满足其铁电畴在面内和面外均有分量的条件，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)和面外分量(铁电电畴的自发极化在垂直膜面上的方向的投影)，铁电薄膜层105可以形成如图1所示两个方向的电畴1051和1053，电畴1051的极化方向与电畴1053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1051或1053会发生反转。在该实施例中，铁电薄膜层107的电畴的极化方向基本不垂直且基本不平行上电极层107的法线(如图所示垂直于上电极层107的虚线)方向，具体如图1所示，上电极层107的法线与电畴的极化方向的夹角α为不等于O、90°、180°和270 °，例如α =45°，这样电畴具有面内分量和面外分量。具体地，可以通过控制铁电薄膜层107生长的晶向来实现，示例地，可以在晶面为(001)的SrT13T电极层103上外延生长100纳米厚的BiFeO 3铁电薄膜层107，其中BiFeO 3铁电薄膜层107的电畴的极化方向是沿〈111〉方向。
[0061]需要理解的是，在又一实施例中，间隙109可以基于以上置于上电极层107的方式来对应地置于下电极层103中，在本申请中的权利要求1的“第一电极层”既可以理解为“上电极层”，也可以理解为“下电极层”，由于在“第一电极层”中设置有间隙，本申请仅通过“第一电极层”可以实现非破坏性的读出操作。
[0062]图4所示为图1所示实施例的铁电存储器的写“I”和读“I”操作过程以及操作原理示意图；图5所示为图1所示实施例的铁电存储器的写“O”和读“O”操作过程以及操作原理示意图。
[0063]在该实施例中，在写操作过程中，在上电极层107和下电极层103之间施加一至少大于该铁电薄膜层105的矫顽电场的电压Vmite,使电畴翻转，从而实现对该铁电存储器10的逻辑信息“I”或“O”的写入。首先，如图4 (a)所示，以图中所示电畴1051的极化方向表示存储信息“1”，在写“I”的操作过程中，在上电极层107和下电极层103之间施加一大于该铁电薄膜层105的矫顽场的写信号Vwitel，使上电极层107偏置正电压、下电极层103偏置负电压，从而在铁电薄膜层105中形成如图所示方向的电场El (此时定义为“ + ”写电压)，电畴统一翻转形成如图所示极化方向的电畴1051，从而来实现存储器逻辑信息“I”的写入。相反地，如图5 (a)所示，以图中所示电畴1053的极化方向表示存储信息“0”，在写“O”的操作过程中，在上电极层107和下电极层103之间施加一大于该铁电薄膜层105的矫顽场的写信号Vwite2，使上电极层107偏置负电压、下电极层103偏置正电压，从而在铁电薄膜层105中形成如图所示方向的电场E2 (此时定义为写电压)，电畴统一翻转形成如图所示极化方向的电畴1053，从而来实现存储器逻辑信息“O”的写入。
[0064]写信号VmitjP Vmite2具体信号形式不是限制性的，例如其可以为一定频率的电压脉冲信号等。
[0065]在该实施例中，读操作原理完全不同于传统的铁电存储器的读操作原理，其中，在读操作时，下电极层103不需要偏置信号，其可以悬空，读信号Vread是偏置在读电极对之间。以偏置在读电极部分1071、读电极部分1073为例，如图4 (b)所示，在读“I”操作过程中，读电极部分1071、读电极部分1073之间偏置读电压Vreadl，读电极部分1073偏置正向、读电极部分1071偏置负向，从而在读电极部分1073与读电极部分1071之间形成如图所示方向的电场E3 (此时定义为“ + ”读电压)，由于间隙109的存在，电场E3可以局部地对间隙109所对应的部分铁电薄膜层的电畴产生影响，随着电场E3的增大，如图所示，间隙109的下方的对应的部分铁电薄膜层105中，也即暴露于间隙109的表层部分的局部，其中的电畴发生反转，也即对应间隙109的电畴1051局部被反转形成如图4 (b)所示的电畴1051b，铁电薄膜层105的其他部分的电畴由于基本不受电场E3影响(或者电场E3对其影响不足使其电畴生反转)，电畴未反转，对应形成如图所示的电畴1051a，电畴1051b的极化方向基本与电畴1051a的极化方向相反。其中，电畴1051b是利用电场E3在与电畴1051a的极化方向相反的方向上的电场分量来实现翻转的，因此，在铁电薄膜层的矫顽电压已知的情况下，可以计算出形成电畴1051b的最小读电压Vreadl。
