碳纳米管和二维层状材料是近些年来纳米科技研究领域具有代表性的纳米材料。碳纳米管理想的一维结构以及其优异的电学、力学等特性使其受到了研究者们的广泛关注,二维材料异质结充分利用了二维材料垂直方向纳米尺度的特点,在电子学和光电子学领域表现出了巨大的应用潜力和科学研究价值,然而其平面尺度依旧是微米尺寸。本论文主要是结合碳纳米管和二维材料异质结各自的优势,构建基于碳纳米管和二维材料的混合异质结,可以有效地将异质结平面尺寸缩小到纳米尺度。在异质结构建的基础上,我们研究了混合异质结的物性及器件应用。本文首先探究了石英基底上单壁碳纳米管水平阵列的生长,并研究了碳纳米管晶体管器件的电学特性。通过调控碳纳米管水平阵列的密度我们进一步研究了单根碳纳米管结器件的电学特性。此外我们对石墨烯及硫化钼（MoS₂）、硒化钨（WSe₂）、黑磷场效应晶体管的基本电学性质也进行了探究,为异质结器件的研究打下基础。鉴于二维材料异质结器件在平面内为微米尺度,而碳纳米管为理想的一维材料,金属性碳纳米管即为宽度仅约1nm的一维导线,我们构建了结区面积约为1nm²的碳纳米管-硫化钼-碳纳米管垂直点异质结器件。这种点异质结由于平面维度上纳米级的结区从而具备高空间分辨的光探测性能,这一点我们通过扫描光电流图像的手段进行了验证。点异质结器件还可以作为具有高的开关比（10⁶）的纳米场效应晶体管,以此为基础我们构建了基于垂直点异质结的互补型反相器。这些研究结果揭示了点异质结器件在逻辑电路和光电探测方面的潜在应用价值。考虑到器件非对称的接触在器件研究和应用中被广泛使用,我们构建了由碳纳米管限定的垂直异质结,其基本组成为二维结构被非对称的夹在碳纳米管和金属电极之间。我们设计了基于不同二维结构（MoS₂,WSe₂,WSe₂/MoS₂）的非对称异质结器件,其中基于WSe₂的非对称异质结在正负偏置电压下表现出了不一致的转移特性。进一步我们构建了基于非对称异质结的互补型反相器以及被电场调制的垂直pn结器件。非对称异质结这些独特优异的电学性质归功于碳纳米管费米面更容易被栅极电压调制。