微处理器的速度按摩尔定律向前推进,也要求计算机体系中的重要组成部分——存储器的性能高速发展与之匹配。目前主流半导体存储器均无法满足人们对未来存储产品的要求,探寻一种具有理想性能的非易失性的下一代存储器是国内外研究的热点。相变存储器(PCRAM)因具有密度高、寿命长、低功耗、擦写速度快、擦写次数高、抗辐射、可多级存储、工艺简单、成本低等显著优势成为最具潜力的竞争者。近年来相变存储器的研究取得了一些突破性的进展,但是仍有一些阻碍其大规模产品化的问题亟待解决,其中最重要的问题是工作电流和芯片功耗较大。如何降低工作电流和芯片写入功耗是当前国内外研究的重点,也是本文重点探讨解决的问题。本文设计一种相变存储器功能芯片控制电路,该控制电路能实现相变存储器的逻辑控制、译码、写入、读出及控制选择等功能;从存储单元器件结构、材料性能、热绝缘环境、器件尺寸大小等几个方面研究了影响存储单元写入电流和功耗的因素及其影响方式,探讨并总结了相变存储单元结构的设计思路和原则,并在此基础上设计了一种新型的存储单元结构,此结构具有结构简单、工艺制造容易、且经模拟证明能得到较小的工作电流和功耗等优点;制作了相变存储单元和阵列,并优化了制作工艺流程,成功制备出了特征尺寸F达到1μm的相变存储单元,制作的存储单元经测试能实现最快200皮秒的高速相变写入。