相变存储器(PCRAM，Phase-change random access memory)是一种主要以硫系化合物为存储介质的阻性存储器，在读写速度、存储密度、功耗、循环寿命、兼容性等方面上都表现出极大的优势，被认为是下一代主流非挥发存储器。目前PCRAM领域研究最广泛、最成熟的材料是Ge2Sb2Te5，在电脉冲作用下使其在晶态（低阻态）和非晶态（高阻态）之间可逆转换。然而写操作电流（RESET电流）过大是阻碍其商业化的一个技术瓶颈。而降低RESET电流主要从两方面入手:一方面，减小器件尺寸，即减小相变区域，从而降低相变所需的能量;另一方面，对相变材料进行掺杂改性。本论文通过对GeTe纳米线进行掺杂改性，系统研究掺杂对其相变性能的影响，主要研究结果如下:　　1) GeTe纳米线制备及其相变性能测试。采取金纳米颗粒催化的化学气相沉积法，制备出菱方结构GeTe纳米线，其遵循气-液-固生长机制。此外，采用标准微纳加工方法，制作了一种横向纳米线PCRAM单元结构。基于GeTe纳米线PCRAM单元表现出稳定的可逆相变性能。　　2) Bi掺杂GeTe纳米线制备及其相变性能研究。采用掺杂手段，制备出高产量的Bi掺杂(～3at.％)GeTe纳米线。通过XRD测试，发现Bi掺杂对GeTe纳米线晶胞参数的影响:利用第一性原理对GeTe、Bi掺杂GeTe化合物的菱方结构进行模拟，验证了晶胞参数变化的情况。此外，研究了Bi掺杂GeTe纳米线相变单元的电学性能，结果表明:Bi掺杂没有改变GeTe纳米线的相变特性(阈值电压Vth:0.81V);Bi掺杂GeTe纳米线器件RESET操作所需的脉冲电压最低值为2V（脉冲时间固定为15ns），SET操作所需的脉冲电压最低值为1V(脉冲时间固定为50μs)，而在同样脉冲电压下，GeTe纳米线器件SET操作所需的脉冲时间为1ms。Bi掺入大大缩短结晶时间，从而提高了PCRAM存储速度;Bi掺杂还提升了GeTe纳米线的晶态、非晶态电阻，约为2个数量级，从而减小了操作电流和功耗。　　3) Bi掺杂对GeTe纳米线晶体结构的影响。原位变温XRD测试结果表明，Bi掺杂(～3at.％)GeTe纳米线在热作用下经历了菱方结构到立方结构转变，而GeTe纳米线却没有发生结构转变。采用第一性原理总能量计算法，阐述不同Bi掺杂浓度的GeTe在温度诱导下的相变情况，结果表明:随着Bi掺杂浓度的提升，菱方相、立方相GeTe的总能差减小，特别地，3at.％ Bi掺杂导致了菱方相、立方相GeTe的总能差从1.629eV降至0.956eV，从而发现Bi掺杂会促进GeTe从菱方结构向立方结构转变。　　4) Sn掺杂GeTe纳米线制备及其相变性能测试。利用化学气相沉积法，通过调节反应源Sn粉末、GeTe粉末质量比、反应温度、气流、腔室压强等一系列生长参数，制备出高质量的Sn掺杂（～2.5at.％）GeTe纳米线。以相变材料GeTe纳米线为基，掺入Sn元素不仅可以继承GeTe纳米线的相变特性(阈值电压Vth:1.06V)，还能提高GeTe纳米线的晶态电阻，这能有效降低RESET电流。　　通过上述掺杂手段，GeTe纳米线的相变性能得以改善，RESET电流减小。为了进一步降低器件功耗，我们还设计了四种新型PCM单元结构。