2004年石墨烯的成功开发引发了大量研究，以探索具有多功能特性的新型二维（2D）材料1, 2, 3。类似石墨烯的SiC和ZnO单层已成为替代的2D材料4, 5, 6, 7, 8, 9, 10。这两种单层都具有显著的能隙，这是原始石墨烯所不具备的。SiC单层具有良好的结构稳定性，并且支持电子和空穴的传导11, 12。理论研究表明，可以通过用Si原子替换石墨烯晶格中的C原子来获得SiC单层[4]。实验努力已经通过碳热还原途径[13]或通过超声波处理块状纤锌矿SiC[14]成功合成了超薄SiC片材。2D SiC出色的化学性质和机械强度使其在极端条件下具有吸引力11, 12, 13, 14。同样，单层ZnO是另一种广泛研究的宽禁带半导体，它表现出优异的电子和光学特性6, 7, 8, 9, 10。理论和实验研究都证实了2D ZnO的稳定性15, 16, 17, 18。由于SiC和ZnO具有互补的物理性质和相似的结构，将它们结合成异质结构可以克服各自的局限性并创造新的功能19, 20。
通过垂直堆叠不同的单层来设计异质结构已成为一种有效策略，可以超越单个单层的限制来调整其性质21, 22, 23。这种方法能够实现能带对齐工程，促进电荷分离，并产生新的量子现象。这些现象在单个材料中不会出现21, 24。这种方法产生了可调的带隙，增加了光吸收并提高了载流子迁移率。这使得异质结构在光电子学和能量转换应用中具有吸引力24, 25。SiC和ZnO单层之间的晶格失配约为5%，这有助于形成高质量的异质结构12, 26。理论研究表明，由SiC和ZnO形成的异质结构可以产生稳定且空间可分离的电子-空穴对12, 27。在过去二十年里，已经探索了多种制造ZnO/SiC异质结构的方法28, 29。早期的尝试包括在SiC上化学气相沉积ZnO[30]。随后采用了分子束外延和真空电弧技术31, 32。在最近的研究中，还采用了原子层沉积和水热生长方法来制造ZnO/SiC异质结构33, 34。
现有研究表明可以制造ZnO/SiC异质结构，但全面了解其物理性质对于先进应用至关重要。我们进行了基于密度泛函理论（DFT）的研究，以系统地设计ZnO/SiC异质结构并检验其性质。首先分析了单独的ZnO和SiC单层，然后探索了三种不同的ZnO/SiC异质结构配置。使用声子色散评估了这些配置的动态稳定性，并全面探讨了它们的电子能带结构和光学光谱的变化。我们的研究为基于ZnO/SiC异质结构的下一代多功能器件的实现提供了基础见解。