[0066]此时，具有电畴1051a的铁电薄膜层部分与具有电畴1051b的铁电薄膜层部分的邻接处，也即电畴1051a和电畴1051b之间的界壁或界面，从而会产生带电的畴壁或畴界1051c，从而，主要基于畴壁导电机理，在读电极部分1073与读电极部分1071之间产生导电通道，即“畴壁导电通道”，对应产生读电流信号IMadl，此时表示读出了逻辑信号“I”。因此，其读操作过程，完全不同于传统的电容结构的铁电存储器的电荷读出方法，在本申请的实施例中实现了电流读取逻辑信号的方式。
[0067]进一步地，在读出电流信号Ireadl后，读电极部分1073与读电极部分1071之间的读电压信号VMadl撤去，如图4 (b)所示，电场E3消失，此时，在去极化场的作用下，电畴1051b会受电畴1051a影响会反转为大致原来的极化方向，也即电畴1051b瞬间消失，基本恢复到初始状态(读操作之前的状态)的电畴1051，畴壁1051c也基本消失，之前所产生的导电通道也消失。因此，铁电存储器10在读操作之前所存储的逻辑信息“I”在读操作后并没有发生变化，实现了非破坏性读取。在该实施例中，具有电畴1051b的铁电薄膜层部分相对具有电畴1051a的铁电薄膜层部分的体积越小可能越好，也即在读过程中发生局部反转的电畴的铁电薄膜层部分(例如电畴1051b)的占比越小越好，通过设计铁电薄膜层105的厚度、面积参数和/或间隙109的间距d，可以优化该铁电存储器的读操作性能，例如，间隙109的间距d小于或等于铁电薄膜层105的厚度的二分之一，或者间距d为铁电薄膜层105的厚度的四分之一。
[0068]作为对照，如图5 (b)所示，在读“O”操作过程中，读电极部分1071、读电极部分1073之间偏置读电压Vread2，读电极部分1073偏置负向、读电极部分1071偏置正向，从而在读电极部分1071与读电极部分1073之间形成如图所示方向的电场E4 (此时定义为读电压)，由于间隙109的存在，电场E4可以局部地对间隙109所对应的部分铁电薄膜层的电畴产生影响，随着电场E4的增大，如图所示，间隙109的下方的对应的部分铁电薄膜层105中，也即暴露于间隙109的表层部分的局部，电畴会发生反转，也即对应间隙109的电畴1053局部被反转反转形成如图5 (b)所示的电畴1053b，铁电薄膜层105的其他部分的电畴由于基本不受电场E4影响(或者电场E4对其影响不足使其电畴生反转)，电畴未反转，对应形成如图所示的电畴1053a，电畴1053b的极化方向基本与电畴1053a的极化方向相反。其中，电畴1053b是利用电场E4在与电畴1053a极化方向相反的方向上的电场分量来实现翻转的，因此，在铁电薄膜层的矫顽电压已知的情况下，可以计算出形成电畴1053b的最小读电压V1^ad2。
[0069]此时，具有电畴1053a的铁电薄膜层部分与具有电畴1053b的铁电薄膜层部分的邻接处，也即电畴1053a和电畴1053b之间的界壁或界面，会产生带电的畴壁或畴界1053c，从而，主要基于畴壁导电机理，在读电极部分1071与读电极部分1073之间产生导电通道即“畴壁导电通道”，对应产生读电流信号Irad2，此时表示读出了逻辑信号“O”。
[0070]在读出电流信号Iread2后，撤去读电极部分1071与读电极部分1073之间的读电压信号Lad2，如图5 (b)所示，电场E4消失，此时，在去极化场的作用下，电畴1053b会受电畴1053a影响会反转为大致原来的极化方向，也即电畴1053b瞬间消失，基本恢复到初始状态(读操作之前的状态)的电畴1053，畴壁1053c也基本消失，之前所产生的导电通道也消失。因此，铁电存储器10在读操作之前所存储的逻辑信息“O”在读操作后并没有发生变化，实现了非破坏性读