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相变随机存储器越来越被认为是可替代闪存的下一代固态非易失性存储器。基于存储介质的电阻值变化，相变存储器实现信息存储，这使其具有固有抗辐照特性，但辐照机理和其抗辐照性能评估方法尚不明确，因此，仿真研究相变存储器抗辐照性能将具有重大意义。 基于蒙特卡洛方法追踪辐照粒子轨迹，基于有限元法求解电热传导方程、基于成核-生长理论求解相转变过程，编写出相变存储单元抗辐照性能仿真系统程序，仿真研究了辐照粒子为质子的单粒子效应对相变存储单元性能的影响。其中，弹性能量损失采用二体碰撞公式；非弹性能量损失，当入射粒子质子能量较低时采用Lindhard-scharff公式，能量较高时采用 Bethe-Bloch公式，当能量处于中间时采用Biersack插值公式。 仿真结果表明，质子在存储单元内的能量损失并不是纯粹的随着质子初始能量的增大而增大的，而是随着质子初始能量的增大，能量损失先随之增大后随之减小的，能量损失最大处出现在质子初始能量为2MeV时；当质子能量较小时，其会有比较大的核散射角导致行进轨迹曲折程度较大，而随着质子能量的增大，行进轨迹曲折程度越来越弱，以致轨迹近乎于一条直线，当入射质子初始能量达到90KeV时，质子进入到相变层；在100eV~500MeV范围内，单个质子对静态存储单元性能的影响非常小；对于初始能量为2MeV的质子对动态存储单元性能的不利影响不存在。 另外，对于不同的薄膜材料物理参数和几何尺寸，研究了自下而上结构相变存储单元性能的变化，提出了相变存储单元优化设计方案。采用优化设计方案的相变存储单元，具有突出的读写性能，可在保证存储单元实现正常读写的前提下，明显减小存储单元工作电压的幅值和脉宽，降低存储单元的功耗。