相变存储器是极具发展潜力的新型非易失性存储器,基于Sb2Te3的相变存储器具备极快的SET速度,但器件的热稳定性较差。在Sb2Te3中掺杂Ti元素能显著增强其非晶稳定性,但不可避免会减慢相应存储单元的SET速度。针对此问题,本文从材料设计的角度出发,采用磁控溅射法制备了Ti梯度掺杂Sb2Te3相变存储单元。这种梯度掺杂的方式弥补了Ti掺杂对Sb2Te3结晶速度的影响,使Ti梯度掺杂Sb2Te3相变存储器兼备良好的热稳定性和较快的SET速度。运用VASP软件计算了Ti位于Sb2Te3中不同掺杂位点的形成能及Ti原子周围的电子局域化函数分布,结果显示Ti最合理的掺杂位点是取代Sb原子的位置,并与Te原子形成强的离子键（Ti-Te键）,且Ti原子倾向于与周围的原子结合形成稳定的局部团簇,使非晶态的Ti-Sb2Te3稳定性增强,与此同时稳定的Ti-Te键会降低原子的运动能力,使Ti-Sb2Te3结晶过程中的生长速度降低。本文还制备了多组不同Ti掺杂浓度的Sb2Te3薄膜进行XRD、R-T和XPS等性能表征,结果表明随着Ti掺杂浓度的提升,Sb2Te3的非晶稳定性逐步增强,且Ti-Sb2Te3与纯Sb2Te3晶格失配很小,即纯Sb2Te3薄膜能够先结晶再外延诱导Ti-Sb2Te3薄膜结晶。制备了Ti梯度掺杂Sb2Te3相变存储单元,并与纯Sb2Te3相变存储单元和均匀掺Ti的Sb2Te3相变存储单元形成对照,对上述相变存储单元进行电学性能测试,结果表明Ti梯度掺杂Sb2Te3相变存储单元能兼备良好的热稳定性和较快的SET速度。使用透射电子显微镜对Ti梯度掺杂Sb2Te3相变存储单元进行微观分析,结果表明在Ti梯度掺杂Sb2Te3相变存储单元中,靠近底电极一侧的纯Sb2Te3层在电脉冲的作用下能够先结晶,结晶形成的晶粒可为相邻低掺杂浓度的Ti-Sb2Te3提供结晶模板,引导其结晶,进而再使高掺杂浓度的Ti-Sb2Te3薄膜结晶。相比于均匀掺Ti的Sb2Te3器件,上述梯度掺Ti的Sb2Te3器件不再需要Ti-Sb2Te3薄膜先形成晶核再逐步结晶这一过程,从而提高了整体的结晶速度。