pn结（即正负穿透结）是半导体器件中重要的基础元件之一。它的形成过程包括半导体材料的掺杂和结构调配。掺杂是将外来原子掺入半导体晶体中，改变晶体的导电性质。在pn结的形成过程中，通常会选择两种不同的半导体材料，一种是掺杂五价元素（如磷、砷等）的N型半导体，另一种是掺杂三价元素（如硼、铝等）的P型半导体。

掺入五价元素的N型半导体中的杂质原子会多出一个外层电子，在晶体中形成一个带负电荷的离子，称为负离子。原本是四价元素的P型半导体中的杂质原子，因少了一个外层电子而形成带正电荷的离子，称为正离子。当这两种掺杂有序地集结在一起时，形成了pn结。

pn结的工作原理涉及到正、负离子间的电荷分布差异。在没有外加电压的情况下，pn结处形成了一个电势垒。这是由于在接触区域，P型半导体中的正离子和N型半导体中的负离子形成了电荷分离。在电势垒存在的情况下，正离子和负离子之间的电场阻止了进一步的电荷运动。

当外加电压以逆向偏置方式施加在pn结上时，电势垒的高度增加，阻止电流通过。这是由于正离子和负离子被电场阻挡，进一步增加的正电荷与负电荷之间的电场。因此，逆向偏置下，pn结表现出电流极小的特性，称为反向偏置。

然而，当外加电压以正向偏置方式施加在pn结上时，电势垒的高度降低，允许电荷在pn结中流动。此时，正离子和负离子之间的电场势减小，克服了电势垒的影响。正向偏置下，pn结表现出导电性，允许电流通过。这时，电子从N区域流入P区域，并与电子空穴重组，释放出能量。

pn结的特性还包括有击穿电压和正向电压下的正向电流特性。对于击穿电压，当正向偏压达到一定值时，电势垒被迅速击穿，电流大幅度增加。对于正向电压下的正向电流特性，当外加电压增加时，正向电流呈指数增长趋势。

由于pn结的工作原理和特性使它在各种应用中得到广泛使用。首先，它是构成二极管的基础元件之一。二极管可以实现电流的单向导通，用于整流、检波、开关等电路。其次，在太阳能电池中，pn结可以将光能转化为电能。通过光的照射，光子的能量激发了pn结中的电子，产生电压和电流。此外，pn结还被用于构成各种类型的三极管和场效应晶体管，作为放大器、开关和逻辑电路等的基础。另外，它也常用于实现温度传感器、压力传感器等传感器元件。无论是在通信、电力、电子设备中，还是在医疗、军事等领域，pn结都发挥着重要的作用。