相变存储器是一种低压、低功耗、高速、高集成度的新型非易失存储器，发展前景广阔，是学术界和工业界研究开发的热点。相变材料是相变存储器的核心功能材料，其广泛的应用前景和诸方面的微妙性质引发了各国学者的研究兴趣。本文围绕相变材料这一前沿课题，在国家高科技发展计划（863）支持下，选取研发应用广泛的Ge₂Sb₂Te₅和Sb₂Te₃作为研究对象开展了一系列研究工作。本文的工作分为基础和应用两个方面。基础方面，在简要论述了相变材料晶态和非晶态以及相转化的热力学本质之后，采用射频磁控溅射方法在高阻Si／SiO₂衬底上制备非晶态Ge₂Sb₂Te₅和Sb₂Te₃薄膜材料，通过快速退火使材料结晶。相变机制是相变材料研究的核心问题，而微观结构是了解相变机制的关键，我们对制备得的薄膜样品运用XRD和Raman方法进行结构分析。尤其对材料晶态的Raman光谱，结合第一性计算做出了细致分析，基本确定了实验得到的各种Raman活性模式，并且进一步验证了材料的晶格结构，成为相变机制研究的重要依据。同时，我们建立起了一套从晶格动力学角度研究相变材料的方法，可以推广应用到新材料的结构研究中去。应用方面，首先依据相变存储其应用的要求，总结出一些相变材料遴选优化的规律。实验上，针对Sb₂Te₃材料非晶态热稳定性差的弱点，掺入Ag元素，使其结晶温度明显提高，并分析了材料的晶化机制和电学特性；将Ag掺杂Sb₂Te₃材料制成相变存储单元，初步研究了器件的电学性能。另外，相变材料非晶态电学上的开关现象与器件应用联系紧密，我们在SPICE规范下建立了非晶相变材料的电学行为模型。该模型与实验及物理模型吻合良好，主要用于瞬态电学分析。最后，针对薄膜工艺中多层薄分层问题，研究了薄膜的粘附性和应力，并通过加入缓冲层基本解决了问题。