铁电存储器（FRAM，Ferroelectric RAM）的工作原理主要基于铁电材料的特殊性质。以下是对其工作原理的详细解释：

一、铁电材料特性

铁电材料具有一种称为铁电效应的特殊性质。这种效应是指在铁电晶体上施加一定的电场时，晶体中心原子在电场的作用下会运动，并达到一种稳定状态。当电场从晶体移走后，中心原子会保持在原来的位置，这种极化状态在电场移除后能够保持稳定不变。由于铁电效应是铁电晶体所固有的一种偏振极化特性，与电磁作用无关，所以FRAM存储器的内容不会受到外界条件诸如磁场因素的影响。

二、数据存储原理

铁电存储器利用铁电材料的这种极化特性来存储数据。具体来说，铁电材料在电场作用下能够改变其极化方向，并在电场移除后保持这一状态。这种极化状态的两种稳定形式（通常为正负两种极化状态）可以代表二进制数据“0”和“1”，从而实现数据的存储。

当对铁电材料施加电场时，其内部的正负电荷会在不同方向发生不同程度的偏转，形成稳定的极化状态。这种极化状态可以看作是铁电材料的一种“记忆”状态，用于存储数据。当电场撤除后，极化状态保持不变，因此数据得以非易失性地存储。

三、读写操作原理

1. 写操作：

   写操作是通过施加电场来改变铁电材料的极化状态来实现的。当需要写入数据“1”时，施加一个正向电场使铁电材料极化到正方向；当需要写入数据“0”时，施加一个反向电场使铁电材料极化到负方向。这样，通过控制电场的方向和大小，就可以实现数据的写入。

2. 读操作：

   读操作是通过检测铁电材料的极化状态来实现的。在读操作过程中，首先施加一个较小的电场（称为读电场）来探测铁电材料的极化状态。由于铁电材料的极化状态在电场移除后能够保持稳定，因此可以通过检测读电场引起的电流或电压变化来判断铁电材料的极化方向，从而确定存储的数据是“1”还是“0”。

   需要注意的是，在某些铁电存储器中，读操作可能会改变存储单元的极化状态（尽管这种改变通常很小且可以恢复）。因此，在读操作后通常需要进行一个称为“恢复”或“预充”的过程来确保存储单元的状态保持不变。

四、工作模式

铁电存储器按工作模式可以分为破坏性读出（DRO）和非破坏性读出（NDRO）两种。

1. 破坏性读出（DRO）：

   DRO模式是利用铁电薄膜的电容效应来实现的。在读出过程中，需要改变铁电薄膜的极化状态来检测存储的数据，因此读出是破坏性的。读出后需要重新写入数据以恢复存储单元的状态。铁电随机存取存储器（FeRAM）就是基于DRO工作模式的一种铁电存储器。

2. 非破坏性读出（NDRO）：

   NDRO模式则不需要改变铁电薄膜的极化状态来检测存储的数据。它是通过其他机制（如铁电场效应晶体管中的栅极极化状态调制）来实现非破坏性读出的。基于NDRO工作模式的铁电场效应晶体管（FFET）是一种比较理想的存储方式，但目前还处于实验室研究阶段。

综上所述，铁电存储器的工作原理主要基于铁电材料的铁电效应和极化特性。通过控制电场的方向和大小，可以实现数据的写入和读取。铁电存储器具有读写速度快、功耗低、擦写寿命长以及数据非易失性等优点，在消费电子、工业控制、汽车电子等领域具有广泛的应用前景。