电极层(307)中的邻接铁电存储单元(305)的电极对(3071和3073)之间偏置第一方向的读信号(偏置电场小于该铁电材料的矫顽场，若大于矫顽场相当于又执行了一次写操作)，通过读取该两个部分之间的电流大小以判断对应所述表面铁电存储单元(305)的部分电畴与底部所述铁电薄膜层(303)的不反转电畴是否建立畴壁导电通道，从而读出存储的逻辑信息。
[0029]根据本发明一实施例的读操作方法，其中，撤去所述读信号后，读操作过程中未破坏写操作过程建立的畴壁通道，从而写入信息未被破坏。
[0030]其中，所述读信号的读电压应小于写信号电压，对应所述表面铁电存储单元(305)与所述底部铁电薄膜层(303)间所形成的畴壁通道未被破坏。
[0031]本发明的技术效果是，本发明实施例的铁电存储器利用刻蚀出的铁电存储单元可以在读写电极对之间的电场作用下发生反转;其中，写操作时对应铁电表面存储单元的电畴被反转，写信号撤去后，该反转的电畴可以保持;读操作时该表面铁电存储单元与底部铁电薄膜之间建立的畴壁导电通道被读信号以大电流的方式获取，读信号撤去后，不会影响畴壁导电通道，因而可以实现非破坏性读取;因此，读写操作简单，并且数据保持特性好;非常有利于小尺寸、高密度应用；同时结构简单、制备简单、成本低。可以实现以大电流方式(100ηΑ-10μΑ)对所存储的电畴逻辑信息进行非破坏性快速读出，远远大于目前国际上所保持的pA-nA最好水平，特别适合于高密度信息存储或通用存储器的应用领域。
【附图说明】
[0032]图1是按照本发明一实施例的非易失性读出铁电存储器的截面结构示意图。
[0033]图2是图1所示非易失性铁电存储器的铁电存储单元之间的电极俯视平面结构。
[0034]图3是图1所示实施例的铁电存储器的写T读T与和写“O”与读“O”操作原理示意图。
[0035]图4是正负循环电压作用下的电流-电压曲线。图中箭头示出电压循环方向，最大读出畴壁电流可以达到微安量级。同时，图中示意了30nm和150nm表面存储单元的结构，并测量了铁电畴的在左右电压为±7V下压电成像，从中可明显看出畴壁的开关状态。
[0036]图5是本发明一实施例的铁电存储器的保持特性。在4V电压作用下所读出的开关电流随时间变化。最大读出畴壁电流开关比大于106，读出电流随时间稳定。
[0037]图6是本发明一实施例的铁电存储器的疲劳特性。在IMHz频率和+8V/-10V周期写电压作用下所读出在4V电压下的开关电流随写周期数的变化。最大读出畴壁电流开关比大于106，读写周期大于101()。
[0038]图7是本发明又一实施例的铁电存储器的制备方法过程示意图。
[0039]图8是本发明第二实施例的非易失性读出铁电存储器的截面结构示意图。
[0040]图9是图8所示实施例的铁电存储器的写T读T与和写“O”与读“O”操作原理示意图。
[0041 ]图10是本发明又一实施例以[100]取向切割的LiNb03单晶材料表面制造出纳米存储单元的源漏电极(面内第一和第二读写电极)和栅电极(即第三读电极)结构的SEM和读写电流-电压曲线。
[0042]图11是图10所示的铁电纳米存储单元的源漏电极(面内面内第一和第二读写电极)间电流和电畴反转矫顽场电压随栅电压(即第三读电极电压)Vg的变化。
[0043]图12是图1和图8所示的非易失性铁电存储器的铁电存储单元俯视平面结构。
【具体实施方式】
[0044]下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表不。
[0045]下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一部分，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
[0046]在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，图示中的各部分之间的尺寸比例关系并不反映实际的尺寸比例关系。
[0047]在以下实施例中，为了描述的清楚，示例性地给出了电畴方向或者极化方向，但是应当理解到，铁电存储器的电畴方向或极化方向并不限于如图所示实施例示出的方向。
[0048]图1所示为按照本发明一实施例的非易失性铁电存储器的截面结构示意图；图2所示为图1所示的非易失性铁电存储器的读写电极的俯视平面结构。如图1所示，其中示出了铁电存储器30的部分截面结构，其主要地包括基底301、铁电薄膜层303，铁电存储单元305以及读写电极层307，其中，读写电极层307设置在铁电存储单元305两边并与其接触。图1铁电存储器的铁电存储单元305的多种可能俯视平面结构。在该实施例中，铁电存储单元结构可以是矩形，也可以是锯齿形等其他多种结构。本发明实施例的铁电存储器30区别于传统铁电存储器，其不需要设置在读写电极层307相对侧的下电极层，读写电极层307在该铁电存储器30中既可以用来实现读操作，也可以用来实现写操作，因此称为读写电极层307。
