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目前半导体技术的发展依然遵循摩尔定律，集成度不断提高，但是传统的存储器如Flash存储器的在22nm以下发展遇到很大挑战，等比例缩小的空间越来越小。新型存储器的发展得到广泛关注。相变存储器由于在小尺寸下具有读写速度快、功耗低、高密度等优势，成为取代Flash存储器的最佳选择之一，其产业化已经被提上日程。 相变存储器利用相变材料在晶相和非晶相的不同阻值实现数据存储，晶相和非晶相可以通过施加不同的电脉冲实现热驱动快速相变。相变存储器中最为常用的相变材料硫系化合物Ge2Sb2Te5(GST)，非晶相到晶相的转变过程中，出现一种电阻急剧下降而引起的阈值转换现象(OTS)，随着器件尺寸的缩小，阈值转换效应对存储器读可靠性的影响越来越明显，因此，对纳米尺寸的阈值转换效应的研究显得愈加重要。阈值转换的机理目前还存在争议，且提出的模型并不能对尺寸缩小下阈值转换电流的趋势作出正确预测。本文从非晶态硫系化合物的传导特性出发，探究了阂值转换发生的原因，认为定域态电子的跳跃传导及扩展态电子的自由移动都对其传导特性有贡献，据此提出新的阈值转换模型，此模型应用于数值模拟器中，不仅能够模拟阈值转换现象，还能够准确预测随着非晶区域的缩小阈值转换电压变小而阈值转换电流增大。 相变存储器的T型结构是目前最常用的结构，而Nanowire结构具有更有小的reset电流，在小尺寸下更具优势，因此本文还研究了两种结构的阈值转换特性，包括尺寸缩小、温度以及缺陷浓度对阈值转换特性的影响。 结构弛豫会引起相变存储器的电阻的漂移，即随着时间而增大，高温下，电阻漂移更明显，这影响了器件的稳定性，同时对器件的电学特性有影响，如电阻、阈值转换电压、电流。结构弛豫是一种自发的亚稳态向稳态转变的现象，表现为缺陷态的减少，同时结构弛豫还引起禁带宽度的变化，本文分析了结构弛豫对阈值转换特性影响。