相变存储器（PCM）因其读写速度快、可多值存储、数据保持特性良好以及尺寸可缩小性等特点，是最有希望取代Flash的下一代非易失存储器之一。但是目前PCM仍未实现大规模的产业化，主要原因在于PCM的存储密度相比于Flash缺乏竞争力，还无法满足市场对大容量存储的需求，因此高密度存储技术是当前PCM研究领域的热点。　　采用尺寸微缩是提高存储密度的常用方法，但该方法受限于工艺条件和工艺成本，并且PCM尺寸还受到热串扰影响的严重制约，因此不依赖尺寸微缩的三维（3D）堆叠和多值存储技术成为提升PCM密度的重要途径。但是，由于PCM的操作电压以及电流较高，难以与二端选通器件有效集成，使得3D堆叠变得极其困难。另一方面，多值存储的可靠性问题也一直有待解决。　　针对上述问题，本文研究了基于电子束光刻的纳米尺寸PCM制备工艺，并优化了其三维堆叠能力和多值存储特性。　　本文首先研究了电子束抗蚀剂厚度及曝光剂量对纳米尺度相变材料形貌及尺寸的影响，优化了剥离工艺制备纳米相变材料的光刻参数，为后续制备适用于高密度存储的PCM打下了基础。　　在此基础上，制备了一批不同尺寸的横向纳米结构PCM并测试了其相变特性以及尺寸效应。进一步通过预操作将其电流密度降至可与二端选通管集成的水平，器件还表现出良好的多值存储性能。　　最后，制备了更适合三维集成的柱状纳米结构PCM。通过预操作，该柱状PCM的RESET电流降至1MA/cm2，这是目前有文献报道的CMOS兼容PCM的最低RESET电流，可被大部分二端选通管有效驱动以实现高密度三维堆叠。此外，还实现了非常稳定的4值存储，以进一步提高该器件的存储密度。