硫系化合物是由元素周期表第16族元素组成的合金(旧式元素周期表：第VIA族或第VIB族)。在室温条件下，这些合金的非晶态和晶态都十分稳定。具体而言，GeSbTe合金是最被看好的，因为它遵守一个伪二元构成方式(在GeTe和Sb2Te3之间)，以下简称GST。当加热时，硫系化合物可以从非晶态变成晶态，反之亦然。相变原理早已被人们熟知，最初的研究可追溯到上个世纪70年代。目前，相变材料被广泛用于制造光学可重写媒介，如CD和DVD光盘：非晶态和晶态之间的变化是储存数字信息所用的基本方式，半导体激光束可引起非晶态和晶态的相互转变。

最近，GST成为一项具有突破性的新型非挥发性固态内存技术PCM的构成要素。事实上，非晶态和晶态具有不同的电阻率。固态PCM的基本原理是利用低电阻率(晶态)和高电阻率(非晶态)分别代表二进制数字1和0。因此，PCM以材料本身的结构状态储存信息，用一个适当的电脉冲讯号引起两个(稳定)状态之间的转换。

在基于硅的相变内存中，不同振幅的电流从加热零组件流出，穿过硫化物材料，利用局部热焦耳效应，改变接触区周围的可写入体积(图1)。经过强电流和快速猝灭，材料被冷却成非晶体状态，导致电阻率增大。切换到非晶体状态通常耗时不到100ns，单元的加热时间常量通常仅为几奈秒。恢复接触区的晶体状态，使材料的电阻率变小，需要施加中等强度的电流，脉冲时间较长。内存单元写入作业所需的不同电流产生了内存的直接写入作业特性。这种直接写入功能可简化内存的写入作业，提高写入性能。读取内存使用比写入电流低很多的且基本上无焦耳热效应的电流，因为该电流只区别高电阻(非晶体)和低电阻(晶体)状态。

　　集现有内存技术的优点于一身
　　
与现有的内存技术相较，PCM将传统内存技术的优点融为一体：闪存的非挥发性、RAM的位可修改性、读写速度与标准RAM媲美且优于NOR、NAND或EEPROM内存。

　　此外，随着制造技术的不断进步，PCM很容易微缩到更小的几何尺寸，以更低的成本实现更高的密度。全球很多实验室已经使用硫系化合物薄膜证明，基本PCM内存能够微缩到5nm技术节点。随着PCM内存单元缩小，涉及状态变化的材料体积就会减少，导致功耗降低，写入性能提高。相反，DRAM、闪存和EEPROM组件的微影技术节点很难微缩到32nm以下。受益于硫系薄膜材料的状态控制方法的研究和改进，PCM的耐用性和写入速度预计在近期内会大幅提升。随着微影技术向尖端技术迈进，PCM每位成本将会大幅度降低。

恒忆的首款PCM芯片测试载具最初采用的是180nm技术节点。该内存单元包括一个选择器和一个内存零组件。原则上，选择器可以是一个MOS晶体管或者P区是底板或共地线的p-n-p结(图2)。p-n-p结构可以优化成一个双极结型晶体管(BJT)或一个纯二极管。为了验证单元结构，MOS和BJT/二极管选择器的整合最初都是采用标准180nmCMOS制造技术。基于BJT的解决方案更适用于高性能和高密度应用，而MOS单元则更适合系统芯片或嵌入式系统。在这种情况下，非挥发性内存单元的整合制造只需将很少的附加光罩增加到标准前工序制造制程，因此，PCM的成本优势明显高于竞争技术。

一款采用90nm制造制程的128Mb相变内存(产品名称：Alverstone)已经上市销售(图3)，另一款采用45nm制造制程的1GbPCM产品(产品名称：Bonelli)目前正开发中(图4)。这两款产品均基于BJT型单元的布局设计。