在新型的存储技术中,相变存储器在高速、高密度、低功耗等方面显示出明显的优势,被视为下一代主流的非易失性存储器。但是相变存储器要走向实际应用,还需要进一步降低能耗,提高存储密度。在提高存储密度方面,解决的方案有：减小存储单元的尺寸和实现多级存储。扫描探针显微镜技术由于能够实现纳米尺度的数据存储,有效地提高存储密度,被应用于相变存储中。本论文即利用导电的原子力显微镜(C-AFM)研究了纳米尺度下Ge2Sb2Te5薄膜的相变性质,并实现了三态存储。另外,对于相变材料在相变过程中的结构变化也需要深入的了解,进而才能够对材料进行合理的优化,以改善其相变特性。因此,本文还对激光晶化前后的Ge2Sb2Te5薄膜的表面形貌、光学性质和结构进行了研究。本文的主要研究内容和结果总结如下：一、利用电子束蒸发的方法制备了Ge2Sb2Te5薄膜,在C-AFM模式下测量了纳米尺度的GST薄膜的电流电压特性曲线。发现当测试偏压较小时,GST薄膜由原始的非晶“OFF”态转变为非晶“ON”态；而当测试偏压较大时,GST薄膜在偏压增大的过程中发生两次转变,首先GST薄膜在2.0 V发生阂值开关效应,由非晶“OFF”态转变为非晶“ON”态,接着在7.2 V发生相变过程,GST薄膜由非晶“ON”态进一步转变为晶态。GST薄膜处于非晶“OFF”态、非晶“ON”态和晶态三种状态时,薄膜的导电性依次增强,三种状态之间的电阻值差异超过两个数量级,可以分别表示逻辑“0”、“1”和“2”,满足三态存储的要求。另外,还估算了非晶态GST薄膜发生阈值开关效应的阂值电场,以及薄膜在发生晶化之前通过材料的电流所积累的焦耳热。二、C-AFM模式下Ge2Sb2Te5薄膜的电流电压特性测试结果表明,通过C-AFM的导电针尖对GST薄膜施加偏压,可以改变纳米尺度的GST薄膜的导电性质,当施加的偏压在阂值电压(2.0 V)和相变电压(7.2 V)之间时,与导电针尖接触的微小区域由非晶“OFF”态转变为非晶“ON”态,当施加的偏压超过相变电压(7.2 V)时,与导电针尖接触的区域由非晶态转变为晶态。基于以上的分析结果,利用C-AFM对GST薄膜施加不同范围的IV-spectra,分别制备了纳米尺度的非晶“ON”态和晶态的数据记录点,分别代表数据“1”和“2”的写入,实现了基于C-AFM的三态存储。三、利用KrF准分子脉冲激光(46 mJ/cm2)对原始沉积的Ge2Sb2Te5薄膜进行多次辐照,使薄膜发生晶化。激光晶化前后GST薄膜的AFM测试结果表明,随着辐照次数的增加,在薄膜表面首先出现球形的颗粒,然后颗粒数量减少,并出现明显的凹陷,GST薄膜的晶化过程由以成核为主导向以晶体生长为主导转变。利用分光光度计测试了激光晶化前后GST薄膜的透射谱和反射谱,分析了薄膜的吸收系数和光学带隙,结果表明晶态GST薄膜的吸收系数明显大于非晶态,晶态GST薄膜的光学带隙要小于非晶态。对比激光晶化前后GST薄膜的拉曼散射谱,结果表明Ge-Te键的结构由代表非晶态的四面体结构转变为代表晶态的八面体结构,而Sb-Te键的结构没有发生明显变化,说明晶化过程中是Ge原子结构的变化导致了相变之后GST薄膜的光学性质发生明显变化。