电阻都随之提高,晶化温度从158°C上升到240°C,提高了相变薄膜的非晶态热稳定性和数据保持能力,而且晶化前后电阻存在2个数量级以上的变化;SnSb-O薄膜的能带间隙也从掺氧前的1.19eV增加到了掺氧之后的1.63eV;在O掺入之后,SnSb-O薄膜的晶化也逐渐受到了抑制,在晶化过程中形成Sb的氧化物,减小了晶粒尺寸,增加了晶态电阻,降低了RESET过程的功耗;退火之后的薄膜随着氧含量的增加,SnSb-O薄膜均方根粗糙度（RMS）也逐渐减小,提升了器件的可靠性;SnSb-O薄膜的熔点温度在494°C,小于传统相变薄膜Ge₂Sb₂Te₅的熔点温度,大大降低了薄膜在器件应用中的功耗;此外,也发现过量的O掺杂会导致相变薄膜材料失去相变性能,无法被器件所应用。（3）开发出了不同厚度比的GeSb/SiO₂纳米复合多层相变薄膜。随着SiO₂绝缘层相对厚度的不断增加,GeSb/SiO₂多层薄膜的晶化温度逐渐提升,提高了薄膜的热稳定性;退火后的GeSb（1nm）/SiO₂（9nm）多层薄膜的表面均方根粗糙度从0.45nm增加到了0.53nm;非晶化过程GeSb（1nm）/SiO₂（9nm）多层薄膜（2.29ns）的相变时间小于Ge₂Sb₂Te₅（3.56ns）,同时GeSb（1nm）/SiO₂（9nm）多层薄膜的阈值电压（3.57V）也小于Ge₂Sb₂Te₅（4.18V）,从而拥有更低的操作功耗;