本发明涉及一种微管式三维异质结器件结构及其制备方法和应用，结构包括：微管式半导体二维材料三维异质结、内壁电极、外壁电极和衬底；内壁电极只与微管式三维异质结的内壁材料形成电接触；外壁电极只与微管式三维异质结的外壁材料形成电接触；内壁电极和外壁电极均与衬底绝缘；微管式半导体二维材料三维异质结为由处于衬底上的半导体二维材料平面异质结自卷曲形成的管状三维异质结。本发明解决了管状三维异质结器件无法制备的问题，工艺简单，可同时实现微管式三维异质结的制备和外壁材料与外壁电极间的电接触，还保证电流只沿径向通过微管式三维异质结而不通过平面异质结，可广泛用于光电探测、光伏、气体传感、电子元器件等领域。