在众多新型半导体存储技术中，相变存储器(PCRAM)以其优异的综合性能，被认为是下一代最具潜力的非易失性存储器之一。而作为存储媒介的相变材料正是PCRAM的核心，它的性能优劣直接与器件的性能紧密相关。为了提升PCRAM的性能，本论文针对目前商用的Ge2Sb2Te5相变材料存在的问题，使用掺杂手段，开发出具有较高数据保持力的快速相变存储材料。另一个与器件性能直接相关的是器件的结构，好的结构不仅可以提高器件的使用稳定性，同时能够降低器件的功耗。本文针对传统结构的不足，使用模拟仿真的手段研究了限制型结构和包覆型结构的功耗与其结构参数之间的关系，优化出具有较低功耗的器件结构，取得的主要研究结果如下:　　1.系统的研究了W元素掺杂的Ge2Sb2Te5相变材料。W原子的引入可以改善相变薄膜的热稳定性，随着W的质量分数的增加，材料的数据保持力也逐渐提高。其中W0.08(GST)0.92薄膜的十年数据保持力为183℃，远远高于Ge2Sb2Te5的87℃。材料相变时由非晶态直接转变为面心立方结构，比Ge2Sb2Te5薄膜具有更稳定的晶体结构。基于W0.08(GST)0.92的PCRAM器件单元可以在10 ns的操作电压下完成可逆相变，单元的可逆相变循环次数更是达到了6×105。　　2.利用了等效晶态电阻率校准了TCAD模拟工具，使得仿真结果和测试结果有了更精确的匹配性。其次利用校准后的模型，仔细的模拟了限制型结构孔洞深度对器件操作电流的影响，分析了器件中的温度分布，电阻数值特性。与传统T型结构相比，限制型孔洞结构可以显著地降低器件操作功耗，器件的加热效率越来越高。从仿真结果可以看出，随着操作时间的延长，操作电流从5mA降低到1.3mA。　　3.根据中芯国际提出的包覆型器件结构进行电学仿真和统计学分析实验，对影响器件电学性能的各种结构参数进行了统计优化，得到了最优的器件结构参数。其中底加热电极的直径BEC为50nm，相变材料层的直径为200nm，相变材料层的厚度为100nm时，器件可以到达最优的功耗水平。该项模拟实验可以大幅度的减轻工艺生产中的工作量，对相变存储器件的生产设计有非常重要的指导意义。