传统主存DRAM和外存NAND之间存在巨大的性能和成本差异且面临日益严峻的微缩困境,业界提出了各种新型电阻式存储器来对其进行补充或替代,以进一步提升计算系统整体性能。相变存储器（PCM）因具有良好的微缩能力和较高的产业成熟度而被广泛关注。尤其是可实现高密度集成的三维相变存储器（3D PCM）倍受市场期待。3D PCM的主要技术难点在于抑制漏电流交叉串扰,必需引入可三维堆叠的新型两端选通管器件。其中导电桥阈值开关型选通管（CBTS）由于开关比高、漏电流低及材料简单等特点,成为应用于大规模三维相变阵列的有力竞争者。然而,通常CBTS器件驱动电流很小,难以满足PCM单元的集成需求,80 nm以下特征尺寸的4F~2交叉点阵列PCM要求选通管具有8 MA/cm~2以上的驱动电流密度,远超一般CBTS器件的开态电流密度（<0.5 MA/cm~2）。为此,本文从高驱动电流下器件的失效机理、导电丝尺寸和数量对器件驱动能力的影响等角度,系统地研究了导电桥阈值开关型选通管的开关机制,设计并实现了加速导电丝断开、降低导电丝尺寸、增加导电丝数量等器件性能优化方案。主要研究成果如下:提出一种基于扩散系数高的金属电极Ag与多缺陷硫系材料开关层GeSe的选通管,解决CBTS选通管在高驱动电流下由于导电丝难以断开而失效的问题。制备的Pt/Ag/GeSe/Pt选通管实现了高驱动电流（200μA）与高开关比（10~9）。通过对采用不同扩散系数和氧化势能金属电极的三种选通管对比,得出了高扩散系数金属电极对器件驱动电流的提升作用。同时通过对采用不同禁带宽度硫系材料开关层的三种选通管对比,得出开关层材料禁带宽度对器件开关比的调制能力。针对硫系材料热稳定性差的最大短板,对GeSe开关层材料进行不同温度、时间、衬底的热稳定性测试,表明器件具有550℃耐受能力。提出一种基于金属硫化物离子层Cu S与硫系开关层GeSe的选通管,解决CBTS选通管在高驱动电流下由于导电丝生长过粗而失效的问题。制备的Ti W/Cu S/GeSe/Pt器件成功将驱动电流提高到600μA,并具有高达1.25×10~9的开关比,可以为小尺寸相变单元提供足够驱动电流,并在器件报导时成功打破CBTS选通管领域内普遍存在的驱动电流瓶颈,证明了导电丝尺寸对器件驱动电流的高度调控能力。进一步地,为了验证器件的工业实用性对其进行可靠性测试,器件微缩到100 nm特征尺寸时驱动能力变得更好,且具有抗温度和漏电干扰能力,并在制备和操作上具有均一性。同时,针对CBTS选通管开关速度普遍较慢的问题,研究了写电压脉冲幅值和脉宽对器件开启和关闭速度的影响,提出通过调控脉冲形状实现器件高速开关的方法。提出一种基于超离子导体离子层Cu2S和硫系开关层GeSe的多导电丝选通管,解决CBTS选通管驱动电流随尺寸降低而大幅降低,导致驱动电流密度普遍非常低（<0.5 MA/cm~2）的问题。通过结合导电丝热效应与超离子导体液态Cu+相的迁移,天然形成多个局域化的Cu+源,从而生长出多根导电丝。制备的250 nm特征尺寸的Pt/Cu2S/GeSe/Pt器件证实了10 MA/cm~2的驱动电流密度,将CBTS领域内驱动电流密度提高了10倍以上,并具有在4F~2的PCM阵列中应用的能力。器件同时具有CBTS领域内最高开关比(1010)并克服了普遍存在的高驱动电流与循环能力的折衷效应。对器件失效过程的分析表明器件在大电流和多次循环下比起同类器件具有更强的关断能力。基于透射电子显微镜的表征结果表明,器件如期形成了间距20 nm直径20nm密集分布的Cu离子源,多根导电丝从Cu离子源处生长,并联输运大电流,从而提高驱动电流密度。该器件由于具有天然形成多导电丝的能力,工艺上仅包含简单薄膜沉积,具有工业实用性。