随着半导体工艺发展到纳米量级,各种新型的非易失性存储器应运而生,相变存储器作为一种新型存储器,是下一代非易失性存储器的有力竞争者之一;但同时相变器件面临多次读写循环后失效的问题,疲劳特性已经成为制约相变存储器商业化的重要因素。相变单元中,热应力的存在是造成单元失效的主要原因之一,通过对相变单元工作中的热应力分布进行仿真,得到单元各个位置下的应力水平,可以分析单元在不同位置发生破坏的可能性以及为单元工作脉冲的设计提供依据。仿真采用有限元法,在MATLAB上编写了整个三维仿真程序,对相变单元的电、热性能以及应力、应变场进行了仿真。首先建立位移场仿真模型,利用位移场求解单元的应力及应变场;同时在热仿真过程中对传统的傅里叶方程进行修正,理论上证明了应变场与温度场的双向耦合关系。采用第一强度理论和第四强度理论,分别考虑第一主应力和冯米斯应力,分析单元中可能出现的脆性破坏和疲劳破坏。仿真结果表明,在考虑第一主应力时,应力集中现象主要出现在GST内部、GST与加热极的接触面和加热极内部;在冷却阶段,第一主应力的大小为正值,单元处于三向拉应力状态,仅在冷却阶段,单元才可能会出现脆性破坏;且第一主应力绝对值的大小既与温度的变化速率有关,还与GST的晶化率有关。在考虑冯米斯应力时,应力集中现象主要出现在加热极内部;冯米斯应力的大小相比第一主应力要小,前面工作脉冲产生的冯米斯应力会对后面工作脉冲产生的冯米斯应力产生一种“累积”效应,且冷却时间越短,“累积”效应越明显。