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相变存储器由于具有非挥发性、可微缩性、与CMOS工艺兼容等优点，已经替代部分手机中FLASH存储芯片而实现应用，然而要想替代DRAM则依然任重而道远。这主要是由于目前以Ge2Sb2Te5(GST)为存储介质的相变存储器在保持力、操作速度、功耗、存储密度、循环寿命等方面达不到要求，而保持力与操作速度之间的矛盾以及GST材料本身的高熔点使得掺杂改性或器件结构优化等方法收效甚微。为了解决这些问题，我们提出Ti-Sb-Te相变材料作为存储介质，对其材料特性和器件性能展开了系统研究，并研究了其相变机理，取得了以下创新成果: 1、证实了Ti-Sb-Te新型相变材料具有高速、低功耗、高循环寿命等特性。 从Ge2Sb2Te5相变过程中Ge原子的跳跃得到启发，M-Sb-Te(M为金属原子)体系相变材料中的阳原子是决定相变难易的关键因素。为了加快相变速度，应在M-Sb-Te材料中钉扎一个以M原子为中心的原子基团以减少相变过程中M原子局域结构的调整。基于这样的考虑，在Sb2Te3相变材料中引入Ti元素，Ti原子替代部分Sb原子与六个Te原子成键，即钉扎一个Ti中心原子基团。通过这种方式得到的Ti-Sb-Te相变材料具有均一的结构、较小的密度变化、较低的热导率和熔点。基于最优组分Ti0.43Sb2Te3(TST)的相变存储器件具有比Ge2Sb2Te5(GST)器件快10倍的操作速度（～6ns Set速度、～500ps Reset速度），低～80％的操作功耗，小一个数量级的电阻漂移系数，并且可逆操作超过107次。 2、阐述了Ti-Sb-Te不同于Ge2Sb2Te5的快速相变机理。 晶态GST中的Ge原子位于八面体结构，非晶态GST中1/3Ge原子处于四面体结构，2/3处于扭曲的八面体结构;而对于TST来说，晶态TST中的Ti原子也是处于八面体结构，但是非晶化后，Ti的局部化学环境不变，只是结构发生轻微扭曲。这就意味着，在结晶过程中，TST中的Ti原子不需要像GST的Ge原子那样在四面体和八面体之间跳变，以Ti为中心的原子基团只需要稍作调整局域结构就能形成晶核，随后晶核生长完成整个晶化过程。正是这种具有相似局域结构的Ti原子基团牢牢地钉扎在非晶与晶态TST材料中，使得Ti-Sb-Te相变材料能够在低能量脉冲作用下实现快速相变。 3、进行了大量工程化前期验证工作，推动Ti-Sb-Te从实验室走向产业化。 通过系统研究不同Ti含量Ti-Sb-Te的热稳定性、高低电阻、结晶前后密度变化、热导率、晶粒大小、Set和Reset操作电压、Set操作速度、循环寿命等，筛选出Ti0.43Sb2Te3最优组分，并证实了基于Ti0.43Sb2Te3相变存储器单元具有在高温环境下工作的能力。同时围绕中芯国际TST工程化，调节Ti-Sb-Te材料组分并解决了工艺中碰到的一些问题，推动了Ti-Sb-Te从实验室走向产业化。