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本论文全面综述了相变存储材料的结构、电/光性质和应用研究现状和发展趋势，以及目前相变材料和相变信息存储研究中存在的主要问题。在此基础上，分别研究了衬底加热条件下沉积的Ge2Sb2Te5薄膜的结构、电/光性质。和激光辐照引起Ge2Sb2Te5非晶态薄膜的电/光性质变化规律；研究并发现了Ge2Sb2Te5，Ge1Sb4Te7，Sb2Te3和Ag7.1In13.3Sb55.3Te243非晶态薄膜具有与极性相关的可逆开关特性，而这一过程中没有发生相变，据此提出了同相变开关相结合的三阶信息存储方案；为了提高Ge1Sb4Te7相变材料的热稳定性和高低阻状态之间的电阻对比度，研究了Ag搀杂Ge1Sb4Te7相变薄膜的电/光性质，发现6.5％的搀杂薄膜具有晶化温度高、热稳定性好、高低阻状态电阻对比大的特点；在研究激光诱导相变薄膜的电学性质变化的基础上，提出光-电相结合的光电混合信息存储方案，拓宽了相变信息存储材料的应用。具体研究内容和结果如下：
研究了衬底(Si)加热条件下用磁控溅射法制备的Ge2Sb2Te5薄膜的结构及其光/电性质变化，探索可能产生的相分离对电/光性质的影响。结果表明：在25℃(室温)沉积态薄膜为非晶态结构；温度为60℃时，非晶态Ge2Sb2Te5薄膜中出现少量晶态Ge；70℃时，形成GeTe0.97、Sb2Te3、γ-(Sb，Te)晶态相：80℃时，形成GeTe0.97、Sb2Te3、γ-(Sb，Te)、Sb晶态相；100℃时，形成Sb2Te3、γ-(Sb，Te)、S12Te3晶态相；110℃时，形成Te、Sb2Te3、Ge4Sb6晶态相：130℃时，形成(Sb，Te)、Sb2Te3、Ge2Sb2Te5fcc(200)晶态相：140-200℃时，形成面心立方的Ge2Sb2Te5晶态相；300℃时，除了面心立方相还形成少量六方相Ge2Sb2Te5；400℃时，形成大量Ge2Sb2Te5六方相与少量面心立方相共存。这说明：在衬底加热条件下容易形成晶态薄膜。在140℃～150℃之间易形成均一的、表面光滑的面心立方结构晶态薄膜。不同衬底温度下薄膜的电阻在80℃左右出现拐点。60-80℃时，由于分相的产生，薄膜的反射率高于100℃的沉积薄膜，其余温度段薄膜的反射率随温度升高而增大。
用磁控溅射法在聚碳酸酯(PC)盘基上制备了结构为盘基/Ge2Sb2Te5(100nm)/SiO2(20nm)的膜层，用POP120-5型初始化仪对Ge2Sb2Te5非晶薄膜进行辐照处理，用范德堡四探针法测定不同功率激光辐照后薄膜的电阻。结果表明：随着激光功率的增大，在功率580mW时薄膜的电阻出现四个数量级的突变(由107Ω/□到10Ω/□)，电阻发生突变前、中、后三个样品的XRD结构测试表明此过程为非晶态经中间态到晶态的结构有序化过程，从而引起Ge2Sb2Te5薄膜中扩展态的导电方式取代定域态的导电方式致使电阻突变，薄膜的光学常数也发生相应变化，在可见光范围(λ<750nm)内薄膜的光学常数(在波长相同情况下)有：n非晶态>n中间态>n昌态，k晶态>k中间态>k非晶态，α晶态>α中间诚>α非晶态。三种相态的薄膜折射率均随波长增大而增大，晶态和中间态的消光系数k随波长增大而增大，而反射率变化为R晶态>R中间态>R非晶态。
在导电原子力显微镜探针/相变薄膜/金属薄膜的样品结构，发现Ge2Sb2Te5、Ge1Sb4Ter、Sb2Te3和Ag7.1In13.3Sb55.3Te243具有极性相关的可逆开关效应。在一定阈值电压下通过电压极性间的切换能够使相变材料在高阻和低阻态之间可逆转换，高低阻值相差约两个数量级。这些相变材料具有不同的开关机理：Ag7.1In13.3Sb553 Te24.3可逆极性开关机理是固态电解产生的，在固态电解过程中高导电离子获得电子形成丝状导电通道，这种丝状导电通道的通断完成了开关过程：而Ge2Sb2Te5，Ge1Sb4Te7，Sb2Te3的开关机理是由于结构中变价对形成的缺陷造成的。缺陷构成的特殊的能带结构在正反向电压作用下的可逆转变引起导电性的可逆转变，从而产生这种开关特性。基于以上研究结果，提出了同相变开关效应相结合的三阶存储方案。
在掺杂Ag的Ge1Sb4Te7薄膜中，掺杂量为25.7wt％时Ge1Sb4Te7中产生大量的AgTe、Ag2Te、GeTe、Sb2Te3、Te分相，悬空键被饱和使表面粗糙度较小。薄膜的变温电阻没有明显的突变，原位变温反射率没有很大的变化，熔点约为309℃。短波长范围吸收几乎不变，只在局部有突变点。在波长922nm处吸收急剧减小到约1(a.u.)。掺杂量为9.7wt％和6.5 wt％的薄膜仍然保持着Ge1Sb4Te7的非晶态结构，它们的变温电阻在沉积态和退火到600K以后相差四个数量级，高/低阻态电阻对比度比Ge1Sb4Te7薄膜大。非晶态薄膜的电阻随掺杂量增大而减小。晶化温度和熔点随掺杂量增大而增高，晶化温度升高可提高材料的热稳定性。在短波长区低掺杂的薄膜吸收较大，在长波区搀杂量影响不大。因此，掺杂量在6.5 wt％左右的薄膜高/低阻态电阻对比度大，晶化温度高，可提高相变材料的热稳定性，有可能用于相变存储器件中。
磁控溅射制备的Ge2Sb2Te5薄膜为非晶态，其电阻为107Ω/□数量级，在5000纳秒脉宽聚焦激光作用下薄膜电阻转变为104Ω/□数量级，并且其电流形貌可采用导电原子显微镜很好的的识别出，因此采用光写入、电读出的光电混合的信息存储是可行的。在记录薄膜上加上SiO2保护层，使记录点的导电性更高，电流信号更强。同样，采用非晶态AgInSbTe薄膜作为记录介质也可实现光写入、电读出的光电混合信息存储。