高速发展的信息工业对集成电路器件集成度的要求越来越高,纳米量子器件也随之产生。因此，碳纳米管作为一种具有独特力学和电学性能的纳米材料，得到广泛关注。当前，碳纳米管的应用研究还处在早期阶段，以往的研究工作主要集中在它的生长和表征上。本文提出了碳纳米管同质异构结的新型结构,并进行了理论模拟；进一步制作了碳纳米管薄膜光探测器，并对其电学性能和噪声特性进行了研究。本论文用经典的朗之万（Langevin）方程模拟载流子在碳纳米管PN结光电二极管内建电场的作用下的加速过程,并进一步研究了PN结光电二极管中产生有效载流子倍增的物理机制.研究发现载流子倍增过程的效率与碳纳米管耗尽区的长度和环境温度有关.为实现常温下的有效载流子倍增,提出了碳纳米管同质异构结的结构.理论计算表明,同质异构结结构碳纳米管PN结与同质结结构相比,在室温、零偏压条件下，可以实现载流子的雪崩倍增，实用性更强.通过光刻在碳纳米管薄膜上制作金属电极，分析了碳纳米管薄膜的光响应特性。由于载流子的碰撞激发强烈依赖于温度，为揭示碳纳米管温度特性，完成了碳纳米管I-V曲线的变温测试。利用噪声测试系统分析碳纳米管光探测器的噪声特性。最后将实验结果与理论相结合，分析了碳纳米管薄膜在红外探测领域的应用前景。