相变随机存取存储器（Phase Change Random Access Memory,PCRAM或PCM）简称相变存储器，利用相变材料相变前后存在的阻值差异来存储数据。硫族化合物（Ge2Sb2Te5,GST）是目前研究较为成熟的相变才来哦，在热能激发后会在晶态和非晶态之间发生快速可逆相变：晶态为低阻态，代表“1”；非晶态为高阻态，代表“0”。如图5-92所示，相变存储器单元由上电极，相变材料（包括相交区域和相交层），电阻加热层和下电极组成。

相变材料从晶态变为非晶态的过程称为RESET（写“0”）。通入写电流后，由于电阻加热层的加热作用，相变层的温度迅速升高，当达到相变薄膜的熔点时，部分材料熔化，失去了晶体的状态再快速冷却后将其锁定在非晶态。非晶态在室温下通常非常稳定。相变材料从非晶态变为晶态的过程称为SET（写“1”）。当材料被加热到熔化温度和结晶温度之间时，晶核和微晶生长在几纳米内快速发生，材料转变为晶体态。读取操作采用CSA，通过施加一个小的电压对存储单元电阻进行分辨来实现。

目前，相变存储器存在的主要挑战有3个。第一，SET过程温度较低，需要的热量比较小，而RESET过程温度较高，需要更多的热量，即需要更大的写入电流。这是PCRAM尺寸缩小遇到的一大障碍。第二，因为电阻加热层材料的热导率较低，为了将电流最大限度地转换为热能，需要提高电阻加热层的热导率。第三，由于相变材料的最大阻值和最小阻值可相差几个数量级，因此非常适合实现多值存储。

但实现多值存储必须满足相变材料的R-T曲线存在比较明显的阶梯状，并且每一阶的电阻值应在一个较宽的温度范围内保持相对稳定，以确保存储数据的稳定性。所以多值存储面临的最大挑战就是电阻漂移。由于存储单元电阻与温度高度相关，电阻漂移会减小独处裕度，导致读出错误。解决以上挑战需要从存储单元材料和结构，以及电路设计技术上着手。

相变存储器可以按字节操作，读/写速度快，持久力长，具有非易失性。近年来，许多公司都在相变存储器领域进行了布局，包括三星，美光（Micron）,IBM等。现有的技术可使集成两个存储层的单个芯片存储128Gbit数据，未来通过改进光刻技术和增加存储层数量，可进一步提高容量。