[0049]继续如图1和图2所示，读写电极层307中设置在铁电存储单元305两侧，在该示例中，铁电存储单元305将读写电极层307分割为读写电极部分3071和读写电极部分3073，读写电极部分3071和读写电极部分3073组成读写电极对，在该实施例中，该读写电极对主要地构成了该实施例的读写电极层307。
[0050]继续如图1所示，基底301可以是铁电存储器中常用的各种基底材料，例如其可以为S1、SrTi03或LiNb03。通常地，基底301的材料选择主要由基底301和铁电薄膜层303共同决定。在该实施例中，基底301可以是Si衬底，其易于与半导体CMOS工艺兼容，有助于大规模生产。另外，根据铁电薄膜层303的晶格常数要求来选择SrT13或LiNbO3等基底材料，以便得到性能优异的外延薄膜层。此外，基底301和铁电薄膜层303可以是同一种材料，即铁电材料，包括铁电块体陶瓷和单晶。
[0051 ]铁电薄膜层303形成在基底301之上，可以是任一具有合适畴结构的铁电材料，其具体可以选自于以下材料:铁酸铋BiFeO3、掺La的铁酸铋盐(Bi，La) FeO3、锆钛酸铅盐(Pb，Zr)Ti03，LiTa03或者铌酸锂盐LiNbO3;但是，应当理解到，铁电薄膜层303具体铁电材料类型不是限制的，本领域技术人员能够选用任何一种的铁电材料类型。铁电薄膜层305的制备方法也不是限制性的，例如，可以通过溶胶凝胶、溅射、CVD、PLD等薄膜淀积方法制备形成。
[0052]铁电存储单元305是在基底301上形成铁电薄膜层303之后，通过半导体工艺光刻，电子束直写或纳米压印或光刻等技术实现存储结构的图形转移，而后通过刻蚀技术，包括干法刻蚀和湿法刻蚀在薄膜表面形成存储单元结构。当然，在其他实施例中，铁电存储单元可以形成各种存储单元结构。铁电存储单元305的宽度d的范围可以大于或等于2纳米且小于或等于10微米，例如可以为10纳米、100纳米、I微米等，间距d越小，越有利于提高铁电存储器的存储密度，并且越有利于减小读电压，并且读功耗越小，因此，铁电存储单元305可以为各种微米纳米尺寸的单元。铁电存储单元305的形状为矩形，也可以为锯齿形等其他形状。铁电存储单元(305)的厚度(h)大于或等于1nm且小于或等于I微米。读写电极部分3071和读写电极部分3073在垂直间隙方向上的长度(也即铁电存储单元的长度尺寸)可以大于或等于2纳米且小于或等于10微米，例如100纳米。
[0053]面内读写电极部分3071和读写电极部分3073在该实施例中可以是通过连续的金属薄膜层通过刻蚀铁电存储单元之间部分来形成，在本文中，读写电极部分3071和读写电极部分3073组成读写电极对，在此处“读”反映它们至少具有读出操作的功能，在此处“写”反映它们至少具有写操作的功能。
[0054]读写电极部分3071和/或读写电极部分3073其可以是一种低电阻率的导电材料，例如，其可以选自于Pt、SrRu03、LaNi03中的一种或多种的组合。读写电极部分3071和/或读写电极部分3073的厚度可以为5-100nm，例如，30nm。读写电极部分3071和/或读写电极部分3073可以但不限于通过溅射、蒸发、CVD、PLD等薄膜淀积方法制备形成。
[0055]继续如图1所示，在本发明中，铁电薄膜层303和铁电存储单元305要求满足其铁电畴在面内有分量的条件，也即具有面内分量(铁电电畴的自发极化在膜面上的方向的投影)，铁电薄膜层303可以形成如图1所示两个方向的电畴3031或3033，铁电存储单元305可以形成如图1所示两个方向的电畴3051或3053，电畴3031和3051的极化方向与电畴3033和3053的极化方向完全相反，在偏置大于矫顽电压后，电畴会沿电场方向取向，因此，在偏置电场方向与原电畴方向相反的电压且大于矫顽电压时，电畴3031和3051或3033和3053会发生反转。在该实施例中，铁电薄膜层303和铁电存储单元305的电畴的极化方向基本不平行读写电极层307的法线(如图所示垂直于读写电极层307的虚线)方向，或者基本不垂直于读写电极层307。具体地，可以通过控制铁电薄膜层303生长的晶向来实现，示例地，可以在晶面为(001)的SrT13基底301上外延生长100纳米厚的BiFeO-3铁电薄膜层303，其中BiFeO-3铁电薄膜层303的电畴的极化方向是沿<111 >方向。
[0056]图3所示为图1所示实施例的铁电存储器的写“I”读“I”与和写“O”与读“O”操作原理示意图。
[0057]在该实施例中，以铁电存储单元305的电畴3051所在极化方向存储逻辑信息“O”为示意进行说明。如图3(a)所示，在写“I”操作过程中，在读写电极层307的读写电极部分3073和读写电极部分3071之间偏置写信号Vwritel，也即在读写电极部分3073和读写电极部分3071构成读写电极对上偏置写信号Vwritel，写信号的方向为读写电极部分3073偏置负向、读写电极部分3071偏置正向，从而它们形成大致如图3(a)所示方向的电场E1。电场El可以对铁电存储单元305的电畴产生影响，电场El在与铁电存储单元305的电畴的极化方向相反的方向上的电场分量大于使该电畴发生翻转的矫顽电压时，该单元的电畴发生反转形成电畴3053a (电畴3053a与图1中所示的电畴3053的极化方向基本相同)。
[0058]铁电薄膜层303的