相变存储器是一种新型固态非易失性存储器，它的存储单元面积较小，并且有进一步小型化的潜力，适合制造大容量固态存储器。另外它的擦写速度很快，目前已经开始量产的相变存储器芯片工作速度较闪存芯片平均快10倍以上。擦写速度是存储器的一项关键性能指标,相变存储器在很宽的脉冲宽度范围内都可以实现擦写操作，在良好的工艺条件和测试条件下，相变存储器单元的SET和RESET脉冲宽度可以到纳秒级，RESET脉冲宽度更是可以降到1ns以下，开展相变存储器单元的高速擦写特性研究对拓展相变存储器的应用领域具有重要的意义。本文的重点是研究相变存储器单元在皮秒RESET电脉冲作用下的非晶化行为。首先研究了高频测量中的测试系统带宽和信号完整性对测试的影响，并设计了相变存储器单元的高速擦写特性测试电路，分别测试了相变材料层厚度为50nm、100nm、150nm的三组相变存储器单元样品的皮秒RESET操作特性，实现了最短脉冲宽度为0.2ns的重复RESET操作。针对存储单元阵列规模的拓展，同时为了提高测试的效率，设计并研制了一套相变存储器阵列高速擦写特性测试系统，该测试系统硬件部分包括半导体特性测试仪、皮秒脉冲发生器、数字示波器、编译码模块、驱动模块、单稳态触发延时模块和高速脉冲信号通道等;软件部分为C语言程序，运行在半导体特性测试仪内置的计算机上。测试系统各部分通过GPIB电缆连接，测试系统整体具有高速脉冲信号通道带宽大，测量精确、使用方便的优点。本文还利用SPICE建模对高速脉冲测试电路进行了时域瞬态仿真，验证了高速脉冲测试方案。并研究了在皮秒电压脉冲作用下相变材料的非晶化的机理,认为其非晶化是不依赖热量的产生。提出了局部强电场引发材料内部出现冲击电离的模型，较合理地解释了相变材料在皮秒脉冲作用下的非晶化相变现象。